土壤重金屬污染與防治

土壤重金屬污染與防治

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，土壤重金屬污染已成為一個(gè)不容忽視的突出環(huán)境問題。我國受Cd、As、Pb、Hg、Zn等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2,約占總耕地面積的五分之一。土壤重金屬污染有人為原因和自然原因兩種,人類活動(dòng)是土壤重金屬污染的主要成因。土壤重金屬污染的自然來源主要是巖石風(fēng)化和火山噴發(fā)等自然地質(zhì)活動(dòng),土壤重金屬污染的人為來源主要為礦產(chǎn)開采、金屬冶煉、化工、煤燃燒、汽車尾氣排放、生活廢水排放、污泥使用、污水灌溉、農(nóng)藥和化肥施用、大氣沉降等。由于礦產(chǎn)開采和冶煉“三廢”的排放,導(dǎo)致湖南省湘江流域和資江流域土壤重金屬Cd、As、Pb、Zn和Cu污染比較嚴(yán)重,并產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。沈陽張士地區(qū)30多年的工業(yè)污水灌溉導(dǎo)致了土壤中嚴(yán)重的Cd污染,且在停耕10年后土壤中Cd的移動(dòng)性和生物有效性仍很高。朱桂芬等對(duì)河南省新鄉(xiāng)市寺莊頂污灌區(qū)土壤重金屬含量進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)土壤中Cd、Ni、Zn和Cu的含量嚴(yán)重超標(biāo),分別是國家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的108.85、19.94、9.33和1.46倍。重金屬污染對(duì)人體健康的危害主要是“三致”(致癌、致疾、致突變)。以重金屬鎘為例,長期接觸一定劑量的鎘會(huì)造成腎臟損害,進(jìn)而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和軟化。1931年發(fā)生在日本富山縣的“痛痛病”是鎘中毒的典型案例。近年來,我國重金屬污染事件頻發(fā),如2005年的廣東北江韶關(guān)段鎘嚴(yán)重超標(biāo)事件,2006年的湘江湖南株洲段鎘污染事故,2009年的湖南省瀏陽市鎘污染事故,2009年陜西鳳翔縣數(shù)百名兒童血鉛超標(biāo)、湖南武岡市數(shù)百名兒童血鉛超標(biāo)、廣東清遠(yuǎn)市數(shù)十名兒童鉛中毒,2011年云南曲靖鉻污染事件,2012年廣西河池龍江河鎘污染事件等。有毒重金屬在土壤污染過程中具有隱蔽性、長期性、不可降解和不可逆轉(zhuǎn)性的特點(diǎn),它們不僅導(dǎo)致土壤肥力與作物產(chǎn)量、品質(zhì)下降,還易引發(fā)地下水污染,并通過食物鏈途徑在植物、動(dòng)物和人體內(nèi)累積。因此,土壤系統(tǒng)中重金屬的污染和防治一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。重金屬污染土壤的修復(fù)主要基于兩種策略:一是去除化,將重金屬從土壤中去除,達(dá)到清潔土壤的目的;二是固定化,將重金屬固定在土壤中限制其釋放,從而降低其風(fēng)險(xiǎn)。重金屬污染土壤的修復(fù)是指利用物理、化學(xué)和生物的方法將土壤中的重金屬清除出土體或?qū)⑵涔潭ㄔ谕寥乐薪档推溥w移性和生物有效性,降低重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。近年來重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究取得了長足發(fā)展,按照工藝原理主要?dú)w納為三類:物理/化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)。本文結(jié)合我們多年來的工作基礎(chǔ),系統(tǒng)地介紹重金屬污染土壤修復(fù)的不同技術(shù),以及近年來國內(nèi)外修復(fù)重金屬污染土壤的一些重要實(shí)踐,為以后的土壤修復(fù)工作提供有益借鑒。1重金屬污染防治技術(shù)物理/化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要基于土壤理化性質(zhì)和重金屬的不同特性,通過物理/化學(xué)手段來分離或固定土壤中的重金屬,達(dá)到清潔土壤和降低污染物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)手段。物理/化學(xué)技術(shù)實(shí)施方便靈活,周期較短,適用于多種重金屬的處理,在重金屬污染土壤的工程修復(fù)中得到廣泛應(yīng)用,但該技術(shù)實(shí)施的工程量較大,實(shí)施成本較高,在一定程度上限制其推廣應(yīng)用。1.1換土、去表土技術(shù)此類方法適合于小面積污染土壤的治理?？屯练ㄊ窃谖廴就寥辣韺蛹尤敕俏廴就寥?或?qū)⒎俏廴就寥琅c污染土壤混勻,使得重金屬濃度降低到臨界危害濃度以下,從而達(dá)到減輕危害的目的。換土法是將污染土壤部分或全部換去,換入非污染土壤?？屯粱驌Q土的厚度應(yīng)大于土壤耕層厚度。去表土是根據(jù)重金屬污染表層土的特性,耕作活化下層的土壤。深耕翻土是翻動(dòng)土壤上下土層,使得重金屬在更大范圍內(nèi)擴(kuò)散,濃度降低到可承受的范圍。這些方法最初在英國、荷蘭、美國等國家被采用,達(dá)到了降低污染物危害的目的,是一種切實(shí)有效的治理方法。但該方法需耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力,成本較高,且未能從根本上清除重金屬,存在占用土地、滲漏和二次污染等問題,因此不是一種理想的治理土壤重金屬污染的方法。1.2淋洗cu形態(tài)研究土壤淋洗是指用淋洗劑去除土壤中重金屬污染物的過程,選擇高效的淋洗助劑是淋洗成功的關(guān)鍵。淋洗法可用于大面積、重度污染土壤的治理,尤其是在輕質(zhì)土和砂質(zhì)土中效果較好,但對(duì)滲透系數(shù)很低的土壤效果不太好。影響土壤淋洗效果的因素主要有淋洗劑種類、淋洗濃度、土壤性質(zhì)、污染程度、污染物在土壤中的形態(tài)等。研究結(jié)果表明,以15mmolEDTA·kg-1土壤的比率淋洗Cu污染土壤(400mgCu·kg-1),總Cu含量降低41%,主要淋洗形態(tài)是碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)。土壤淋洗后淋洗液的處理是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問題,轉(zhuǎn)移絡(luò)合、離子置換和電化學(xué)法是目前主要采取的技術(shù)手段。Pociecha和Lestan采用電凝固法從EDTA淋洗污染土壤的淋洗液中回收重金屬,發(fā)現(xiàn)該方法可以去除污染土壤中53%的Pb、26%的Zn和52%的Cd。土壤淋洗需添加昂貴的淋洗液,且淋洗液對(duì)地下水也有污染風(fēng)險(xiǎn);另一方面,淋洗液在淋洗土壤重金屬的同時(shí)也將植物必需的Ca和Mg等營養(yǎng)元素淋洗出根際,造成植物營養(yǎng)元素的缺失。1.3土壤重金屬污染物的凈化技術(shù)熱解吸技術(shù)是采用直接或間接的方式對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行連續(xù)加熱,溫度到達(dá)一定的臨界溫度時(shí)土壤中的某些重金屬(如Hg、Se和As)將揮發(fā),收集該揮發(fā)產(chǎn)物進(jìn)行集中處理,從而達(dá)到清除土壤重金屬污染物目的的技術(shù)。Kunkel等的研究表明,在溫度低于土壤沸點(diǎn)的條件下原位熱解吸技術(shù)可以去除污染土壤中99.8%的Hg。熱解吸技術(shù)的一大缺陷是耗能,加熱土壤必須要消耗大量的能量,提高了修復(fù)的成本。Navarro等的研究表明,可以采用天然太陽能來熱解吸污染土壤中的Hg和As,這樣可以解決能源消耗的問題。熱解吸技術(shù)的另一個(gè)問題是揮發(fā)污染物的收集和處置問題,這方面還需要進(jìn)行大量的科學(xué)研究工作。1.4重金屬遷移加工玻璃化技術(shù)指將重金屬污染土壤置于高溫高壓的環(huán)境下,待其冷卻后形成堅(jiān)硬的玻璃體物質(zhì),這時(shí)土壤重金屬被固定,從而達(dá)到阻抗重金屬遷移目的的技術(shù)。玻璃化技術(shù)最早在核廢料處理方面應(yīng)用,但是由于該技術(shù)需要消耗大量的電能,其成本較高而沒有得到廣泛的應(yīng)用。玻璃化技術(shù)形成的玻璃類物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定很難被降解,這使得玻璃化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤重金屬的永久固定。1.5原位修復(fù)技術(shù)電動(dòng)修復(fù)是指向重金屬污染土壤中插入電極施加直流電壓導(dǎo)致重金屬離子在電場作用下進(jìn)行電遷移、電滲流、電泳等過程,使其在電極附近富集進(jìn)而從溶液中導(dǎo)出并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)處理,實(shí)現(xiàn)污染土壤清潔的技術(shù)。電動(dòng)修復(fù)是由美國路易斯安那州立大學(xué)研究出的一種凈化土壤污染的原位修復(fù)技術(shù),在歐美一些國家發(fā)展較快,已進(jìn)入商業(yè)化階段。胡宏韜等采用電動(dòng)方法來修復(fù)Zn和Cu單一污染的土壤,結(jié)果表明陽極附近土壤的Zn和Cu去除率分別達(dá)到74.3%和71.1%。有人采用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)對(duì)木材防腐劑鉻化砷酸銅(CCA)污染土壤進(jìn)行修復(fù),可以去除65%的Cu、72%的Cr和77%的As。土壤中添加輔助試劑可增強(qiáng)土壤重金屬的溶解性,從而提高電動(dòng)修復(fù)的效率。添加絡(luò)合劑(EDTA和檸檬酸等)可以提高電動(dòng)修復(fù)對(duì)Cr和Pb等重金屬的修復(fù)效果。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)目前還主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段,在污染場地的應(yīng)用案例比較少,加強(qiáng)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)在污染場地的應(yīng)用將是今后的主要研究工作。1.6生物有效性原則固化/穩(wěn)定化是指向重金屬污染土壤中加入某一類或幾類固化/穩(wěn)定化藥劑,通過物理/化學(xué)過程防止或降低土壤中有毒重金屬釋放的一組技術(shù)。固化是通過添加藥劑將土壤中的有毒重金屬包被起來,形成相對(duì)穩(wěn)定性的形態(tài),限制土壤重金屬的釋放;穩(wěn)定化是在土壤中添加穩(wěn)定化藥劑,通過對(duì)重金屬的吸附、沉淀(共沉淀)、絡(luò)合作用來降低重金屬在土壤中的遷移性和生物有效性。固化/穩(wěn)定化的效應(yīng)一般統(tǒng)稱為鈍化。重金屬被固化/穩(wěn)定化后,不但可以減少其向土壤深層和地下水的遷移,而且可以降低重金屬在作物中的積累,減少重金屬通過食物鏈傳遞對(duì)生物和人體的危害。重金屬固化/穩(wěn)定化的關(guān)鍵是選擇合適的具有固化/穩(wěn)定化作用的藥劑,藥劑的選擇一般要滿足以下幾個(gè)方面的要求:(1)藥劑本身不含重金屬或含量很低,不存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn);(2)藥劑獲得或制備成本較低;(3)藥劑對(duì)重金屬的固化/穩(wěn)定化顯著且持續(xù)性強(qiáng)。土壤中重金屬固化/穩(wěn)定化的關(guān)鍵是選擇一種經(jīng)濟(jì)有效的藥劑,有研究報(bào)道石灰、磷灰石、沸石、鐵錳氧化物、硅酸鹽、海泡石、赤泥、骨炭、堆肥、鋼渣、蒙脫石、凹凸棒石和蛭石等可以有效地固化/穩(wěn)定化土壤中的重金屬,降低重金屬的生物有效性[13,14,15,16,17,18,19]。鈍化技術(shù)需要考慮土壤重金屬的污染程度和土壤本身的性質(zhì)等因素再選出合理的鈍化藥劑,并計(jì)算出鈍化藥劑的用量。在工程上廣泛應(yīng)用的鈍化藥劑一般為工業(yè)副產(chǎn)物,故鈍化技術(shù)的成本較低,但鈍化技術(shù)并未將重金屬從土壤中根本清除,因此需要進(jìn)行長期的監(jiān)測以防止重金屬再次活化。1.7添加se對(duì)污染物的活性土壤中某些重金屬離子間存在拮抗作用,當(dāng)土壤中某種重金屬元素濃度過高時(shí),可以向土壤中加入少許對(duì)作物危害較輕的拮抗性重金屬元素,進(jìn)而減少該重金屬對(duì)作物的毒害作用,達(dá)到降低重金屬生物毒性的目的。在土壤中添加少量的Se抑制了蜈蚣草對(duì)Cu和Zn的吸收,Se與Cu和Zn表現(xiàn)為拮抗作用。Zn和Cd具有相似的化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)行為,Zn具有拮抗植物吸收Cd的作用。向Cd污染土壤中加入適量的Zn,可以減少植物對(duì)Cd的吸收積累。2對(duì)外界條件的依賴程度重金屬污染土壤的生物修復(fù)(Bioremediation)是指利用動(dòng)物、微生物或植物的生命代謝活動(dòng),削減土壤環(huán)境中的重金屬含量或通過改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)從而降低其毒性。已有研究表明,土壤動(dòng)物(如蚯蚓)生命代謝活動(dòng)對(duì)外界條件的依賴度很高,不適宜用來去除土壤中的重金屬。這里的生物修復(fù)主要包括植物修復(fù)和微生物修復(fù),這種技術(shù)主要通過兩種途徑來達(dá)到對(duì)土壤重金屬的凈化作用:(1)通過生物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài),使重金屬固定或解毒,降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性;(2)通過生物吸收、代謝達(dá)到對(duì)重金屬的削減、凈化與固定作用。生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù),其修復(fù)效果好、投資小、費(fèi)用低、易于管理與操作、不產(chǎn)生二次污染,因而日益受到人們的重視,成為重金屬污染土壤修復(fù)的研究熱點(diǎn)。2.1重金屬含量檢測及標(biāo)準(zhǔn)植物提取技術(shù)廣義的植物修復(fù)技術(shù)(Phytoremediation)是指利用植物提取、吸收、分解、轉(zhuǎn)化和固定土壤、沉積物、污泥、地表水及地下水中有毒有害污染物技術(shù)的總稱。植物修復(fù)技術(shù)不僅包括對(duì)污染物的吸收和去除,也包括對(duì)污染物的原位固定和轉(zhuǎn)化,即植物提取技術(shù)、植物固定技術(shù)、根系過濾技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)和根際降解技術(shù)。與重金屬污染土壤有關(guān)的植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物提取、植物固定和植物揮發(fā)。植物修復(fù)過程是土壤、植物、根際微生物綜合作用的效應(yīng),修復(fù)過程受植物種類、土壤理化性質(zhì)、根際微生物等多種因素控制。植物提取(Phytoextraction)是指利用超積累植物吸收污染土壤中的重金屬并在地上部積累,收割植物地上部分從而達(dá)到去除污染物的目的。植物提取分為兩類,一類是持續(xù)型植物萃取(Continuousphytoextraction),直接選用超富集植物吸收積累土壤中的重金屬;另一類是誘導(dǎo)性植物提取(Inducedphytoexraction),在種植超積累植物的同時(shí)添加某些可以活化土壤重金屬的物質(zhì),提高植物萃取重金屬的效率。超積累植物(Hyperaccumulator)是指相對(duì)于普通植物能從土壤或水體中吸收富集高含量的重金屬,并具有將重金屬從植株的地下部向地上部大量轉(zhuǎn)運(yùn)的特殊能力,表現(xiàn)出很高的富集系數(shù)。超富集植物的界定一般有3個(gè):(1)植物地上部重金屬濃度積累達(dá)到一定臨界值;(2)生物富集系數(shù)(地上部重金屬濃度/土壤重金屬濃度)>1;(3)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(地上部重金屬濃度/地下部重金屬濃度)>1。植物提取技術(shù)的關(guān)鍵是超富集植物的篩選,目前世界上發(fā)現(xiàn)超富集植物400多種。關(guān)于植物提取技術(shù)的研究近年來成為科學(xué)界的研究熱點(diǎn),在實(shí)際污染場地的工程應(yīng)用中也得到了推廣應(yīng)用。鳳尾蕨屬的蜈蚣草(PterisvittataL.)是世界上首次發(fā)現(xiàn)的As超富集植物,對(duì)As具有超強(qiáng)的富集能力,通過刈割可以提高其對(duì)砷的去除能力。陳同斌等已在湖南郴州建立了世界上第一個(gè)砷污染土壤的植物修復(fù)工程示范基地。后來相關(guān)調(diào)查和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)鳳尾蕨屬的大葉井口邊草(PteriscreticaL.)和粉葉蕨(Pityrogrammacalomelanos)也是砷的超富集植物。中科院華南植物園張杏峰等開展牧草對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)潛力的研究,發(fā)現(xiàn)雜交狼尾草(Pennisetumamericanum(L.)Leeke×P.purpureumSchumach)和熱研11號(hào)黑籽雀稗(Paspalumatratumcv.ReyanNo.11)可作為植物提取技術(shù)的優(yōu)良草種,前者可修復(fù)Cd和Zn污染土壤,后者可修復(fù)Cd污染土壤。研究表明EDTA和EDDS是強(qiáng)化植物提取重金屬的高效螯合劑,添加EDTA可導(dǎo)致龍葵葉部、莖部和根部Zn濃度分別提高231%、93%和81%;添加EDDS導(dǎo)致龍葵葉部、莖部和根部Zn積累濃度分別提高140%、124%和104%。此外,天然螯合劑檸檬酸、草酸、酒石酸等也可以提高植物提取重金屬的效率。植物固定(Phytostabilization)是指利用植物根系固定土壤重金屬的過程。重金屬被根系吸收積累或者吸附在根系表面,也可通過根系分泌物在根際中被固定。此外,植物根際微生物(細(xì)菌和放線菌)通過改變根際土壤性質(zhì)(如pH和Eh)而影響重金屬在根際的化學(xué)形態(tài),也有利于降低重金屬對(duì)植物根系的毒性。植物固定可降低土壤中重金屬的移動(dòng)性和生物有效性,阻止重金屬向地下水和空氣的遷移及其在食物鏈的傳遞。植物固定技術(shù)并非真正意義上從土壤中去除重金屬,只是將重金屬固定在植物根部或根際土壤中,因此開展修復(fù)土壤的長期監(jiān)測是必須的。植物固定對(duì)干旱、半干旱區(qū)的尾礦堆置地修復(fù)具有廣闊的應(yīng)用前景,可以實(shí)現(xiàn)此類污染場地的植被重建。串葉松香草(SilphiumperfoliatumLinn)可應(yīng)用于Cd污染土壤的修復(fù)。植物揮發(fā)(Phytovolatilization)是指利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的Se、Hg、As等轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)以去除其污染的一種方法。植物揮發(fā)技術(shù)適用于修復(fù)那些Se、Hg、As污染的土壤。在Se污染土壤中種植芥菜可以通過揮發(fā)形式去除土壤Se。洋麻可使土壤中三價(jià)硒轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的甲基硒從而達(dá)到去除的目的。種植煙草可以使土壤中的汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的汞而把土壤中的汞去除。氣態(tài)Se、Hg、As等揮發(fā)到大氣中易引發(fā)二次污染,因此要妥善處置植物揮發(fā)產(chǎn)生的有害氣體。植物修復(fù)技術(shù)較傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的雙重優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)可以同時(shí)對(duì)污染土壤及其周邊污染水體進(jìn)行修復(fù);(2)成本低廉,而且可以通過后置處理進(jìn)行重金屬回收;(3)具有環(huán)境凈化和美化作用,社會(huì)可接受程度高;(4)種植植物可提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力。但是植物修復(fù)技術(shù)也有缺點(diǎn),如植物對(duì)重金屬污染物的耐性有限,植物修復(fù)只適用于中等污染程度的土壤修復(fù);土壤重金屬污染往往是幾種金屬的復(fù)合污染,一種植物一般只能修復(fù)某一種重金屬污染的土壤,而且有可能活化土壤中的其他重金屬;超富集植物個(gè)體矮小,生長緩慢,修復(fù)土壤周期較長,難以滿足快速修復(fù)污染土壤的要求。目前,基因工程技術(shù)可以克服上述植物修復(fù)技術(shù)上的某些弱點(diǎn),但采用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物用于重金屬污染土壤的修復(fù)尚處于比較有爭議的階段,轉(zhuǎn)基因植物容易誘發(fā)物種入侵、雜交繁殖等生態(tài)安全問題。2.2菌根真菌的作用土壤中微生物數(shù)量眾多,某些微生物如細(xì)菌、真菌和藻類對(duì)重金屬具有吸附、沉淀、氧化-還原等作用,從而降低污染土壤中重金屬的毒性。細(xì)胞壁是細(xì)菌和重金屬直接接觸的部位,富含羧基陰離子和磷酸陰離子,易結(jié)合環(huán)境中活性金屬陽離子到其表面。細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)溶解態(tài)的金屬離子具有較強(qiáng)的活化能力,也可以吸附固定土壤中的重金屬。研究發(fā)現(xiàn)從香蒲(Typhalatifolia)根際中分離出的一些菌株能鈍化固定土壤中的Cu和Cd,降低它們?cè)谕寥乐械目山粨Q態(tài)含量。有研究報(bào)道,在土壤中接種某菌株,利用其在底物誘導(dǎo)下產(chǎn)生的酶化作用,分解產(chǎn)生CO32-從而礦化固結(jié)在土壤中的有效態(tài)重金屬,使其沉積為穩(wěn)定態(tài)的碳酸鹽。根際中菌根真菌對(duì)于提高植物對(duì)重金屬的抗性和提高修復(fù)效率具有重要作用。菌根真菌可通過分泌根系分泌物改變重金屬在根際中的存在形態(tài),進(jìn)而降低重金屬的植物毒性和生物有效性。接種菌根真菌可提高蜈蚣草對(duì)土壤中As的提取效率。菌根真菌Glomusmosseae可以改變水稻根部細(xì)胞細(xì)胞壁的組成,降低水稻地上部對(duì)Cu的吸收積累,增強(qiáng)水稻對(duì)Cu的抗性。盆栽試驗(yàn)和田間試驗(yàn)的結(jié)果表明,接種叢枝真菌極大地提高了鬼針草和龍珠果對(duì)污染土壤中Cu、Pb和Zn的吸收積累。接種不同種類的菌根真菌對(duì)植物吸收重金屬的作用不同,某些菌種有利于提高植物對(duì)重金屬的吸收從而提高植物的提取效率,而某些菌種則抑制植物對(duì)重金屬的吸收,提高植物對(duì)重金屬的抗性,因此要根據(jù)不同的目的來合理選擇菌根菌種。菌根修復(fù)(微生物修復(fù))是植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的一種,菌根修復(fù)的關(guān)鍵仍是植物修復(fù),篩選出優(yōu)良的菌種并在植物修復(fù)中應(yīng)用是今后微生物修復(fù)發(fā)展的方向。3減少重金屬從土壤向作物的轉(zhuǎn)移,減輕土壤重金屬的危害農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)是因地制宜地調(diào)整一些耕作管理制度以及在污染土壤中種植不進(jìn)入食物鏈的植物等,從而改變土壤重金屬的活性,降低其生物有效性,減少重金屬從土壤向作物的轉(zhuǎn)移,達(dá)到減輕重金屬危害目的的技術(shù)。農(nóng)業(yè)措施主要包括控制土壤水分、改變耕作制度、農(nóng)藥和肥料的合理施用、調(diào)整作物種類等。3.1促進(jìn)重金屬移動(dòng)性和生物有效性的提高土壤重金屬的活性受土壤氧化還原狀態(tài)影響較大,一些金屬在不同的氧化還原狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的毒性和遷移性。三價(jià)As比五價(jià)As毒性更高,而六價(jià)Cr比三價(jià)Cr毒性高。在氧化狀態(tài)下,土壤中的As(Ⅲ)被氧化為As(Ⅴ),遷移性和生物有效性降低;Cr(Ⅲ)被氧化為Cr(Ⅵ),遷移性和生物有效性提高,對(duì)生物和人類的健康風(fēng)險(xiǎn)也隨之提高。土壤水分是控制土壤氧化還原狀態(tài)的一個(gè)主要因子,通過控制土壤水分可以起到降低重金屬危害的目的。還原狀態(tài)下土壤中的大部分重金屬容易形成硫化物沉淀,從而降低重金屬的移動(dòng)性和生物有效性。水田在灌溉時(shí)因水層覆蓋易于形成還原性環(huán)境,SO42-被還原為S2-,重金屬容易形成溶解性很低的硫化物沉淀。由此可見,可以通過灌溉等措施來調(diào)節(jié)土壤的氧化還原狀況,進(jìn)而降低重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移。3.2施肥和農(nóng)藥的用量施用肥料和農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本的農(nóng)業(yè)措施,也是引起土壤重金屬污染的一個(gè)來源?？梢詮囊韵聝蓚€(gè)方面來降低肥料和農(nóng)藥施用對(duì)土壤重金屬污染的負(fù)荷:一方面,通過改進(jìn)化肥和農(nóng)藥的生產(chǎn)工藝,最大程度地降低化肥和農(nóng)藥產(chǎn)品本身的重金屬含量;另一方面,指導(dǎo)農(nóng)民合理施用化肥和農(nóng)藥,在土壤肥力調(diào)查的基礎(chǔ)上通過科學(xué)的測土配方施肥和合理的農(nóng)藥施用不僅增強(qiáng)土壤肥力、提高作物的防病害能力,還有利于調(diào)控土壤中重金屬的環(huán)境行為。以施氮肥為例,不同形態(tài)的氮肥對(duì)土壤吸附解吸重金屬的影響不同,當(dāng)植物吸收NH4+和NO3-時(shí),根系分泌不同的離子,吸收NH4+-N時(shí)引起H+的分泌,造成根際周圍酸化,而吸收NO3--N時(shí)植物分泌OH-,造成根際環(huán)境堿化。對(duì)于大多數(shù)重金屬污染土壤來說,施用硝態(tài)氮肥可以有效地降低重金屬的遷移和生物毒性。有研究表明,施用有機(jī)肥在提高土壤有機(jī)質(zhì)的同時(shí)也吸附或絡(luò)合固定了土壤中的重金屬,從而降低了土壤中重金屬的毒性和生物有效性。但也有研究表明在土壤中施用有機(jī)肥會(huì)提高土壤中重金屬的活性,從而提高重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。有機(jī)物料加入土壤后,因不同的腐解和礦物作用導(dǎo)致其對(duì)重金屬的螯合固定產(chǎn)生不同的作用。3.3種植超富集植物改變耕作制度和調(diào)整作物種類是降低重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的有效措施,在污染土壤中種植對(duì)金屬具有抗性且不進(jìn)入食物鏈的植物品種可以明顯地降低重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)。在污染嚴(yán)重的地區(qū)種植超富集植物,通過連續(xù)種植收割將重金屬移出污染區(qū),杜絕重金屬再次進(jìn)入污染地區(qū);在輕污染的地區(qū),種植重金屬耐性植物,減少重金屬在植物可食器官的累積,從而保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。4植物重金屬污染技術(shù)Madejón等在西班牙Guadiamar河附近的一塊污染土壤進(jìn)行了6年施用生物固體堆肥、風(fēng)化褐煤和糖酸鹽等改良劑的大田試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)一些改良劑處理可顯著地降低土壤中重金屬的有效態(tài)含量,從而降低土壤重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)。在礦區(qū)土壤中,采用原位化學(xué)固定技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方式,可以促進(jìn)這些地區(qū)植被的恢復(fù),這些措施均可以降低土壤重金屬的淋溶損失和徑流損失。在加拿大的Sudbury市,受到礦產(chǎn)開發(fā)和冶煉的影響,約30km2土壤遭受重金屬的嚴(yán)重污染,植被寸草不生,通過添加生石灰和有機(jī)肥,成功地使該地區(qū)植被得到較好的恢復(fù)。植物修復(fù)比常規(guī)技術(shù)治理成本低,據(jù)國外報(bào)道,對(duì)一塊污染土地進(jìn)行5年的治理,采用植物修復(fù)技術(shù)的費(fèi)用為25萬美元,而常規(guī)的治理技術(shù)需要66萬美元。近20多年來,發(fā)達(dá)國家紛紛圍繞礦區(qū)污染土地的植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行大量的研發(fā)工作,并且在工程應(yīng)用方面也取得顯著成效,使某些植物修復(fù)技術(shù)開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用階段。2000年在北美和歐洲植物修復(fù)技術(shù)就占到4億美元的市場,2005年僅美國植物修復(fù)技術(shù)的市場將達(dá)到25億美元。預(yù)期在不久的將來,該技術(shù)有望形成一個(gè)具有巨大增長潛力的新型環(huán)保產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國受到Cd、As、Pb、Hg、Zn等重金屬污染的耕地近2000萬hm2,約占總耕地面積的1/5,其中鎘污染耕地1.33萬hm2,涉及11個(gè)省25個(gè)地區(qū);被汞污染3.2萬hm2,涉及15個(gè)省21個(gè)地區(qū)。國內(nèi)已經(jīng)在重金屬污染土壤修復(fù)方面進(jìn)行了一定的工作。1999年中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)中心陳同斌領(lǐng)導(dǎo)的研究組在中國本土發(fā)現(xiàn)世界上第一種砷的超富集植物——蜈蚣草后,研究開發(fā)出植物修復(fù)成套技術(shù),包括超富集植物育種、栽培、管理、施肥、微生物和化學(xué)調(diào)控劑等配套措施或優(yōu)化工藝等,在湖南郴州、浙江富陽和廣東樂昌的As、Cu、Pb污染土壤上建立了3個(gè)植物修復(fù)示范工程。其中,湖南郴州砷污染土壤植物修復(fù)示范工程已穩(wěn)定運(yùn)行5年以上,在砷污染土壤的植物修復(fù)和砷富集技術(shù)方面取得突破。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳啟堂教授的研究組利用超富集Cd和Zn的植物東南景天、石灰、過磷酸鈣和廢料碳酸鈣對(duì)農(nóng)田重金屬污染土壤進(jìn)行植物-化學(xué)聯(lián)合修復(fù),使作物籽粒中Cd、Zn和Cu含量降低到了國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)允許的含量水平。一些研究者利用苧麻對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù),取得了較好的效果。另外,我國的其他一些高校和研究所如中國科學(xué)院南京土壤研究所、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)所、中山大學(xué)、浙江大學(xué)等均開展了大量的