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關(guān)鍵詞:重金屬;土壤重金屬污染;生物修復(fù)技術(shù)
土壤重金屬污染問題越來越引起人們的關(guān)注,它具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點(diǎn)。土壤一旦遭受重金屬污染,不僅危害大、治理成本高,而且較難以消除。 “十二五”期間,我國將元素鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和砷(As)列為重金屬污染防控的重點(diǎn)元素。2014年4月,環(huán)保部和國土部聯(lián)合的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示,全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀,部分地區(qū)土壤污染嚴(yán)重。全國第二次土地調(diào)查結(jié)果顯示,我國中重度污染耕地大約為5000萬畝。
被重金屬污染的土壤不僅對作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)有影響,而且會通過食物鏈放大富集進(jìn)入人體,極低濃度就能破壞人體正常的生理活動,損害人體健康[1]。土壤污染影響到整個人類生存環(huán)境的質(zhì)量。重金屬污染已成為一個亟待解決的環(huán)境問題。
1、土壤中重金屬的來源及危害
土壤中重金屬的來源可分為天然來源和人為來源。天然來源是由于土母質(zhì)本身含有重金屬,不同的母質(zhì)、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。人為來源主要是來自人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以及生活垃圾,工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出,黑色金屬、有色金屬、皮革制品、造紙、石油煤炭、化工醫(yī)藥、礦物制品、金屬制品和電力等行業(yè),重污染企業(yè)用地及周邊土壤存在超標(biāo)現(xiàn)象。
近年來,突發(fā)性的環(huán)境污染事件驟增,特別是重金屬污染事件。突發(fā)的環(huán)境事件會導(dǎo)致重金屬在短時(shí)間內(nèi)高濃度地進(jìn)入環(huán)境,產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。2008年,我國相繼發(fā)生了貴州獨(dú)山縣、湖南辰溪縣、廣西河池、云南陽宗海等多起砷污染事件。2009年8月以來,又發(fā)生了陜西鳳翔兒童血鉛超標(biāo)、湖南瀏陽鎘污染及山東臨沂砷污染事件。2014年,湖南衡東縣兒童血鉛超標(biāo)事件,300多名兒童被查出血鉛含量超標(biāo)。據(jù)美國學(xué)者統(tǒng)計(jì)表明,城市兒童血鉛與城市土壤鉛含量呈顯著的指數(shù)關(guān)系[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國約有3萬多公傾土地受汞的污染,有1萬多公傾土地受鎘的污染,每年僅生產(chǎn)“鎘米”就達(dá)5萬t以上,而每年因污染而損失的糧食約1200萬t,嚴(yán)重影響了我國的糧食生產(chǎn)和食品安全[3]。這些重金屬污染事件有些是由于管理不當(dāng)、交通事故等人為原因?qū)е碌?,有些則是環(huán)境長期受到污染、污染物含量超過環(huán)境容量而突然爆發(fā)的結(jié)果?!吧槎尽薄把U”“鎘米”等重金屬污染事件頻發(fā),讓重金屬污染成為最受關(guān)注的公共事件之一。重金屬污染問題已日益嚴(yán)重,土壤重金屬的治理和修復(fù)已迫在眉睫。
2.重金屬土壤污染治理生物修復(fù)技術(shù)
目前,國內(nèi)外較成熟的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)有物理修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法等,本文主要就土壤重金屬修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。生物修復(fù)技術(shù)主要有植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)修復(fù)技術(shù)和組合修復(fù)技術(shù)。
2.1植物修復(fù)技術(shù)
根據(jù)Cunningham等人的定義,植物修復(fù)是利用綠色植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物,使其對環(huán)境無害[4]。根據(jù)機(jī)理的不同,土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)有3中類型:植物固定、植物揮發(fā)和植物提取。目前研究最多且最有發(fā)展前景的植物修復(fù)技術(shù)為植物提取。植物提取是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上,該種植物對土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,將植物收獲并進(jìn)行妥善處理(如灰化處理)后即可將該重金屬從土體中去除,達(dá)到治理污染與生態(tài)修復(fù)的目的,這種特定的植物被稱為超積累植物。植物修復(fù)法成本低,可有效避免二次污染,對環(huán)境擾動小。目前,全球已發(fā)現(xiàn)的超積累植物大約500種,大部分是關(guān)于鎳的超富集植物。在我國已經(jīng)發(fā)現(xiàn)寶山堇菜、龍葵、馬藺、三葉鬼針草對Cd有富集作用,蜈蚣草[5]和大葉井口邊草[6]對As有富集作用,圓錐南芥[7]屬多重金屬富集植物,對Pb、Zn、Cd均有富集作用。植物修復(fù)技術(shù)可同時(shí)修復(fù)土壤及周邊水體;成本低;能夠美化環(huán)境,可提高土壤的肥力。植物修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn):超富集植物個體矮小,生長緩慢,修復(fù)周期很長;超富集植物對重金屬具有較強(qiáng)的選擇性和拮抗性;植物收割后,需要進(jìn)行特殊處理,否則易造成二次污染;異地引種將對當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有詷?gòu)成潛在威脅。適用于大面積農(nóng)田土壤修復(fù)。
2.2微生物修復(fù)技術(shù)
微生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物(如藻類、細(xì)菌、真菌等)的生物活性對重金屬的親和吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物,從而降低重金屬的污染程度。微生物不能降解和破壞重金屬,但可通過改變它們的化學(xué)或物理特性而影響金屬在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化。研究證明,土壤中鉻可以在微生物還原作用、生物吸附、富集等作用下降低其生物可利用性和毒性,以達(dá)到修復(fù)鉻污染土壤的目的[8]。微生物修復(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。但是微生物修復(fù)的專一性強(qiáng),很難同時(shí)修復(fù)多種復(fù)合重金屬污染土壤;應(yīng)用難度大。
2.3農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)
農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)包括農(nóng)藝修復(fù)和生態(tài)修復(fù),前者是改變耕作制度,調(diào)節(jié)種植作物品種,種植不進(jìn)入食物鏈的植物,選擇能降低土壤重金屬污染的化肥,或增施能夠固定重金屬的有機(jī)肥等來降低土壤重金屬污染;后者調(diào)節(jié)土壤水分、養(yǎng)分、pH值和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態(tài)因素,調(diào)控污染物所處環(huán)境介質(zhì),但該技術(shù)修復(fù)周期長、效果不明顯。農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)環(huán)境友好,代價(jià)小。但需要大量的調(diào)研,基礎(chǔ)研究,改變種植習(xí)慣。適用于大面積低污染農(nóng)田土壤。
2.4組合修復(fù)技術(shù)
植物組合修復(fù)技術(shù)是將植物修復(fù)技術(shù)與其他土壤重金屬污染治理方法(比如物理、化學(xué)等修復(fù)技術(shù))綜合利用形成的組合技術(shù),與單一重金屬治理技術(shù)相比,植物組合修復(fù)技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。有代表的有螯合劑-植物組合修復(fù)技術(shù),螯合劑與土壤中的重金屬發(fā)生螯合作用,形成水溶性的金屬―螯合劑絡(luò)合物,改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài),提高重金屬的生物有效性,強(qiáng)化植物對重金屬的吸收。另外還有基因工程-植物組合修復(fù)技術(shù)及微生物-植物組合修復(fù)技術(shù)等。
3、展望
隨著社會的發(fā)展進(jìn)步,人們對土壤重金屬污染的認(rèn)識越來越深刻,越來越重視,如何防控和治理土壤重金屬已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在今后的土壤重金屬污染治理中,首先應(yīng)以源頭控制,即有效地降低重金屬污染物的排放,這主要有賴于國家環(huán)境政策與法規(guī)的不斷完善和工礦企業(yè)技術(shù)革新的落實(shí)。其次就是土壤的修復(fù)技術(shù),針對土壤污染的復(fù)雜性、多樣性及復(fù)合性,在修復(fù)時(shí)要綜合考慮污染物的性質(zhì)、土壤條件、投資成本等各方面的因素,從單一的修復(fù)技術(shù)向多數(shù)聯(lián)合的修復(fù)技術(shù)、綜合集成的工程修復(fù)技術(shù)發(fā)展,選擇最適合的修復(fù)技術(shù)或組合, 達(dá)到高效、節(jié)約的雙重效果。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】土壤污染;重金屬;治理方法
土壤,為人類提供生存所需的自然環(huán)境,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供必要的資源。我們所面臨的許多問題,諸如環(huán)境問題、糧食問題、資源問題等等,都和土壤息息相關(guān)。自上世紀(jì)20年代以來,工業(yè)發(fā)展,導(dǎo)致金屬產(chǎn)量急劇增加,進(jìn)而導(dǎo)致重金屬環(huán)境污染問題。含有重金屬的污染物通過多種方式進(jìn)入土壤,導(dǎo)致土壤重金屬污染問題。現(xiàn)在,很多發(fā)展中甚至發(fā)達(dá)國家,都面臨著土壤污染問題。這一問題的日益嚴(yán)重,也引起了人們的廣泛關(guān)注。因此,本文將圍繞土壤重金屬污染的現(xiàn)狀、治理方法等方面展開。
1.我國土壤重金屬污染的現(xiàn)狀
目前,我國大陸受到重金屬污染的耕地面積約為2000萬公頃,大約占耕地總面積的1/5。其中,受礦區(qū)污染的耕地面積約200萬公頃,受石油污染的耕地面積約500萬公頃,受固體廢棄物堆放污染的耕地面積約5萬公頃,受“工業(yè)三廢”污染的耕地面積約1000萬公頃,受污水灌溉的耕地面積約330萬公頃。由于土壤污染,我國農(nóng)業(yè)糧食產(chǎn)量每年減少約1300萬噸,更為嚴(yán)重的是,因?yàn)槭艿轿廴?,土壤的多種功能,如營養(yǎng)功能、凈化功能、緩沖功能、有機(jī)體的支持功能等功能正在逐漸喪失。
2.土壤重金屬污染的后果
第一、土壤污染導(dǎo)致耕地資源短缺。
第二、土壤污染威脅人、畜的身體健康。
第三、土壤污染阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。
第四、土壤污染會導(dǎo)致其他的環(huán)境污染問題。
第五、土壤污染危及子孫后代的利益,阻礙農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的健康、持續(xù)發(fā)展,不利于國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
3.土壤重金屬污染的治理
3.1物理防治
物理防治主要采取排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等措施。不同地區(qū)應(yīng)采取不同的措施:
(1)污染嚴(yán)重的地區(qū),適合采取排土、換土、去表土、客土等措施。這些措施可以從根本上去除土壤中的重金屬污染物。具體方法:將重金屬重污染地區(qū)的土壤放到高溫、高壓的條件下,使之變成的玻璃態(tài)物質(zhì),然后將重金屬固定在玻璃態(tài)物質(zhì)中,進(jìn)而達(dá)到去除重金屬污染物的目的。這種方法可以在根本上去除土壤中的重金屬污染物,而且見效迅速,但這種方法工作量大、費(fèi)用高。因此,這種方法常被用在重金屬重污染地區(qū)的搶救性修復(fù)工作中。
(2)污染較輕的地區(qū),適合使用深耕翻土這種方法。這一方法可以降低土壤表層的重金屬含量。
3.2化學(xué)防治
化學(xué)防治的方法很多,如:
3.2.1添加重金屬改良劑
在土壤中添加一些處理重金屬污染時(shí)的常用到的改良劑改良劑,諸如磷酸鹽、石灰以及硅酸鹽等。它們可以和土壤中的重金屬污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而生成難溶化合物,從而減少土壤和植被對重金屬污染物的吸收。
3.2.2施加重金屬螯合劑
土壤中的重金屬大都吸附于土壤固體表層,因而土壤溶液中的重金屬含量相對較少,所以,我們可以在土壤中施加重金屬螯合劑。這樣做可以提高土壤中重金屬的有效態(tài),更易于流動、吸收。
3.2.3施用重金屬拮抗劑
在土壤中,重金屬元素之間有拮抗作用。我們可以利用一些對人體沒危害甚至是有益的金屬元素的拮抗作用,減少土壤中重金屬的有效態(tài)。所以,在輕度污染的土壤中、施加少量的有拮抗性的金屬元素,將能起到很好的防治作用。
3.3生物防治
生物防治,可以采取以下措施:
3.3.1植物吸收
可以通過植物的吸收作用來減少土壤中的重金屬污染物含量。這類植物很多,如羊蕨屬植物、筧科植物等,這些植物對土壤中的重金屬的吸收率可達(dá)到100%。
3.3.2微生物降解
使用清洗劑將土壤表層附著的重金屬解吸到土壤溶液中,然后隨著清洗液一起流入預(yù)定的水體中,并和微生物發(fā)生作用,從而實(shí)現(xiàn)消除土壤中重金屬的目的。
3.3.3生物防治很多優(yōu)點(diǎn),如效果好、沒有二次污染、費(fèi)用低、易管理、易操作等,因此受到人們的普遍重視
3.4農(nóng)業(yè)生態(tài)防治
農(nóng)業(yè)生態(tài)防治,可以采取以下措施:
3.4.1控制土壤的氧化―還原條件
在浸水的土壤中,重金屬常常以難溶態(tài)的硫化物的形式存在。所以,控制土壤中的水分和氧化―還原電位,在作物壯籽期間,保證土壤處于一個相對穩(wěn)定的水淹期,就可以減少植物吸入的重金屬含量,進(jìn)而減少果實(shí)和籽中的重金屬含量。
3.4.2改變作物品種
改變作物品種,也可以在一定程度上降低土壤中的重金屬含量。如:在受污染較嚴(yán)重的地區(qū),種植花卉和經(jīng)濟(jì)林目等;而在受污染較輕的地區(qū),種植耐重金屬性較強(qiáng)強(qiáng)的作物,如改旱地為水田,或者旱地、水田進(jìn)行輪作,以調(diào)整PH、EH,從而降低土壤中重金屬的有效性。
目前,以上列舉的治理土壤重金屬污染問題的技術(shù)還不能被廣泛地應(yīng)用,其原因有成本過高、實(shí)地應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)不足、處理效果不穩(wěn)定等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,開發(fā)、研究工作的深入與完善,這些治理方法一定可以日趨完善,并被廣泛運(yùn)用。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞:土壤;重金屬;污染;現(xiàn)狀;修復(fù)
中圖分類號:TE991.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
比重大于4或5的金屬為重金屬,如鐵、錳、銅、鋅、鈷、鎳、鈦、鉬、汞、鉛、鎘、砷等。鐵、錳、銅、鋅等重金屬是生命活動所需要的微量元素,汞、鉛、鎘、砷等并非生命活動所必需,而且所有重金屬含量超過一定濃度時(shí)對人體有毒有害。
重金屬污染,指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。土壤重金屬來源廣泛,包括采礦、冶金、化工、金屬加工、廢電池處理、電子制革和塑料等工業(yè)排放的三廢及汽車尾氣排放,農(nóng)藥和化肥的施用等。如,鎘大米,重金屬鎘毒性很大,可在人體內(nèi)積蓄,主要積蓄在腎臟,引起泌尿系統(tǒng)的功能變化。農(nóng)灌水中含鎘0.007mg/L時(shí),即可造成污染。
1 土壤污染現(xiàn)狀
土壤是農(nóng)業(yè)最基本的生產(chǎn)資料,是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),是不可再生的自然資源。而污染企業(yè)的快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)中肥料的大量投入,經(jīng)濟(jì)效益提高的同時(shí),環(huán)境的污染也日趨嚴(yán)重,使得重金屬在大氣、水體、土壤、生物體中廣泛分布,而土壤往往是重金屬的儲存庫和最后的歸宿。當(dāng)環(huán)境變化時(shí),底泥中的重金屬形態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)化并釋放造成污染。重金屬不能被生物降解,但具有生物累積性,重金屬可以通過食物鏈不斷富集,殘留在一些初級農(nóng)產(chǎn)品中,傳遞進(jìn)入人體內(nèi),對人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。
中國目前有耕地1.35億多hm2,但優(yōu)質(zhì)耕地?cái)?shù)量不斷減少,近期的第二次全國土地調(diào)查結(jié)果顯示,中重度污染耕地超過300萬hm2,而每年因土壤污染致糧食減產(chǎn)100億kg。中國中央農(nóng)村工作領(lǐng)導(dǎo)小組副組長陳錫文介紹說,今后受重金屬污染的耕地將退出食用農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn),啟動重金屬污染耕地修復(fù)試點(diǎn)。
2 控制與消除土壤污染源
在“十二五”規(guī)劃中,把重金屬污染的防治列為重要工作,要求到2015年,重點(diǎn)區(qū)域鉛、汞、鉻、鎘和類金屬砷等重金屬污染物的排放,比2007年削減15%,非重點(diǎn)區(qū)域的重點(diǎn)重金屬污染排放量不超過2007年的水平。
控制土壤污染源,即控制進(jìn)入土壤中的污染物的數(shù)量與速度,通過其自然凈化作用而不致引起土壤污染,加強(qiáng)土壤污灌區(qū)的監(jiān)測與管理,合理施用化肥與農(nóng)藥,增加土壤容量與提高土壤凈化能力,建立監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),定期對轄區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行檢查。
3 注重農(nóng)業(yè)資源永續(xù)利用
我國土壤重金屬污染已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)嚴(yán)重的程度,要充分認(rèn)識重金屬污染的長期性、隱匿性、不可逆性以及不能完全被分解和消逝的特點(diǎn),從思想上重視了解重金屬對人類及環(huán)境造成的危害,提高環(huán)境保護(hù)意識,建立農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展長效機(jī)制,逐步讓過度開發(fā)的農(nóng)業(yè)資源休養(yǎng)生息,促進(jìn)生態(tài)友好型農(nóng)業(yè)發(fā)展,加大生態(tài)保護(hù)建設(shè)力度,是為子孫后代留下生存發(fā)展空間的重大戰(zhàn)略決策。
4 修復(fù)措施
土壤修復(fù)即通過科技創(chuàng)新來恢復(fù)土壤的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力和生態(tài)環(huán)境緩沖調(diào)控能力。重金屬對土壤的污染具有不可逆轉(zhuǎn)性,土壤一旦發(fā)生污染,短時(shí)間內(nèi)很難修復(fù),相比水、大氣、固體廢棄物等環(huán)境污染治理,土壤污染是最難解決的,土壤重金屬污染問題日益受到人們的關(guān)注。有關(guān)專家認(rèn)為,已受污染土壤沒有治理價(jià)值,對那些污染嚴(yán)重、生態(tài)脆弱、資源環(huán)境壓力大的耕地,該改種的就改種,該治理的就治理,該退耕的就退耕。目前,土壤修復(fù)技術(shù)歸納起來有熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)、熱解吸修復(fù)技術(shù)、焚燒法、土地填埋法、化學(xué)淋洗、堆肥法、生物修復(fù)等多種,目前研究較多的生物修復(fù)法,包括植物修復(fù)法和動物修復(fù)法。
4.1 植物修復(fù)法
植物修復(fù)法是利用重金屬積累將土壤中的重金屬富集于植物體內(nèi),然后通過收割植物從土壤清除出去,植物修復(fù)法應(yīng)用比較普遍和簡便,成本較低,不改變土壤性質(zhì),種植的植物不僅美化環(huán)境還可以起到防風(fēng)固坡,防止土壤流失。但是,其治理效率較低,耗時(shí)長、污染程度不能超過修復(fù)植物的正常生長范圍,只適合中低濃度的污染耕地,而對于高濃度的污染耕地,植物修復(fù)法則需要漫長的時(shí)間并且效果難料,而且隨著植物離開土壤,還會產(chǎn)生二次污染危害。因此,植物修復(fù)技術(shù)只能作為一種污染治理輔助技術(shù)。
4.2 動物修復(fù)法
動物修復(fù)是通過土壤動物或者投放動物對土壤重金屬吸收、降解、轉(zhuǎn)移以去除重金屬或抑制其毒性,被認(rèn)為是一種有效的生態(tài)恢復(fù)措施。動物修復(fù)的機(jī)理:生物體內(nèi)的金屬硫蛋白與重金屬結(jié)合形成低毒或無害的絡(luò)合物;生物的代謝物富含SH的多肽,能與重金屬螯合,從而改變其存在狀態(tài);生物體內(nèi)存在的多種編碼金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能提高生物對金屬的抗性。
雖然土壤的修復(fù)技術(shù)很多,但沒有一種修復(fù)技術(shù)可以針對所有污染土壤。相似的污染狀況,不同的土壤性質(zhì)、不同的修復(fù)需求,也制約一些修復(fù)技術(shù)的使用。大多數(shù)修復(fù)技術(shù)對土壤或多或少帶來一些副作用。
5 小結(jié)
綜上所述,由于土壤重金屬來源廣泛、復(fù)雜,增加了對土壤重金屬治理和修復(fù)難度,嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn),要更好地防治土壤重金屬污染,還需要廣大科研工作者不懈的努力,研發(fā)出更好的效率更高的修復(fù)技術(shù),要大力宣傳加強(qiáng)全民環(huán)保意識,把環(huán)境污染程度降到最低,形成全社會都來重視土壤污染的良好環(huán)保氛圍,逐步改善土壤生態(tài)環(huán)境。目前,研發(fā)適用性廣、成本低、見效快、環(huán)保的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)是各國土壤重金屬生態(tài)修復(fù)的前沿問題,也是迫切需要解決的問題。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:土壤;重金屬污染;防治
Abstract: such as rapid development of modern agriculture and industry at the same time, the situation of soil heavy metal pollution has become increasingly serious. This article mainly from the soil heavy metal pollution sources and present situation analysis, points out the harm of soil heavy metal pollution at the same time, puts forward some prevention measures, and provides a certain reference for environmental protection, promote the sustainable development and utilization of the soil.
Key words: soil; Heavy metal pollution; The prevention and control
中圖分類號:文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:2095-2104(2013)
引言
土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)組成部分,是土壤圈中受人類活動影響最為強(qiáng)烈的部分,這類土壤廣泛分布于公園、道路、體育場、城郊、垃圾填埋場、廢棄工廠、礦山周圍,有著不同于自然土壤的理化性質(zhì)。重金屬是有害元素,可通過吞食、吸入和皮膚吸收等主要途徑進(jìn)入人體,損害造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng),嚴(yán)重時(shí)則損害神經(jīng)系統(tǒng),直接對人特別是兒童的健康造成危害,還可通過污染食物、大氣和水環(huán)境間接影響城市環(huán)境質(zhì)量,危害人類健康。城市人口與土壤直接或間接接觸的幾率很高,相比于自然土壤或農(nóng)用土壤而言,這類土壤的重金屬污染更容易對人體健康造成危害。城市化所導(dǎo)致的環(huán)境惡化已成為影響居民健康的一個重要因素。因此,關(guān)注城市土壤的重金屬污染來源及危害,有針對性采取污染治理措施,具有重要的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
一、土壤中重金屬污染的現(xiàn)狀
在自然界的循環(huán)過程中,環(huán)境中的污染物很大一部分都會進(jìn)入或者經(jīng)過土壤。因?yàn)橥寥乐械闹亟饘僭乜赡軙ㄟ^食物鏈在生物體中聚集,從而造成人體內(nèi)長期積蓄對人體造成危害。土壤中重金屬的來源是多種途徑的,除了大氣干濕沉降的來源之外,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、污水農(nóng)用灌溉、等也可能會造成重金屬對大氣、土壤和水體的環(huán)境污染。
1.大氣干濕沉降污染
伴隨著社會的快速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)、大量的石油以及汽車等排放的尾氣等,它們?nèi)紵蟮奈矚膺M(jìn)入大氣后,使得空氣中含有大量的重金屬元素,它們主要是經(jīng)自然沉降和雨淋沉降進(jìn)人土壤,并且分布在工礦的周圍和公路、鐵路的兩側(cè),這些重金屬元素既可以直接沉降到土壤中或者被土壤吸附,也可以被植物吸收后,通過植物傳輸土壤而引起土壤重金屬污染。
2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染
在農(nóng)作物的成長過程中,為了促進(jìn)生物的快速結(jié)果,往往會采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方法,大量使用化肥、農(nóng)藥。而在使用含有鉛、汞、福、砷等的農(nóng)藥的時(shí)候,由于重金屬元素的長期積累,造成土壤中重金屬元素的含量不斷上升,導(dǎo)致土壤中重金屬的污染。并且在有些地區(qū),污水作為農(nóng)田的常用水,因?yàn)楣I(yè)污染的成分比較復(fù)雜,里面不同程度地含有重金屬等有害物質(zhì),常常會引起一定的危害。
3.污水農(nóng)用灌溉污染
由于城市工業(yè)化的快速發(fā)展,大量的工業(yè)污水成為農(nóng)田灌溉的常用水。但是因?yàn)槲鬯喔纫话闶菍儆诿嬖次廴荆坏┪廴?,收到污染的面積就會很大。含有許多重金屬離子的城市污水,進(jìn)入河道,而進(jìn)入土壤,從而引起水體污染,惡性循環(huán),給人們帶來無法估計(jì)的傷害,對農(nóng)業(yè)及其人們的日常生活帶來影響。
二、土壤重金屬污染的危害
1.對城市生態(tài)景觀植物危害
城市土壤受重金屬污染后會形成土壤結(jié)塊,同時(shí)重金屬在土壤—植物系統(tǒng)中遷移會直接影響植物的生理生化和生長發(fā)育,從而引發(fā)土壤生物和植被退化等一系列較為嚴(yán)重的城市環(huán)境問題,直接危及城市居民的健康和安全。例如,鎘是危害植物生長的有毒元素,如果土壤中鎘含量過高, 植物葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)會遭到破壞,同時(shí)根系對水分和養(yǎng)分的吸收會減少, 根系生長受到抑制,從而阻礙植物生長,甚至引起植物死亡。
2.對人體的危害
受污染的土壤暴露在城市環(huán)境中,形成粉塵直接或間接進(jìn)入動物和人體中,對人類產(chǎn)生危害。此外,郊區(qū)蔬菜基地土壤受到污染,重金屬容易被植物利用而進(jìn)入食物鏈,最終通過食物鏈影響人類的健康。如Pb 能傷害人體的神經(jīng)系統(tǒng), 特別對幼兒的智力發(fā)育有極其不良的影響;鎘的毒性很大,在人體內(nèi)蓄積會引起泌尿系統(tǒng)功能變化,還會影響骨骼發(fā)育。
三、土壤中重金屬污染的防治
土壤的重金屬污染防治要想取得一定的成效,必須從預(yù)防和防治相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)施。也就是說要做到,預(yù)防為主,防治結(jié)合的方法。從某種意義上來說,治理重金屬的污染一方面可以通過物理化學(xué)的方法去除土壤中的重金屬污染物,另一方面可以改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)。
1.工程治理方法
工程治理的治理方法主要是依據(jù)物理和化學(xué)的原理來治理土壤中重金屬污染的途徑。一般是運(yùn)用客土、換土、去表土和深耕翻土等措施來達(dá)到這種目的??屯林饕窃诒晃廴镜耐寥乐屑尤霙]有被污染的新土;換土是將以污染的土壤移去,換上未污染的新土;翻土是將污染的表土翻至下層;去表土是將污染的表土移去等。沖洗絡(luò)合法是用清水沖洗被重金屬污染的土壤,使重金屬遷移至較深的根外層,減少作物根區(qū)重金屬的離子濃度。另外,為了避免出現(xiàn)土壤的再次污染,可以利用一定比例的化合物進(jìn)行土壤沖淋,使其能與重金屬形成比較穩(wěn)定的化合物,或者是利用帶有陰離子的溶液,常用的是碳酸鹽和磷酸鹽進(jìn)行,這樣能收到比較好的效果,使重金屬能形成多需要的沉淀。而對于低滲透性的粘土和淤泥土,我們可以用電動修復(fù)方法來完成,這樣的重金屬可以用到汞等。
這種工程治理的方法可以說收到的效果比較明確,而且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,但是往往實(shí)行以來會比較復(fù)雜,容易引起土壤肥力的降低。
2.農(nóng)業(yè)治理方法
在治理土壤重金屬污染的方法時(shí),用到的農(nóng)業(yè)治理方法一般是要改變一些耕作的管理來減輕重金屬的含量和危害。這樣就會對進(jìn)入土壤中的有害物質(zhì)有所降低。因?yàn)樵谖廴就寥罆r(shí),只要不進(jìn)入食物鏈對人體的傷害就不會那么大。生活中我們可以利用控制土壤中的水分,來達(dá)到降低重金屬污染的目的;在選擇化肥時(shí),選擇最能降低土壤重金屬污染的化肥,增加施加有機(jī)肥的利用,使其能夠固定土壤中多種重金屬以及降低土壤中重金屬污染;還可以選擇比較抗污染的植物并且不能在已經(jīng)被污染的土壤上種植所需要的植物,以防止通過食物鏈的植物進(jìn)入人體,對人體造成傷害。合理的利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)工程措施,也可以保持土壤的肥力,改良和防治土壤重金屬污染,提高土壤質(zhì)量,并能與自然生態(tài)循環(huán)和系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作。比如可以在污染區(qū)公路的兩邊種樹、種花和種草,這樣不但可以使得環(huán)境變得清新,還可以凈化土壤,還可以進(jìn)行農(nóng)業(yè)的改良,就是在被污染的地區(qū)繁殖種子,然后在沒有污染的地方種植,收獲后把它們提取酒精,殘?jiān)鼔褐评w維板,并提取糠醛,或?qū)堅(jiān)谱髡託庾髂茉?。這種農(nóng)業(yè)治理措施的比較切合實(shí)際,也比較容易實(shí)現(xiàn),而且費(fèi)用比較低,但是做起來的時(shí)間要求比較高,效果不會太顯著。
3.物理修復(fù)
(1)電動修復(fù)
通過電流使土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)和無機(jī)離子以電透滲和電遷移的方式向電極運(yùn)輸,再集中收集處理。該方法適用于低滲透的粘土和淤泥土,可以控制污染物的流動方向。在沙土上的實(shí)驗(yàn),土壤中Pb2+、Cr3+等重金屬離子的除去率也可達(dá)90%以上。電動修復(fù)不攪動土層,修復(fù)時(shí)間短,是一種經(jīng)濟(jì)可行的原位修復(fù)技術(shù)。
(2)電熱修復(fù)
利用高頻電壓產(chǎn)生的電磁波對土壤進(jìn)行加熱,使污染物從土壤顆粒內(nèi)解吸出來,加快一些易揮發(fā)性重金屬從土壤中分離,從而達(dá)到修復(fù)的目的。該技術(shù)可以修復(fù)被Hg和Se等重金屬污染的土壤。
(3)土壤淋洗
利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中去,再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理。該技術(shù)要求尋找一種既能提取各種形態(tài)的重金屬,又不破壞土壤結(jié)構(gòu)的淋洗液。目前用于淋洗土壤的淋洗液,包括有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鹽和螯合劑。
4.化學(xué)修復(fù)
化學(xué)修復(fù)就是向土壤投入改良劑,將重金屬吸附、氧化還原、拮抗或沉淀,降低重金屬的生物有效性。常用改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽、硅酸鹽和促進(jìn)還原作用的有機(jī)物質(zhì),不同改良劑對重金屬的作用機(jī)理不同?;瘜W(xué)修復(fù)簡單易行,但它只改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài),金屬元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。
結(jié) 語
重金屬污染土壤的治理是一個整體性的工程,需要多種治理技術(shù)。植物修復(fù)加上化學(xué)、微生物及農(nóng)業(yè)生態(tài)措施,增加重金屬的生物有效性,促進(jìn)植物的生長和吸收,能更好地提高土壤重金屬修復(fù)的效率。因此,生物修復(fù)綜合技術(shù)前景廣闊。
參考文獻(xiàn)
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1.土壤重金屬污染現(xiàn)狀 目前我國受重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃,約占耕地總面積的1/5。受礦區(qū)污染土地達(dá)200萬公頃,石油污染土地約500萬公頃,固體廢棄物堆放污染約5萬公頃,“工業(yè)三廢”污染耕地近1000萬公頃,污水灌溉的農(nóng)田面積達(dá)330多萬公頃。土壤污染使全國農(nóng)業(yè)糧食減產(chǎn)已超過1300萬噸,因農(nóng)藥和有機(jī)物污染、放射性污染、病原菌污染等其他類型的污染所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)。由于污染,土壤的營養(yǎng)功能、凈化功能、緩沖功能和有機(jī)體的支持功能正在喪失。
2.土壤重金屬污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果 ①土壤污染使本來就緊張的耕地資源更加短缺。②土壤污染給人民的身體健康帶來極大的威脅。③土壤污染給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來很大的不利影響。④土壤污染也是造成其他環(huán)境污染的重要原因。⑤土壤污染中的污染物具有遷移性和滯留性,有可能繼續(xù)造成新的土地污染。⑥土壤污染嚴(yán)重危及后代子孫的利益,不利于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
3.土壤重金屬污染來源 ①隨著大氣沉降進(jìn)入土壤的重金屬。大氣中的重金屬主要來源于能源、運(yùn)輸、冶金和建筑材料生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體和粉塵。除汞以外,重金屬基本上是以氣溶膠的形態(tài)進(jìn)入大氣,經(jīng)過自然沉降和降水進(jìn)入土壤。經(jīng)自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入土壤的重金屬污染,與重工業(yè)發(fā)達(dá)程度、城市的人口密度、土地利用率、交通發(fā)達(dá)程度有直接關(guān)系,距城市越近,污染的程度就越重。②隨污水進(jìn)入土壤的重金屬。污水按來源和數(shù)量可分為城市生活污水、石油化工污水、工業(yè)礦山污水和城市混合污水等。生活污水中重金屬含量很少。但是,由于我國工業(yè)迅速發(fā)展,工礦企業(yè)污水未經(jīng)分流處理而排入下水道與生活污水混合排放,從而造成污灌區(qū)土壤重金屬鉛、鎘、汞、溴、鉻等含量逐年增加,隨著污水灌溉而進(jìn)入土壤的重金屬,以不同的方式被土壤截留固定。③隨固體廢棄物進(jìn)入土壤的重金屬。固體廢棄物種類繁多,成分復(fù)雜,不同種類其危害方式和污染程度不同。其中礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物最為嚴(yán)重。這類廢棄物在堆放或處理過程中,由于日曬、雨淋、水洗,重金屬極易移動,以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤、水體擴(kuò)散。有一些固體廢棄物被直接或通過加工作為肥料放入土壤,造成土壤重金屬污染。如隨著我國畜牧生產(chǎn)的發(fā)展,產(chǎn)生大量的家畜糞便及動物加工產(chǎn)生的廢棄物,這類農(nóng)業(yè)固體廢棄物中含有植物所需氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì),同時(shí)由于飼料中添加了一定量的重金屬鹽類,因此作為肥料施入土壤增加了土壤鋅、錳等重金屬元素的含量。固體廢棄物也可以通過風(fēng)的傳播而使污染范圍擴(kuò)大,土壤中重金屬的含量隨距污染源的距離增大而降低。④隨農(nóng)用物資進(jìn)入土壤的重金屬。農(nóng)藥、化肥和地膜是重要的農(nóng)用物資,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著重大的推動作用,但長期不合理施肥,也可以導(dǎo)致土壤重金屬污染。重金屬元素是肥料中最多的污染物質(zhì),氮、鉀肥料中重金屬含量較低,磷肥中含用較多的有害重金屬,復(fù)合肥的重金屬主要來源于母料及加工流程所帶入。