土壤重金属污染及治理研究进展

党民团,刘 娟,杨 珊

(渭南师范学院 化学化工系，陕西省煤基低碳醇研究中心，陕西 渭南 714000)

土壤重金属污染是指由于人类生产生活活动所致的土壤中Hg、Cd、Pb、Cr、As、Ni等生物有害元素含量高于背景值的现象。土壤重金属污染具有隐蔽性、累积性、不可降解和长期性等特点，不仅直接导致耕地土壤退化、农产品品质及产量下降，还可通过食物链危及全球生态系统安全，已成为当前制约人类社会可持续发展并亟待解决的全球性环境问题[1,2].

1 中国土壤重金属污染现状

2014年《全国土壤污染状况调查公报》披露[3]，我国“耕地土壤环境状况总体不容乐观，土壤环境质量堪忧”，局部地区土壤重金属污染严重,2012年财政部拨款8.27亿元、由农业部实施《农产品产地重金属污染防治实施方案》，历时5 a对全国农田土壤重金属污染状况进行调查[4]，但讫今为止，尚未公布有关结果.故有关全国农田土壤重金属污染详情，现阶段尚无权威、准确的可依数据.宋伟等[5]以《土壤环境质量标准》(GB1518-1995)二级标准为依据，通过对全国138个典型区域耕地重金属污染案例数据的分析估计，我国农田土壤重金属污染发生的概率为16.67%，其中轻、中、重污染的比例为14.49%、1.45%、0.72%；8种重金属污染元素中,Cd污染发生概率最高(25.20%),是我国耕地土壤重金属污染的最主要元素，Ni、Hg次之，污染发生概率分别为5.17%和3.31%，辽宁、湖南等14个省、市可能是我国耕地土壤重金属污染的高发地区，其中以辽宁、山西最为严重；若以土壤背景值为标准，估算的污染面更大。李风果[6]、蔡美芳[7]等估计，全国约1/5农田不同程度的受Hg、Cd、As、Cu、Zn等污染,因之年减产粮食超1010kg、被污染粮食约1.2×1010kg，合计年直接经济损失超200亿元。国家环保局《典型区域土壤环境质量状况探查研究》项目对长三角、珠三角等经济发达地区的跟踪调查结果显示，珠三角土壤Hg、Ni污染严重，蔬菜中Pb、Cd残留较多，近40%农田菜地重金属超标，10%严重超标[8]；长三角部分地区农田受多种金属污染，致使约10%的土壤基本失去生产力[9]。

郑国璋[10]对关中灌区小麦、玉米等样品的重金属检测表明，咸阳近郊的小麦和玉米Cu含量超标；西安市区附近种植的小麦和玉米Cu含量超标2～5倍、Pb含量超标2～6倍，说明作为全国重要农业生产基地的关中渭河灌区重金属含量污染问题亦非常严重。

2 重金属污染土壤治理技术研究进展

2.1 物理、化学治理技术

物理治理方法主要有电化、热解析及淋洗法等。电化法治理不改变土壤原有位置，是目前应用很广泛的治理方法。沙土实验显示，运用电化法治理技术可将土壤中90%以上的Pb2+、Cr3+等重金属离子清除[11]。热处理法是治理汞污染土壤的理想选择，并可收集Hg，据Kunkel等[12]的研究，原位热解吸法可以除去土壤中99.8%的Hg。淋洗技术是用合适的溶液把土壤中的重金属提取至液相、再进行回收或无害化处理的修复方法，是治理效果最好、技术最成熟且开发应用最早的物理修复法。

化学治理方法是通过向土壤中加入稳定剂，通过吸附或化学反应改变重金属的存在形式或固定重金属，从而降低其在土壤中的活性和移动性，进而减少其生物毒性。此法技术简单、投入少、修复时间短，方便实施，适用大面积中低度污染土壤的治理[13,14]，是目前修复轻度污染土壤相对经济可行的有效方法，但因它只改变了重金属的存在形式，不能永久去除土壤中重金属，易引发二次污染。

2.2 超积累植物治理技术

植物治理技术是利用耐重金属并对重金属具有超积累能力的植物，通过植物与其共存微生物体系富集、转化、分解、吸收和固定重金属[15]。植物治理技术的核心是寻找和培育能超量吸收重金属的植物。目前已找到对Cr、Co、Ni等元素积累量在0.1%以上的植物种类多达700多种，有些植物对Mn、Zn的积累量在1%以上[16]。

植物治理技术的关键是找到对重金属具有超级累能力的且耐性高的植物基因，再运用转基因技术培育出能超量吸收重金属并对重金属耐受性高的植物。植物治理法不影响土壤结构和微生物活性、治理成本低、易操作，治污的同时还可美化环境，是可靠安全、颇具发展前景的新兴绿色生物技术，但对富集污染金属的植物如何进行无污染处理尚需进一步研究。

2.3 菌根真菌微生物治理技术

菌根是指寄生在植物根部的真菌与宿主植物形成的互相获益的共同体。菌根种类繁多，某些菌根真菌向细胞外分泌的物质可与重金属在土壤中产生螯合作用。还有些微生物能够氧化或还原重金属，从而降低重金属的活性。国内外对真菌的研究发现，其对等重金属有较强的耐受力的富集能力，它能通过菌丝体累积土壤中的Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等重金属且能力远超过绿色植物[17]。

自然界中的真菌种类繁多、分布广泛，且人工培育技术发展较快，有利于筛选出能超量吸收重金属的菌种。利用大型真菌修复技术治理土壤重金属污染是一种经济有效且具广阔市场前景的生物技术。

2.4 联合治理技术

土壤重金属污染的不可降解及复杂性，使得任何单一方法很难达到预期的效果，通过综合多种治理技术，使之互相协调，共同作用，发挥各自技术优势，近年来，植物-微生物、植物学-化学等组合修复技术取得了令人鼓舞的研究进展[18]。

利用化学螯合剂-植物联合治理法，污染土壤中加入螯合剂富集重金属，强化超积累植物对金属的吸收。电压-植物治理法可促进土壤重金属溶解，有利于超积累植物的吸收、积累，加快修复过程。植物-微生物组治理法能最大程度的发挥二者分别具有的治理优势，相互弥补，其治理效果受植物自身的特征、根部土壤的酸碱性及植物根部分泌物等因素影响，技术的难点在于寻找相匹配的植物微生物。

在农业生产中，有机肥不仅可促进作物对营养元素的吸收，其含有的有机质既是微生物的能源及碳源，同时还可吸附、络合重金属，从而减弱重金属的毒害作用。因此有机肥-微生物联合治理方法也是有研发前景的有效治理途径[19,20]。

3 结语

土壤重金属污染是工业化、城市化等等综合因素所致的社会问题，其末端修复技术成本高、周期长,目前及可期的未来,亦难以找到经济易行、彻底根除理想方案。其最根本的解决途径是需要全社会所有成员且实贯彻可持续发展的环保、绿色理念，严格工业、生活“三废”的处理，控制化肥、农药、地膜等农用化学品的过量与不合理使用，从工农业生产、居民生活垃圾投弃等源头减少重金属的排放。在对已污染土壤治理方面，国家及有关部门应加大支持力度，鼓励有研究院所积极研发成本低、技术简单、绿色环保、便于大面积推广、相对经济的治理技术，以加强、加快污染土壤的修复，实现并促进我国农业生产的良性、可持续发展。