浅谈土壤重金属污染现状及其生态修复

杨雪 王慧芳 李辕成 吕东蓬*

（1. 大理大学农学与生物科学学院，云南大理 671003；2. 云南省高校微生物生态修复技术重点实验室，云南大理 671003）

1 引言

随着工业的不断发展与进步，大量重金属进入土壤，引发了一系列的环境污染问题。能源生产、污染废弃物排放等人类活动使得大量重金属进入空气，重金属污染物质通过干湿沉降进入土壤中［1］，重金属因具有持久性、生物毒害性以及不可降解性，对人体健康和生态环境的影响巨大，治理土壤重金属污染也因此成为研究热点。土壤污染会导致污染物沿着生态循环系统流入植物体内，再沿着食物链进入人体，进而对人体产生严重的危害。为了使人类与自然和谐发展，应当加强对土壤的管控，尤其是加强对土壤重金属污染的治理，进一步改善人类的生存环境。

2 土壤重金属污染概述

2.1 土壤重金属污染的现状

土壤重金属污染主要是由于人类不加节制的行为活动引起的，重金属含量超标会影响土壤的环境质量，进而恶化生态环境。在工业生产中，选矿、冶矿、采矿等环节会产生重金属，大量化肥农药的使用和工业污水的排放都会加剧环境问题。进入土壤中的重金属一旦没有得到有效的控制和治理，就会随着时间的推移破坏土壤的结构［2］，甚至威胁居民的正常生活。我国的地域发展情况不同，土壤中重金属污染的种类和程度也有所差异，重金属污染相对集中分布在沿海发达地区以及中南部和西南部工矿区，重金属污染浓度较高的分布区靠近工农业区域。环境保护部和国土资源部于2014 年联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》［3］显示，全国的土壤环境总体呈现不乐观的形势，部分地区土壤污染比较严重，其中，工矿业废弃地土壤污染最为突出。国务院于2016 年针对我国土壤重金属污染状况发布《土壤污染防治行动计划》，该计划明确指出土壤污染防治工作的重要性与必要性，需要不断加大对污染的综合防治力度［4］。基于重金属污染所带来的土地退化、农作物严重损失等情况，国家出台了一系列相关政策措施，为相关治理工作提供保障。目前，我国最常用的土壤重金属污染修复技术有物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术以及联合修复技术。

2.2 土壤重金属污染的来源

土壤重金属污染物质主要来源于自然排放和人类活动2 个方面，其中以人类活动为主。人类活动包括工业废弃物排放、农业排放和生产生活废弃物排放3 种途径［1］。如矿石开采以及化石燃料的燃烧过程都会产生大量有害重金属，农业生产过程中使用的化肥农药会导致重金属化合物进入土壤中，在人类日常活动过程中，汽车尾气以及污染废弃物的排放等过程都会导致重金属进入土壤中。

2.3 土壤重金属污染的危害

大部分重金属元素都具有蓄积性，容易通过食物链富集在人体内，会对人体的组织和器官造成严重的损伤，导致人体内核酸的结构发生变化，造成基因突变。同时，如果对受污染土壤长期不加以治理，会导致污染更加严重，土壤中的重金属元素经过雨水冲刷和渗透作用会进一步污染水环境，最终危害人体健康。

3 土壤重金属污染的生态修复技术

3.1 物理修复技术

目前，物理修复技术主要包括客土、换土、深耕翻土、电动修复和热脱附等方法［5］。

客土法是将没有受污染的干净土壤加入受染污土壤中，以达到土壤表层重金属浓度降低的目的，从而减少其对作物的毒害作用；换土法是指移出受污染土壤，再将没有受污染的干净土壤移入，该方法步骤复杂，费用也相对较高；深耕翻土法是指通过拌匀、翻动、混合表层土壤使地表土壤重金属污染物的含量减少；电动修复技术是指在电场的作用下，将重金属离子从土壤中分离再进行集中收集处理的方法，该技术能够有效缩短修复时间，经济效益相对较高，目前，国内外正在积极研究如何使该方法适用于工程运用；热脱附技术是指通过加热使得被污染土壤达到稳定，再通过温控系统让其受热蒸发，该技术仅适用于易蒸发的重金属。物理修复技术能够使土壤重金属污染的情况得到缓解，但不能从源头上解决污染问题，具有一定的局限性。

3.2 化学修复技术

采用化学修复技术来治理土壤重金属污染主要包括淋洗、化学改良和固化/稳定化技术等方法［6］。

土壤淋洗主要是指使用土壤淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去，再将重金属废水进行收集处理的方法，该技术作为污染土壤重要修复技术之一，已成为当前一大研究热点，具有效率高、工艺简单的优势；化学改良技术是指在土壤中投加改良剂，通过改良剂与重金属之间的吸附、氧化还原以及沉淀作用来降低重金属的生物有效性，该技术操作简单，但只改变了重金属在土壤中的存在形态，并未达到去除重金属的目的；固化/稳定化技术主要是指通过沉淀、吸附和配位作用的原理来对土壤中的重金属进行稳固，破坏重金属的生物有效性和迁移性［7-8］。

3.3 生物修复技术

作为土壤重金属污染的重要修复技术，生物修复技术已经成为当前的研究热点，其主要包括植物、微生物和动物修复技术。

植物修复技术是以超富集植物对土壤中的重金属进行吸收和去除为原理展开的一项修复技术，包括植物固定技术、植物挥发技术和植物提取技术。植物固定技术是利用植物的根际及其根际分泌物通过一系列的反应过程，主要包括沉淀、螯合以及氧化还原等，来达到转换重金属的价态和形态的目的，从而降低重金属的活性，将重金属进行固定稳定化；植物挥发技术是利用植物根系对重金属的吸收和积累作用，再借助植物自身的代谢活动将重金属以气态的形式挥发出去；而植物提取技术是将吸收重金属污染物质的植物进行收割处理，因其具有成本低、无二次污染、对环境干扰小等特点受到越来越多研究者的青睐。该方法因植物生长周期所导致的修复周期较长的问题目前也已得到解决，主要通过水肥调控、菌剂接入、基因工程、螯合钝化剂和土壤动物添加等手段来改变植物的生长状态、生化特征和抗性能力等，进而影响植物修复重金属的效果。

微生物修复技术是通过微生物的一系列代谢活动以及微生物的分泌物来降低土壤中重金属的生物毒性，常用微生物主要是具有抗性的细菌、真菌等，土壤中的微生物通过直接或间接的代谢活动以及分泌有机酸来对重金属进行络合并溶解。在实际的应用过程中，添加到土壤中的抗性菌株会使土壤中产生多糖、糖蛋白等物质与重金属形成络合物，可降低土壤中的重金属含量。该技术的应用需先解决微生物在土壤中的固定问题。微生物固定化技术是采用物理化学手段将特定的微生物限定于载体中，让微生物能够长期维持生物活性并投入使用。

动物修复技术是指土壤动物能够通过自身的活动来降低土壤中的重金属浓度，提高植物对重金属的吸收效率。如土壤动物蚯蚓［5］，蚯蚓生存环境阴暗潮湿，常在土壤表层以下活动，因此，采用蚯蚓来修复会出现土壤表层重金属含量高于其他部位的情况。

3.4 植物—微生物联合修复技术

传统意义上的物理、化学和生物修复技术都能够有效去除土壤中的重金属，但也存在不足之处。基于此，在土壤重金属污染修复的工作中，将多种修复技术相结合，以实现各种修复技术之间的优势互补。联合修复技术主要包括植物—微生物、植物—动物以及植物—螯合剂联合修复技术。其中，植物—微生物联合修复技术是利用微生物的代谢活动来改变根际土壤重金属的生物有效性，促进植物对重金属的吸收和积累效应，同时植物的生长也为微生物提供了良好的生存环境；植物—微生物联合修复主要有植物与细菌、植物与真菌的联合修复，分别是以细菌分泌物活化重金属元素以及真菌菌丝与植物根系形成互利共生的联合体为机理开展的。例如，研究人员发现将复合污染土壤加菌处理之后，根际土可溶性铅比不加菌处理组高出13.99%；通过盆栽试验来研究丛枝菌根（Glomus intraradices）对黑麦草的生长和富集Cd 能力的影响，结果表明，菌根的形成有效促进了黑麦草对Cd 的富集［9］。

4 结语

近年来越来越多的研究者开始注重对土壤重金属污染物质去除技术的研究，旨在寻找经济效益高、去除效果好的方法来防止其对人类和环境的损害，物理、化学和生物修复技术都存在一定的优势和弱点，在使用时应当结合具体情况来进行选择，综合考虑多种修复技术相结合的方式。除此之外，相关部门也应该给予高度重视，对修复技术进行综合考虑之后再做选择。在实际治污过程中，要结合土壤重金属污染的现状来探讨重金属的危害及其适宜的治理技术，进一步加强对土壤的管控以及重金属污染的治理，不断优化土壤的生态环境质量。