淺談我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)論文
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土壤是一個開放的緩沖動力學(xué)系統(tǒng)，承載著環(huán)境中50%～90%的污染負(fù)荷[1-2]。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)、冶煉、加工企業(yè)等規(guī)模的擴(kuò)大以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥、飼料等用量的增加和不合理的使用，致使土壤中重金屬含量逐年累積，明顯高于其背景值，造成生態(tài)破壞和環(huán)境質(zhì)量惡化，對農(nóng)業(yè)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。重金屬在土壤中移動性差、滯留時間長、難降解，可以通過生物富集作用和生物放大作用進(jìn)入到農(nóng)牧產(chǎn)品中[3]，從而影響產(chǎn)出物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)，潛在威脅人體健康[4]。本文對我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要分析，概述了土壤中重金屬的來源，簡單介紹了物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)方面的研究進(jìn)展，以期為土壤重金屬污染修復(fù)提供參考。
1我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀
隨著礦山開采、冶煉、電鍍以及制革行業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些企業(yè)盲目追逐經(jīng)濟(jì)利益，輕視環(huán)境保護(hù)，再加上農(nóng)藥、化肥、地膜、飼料添加劑等的大量使用，我國土壤中Pb、Cd、Zn等重金屬的污染狀況日益嚴(yán)重，污染面積逐年擴(kuò)大，危害人類和動物的生命健康。據(jù)報道，2008年以來，全國已發(fā)生100余起重大污染事故，其中Pb、Cd、As等重金屬污染事故達(dá)30多起。據(jù)2014年國家環(huán)境保護(hù)部和國土資源部發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公報顯示，全國土壤環(huán)境總狀況體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。全國土壤總的點位超標(biāo)率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。據(jù)農(nóng)業(yè)部對我國24個省市、320個重點污染區(qū)約548萬hm2土壤調(diào)查結(jié)果顯示，污染超標(biāo)的大田農(nóng)作物種植面積為60萬hm2，其中重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與面積約占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量與總面積的80%以上，尤其是Pb、Cd、Hg、Cu及其復(fù)合污染尤為明顯[5]。我國的一些主要水域如淮河流域、長江流域、太湖流域、膠州灣等也都出現(xiàn)了重金屬污染[6]。
2土壤重金屬來源
土壤中重金屬來源主要有內(nèi)部來源和外部來源兩種。在內(nèi)部來源中，由于成土母質(zhì)、地形地貌、水文氣象及植被和土地利用類型等的不同，對土壤重金屬含量的影響有很大差異[7]，致使部分地區(qū)土壤背景值較高。外部原因主要是人為活動的影響，是土壤重金屬污染的主要來源，主要包括以下幾個方面：
2.1隨大氣沉降進(jìn)入土壤中的重金屬大氣沉降是造成土壤重金屬污染的一個重要途徑[6]。工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及輪胎摩擦可產(chǎn)生含有重金屬的有毒氣體和粉塵，經(jīng)自然沉降和雨雪沉降進(jìn)入土壤中，污染元素主要為Pb、Cu、Zn等。礦山開采和冶煉所帶來的大氣沉降也是土壤重金屬的重要來源[5]。有毒氣體和粉塵容易遷移和擴(kuò)散，在工礦煙囪、廢物堆和公路附近的土壤中，土壤重金屬含量較高，向四周和兩側(cè)擴(kuò)散減弱。研究人員對某鉛鋅冶煉廠的土壤重金屬空間分布特征的研究發(fā)現(xiàn)，Zn、Pb、As的主要污染來源是廢氣的大氣沉降，風(fēng)力和風(fēng)向是其空間分布的主要影響因子[7]。
2.2隨污水灌溉進(jìn)入土壤中的重金屬污水灌溉一般是指利用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田[6]，利用污水灌溉是農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分。但由于污水中含有大量的重金屬，隨污水進(jìn)入到土壤中，使得土壤中重金屬含量不斷富集。我國自20世紀(jì)60年代至今，污灌面積迅速擴(kuò)大，以北方旱做地區(qū)污染最為普遍，約占全國污灌面積的90%以上，污灌導(dǎo)致農(nóng)田重金屬Hg、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb等含量的增加[7]。
2.3工礦企業(yè)生產(chǎn)帶入土壤中的重金屬工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用重金屬元素，工礦企業(yè)將未經(jīng)嚴(yán)格處理的廢水直接排放，導(dǎo)致廢水中的重金屬滲入到土壤中，使得土壤中有毒重金屬含量增加[11]。礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物露天堆放或處理過程中，經(jīng)日曬、雨淋、水洗等作用，使重金屬以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴(kuò)散。南京某合金廠周圍土壤中的Cr大大超過土壤背景值，Cr污染以工廠煙囪為中心，范圍達(dá)到1.5km2[12]。電子廢棄物在堆放和拆解過程中，會造成Pb、Cr等重金屬進(jìn)入農(nóng)田土壤[13-14]。
2.4農(nóng)事活動帶入土壤中的重金屬隨著人們對農(nóng)業(yè)產(chǎn)出物不斷增長的需求，農(nóng)藥、化肥、地膜等使用量不斷增加，導(dǎo)致土壤中的重金屬不斷富集，造成土壤重金屬污染。農(nóng)藥中含有Hg、As、Zn等重金屬，長期使用就會導(dǎo)致土壤中重金屬的累積。磷肥天然伴有Cd，隨著磷肥及復(fù)合肥的大量施用，土壤中有效Cd的含量不斷增加，作物吸收Cd量也在增加[15]。地膜在生產(chǎn)過程中加入了含Cd、Pb等重金屬的熱穩(wěn)定劑，也會造成土壤重金屬含量的增加。當(dāng)前有機(jī)肥肥源大多來源于集約化的養(yǎng)殖場，大多使用飼料添加劑，其中大多含有Cu和Zn[16]，使得有機(jī)肥料中的Cu和Zn含量也明顯增加，并隨著施肥帶入到土壤中。
3土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)
3.1物理修復(fù)一是客土、換土和深耕翻土等措施。通過這一措施，可以降低表層土壤重金屬含量，減少土壤重金屬對植物的毒害。深耕翻土適用于輕度污染的土壤，客土和換土適用于重度污染的土壤。工程措施具有穩(wěn)定、徹底的有點，效果較好，但是需要大量的人力、物力，投資較大，并會破壞土體結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力。二是電動修復(fù)、電熱修復(fù)、土壤淋洗等。物理修復(fù)效果好，但是成本高，還存在著造成二次污染的風(fēng)險。
3.2化學(xué)修復(fù)化學(xué)修復(fù)是主要是采用化學(xué)的方法改變土壤中重金屬的化學(xué)性質(zhì)，來降低土壤中重金屬的遷移性和生物可利用率，減少甚至去除土壤中的`重金屬，達(dá)到的土壤治理和修復(fù)的效果[17]。該技術(shù)的關(guān)鍵在于經(jīng)濟(jì)有效改良劑的選擇，常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣等無機(jī)改良劑和堆肥、綠肥、泥炭等有機(jī)改良劑，不同的改良劑對重金屬的作用機(jī)理不同。化學(xué)修復(fù)是在土壤原位上進(jìn)行，不會破壞土地結(jié)構(gòu)，簡單易行。但是化學(xué)修復(fù)只是改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，并沒有去除，在一定條件下容易活化，再度造成污染。
3.3生物修復(fù)生修復(fù)是利用微生物或植物的生命代謝活動，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)境中的移動性和生物可利用性。該方法效果好，易于操作，是目前重金屬污染的研究重點。目前生物修復(fù)技術(shù)主要集中在植物和微生物2個方面[18-19]，對植物修復(fù)方面研究的較多[20-23]。生物修復(fù)不會引起二次污染，成本低，易于推廣，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都優(yōu)于物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)，已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用，是目前土壤重金屬污染治理的研究熱點。
3.4農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)不同作物對重金屬有不同的吸附作用，可以通過采取不同的耕作制度、作物品種和種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、肥料種類的選取等措施，增加作物對土壤重金屬的吸收，降低土壤中的重金屬含量。研究表明，調(diào)節(jié)土壤水分、pH值以及土壤水分、養(yǎng)分等狀況，實現(xiàn)對污染物所處環(huán)境介質(zhì)的調(diào)控[24-25]，可以改善土壤的理化性質(zhì)，促使土壤中重金屬被作物有效地吸收。
4展望
土壤是人來賴以生存的重要自然資源之一，是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。土壤重金屬污染問題已經(jīng)成為當(dāng)今社會的主要環(huán)境問題之一。2016年出臺的《土壤污染防治行動計劃》，無疑是我國土壤環(huán)境管理歷史上里程碑式的文件，明確了我國土壤污染防治路線圖和時間表。
土壤是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，一旦受到污染，要將進(jìn)入到土壤中的污染物清除，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的是十分困難的。重金屬對土壤的污染以現(xiàn)有的技術(shù)而言是不可逆的。因此，土壤污染預(yù)防要比土壤污染治理重要的多。要堅持源頭預(yù)防和過程治理，以源頭控制為主，杜絕污染物進(jìn)入水體、土體，有效降低污染物的排放。在土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究中，要把物理方法、化學(xué)方法、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施綜合起來處理污染問題，研究出更加經(jīng)濟(jì)高效的治理措施，應(yīng)該加大生物修復(fù)技術(shù)研究，減少物理和化學(xué)方法的使用，以免造成二次污染。
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