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开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇重金属污染的措施，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）15-0247-01
重金属是指比重在4.0以上（大概60种）或比重在5.0以上（45种）的元素，而对于农田土壤中重金属污染，主要是指具有生物毒性且对农作物易造成污染的铅、镉、铜、锌、镍、铬等重金属[1-5]。一般情况下，重金属是以环境可适的浓度广泛分布于自然界中。但随着社会的发展以及人类活动的加剧，包括对采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等活动的日益增多，造成铅、汞、镉、钴等生物毒性显著的重金属元素及其化合物进入大气、水、土壤中，随着时间的推移，在生物体中存留、积累和迁移，从而引起更严重的污染问题，对环境造成不可逆的危害[6-9]。
1 农作物污染来源
1.1 农业生产活动中农药及化肥的使用
农药及化肥的使用保证了农作物的产量，但与此同时也带来了环境污染的负面效果。其中由于农田长期、广泛地使用农药，已异化了害虫、草的耐药性，进而促使农药的药量不断加大，造成恶性循环，对环境、农作物以及人类都造成了更深层次的伤害。与此同时，为了追求更高的农作物产量，大量并且更加频繁地使用化肥，造成了重金属在农作物体内的富集，使得重金属含量不断攀升。如汞主要来自含汞的废水和不恰当的灌溉，镉、铅污染主要来自农用塑料薄膜中的热稳定剂等，铜、锌污染主要来源于有机肥、化肥和农药的使用。马耀华等人通过对上海地区菜园土的研究发现：经过一个种植期的施肥后，农作物体内的镉含量从0.10 mg/kg攀升至0.32 mg/kg。
1.2 工业污染
工业污染对于农作物的危害形式则体现在2个方面：一是工业、矿业废水以及弃渣的排放。工业污水和工业弃渣是重金属的重要载体。尤其是对于一些金属冶炼厂等高污染企业，废渣、废水中的重金属含量极高，若未经处理就随意堆放或直接混入土壤则会对生态环境造成非常大的危害。二是工矿企业排放的烟尘上吸附着大量的重金属，导致重金属以气溶胶的形式进入大气，经过大气的降水等形式的干湿沉降进入到土壤中去，从而对农作物造成污染。因此，在农业土壤中，工矿企业周围的土壤中重金属含量一般会较其他地区高很多，因而污染也严重很多。
1.3 大气污染
李其林等人通过研究表明：铅、镉、汞、砷与大气污染有直接的关系。如铅可来源于汽车含铅汽油燃烧后排放的尾气、轮胎中添加的锌以及发动机及车体零部件中的铜经过磨损后进入环境中等。Viard et al发现造成公路两侧表层土壤和植物发生重金属污染的主要途径是机动车释放的重金属微粒在近路侧发生沉降。Garcia et al通过对公路两侧土壤和植物中铅、镉、锌、铜等含量的测定，认为道路两侧重金属污染的主要来源是机动车，并提出在公路长期运营前提下路侧土壤会发生显著的重金属累积等观点。Nabul et al通过研究认定高速公路两侧土壤和叶菜类蔬菜中存在重金属累积和污染。刘廷良等研究发现，路两旁的土壤中锌的重要来源即为汽车轮胎添加剂中的锌。目前，我国城市化进程迅速推进，机动车等交通工具数量激增，因此其排放至大气中的污染物质也日益增加，从而导致重金属在道路附近的农业土壤中累积。生物毒性显著的重金属元素如铅、镉等，随着公路运营过程而长期存在，对人体健康安全存在着潜在影响。
2 重金属对农作物的危害机理
土壤酶是土壤中一种生物化学反应的生物催化剂。在多数情况下，土壤酶是以复合体的形式吸附在土壤胶体颗粒表面，只有部分会溶解于土壤的溶液中。在土壤中的各种生物化学反应过程都有土壤酶参加，如动植物残体和微生物残体的分解过程，腐殖质的分解及其合成有机化合物的水解与转化过程，还有某些无机化合物的还原、氧化反应等等。土壤酶的活性能够反映出某一种土壤在特定状况下生物化学过程的相对强度。因此，测定相应酶的活性，可以间接了解某种物质在土壤中的转化情况。
依据相关研究可知，土壤酶活性的大小与重金属的污染程度存在一定的相关性。土壤中的许多酶大部分是由微生物分泌的，并且它们和微生物共同参与土壤中物质与能量的循环。Kandeler et al通过对土壤中13种酶的研究发现，与土壤中碳循环有关的酶受到重金属的抑制较小，而与土壤氮、磷、硫循环有关的酶受到重金属抑制作用比较明显。同时，Kuperman et al的研究成果指出：随着重金属浓度的增加，几乎所有的土壤酶活性明显降低了10～50倍。生物酶一般为蛋白质，而重金属可与蛋白质发生络合反应，使得蛋白质变性沉淀，因而酶也就失去活性。有研究者将在金属冶炼厂及化工厂等高污染企业附近的受到重金属污染的土壤与未被污染的土壤相比，土壤中脱氢酶、蛋白酶、碱性磷酸酶及硫酸酯酶的活性均受到了明显的抑制。
3 重金属对农作物危害的表现形式
对于重金属元素含量超标的地区则会引起植物生理功能的紊乱、营养不均衡，最终使植物枯萎甚至死亡。此外，汞、砷能够有效地减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮元素的供应。重金属在农田土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，不容易被人所发现，这样会使危害更加严重，农田重金属污染不仅会使土壤中的肥力下降，导致农作物的产量和质量减少，而且会通过食物链最终危害人类的健康。重金属还会对生殖障碍造成影响，影响胚胎的正常发育，威胁儿童和成人的身体健康等。
4 应对措施
4.1 化学方法
治理重金属污染的化学方法可归纳为2种。一是土壤解毒剂的研发与应用。土壤解毒剂是一种以凝灰岩为主要材料的合成硅，它除含有钙和硅这2种元素之外，还含有少量的铁、锰、镁及钾等，可对土壤中残留的农药进行无害化处理，同时农药在分解后的产物又能促进细菌的繁殖，对被重金属污染的土壤起到一个轻度进化的作用。二是柠檬酸的研制。美国能源部下属的Brookhaven National Laboratory的科学家发明了一种柠檬酸。该种酸能够有效地从土壤和垃圾中分离出生物毒性显著的重金属污染物，并随之将其转变成为有具有可利用价值的物质。该种新方法几乎可以清除土壤和垃圾中所有的具有显著生物毒性的重金属镉、铅、锌、铜以及放射性物质比如铀、铂、钻、艳、锶等。经过该种柠檬酸的处理后，土壤中具显著生物毒性的重金属可大大减少。
4.2 生物技术
利用生物方法净化土壤这一农作物的生长载体中的复合污染，在现如今对于土壤污染防治与修复，生物修复技术得到广泛的推崇。日本往原公司研制出利用生物技术迅速净化土壤复合污染的技木，即在污染的土壤中混入肥料和微量的无害酸，从而使受到污染而失去活性的土壤恢复固有的呼吸作用。然后通过迅速消耗土壤中的氧而形成强烈的还原效应，达到治理污染修复农作物生长环境的目的。
5 参考文献
[1] 环境保护部.GB15618-2008土壤环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2008.
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[6] 杨国义，张天彬，万洪富，等.广东省典型区域农业土壤中重金属污染空间差异及原因分析[J].土壤，2007，39（3）：387-392.
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关键词 蔬菜；重金属；污染；防治措施；广东东莞
中图分类号 X56 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）13-0227-01
东莞市位于广东省中南部，属珠江、东江冲积平原，土地肥沃，有丰富的土地、森林资源，濒临南海，地处北回归线以南，属于南亚热带海洋性气候，年平均气温22.3 ℃，降水量1 780.4 mm，日照量1 780.4 h，具有良好的农业生产气候条件。蔬菜在东莞农业生产中占据了极其重要的地位，一直以来是我国供港蔬菜的生产和出口基地，2014年东莞蔬菜的播种面积保持在2万hm2左右，随着经济的发展，大量工厂产生的废气废水致使蔬菜中重金属检出率很高[1]。蔬菜重金属污染问题不仅影响了东莞市蔬菜出口和菜农收入，还影响消费者的健康。本文在综述东莞蔬菜重金属污染状况的基础上，提出生产过程中的多种防治措施。
1 蔬菜重金属污染现状
近年来，东莞城市化和工业化快速发展，大量工厂的出现，给农业土壤带来了严重的污染过，特别是土壤重金属污染。经过调查，珠江三角洲典型地区中山市与东莞市铅、镉的污染比较严重，平均有13.2%的蔬菜样品中铅与镉的含量超过国家卫生标准的允许量[2]。土壤中镉污染为5种重金属中最严重，平均污染指数超过警戒线4倍，为严重污染等级[1]。东莞市菜地土壤整体受到了轻度的重金属污染，以西北部污染较为严重，东北部污染最轻[3]。东莞市土壤中主要受到Cd和Hg污染，许多蔬菜对重金属都有积累能力，例如芥兰对汞和铬积累的能力较强，空心菜、白菜和油菜对铅、镉的积累能力强。
2 蔬菜重金属污染来源
2.1 大气污染
东莞市有一些大型的蔬菜基地位于交通繁忙地带或毗邻高速公路。大气污染主要来源于工业生产、汽车尾气排放。大量的有害气体和粉尘中含有重金属。气体中的重金属经过自然沉降和水沉降进入土壤。污染物以二氧化硫、烟尘和粉尘为主，其次还有氮氧化物、一氧化碳、硫化氢、氟、铅等。
2.2 水污染
东莞市的蔬菜用地环境受到周边企业工业“三废”、城镇生活垃圾和农业垃圾等涌入河道，使得河道里的水资源受到污染，污水中的重金属随着灌溉进入农田。
2.3 土壤污染
土壤污染表现在肥料元素积累过多、多种重金属污染严重、农药和有机物污染物残留量高等方面。过度施肥造成土壤酸化，导致土壤盐渍化，土壤中的污染物主要包括Hg、Cd、As、Zn、Pb等重金属。
3 防治措施
随着社会的不断发展，环境污染问题日益突出。蔬菜重金属污染具有潜伏性、地域性、长期性、难治理性等特点，其防治应坚持“预防为主，防治结合、综合治理”的基本方针。针对东莞蔬菜重金属污染提出几点防治措施。
3.1 合理规划蔬菜生产基地
随着社会工业经济的不断发展，城镇化水平不断提高，工业产区与农业生产区不断向郊区转移。蔬菜生产基地应该远离工业产区和城市生活污染区，选择环境较好的地区作为蔬菜生产基地。除此之外，对基地的环境要进行实时动态监测与评价。
3.2 隔绝污染源，控制重金属流入食物链
治理重金属污染问题，首先最重要的是从源头上做起，控制和消除污染源。在农业生产方面，减少化肥和农药的使用量，减少其在土壤中的残留。此外，对于用来灌溉的水源，要制定相应的标准，禁止使用污水进行灌溉。土壤中的重金属主要通过植物的吸收积累，进而通过食物链对人体造成危害。因此，控制植物对重金属的吸收，可减少其在植物可食部分的积累量。
3.3 根据不同蔬菜累积重金属的能力，合理布局
对于不同区域主要污染重金属，筛选出选择可食部分低累积重金属的蔬菜作物或对污染重金属有强抗性的蔬菜品种栽培，并合理安排茬口进行轮作。
3.4 改良土壤结构，提高土壤重金属污染的抵抗能力
从源头上改善土壤的组成与结构，从而减少土壤中的重金属，降低作物对重金属的吸收累积量。改变土壤中重金属的存在形态，如增加有机肥的使用量，可增加土壤胶体对重金属的吸附能力，使得重金属元素不易被作物吸收，也可促使土壤中某些重金属的形态发生变化，从而有效降低其毒性[4]。
4 参考文献
[1] 张冲.东莞蔬菜产区重金属污染调查评价及土壤环境因子相关性分析[D].武汉：华中农业大学，2008.
[2] 黄勇，郭庆荣，任海，等.珠三角洲典型地区蔬菜重金属污染现状研究：以中山市和东莞市为例[J].生态环境，2005，14（4）：559-561.
土壤微生物重金属污染
0引言
所谓土壤重金属污染是指由于人类活动，使重金属含量明显高于原有含量，并造成环境质量恶化的现象。面对土壤重金属污染的加剧，迫切需要监测和防治重金属污染的有效措施。近几年兴起的微生物修复，引起人们越来越多的关注。
1重金属对土壤微生物生物量的影响
土壤微生物生物量在一定程度上能代表参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化的对应微生物的数量。Dar研究指出砂壤土、壤土和粘土中施用0.75%的污泥，土壤微生物生物量碳增加7%-18%左右，砂壤土中增加较明显，壤土和粘土中则较少。Khan等试验研究了镉和铅对红壤中微生物的影响，当其浓度分别为30 ng/g和150 ag/g时导致生物量显著下降。
2重金属对微生物活性的影响
2.1重金属污染对土壤基础呼吸的影响
土壤呼吸是土壤与大气交换CO2的过程，是土壤碳素同化和异化平衡的结果。Fliebbach等报道在土壤中施人含低浓度重金属和高浓度重金属的淤泥时，其土壤呼吸强度会随着重金属浓度的增加而上升。Chander等研究认为，含高浓度重金属的土壤中微生物利用有机碳更多地作为能量代谢，以CO2的形式释放，而低浓度重金属的土壤中微生物能更有效地利用有机碳转化为生物量碳。
2.2重金属污染对土壤酶的影响
酶是一种生物催化剂，土壤中进行的各种生物化学过程，都是在酶的参与下实现的。Marzador等研究指出，在Pb污染土壤中脱氢酶活性的大小明显地受土壤水分含量的影响，但土壤水分变化对磷酸酶活性的影响不十分明显。因此，磷酸酶活性被认为是评价Pb污染土壤的一种较为合适的指标。
2.3重金属污染对土壤生化作用过程的影响
通常把土壤生化作用强度作为土壤微生物活性的综合指标之一。Wilke研究了几种重金属和非重金属污染物（如Cd、Cr、Pb）如对氮素转化的长期影响，发现除Se和Sn外，其它污染物均能抑制有机氮素的矿化作用。重金属污染引起微生物体内代谢过程的紊乱，也影响微生物的代谢功能，而微生物生理生化反应必然影响到土壤的生化过程，改变了土壤的质量状况。
3土壤重金属污染的微生物修复
微生物本身及其产物都能吸附和转化重金属。微生物还可以通过直接、间接的代谢活动溶解重金属离子。代谢产生的有机酸和氨基酸可溶解重金属及含重金属的矿物，也可以加速重金属元素从风化壳中的释放。
鉴于土壤微生物本身对重金属的吸附和转化，国内外已经开展了对微生物的金属抗性和生物修复的可行性研究，并将此技术应用于实践。这必将缓解土壤重金属污染的严重局面，带来健康的环境。充分利用微生物在土壤修复方面的特性，加强微生物修复的综合技术的研究，是治理不同重金属污染土壤的有效措施。
参考文献：
[1]陈怀满.土壤-植物系统中的重金属污染[M].北京：科学出版社， 1996.
[2]蒋先军，骆永明，赵其国.重金属污染土壤的微生物学评价[J].土壤，2000， 32，（3）： 130-134.
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[7]Chander K.， Brookes P C. Synthesis of microbial biomass from added glucosein metal-contaminatedandnon-contaminatedsoilsfollowingrepeatedfumigation.SoilBiologyand Biochemistry， 1992， 24： 613-614.
关键词：金属矿山；土壤重金属污染；现状；修复措施
中图分类号： TD21 文献标识码： A
矿产资源作为人们生产生活的基本，这种资源的开发利用为发展国民经济起到重要推动力的同时，也引发了比较严峻的环境问题。我国部分地区矿产资源丰富，随着现代化工业的快速发展，越来越多的金属矿山被开采，随着矿山开采年份的延长，矿山周边土壤环境中重金属污染现象越来越严重，并逐渐为人们所关注，一旦土壤环境中的重金属积累到一定程度就会引起土地退化、地表水和地下水污染，并通过植物进入食物链被人或动物摄取，危害人体健康。因此，有必要对这一问题进行密切关注，并采取相应的防治措施。
1、金属矿山土壤重金属污染和危害
1.1金属矿山土壤重金属污染的来源
金属矿山周边土壤中的重金属, 除本身由于地球化学作用而可能造成背景值偏高外,其它则主要来源于金属矿产开采、洗选、运输等过程中废气、废水的排放及固体废物的堆放。露采或坑采的钻孔、爆破和矿石装载运输等过程产生的粉尘和扬尘中含有大量的重金属, 经过雨水的淋溶进入周边土壤；废水主要包括矿坑水，选矿、冶炼废水及尾矿池水等，废水以酸性为主, 以含有大量重金属及有毒、有害元素为特征。有色金属工业固体废弃物主要是指在开采过程中产生的剥离物和废石, 以及在选矿过程中所排弃的尾矿，这些固体废物若在露天堆放，容易迅速风化，并通过降雨、酸化等作用向矿区周边扩散, 从而导致土壤重金属污染。
1.2金属矿山土壤重金属污染的影响
土壤重金属污染的影响主要体现在以下三点：首先，淋溶作用。是指在降水的淋溶作用土壤中的重金属向下渗透到深层土壤或地下水层。其次，被人或动物的吸入。由于受污染的土壤直接暴露在环境中，人或动物就会通过土壤颗粒物等形式直接或间接地吸入到体内。从而损坏人或动物健康。最后，就是通过植物吸收利用进入食物链，进而对食物链上的生物产生毒害。
1.3金属矿山土壤重金属污染的特点
与其它污染形态有所不同的是, 金属矿山含重金属废弃物种类繁多，并且土壤重金属污染有其自身特点，对环境的危害方式和污染程度都不一样，主要表现为:第一点，土壤重金属污染往往要通过对土壤及农作物样品进行监测后才能确定，具有滞后性和隐蔽性。第二点，重金属在土壤中不容易迁移、扩散和稀释，很容易在土壤中不断积累而超标，具有累积性。第三点，重金属污染的自然降解是非常困难的, 积累在土壤中的重金属很难靠稀释作用和自净作用来消除，具有难治理性和不可逆性。
1.4金属矿山土壤重金属污染的危害
土壤被污染后，大部分污染物质能较长时间存在于土壤环境中,难以消除，易被人们所忽视。土壤重金属污染的主要危害包括:首先，影响植物生长。土壤中的重金属通过雨水淋溶作用向下渗透, 不仅会导致地下水的污染，还会被金属矿山周围的植物吸收，影响植物的生长发育。其次，危害人体健康。受污染的土壤直接暴露在环境中,为人或动物所吸收后，会严重危害人体健康。最后，降低土壤的生态功能。重金属污染能明显影响土壤的理化性质，进而降低土壤微生物量和活性细菌量，减少土壤系统中的生物多样性, 从而影响土壤生态结构和功能的稳定。
2、金属矿山土壤重金属污染的治理途径
2.1物理方法
物理修复是借助物理手段去除土壤中污染物的技术。分为热力修复、蒸汽浸提修复等热处理，及 电动力学修复、压裂修复、稳定化修复、物理分离修复工程措施法。一般情况下，热处理法主要针对汞污染，效果比较明显，但工程量较大，耗能较多，且易使土壤有机质和土壤水遭到破坏。而工程措施是利用外来重金属多富集在土壤表层的特性，去除受污染的表层土壤后，将下层土壤耕作活化或用未被污染活性土壤覆盖，从而将耕作层土壤中的重金属浓度降至临界浓度以下。
2.2物理化学方法
物理化学方法通常分为三种：一种是电动修复法。这是一门新的经济型土壤修复技术，在不搅动土层的基础上，在包含污染土壤的电解池两侧施加直流电压形成电场梯度,土壤中的重金属通过电迁移、电渗流或电泳的途径被带到位于电解池两极的处理室中并通过进一步的处理，从而实现污染土壤样品的减污或清洁。一种是土壤淋洗法。是指利用有机或无机酸等淋洗液将土壤固相中的重金属转移至液相中,再把富含重金属的废水进一步回收处理。一种是玻璃化技术法。对某些特殊重金属利用电极加热将重金属污染的土壤熔化，冷却后形成比较稳定的玻璃态物质。
2.3化学方法
化学修复是利用加入到土壤中的化学修复剂石灰、 沸石、 钙镁磷肥等与污染物发生化学反应，有效降低重金属的水溶性、 扩散性和生物有效性,促使土壤中的重金属元素转化为难溶物，从而使污染物被降解或毒性被去除或降低的修复技术。
2.4农业方法
农业生态修复是近几年新兴的修复技术，是因地制宜地调整一些耕作管理制度，在重金属污染土壤中种植不进入食物链的植物，选择能降低土壤重金属污染的化肥，或增施能够固定重金属的有机肥等措施来降低土壤重金属污染，从而改变土壤中重金属的活性，降低其生物有效性，减少重金属从土壤向作物的转移，从而达到减轻其危害的目的。
2.5生物方法
污染土壤的生物修复分为植物修复技术、微生物修复技术和动物修复技术。植物修复技术是指利用自然生长或遗传工程培育的植物及其共存微生物体系，清除污染物的一种环境治理技术。微生物修复技术是指利用土壤中某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，把重金属离子转化为低毒产物，从而降低土壤中重金属的毒性。动物修复技术是指利用土壤中某些动物能吸收重金属的特性，在一定程度上降低污染土壤中重金属含量。与其它治理重金属污染的技术相比生物修复技术设施较简便、投资较少、无二次污染，但是治理效率低。
3、今后的发展方向
在各种修复技术中，工程修复技术虽然效果好，但费用昂贵，难以用于大规模污染土壤的改良，而且常常导致土壤结构破坏、生物活性下降和土壤肥力退化。而农业措施虽然周期长，但只适用于轻度污染的土壤。生物修复费用低廉，而且能带来一定的经济效益，还具有一定的生态效益，是一种较为理想的方法，但也存在着对土壤肥力、气候、水分、盐度等自然和人为条件要求严格、对一种或两种重金属选择性修复等问题。植物修复技术作为一种新兴高效、绿色廉价的生物修复途径，现已被科学界和政府部门认可和选用，并逐步走向商业化。尽管存在上面这些难点， 重金属污染土壤的植物修复技术作为一种新兴的环境友好型修复技术，在今后环境污染治理中有望发挥不可替代的作用。
4、结语
近年来，我国金属矿业迅速发展，所造成的重金属污染日益加剧，而现有的重金属污染土壤的修复技术很多虽然很多，但都有其局限性，难以达到预期效果，因此，还需要将多种修复技术科学地结合起来综合应用，取长补短，才能达到更好的效果。
参考文献：
关键词：重金属土壤 生态治理 示范
1 概述
土壤是国家最重要的自然资源之一，是人类赖以生存的物质基础，也是生态环境的重要组成部分。近年来，随着工矿业的迅速发展，土壤重金属污染已日益严重，危及人类健康，已成为不可忽视的环境问题。
目前我国土壤污染的总体形势相当严峻。一是土壤污染程度加剧。据不完全统计，目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10以上。二是土壤污染危害巨大。据估算，全国每年遭重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。土壤污染造成有害物质在农作物中积累，并通过食物链进入人体，引发各种疾病，最终危害人体健康。土壤污染直接影响土壤生态系统的结构和功能，最终将对生态安全构成威胁。三是土壤污染防治基础薄弱，土壤污染尤其是重金属污染治理成本高且很难彻底根除。
广西是经济欠发达地区，特别是山区，人多地少，土地资源非常珍贵，矿区的土壤被污染后给当地的农业生产和人民生活带来了严重影响，要解决历史遗留的土壤重金属污染问题，需要大量的资金，地方政府和农民都难以承受。因此以生物修复技术为理论基础，研究对广西重金属污染土壤进行安全高效的生态治理模式，创建适合于广西经济和环境条件的生态治理示范基地，为“十二五”广西重金属污染防控提供有力的技术支撑十分必要的。
2 系统分析与设计
广西西南部土壤属于赤红壤，呈酸性至强酸性。在酸性条件下重金属的生物有效性比碱性条件下高，且土壤酸性也不利于植物生长。如何让土壤中的重金属最快最多的迁移至植物地上部分，是植物修复生态处理技术的核心和关键，其中涉及土壤，土壤微生物和植物三者的相互作用。土壤的重金属污染种类和程度，土壤的酸碱度，土壤的养分等基本理化性质，包括土壤中的微生物种类等，均对植物吸收和积累重金属产生直接的影响。对植物来说，植物生长速度和地上部生物量，植物地上部对重金属的积累机制等直接决定了植物修复的效果。针对广西典型酸性土壤特征，本研究提出开发一套符合广西地理气候特点和经济发展水平的重金属污染土壤生态处理技术，并建立示范工程。
主要研究内容包括：示范点的土壤改良措施研究、植物的选定、大田试验及土壤改良。
总体技术路线如下：
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3 项目实施
根据调查结果，确定项目实施地点定于大新县铅锌矿场区附近某一水稻田。试验田面积约280m2。将示范地点的土壤采回，通过盆栽和小区试验，选定重金属超积累植物、低积累植物主栽品种及套种方式；筛选出合适的土壤改良措施。
大田试验：在添加土壤改良剂石灰，泥炭，海泡石的基础上种植东南景天，红蛋和玉米，研究不同套种方式和不同改良剂对修复效果的影响。
在添加泥炭，有机肥，硫酸铵，尿素等不同N肥的基础上种植东南景天，玉米和红麻，研究不同套种方式和不同施肥方式对修复效果的影响。
3.1 土壤重金属的去除效果：采用收获植物地上部所带走的重
金属质量占40cm表层土壤重金属质量之比来计算生态系统的清除率。2009年，通过石灰＋泥炭处理土壤，种植东南景天和玉米，该植物生态修复系统对Zn和Cd的清除率分别为1.4%和7.6%。2010年通过石灰＋泥炭处理土壤，种植东南景天和玉米，该植物生态修复系统对Zn和Cd的清除率分别达到2.4%和5.2%。通过两年两次实验，植物生态系统对该示范点的土壤Zn和Cd清除率可达3%以上。
在无进一步污染情况下，通过本项目的实施，预计将土壤Zn降低至农田土壤安全标准需要25-30年，将土壤Cd降低至农田土壤安全标准需要10-15年。
3.2 对生态环境的恢复效果：本项目的示范点原先是当地农民
种水稻的水田。由于重金属污染严重，由国家补贴已不让继续种植水稻。在春季雨水多发时节，土地表面有一些杂草生长。到夏季至秋冬季，雨水偏少，当地无其他灌溉措施，土壤干旱时杂草不生，土壤严重，对当地生态环境造成很大影响。通过本项目的实施，使植物全部覆盖的土壤，减少水土流失，防止土壤粉尘进入空气中，净化当地空气，美化环境，保持生态平衡，提高当地居民的生态环境质
量。
3.3 增加农民的经济收入：由于耕地荒置造成当地农民的经济收入减少。本项目通过套种红麻和东南景天，可以在一定程度上增加一些经济收入。收获的东南景天可用于提取次生产物－红麻由于不是食用作物，其纤维中的重金属积累量较低，不会造成食品安全危害。
4 结论与讨论
通过本项目的实施，最终形成了一套适用于广西酸性土壤特点和广西经济发展条件的生态治理模式。
该模式包括以下三个方面：
一是土壤改良措施：受重金属污染的土壤往往酸性强，土壤严重板结，营养成份低，因此在种植植物前必须对土壤进行改良。根据土壤的pH、板结情况及营养成分，添加以石灰、泥炭及有机肥按一定比例混合形成的土壤改良剂，从而改善土壤状况，提高植物的存活率。将土壤改良剂施到土地上再通过机器深翻，把土壤改良剂与土壤颗粒充分混匀，再适当灌水平衡。
二是植物吸收技术：在土壤改良的基础上，以东南景天为吸收和积累重金属的关键植物，辅以低积累玉米或红麻等经济作物与东南景天间套种，在实现修复功能的同时保证农户一定的经济收入。其中东南景天种植密度为15×15cm，玉米种植密度为40×50cm。玉米采用穴播，每穴2粒种子，一年两季（根据各地实际情况而定）。种植的第一年，属于东南景天养护期，仅收获2次（10月及次年3月），第二年起每年可收获东南景天3次（每年6月和10月及次年3月）。如果东南景天套种玉米，每年玉米可收获2次（6月及10月），如果东南景天套种红麻，每年红麻收获1次（10月）。生长期间，每次施适当有机肥作为基肥，在生长1-2个月后可追施N肥或复合肥20公斤/亩。
三是收获及处理方案：东南景天的收获方式为离地面10公分以上割断地上部分，晒干，交由相关部门处理。玉米需要做重金属检测，达标部分可用于饲料或相关用途；若重金属含量超出饲料卫生标准，只能用作生产生物燃料。红麻若检测达标可用于麻类纤维等相关用途，若重金属含量超标则需交由相关部门处理。
综上所述，本项目以广西典型酸性土壤为研究对象，筛选出最佳的土壤改良措施和植物主栽品种及套种方式，利用土壤－微生物－植物自然生态系统自身的净化和清除能力，开发一种全生态型治理土壤重金属污染技术，并进行了大田试验。通过两年大田试验结果证明，该技术可将土壤中Zn和Cd降低3％以上，达到考核指标的要求。
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关键词：危害 重金属污染 土壤修复
土壤是地球表面的疏松表层，它是人类赖以生存的重要自然资源，并且在生态环境中占有重要地位。而近年来，随着工业的快速发展和乡镇城市化，土壤重金属污染日益严重，由此会破坏人类生态环境，从而影响人们的健康，因此，土壤重金属污染的修复技术已成为一个研究热点。
一、土壤重金属污染的危害
随着工农业的快速发展，多种工业如采矿、冶炼、电镀、废电池处理、金属加工等的排放以及农业中各种农药，化肥的施用均是土壤重金属污染的来源。据报道，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Mn 1500万吨，Pb 500万吨，Ni 100万吨[1]。土壤重金属污染具有污染面积达、积累时间长、不易被微生物降解、有明显的生物富集作用等特点，被重金属污染的土壤会严重影响到农作物的生长和发育，从而导致农作物的减产并污染农作物。安志装等人[2]研究发现镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合会引起氨基酸蛋白质的失活，甚至使植物死亡。另外，土壤中的重金属会被农作物吸收并在农作物体内富集，通过食物链进入人体，从而严重危害人体健康。
二、土壤重金污染修复技术
1.物理化学修复技术
1.1化学固化
化学固化法指的是通过在土壤中加入土壤固化剂来改变土壤的有机质含量、矿物组成、pH值和Eh值等理化性质，再经重金属的吸附或共沉淀作用来调节其在土壤中的移动性，从而降低其共生物有效性。固化剂将污染土壤中的重金属固定后，不仅可以减少重金属通过径流和淋洗作用对地表水和地下水的污染，而且被污染的土壤还有可能重建植被[3]。虽然化学固化法可以固化土壤中的重金属，但固化剂只是改变重金属在土壤中的存在形态，重金属仍留在土壤中，因而该方法还有待进一步的研究探讨。
1.2电动修复
电动修复是近年来快速发展的技术，其作用机理是将电极对插入被污染的土壤中，在通入微弱电流形成电场，使土壤中的重金属在电场形成的各种电动力学效应下定向移动，在电极区附近富集，从而将重金属处理或分离。
对于低渗透的粘土和淤泥土的修复，电动修复是常用的技术。郑喜坤等人[4]研究了电动修复技术对沙土中Pb2+、Cu3+等重金属离子的去除效果，结果表明，重金属离子的去除率达99%以上。电动修复技术是一种原位修复技术，它可以有效的去除土壤中的重金属离子，并且经济效益好，是一种可行的修复技术。
1.3土壤淋洗
土壤淋洗是一种适用于治理大面积重废污染土壤的方法。所谓淋洗，是指利用提取剂（包括有机或无机酸、碱、盐、表面活性剂和聚合剂等）将土壤中的固相重金属转化为液相，土壤在经水淋洗处理后可归回原位利用，而对于富含重金属的废水也可进行回收处理，从而达到修复土壤的目的[5]。吴华龙等人[6]研究了被铜污染土壤修复的有机调控机理，研究结果表明，外加EDTA对降低红壤对铜的吸收率与加入的EDTA量的对数量显著负相关。土壤淋洗法虽然处理量大，处理效率高，但会造成二次污染，因此，寻找一种既能提取各种形态重金属又不破坏土壤结构的提取剂将成为土壤淋洗法的研究热点。
2.植物修复
植物修复是指在被重金属污染的土壤中，种植某种特定的植物，利用该植物对重金属的耐性和超富集作用将重金属移出土壤，使土壤中的重金属降低到可接受的浓度，达到重金属污染修复的目的。
根据其修复过程和作用机理可将植物修复技术分为4种：①植物萃取技术，即利用超富集植物将重金属从土壤提取出来，并将其转移，贮存到地上部分，然后通过植物收割来对重金属进行集中处理的过程[7]。韦朝阳等人[8]研究发现了一种大叶井口草，它对As的富集有明显的效果，其地上部分最大含量可达694mg/Kg。②植物固化技术，即利用耐金属植物及其根系微生物的一些生物化学作用降低重金属的活性，使其固化，从而减少对土壤的危害。该方法主要适用于有机质含量的矿区污染土壤的修复。③根圈生物技术，即利用植物根际分泌物和根际脱落物刺激细菌和真菌的生长，通过细菌和真菌对重金属的吸附固定作用，是重金属矿化的过程。④植物挥发技术，即利用植物根系的吸收、积累和挥发作用减少土壤中一些挥发性污染物，及植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中[9]。
3.工程措施
工程措施是比较经典和传统的修复土壤重金属污染的方法，主要包括客土、换土及深耕翻土等方法。通过客土、换土或者将深耕翻土与污土混合，使土壤中重金属的含量降低，减少重金属对土壤植物的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准[10]。
客土法是将干净的土壤覆盖在已受污染的土壤上混匀，从而降低土壤中污染物的浓度；换土法是用干净的土壤代替受污染的的土壤，对于换出的土壤应进行处理，防止二次污染的发生；深耕翻土是将表层已受到污染的土壤翻至深层，从而使土壤中污染物的浓度降低。
三、结语
目前运用于修复土壤重金属污染的技术有很多，但每种修复技术对于土壤重金属污染修复均有一定的弊端，并且对于不同类型的土壤受重金属的污染的程度的不同，单一的使用某种技术并不能达到理想的效果，因此，在实际应用中，应综合多种修复技术的优点，互取优势，研究出新型的具有高效，低耗的修复技术。
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关键词：矿区 重金属污染 物理修复 化学修复 生物修复
The research progress of remediation methods on heavy metal contaminated mining lands
ZHANG Zhi-Ming, HUANG Zhan-Bin, SHAN Rui-Juan, SUN Peng-Cheng
School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing, 100083, China
Abstract：The problem of heavy metal pollution in processing of mineral resource development becomes serious, and the remediation method is a very important topic. This paper analyzed the methods of physical remediation, chemical remediation and biological emediation for heavy metal remediation in mining lands, and points out the characteristics of each method. By analyzing, the article proposed that joint remediation, phytoremediation, and chemical modified materials remediation are important directions of heavy metal contaminated soil remediation.
Key words: mining land; heavy metal pollution; physical remediation; chemical remediation; biological remediation
1. 引言
我国矿产资源丰富，为国家经济建设做出了巨大的贡献，是工业经济的重要支柱，促进了社会进步，但在矿产开采和冶炼过程中也存在一系列严重的环境问题。
首先，矿产开采会占用大片土地，并可能造成地质灾害。在采矿的过程中产生大量的矿渣，包括选矿渣、尾矿渣及生活垃圾等。据统计，中国铁矿石开采经选矿后68%以上为尾矿，黄金矿开采选矿后几乎100%为尾矿[1]。超过90%的矿区废弃物采取堆放处理，占用了大片的土地。我国矿山多为地下开采，常常导致地表裂缝与塌陷，严重危及到地表的人类活动。
其次，矿山开采过程破坏生态环境，造成环境污染。矿区大片植被遭到破坏，表土剥离，加剧了水土流失，引起了土壤退化，导致生态失衡。矿产开采中产生的废弃物成分复杂，含有大量的酸性、碱性或有毒的物质，这些物质能对周边地区造成严重的影响。
许多矿物有重金属伴生，矿物开采过程中常产生重金属污染。重金属具有长期性，稳定性和隐蔽性的特征，同时重金属元素会在植物体内积累，并通过食物链富集到动物和人体中，诱发癌变或其他疾病[2]，危害人类健康。如铅中毒会影响人的神经系统、造血系统和消化系统等，镉中毒则会引起骨痛病。矿区土壤重金属污染已不容忽视，到了亟待解决的地步。
矿区固体废弃物和矿山酸性废水是矿区土壤中重金属的主要来源。尤其是在Pb/Zn矿、Fe/S矿的开采过程中, 尾矿废石中的Pb、Cd、Zn、Cr、Cu、As等在地表水的冲洗和雨水的淋滤下进入土壤并累积起来。而酸性废水则使矿区中的重金属元素活化，以离子形态迁移到矿区周边的农田土壤或河流中，导致土壤和河流中重金属含量远远超过背景值[3]，影响农产品品质和饮水健康。另外，在矿石采矿、运输及排土过程中，尘埃污染也是矿区周边土壤中重金属的一个来源。
在发达国家和地区，矿区废弃地治理已达50%以上[4]，而我国还不到10%。近年来，我国开始重视矿区重金属污染的治理，如中国污染场地修复科技创新与产业发展论坛中来自全国各地的重金属污染场地修复专家一起商议湖南重金属污染矿区的治理措施，并对各方法的实用性做了分析。土壤重金属的各个修复方法可以降低重金属的浓度或生物可利用度，降低对生态环境及人类健康的危害。
重金属污染土壤的修复中，方法的选择至关重要。本文在阐述了重金属污染土壤的基本修复原理后，着重分析了土壤重金属污染的物理修复法、化学修复法和生物修复法，为土壤中重金属的去除、固化及钝化提供了理论依据。
2. 重金属污染土壤的修复技术
国内外用来修复土壤污染的方法较多，在具体的应用过程中多为交叉使用，一般分为三大类，即物理修复方法、化学修复方法和生物修复方法[5]。其修复原理如下：
（1）加入化学改良剂转化重金属在土壤中的存在化学价态和存在形态，使其固化或钝化。或者采用物理修复等方法，使重金属在土壤中稳定化，降低其对植物和人体的毒性；
（2）利用重金属累积植物、动物、微生物吸收土壤中的重金属，然后处理该生物或者回收重金属；
（3）将重金属变为可溶态、游离态，然后进行淋洗并收集淋洗液中的重金属，达到降低土壤中重金属含量的目的[5]。
3. 物理修复法
物理修复法是基于机械物理的工程方法，它主要包括客土、换土和翻土法、电动修复法和热处理法三种。
3.1 客土、换土和翻土
客土法是指向被重金属污染的土壤中加入大量干净土壤，覆盖在土壤表层或混匀，使重金属浓度降低至低于临界危害浓度，从而达到减轻污染的目的[6]。对移动性较差的重金属污染物（如铅）采用客土法时，相对较少的客土量也能满足要求，可减少工程量。
换土法是指把受重金属污染的土壤取走，代之以干净的土壤。该方法适用于小面积严重污染的地区，以迅速地解决问题，并防止污染扩大化。此方法要求对换出的受污染土壤进行妥善处理，以防止二次污染[7]。
翻土法是指深翻土壤，使表层的重金属污染物分散到更深的土层，达到减少表层土壤污染物的目的。
在矿区重金属治理的过程中，换土法治理较为彻底，而客土法和翻土法并未根除土壤中的重金属污染物，相反把重金属继续留在土壤中，因此这两种方法只适用于移动性差的重金属污染物，以免土壤中重金属污染物对地下水造成污染。
3.2 电动修复
电动修复法是由美国路易斯安那州立大学研究出的一种治理土壤污染的原位修复方法，该方法近年来在一些欧美发达国家发展很快。它适合修复低渗透粘土和淤泥土，可以控制污染物流向[8]。
在电动修复过程中，利用天然导电性土壤加载电流形成的电场梯度使土壤中的重金属离子（如铅、镉、锌、镍、钼、铜、铀等）以电迁移和电透渗的方式向电极移动，然后在电极部位进行集中处理。郑喜坤等[9]在沙土上的实验表明，土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子的除去率可达90%以上。该方法不搅动土层，且修复时间较短[10]，是一种可行的修复技术。
3.3 热处理
热处理法是利用高频电压释放电磁波产生的热能对土壤进行加热，使一些易挥发性有毒重金属从土壤颗粒内解吸并分离，从而达到修复的目的[11]。该技术可以修复被Hg和As等重金属污染的土壤。
虽然物理修复方法取得了一定的成果，但其还存在局限性。客土、换土和翻土法操作起来花费具大，破坏土壤结构，使土壤肥力下降，同时还依然需要对换土进行堆放或处理；电动修复法在实际运用中受其他多种因素影响，可控性差；热处理法对气体汞不易回收。
4. 化学修复法
4.1 化学改良剂
该方法是指向重金属污染土壤中添加化学改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，改变其在土壤中的存在形态，使其钝化后减少向土壤深层和地下水迁移，从而降低其生物有效性。
常用的化学改良剂有石灰、碳酸钙、沸石、硅酸盐、磷酸盐等，不同改良剂对重金属的作用机理不同。
如施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值，促使土壤中镉、铜、汞、锌等元素形成氢氧化物或碳酸盐等结合态盐类沉淀。
如当土壤pH>6.5时，Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀[12]。沸石是一种碱土金属矿物，通过吸附、离子交换等降低土壤中的重金属生物有效性。黄占斌等指出对于铅、镉复合污染土壤，环境材料腐殖酸对铅有显著固定作用，而高分子材料SAP及材料组合（腐殖酸、高分子材料SAP和沸石）对镉起到明显固定作用。A.Chlopecka等发现沸石、磷石灰等能降低重金属Pb、Cd的移动性，且能够减少玉米和大麦对重金属Pb、Cd的吸收量。
4.2 化学淋洗
化学淋洗修复法是指在重力或外压下向污染土壤中加入化学溶剂，使重金属溶解在溶剂中，从固相转移至液相，然后再把溶解有重金属的溶液从土层中抽提出来，进行溶液中重金属的处理过程[15]。利用此方法开展修复工作时，既可以在原位进行，也可采用异位修复[16]。
原位化学淋洗修复法要在污染地进行全部过程，包括清洗液投加、土壤淋出液收集和淋出液处理等。
由于原位化学淋洗过程形成了可迁移态污染物，因此要把处理区域封闭起来避免污染扩大化；异位化学淋洗修复法则要把重金属污染土壤挖掘出来，用化学试剂清洗，以去除重金属，再处理含有重金属的废液，最后清洁后的土壤可以回填或作其他用途。
化学淋洗法的关键在于试剂的选择，可用来淋洗土壤重金属的试剂主要有盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、草酸、氢氧化钠、EDTA等。现已证明EDTA是针对重金属污染最有效的提取剂，但其价格昂贵，且对EDTA的回收还存在技术问题[17]。
5. 生物修复法
生物修复法是通过植物、微生物或者动物的代谢活动，降低土壤中重金属含量方法。它主要包括植物修复法、微生物修复法、动物修复法和菌根修复法四种。
5.1 植物修复
植物修复是将对重金属有超累积能力的植物种植在污染土壤上，待植物成熟后收获并进行妥善处理（如灰分回收）。
通过该种植物可将重金属移出土壤，达到治理污染的目的。对于修复重金属污染土壤，植物修复法主要有植物钝化、植物提取和植物挥发三种。
植物钝化是指利用植物根系分泌物降低重金属的活性，从而减少重金属的生物毒性和有效性，并防止其进入地下水和食物链，减少对人类健康的威胁。
如植物分泌的磷酸盐与土壤中的铅结合成难溶的磷酸铅，使铅得到固化。除直接与重金属发生作用外，根系分泌物导致的根际环境pH值和Eh值的变化也可转变重金属的化学形态，使重金属固化在土壤中。
但是这种方法并未将重金属去除，因此环境条件的改变仍有可能活化重金属。
植物提取是指利用重金属超累积植物从污染土壤中吸收重金属，并将其转移、储存在植物地上部分（茎或叶），随后收割地上部分并集中处理其中的重金属，从而达到降低土壤重金属含量的目的。蒋先军等发现，印度芥菜对铜、锌、铅污染的土壤有良好修复效果。夏星辉[22]指出蕨类植物对镉的富集能力很强，杨柳科能大量富集镉，十字花科的芸苔能富集铅，芥子草能富集铅、锡、锌、铜等。在英国和澳大利亚等国家，一些对重金属有高耐受性的植物的培育已经商业化。
植物挥发是指植物将其吸收的重金属转化为可挥发态，并挥发出植物的过程。如植物可以吸收土壤中的Hg2+，然后使之转化成气态HgO后，通过蒸腾作用从叶片蒸发出来。这种方法只适用于具有挥发性的重金属污染物，应用范围较小。同时，该方法将污染物转移到大气中，对大气环境造成一定影响。
5.2 微生物修复
微生物修复法是利用微生物对重金属的亲和吸附作用将其转化为低毒产物，从而降低污染程度。
虽然微生物不能直接降解重金属，但其可改变重金属的物理或化学特性，进而影响重金属的迁移与转化。微生物修复重金属污染土壤的机理包括生物吸附、生物转化、胞外沉淀、生物累积等。通过这些过程，微生物便可降低土壤中重金属的生物毒性[23]。
由于细胞表面带有电荷，土壤中的微生物可吸附重金属离子或通过摄取将重金属离子富集在细胞内部。微生物与重金属离子的氧化还原反应也可降低重金属的生物毒性，如在好气或厌气的条件下，异养微生物可将Cr6+还原为Cr3+，降低其毒性。杜立栋等[24]从铅污染矿区土壤中筛选出一株青霉菌，对人工培养基中有效铅的去除率达96.54%，且富集效果比较稳定，可应用于铅污染矿区土壤的生物修复。
5.3 动物修复
土壤重金属污染的动物修复是指利用土壤动物在自然条件或人工控制下，在污染土壤中生长、繁殖等活动过程中对污染物进行富集和钝化等作用，从而使污染物降低或消除的一种修复技术。
在评价污染物的生态学危害研究中，科研工作者对土壤动物并未给予足够的重视，所以与微生物修复相比，国内外的相关报道还不多。而在众多土壤动物中，普遍认为蚯蚓是改良土壤的能手，并且对土壤污染具有指示作用，具有巨大的修复污染土壤潜力。
朱永恒等[25]研究得出蚯蚓对重金属的富集量随着污染浓度的增加而增加，蚯蚓体内的Pb、Cd和As的含量和土壤中这三项元素的含量具有良好的相关性。且蚯蚓体内的金属硫蛋白和溶酶体机制可以解毒重金属。除蚯蚓外，腐生波豆虫及梅氏扁豆虫等动物对重金属也有明显的富集作用[27]。土壤动物不仅直接富集重金属，还和微生物、植物协同富集重金属，改变重金属的形态，使重金属钝化而失去毒性。
5.4 菌根修复
菌根是指土壤中真菌菌丝与植物根系形成的联合体。成熟的菌根是一个复杂的群体，包括真菌、固氮菌和放线菌，这些菌类有一定的修复重金属污染的能力。
菌根真菌可通过分泌特殊的分泌物改变植物根际环境，从而使重金属转变为无毒或低毒的形态，降低其毒性，起到促进重金属的植物钝化作用。申鸿等[28]通过对菌根的研究发现，菌根玉米地上部铜浓度降低24.3%，根系铜浓度降低24.1%，表明菌根植物对铜污染土壤具有一定的生物修复作用。黄艺等[29]采用根垫法和连续形态分析技术，分析了生长在重金属污染土壤中有菌根小麦和无菌根小麦根际铜、锌、铅、镉的形态分布和变化趋势，发现菌根可调节根际中土壤重金属形态降低重金属的生物有效性。
此外，菌根还能使菌根植物体中重金属积累量增加，强化植物提取的效果。
6. 结论与展望
国外关于土壤污染物重金属的研究，澳大利亚、美国、德国等国家比较深入，尤其是澳大利亚。其研究主要集中在利用沸石等物质降低重金属在土壤中的迁移性或者利用超富集植物对土壤中的重金属元素进行吸收以降低重金属的浓度。
国内关于土壤重金属的污染治理也具有此趋势，但对于动物修复的机理还不是很明确。
由于矿区污染土壤中重金属种类多样且浓度较高，单一修复手段难以取得满意的修复效果。因此在实际修复过程中应根据污染物性质、污染程度、土壤条件等因素，综合利用物理、化学和生物等修复方法，因地制宜地开展重金属污染土壤联合修复。在矿区重金属污染治理方法中，化学与生物联合修复方法具有广阔的应用前景。该方法将化学修复法与植物修复、微生物修复等生物修复法联合，在添加钝化剂、表面活性剂等之后植物对复合重金属污染土壤的修复有显著的效果。该方法相对于其他修复方法（如物理法中的电动修复法），具有成本低廉、操作简便和效果显著的优点，适合大规模的污染土壤修复。
虽然重金属污染土壤的修复取得了一定的成果，但局限性仍然存在，如用于植物修复的超积累植物大部分植株矮小、生长缓慢且生长周期长，因而修复时间较长，且植物挥发作用使可挥发性重金属易对大气和人类造成伤害，故需要进一步加强机理研究以避免二次污染。澳大利亚等国家虽已经筛选出有效吸收重金属的植物，并部分商业化，但大面积普及难度较高。植物的钝化作用与投加化学改良剂法并没有将土壤中的重金属离子去除，只是暂时的固定，当环境条件发生改变时，重金属有可能再度活化而危害地下水及植物。
针对这些问题，我们应利用基因工程等手段开展重金属积累植物或菌根的筛选，以提高重金属的积累量，达到去除或简化重金属污染的目的。
同时，一种单一的化学改良剂很难有效地处理多种重金属污染土壤，故针对矿区土壤中重金属的多样性及各种重金属间的相互作用，应将各种改良剂配施并开发复合稳定剂，并利用工程手段或技术避免已钝化重金属的再度活化，降低重金属对人类威胁程度。此外，还可以通过化学方法和生物方法在时间和空间上的合理组合，结合应用中的配套措施（如作物的轮作和间作），与土壤化学固化和植物修复搭配，使一定时期内重金属污染土壤得到改良和修复，取得生产安全和环境安全的效果。
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【关键词】土壤 重金属 植物修复 经济 美观
随着现代工业的发展和农业的现代化，工业三废的排放，农业化肥与有机农药的大量施用，生活污水的不断排放，城市污泥，矿床的开采等大量的污染物进入土壤环境，土壤污染日益严重。其中重金属污染在土壤污染中不仅面积大，并且残留时间长。当土壤中的重金属含量积累到一定程度，会对土壤―植物系统产生毒害作用，导致土壤退化、农作物的产量和品质下降，每年因重金属污染带来的粮食减产达1000多万吨，被重金属污染的粮食每年达1200万吨，年经济损失在200亿以上[1]。另外，重金属可以通过植物的吸附作用进入植物体内，另外还可以通过径流和淋洗等作用污染地表水和地下水，最终能通过接触和食物链等途径危害人们的生命健康[2]。
1 重金属的概念及土壤重金属的来源
1.1 重金属的概念
重金属是在工业生产和生物学效应方面均具有重要意义的一大类元素，在化学概念上，还没有明确的的定义，但是目前还是有了广为接受的概念，那就是元素的密度大于6g/cm3，具有金属性质（延展性、导电性、稳定性、配位特性等，且原子数目大于20的元素）。其中常见的重金属有镉、铬、汞、铅、铜、锌、银、锡等。重金属离子（如Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+和Co2+等）是植物代谢必需的微量元素，但如果它们过量则具有相当毒性。环境污染方面所涉及的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等。土壤一旦受到外界污染就相当难治理，通常具有以下几个特点：累积性；隐蔽性和滞后性；不可逆转性[3]。
1.2 土壤重金属的来源
伴随着工业化和城市化的发展，重金属在土壤中的含量日益增加，重金属侵入土壤的主要途径有：
（1）矿产资源的开采。由于现代化发展的需要和技术的发展，各种矿藏不断的被发现、开采、加工和利用，产生了大量的采矿废弃场地，大量的采矿废水，废气，进而引起了土壤的重金属污染。（2）化肥和农药的大量使用。现代农业生产中，不节制的随意滥用化肥和农药，导致农业土壤中重金属含量急剧增加，进而形成农业土壤的重金属污染。（3）污水灌溉和污泥的利用。城市污泥的农业利用和含有重金属的污水的农业灌溉都对是引起土壤重金属污染的来源。（4）汽车尾气的排放。由于汽车工业的发展，越来越多的汽车进入家庭，汽车排放的尾气对公路两旁的土壤重金属污染尤为严重[4]。
2 植物修复的概念和类型
对土壤重金属污染的治理，目前常用的有淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合浸提法等化学方法。但这些方法往往投资昂贵、需用复杂设备条件或打乱土层结构，对大面积的污染更是无可奈何。如据报道，对1hm2面积的污染土壤进行工程法治理（客土），每1m深度土体的耗费高800～2400万美元。如此惊人的代价迫使人们不得不寻求另外途径。近年来出现的植物修复恰恰为人们提供了一种价廉且有效的土壤重金属污染治理方法。“植物修复”是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理（如灰化回收）后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的[5]。
3 结合地理位置合理种植植物使作用发挥到极致
（1）在服务期满的矿区，由于所处的位置是比较偏僻的山区。种上可以修复受重金属污染的土壤并据有利用价值的林木，而且在被利用时，不挥发所富集的重金属。以免产生第二次污染，造成对人体的伤害。（2）在城市公路两边旁和重金属污染的企业厂界的围边绿化方面，种上具有观赏价值又能富集重金属的植物。在美化城市的同时减少汽车尾气和企业排放的废气废水对土壤带来的重金属污染，并且修复已被污染的土壤。（3）由于大量的化肥和农药，污水灌溉和污泥的利用，导致重金属污染土壤的。是否能在农作物轮耕时，选择一种既有利于均衡利用土壤养分和防治病、虫、草害；能有效地改善土壤的理化性状，调节土壤肥力，又能吸附或富集重金属的植物。从而减少其对环境和人类健康的风险。
4 植物修复技术的展望
植物修复技术是一种支持可持续性发展的环境修复技术，并以其高效、经济、清洁、美观等优势解决了环境中的持久性污染物问题，占领了世界重金属污染土壤的修复市场。植物修复技术虽然也存在一些诸如生物量小、影响因素较多等不足。但通过适当的强化措施可以使其扬长避短，更好地为修复重金属污染土壤服务。今后很长一段时间植物修复的研究热点仍将集中在超富集植物的筛选与优化上。为提高植物修复效率可以尝试将植物修复技术和其它修复技术联合以发挥各自的优势。例如：化学试剂加强、电刺激、磁感应等，这将有助于拓展植物修复的实施领域和应用前景。
我国土壤重金属污染的来源更加广泛，污染形态日趋多样。重金属污染土壤的面积在逐渐扩大，程度在不断加深，急切需要有成熟高效的植物修复技术加以市场化应用。虽然我国对植物修复的研究起步较晚，但我国是一个植物资源丰富的国家，植物类型众多，通过大量的筛选工作肯定能找到适合本土推广种植的超富集植物。加上丰富的农业经验和传统的精耕细作，对重金属污染土壤植物修复的大规模使用将会起到更大的促进作用[6]。
参考文献：
[1] 武正华.土壤重金属污染植物修复研究进展[J].盐城工业学院学报，2002（6）.
[2] 肖鹏飞，李法云 等.土壤重金属污染及其植物修复研究[J].辽宁大学学报（自然科学版），2004（31）.
[3] 高利娟，蒋代华 等.重金属污染土壤的植物修复及展望[J].甘肃农业，2006（4）.
[4] 郭彬，李许明 等.土壤重金属污染及植物修复金属研究[J].安徽农业科学，2007（33）.
1.引言
我国矿产资源丰富，为国家经济建设做出了巨大的贡献，是工业经济的重要支柱，促进了社会进步，但在矿产开采和冶炼过程中也存在一系列严重的环境问题。首先，矿产开采会占用大片土地，并可能造成地质灾害。在采矿的过程中产生大量的矿渣，包括选矿渣、尾矿渣及生活垃圾等。据统计，中国铁矿石开采经选矿后68%以上为尾矿，黄金矿开采选矿后几乎100%为尾矿[1]。超过90%的矿区废弃物采取堆放处理，占用了大片的土地。我国矿山多为地下开采，常常导致地表裂缝与塌陷，严重危及到地表的人类活动。其次，矿山开采过程破坏生态环境，造成环境污染。矿区大片植被遭到破坏，表土剥离，加剧了水土流失，引起了土壤退化，导致生态失衡。矿产开采中产生的废弃物成分复杂，含有大量的酸性、碱性或有毒的物质，这些物质能对周边地区造成严重的影响。许多矿物有重金属伴生，矿物开采过程中常产生重金属污染。重金属具有长期性，稳定性和隐蔽性的特征，同时重金属元素会在植物体内积累，并通过食物链富集到动物和人体中，诱发癌变或其他疾病[2]，危害人类健康。如铅中毒会影响人的神经系统、造血系统和消化系统等，镉中毒则会引起骨痛病。矿区土壤重金属污染已不容忽视，到了亟待解决的地步。矿区固体废弃物和矿山酸性废水是矿区土壤中重金属的主要来源。尤其是在Pb/Zn矿、Fe/S矿的开采过程中,尾矿废石中的Pb、Cd、Zn、Cr、Cu、As等在地表水的冲洗和雨水的淋滤下进入土壤并累积起来。而酸性废水则使矿区中的重金属元素活化，以离子形态迁移到矿区周边的农田土壤或河流中，导致土壤和河流中重金属含量远远超过背景值[3]，影响农产品品质和饮水健康。另外，在矿石采矿、运输及排土过程中，尘埃污染也是矿区周边土壤中重金属的一个来源。在发达国家和地区，矿区废弃地治理已达50%以上[4]，而我国还不到10%。近年来，我国开始重视矿区重金属污染的治理，如中国污染场地修复科技创新与产业发展论坛中来自全国各地的重金属污染场地修复专家一起商议湖南重金属污染矿区的治理措施，并对各方法的实用性做了分析。土壤重金属的各个修复方法可以降低重金属的浓度或生物可利用度，降低对生态环境及人类健康的危害。重金属污染土壤的修复中，方法的选择至关重要。本文在阐述了重金属污染土壤的基本修复原理后，着重分析了土壤重金属污染的物理修复法、化学修复法和生物修复法，为土壤中重金属的去除、固化及钝化提供了理论依据。
2.重金属污染土壤的修复技术
国内外用来修复土壤污染的方法较多，在具体的应用过程中多为交叉使用，一般分为三大类，即物理修复方法、化学修复方法和生物修复方法[5]。其修复原理如下：（1）加入化学改良剂转化重金属在土壤中的存在化学价态和存在形态，使其固化或钝化。或者采用物理修复等方法，使重金属在土壤中稳定化，降低其对植物和人体的毒性；（2）利用重金属累积植物、动物、微生物吸收土壤中的重金属，然后处理该生物或者回收重金属；（3）将重金属变为可溶态、游离态，然后进行淋洗并收集淋洗液中的重金属，达到降低土壤中重金属含量的目的[5]。
3.物理修复法
物理修复法是基于机械物理的工程方法，它主要包括客土、换土和翻土法、电动修复法和热处理法三种。
3.1客土、换土和翻土
客土法是指向被重金属污染的土壤中加入大量干净土壤，覆盖在土壤表层或混匀，使重金属浓度降低至低于临界危害浓度，从而达到减轻污染的目的[6]。对移动性较差的重金属污染物（如铅）采用客土法时，相对较少的客土量也能满足要求，可减少工程量。换土法是指把受重金属污染的土壤取走，代之以干净的土壤。该方法适用于小面积严重污染的地区，以迅速地解决问题，并防止污染扩大化。此方法要求对换出的受污染土壤进行妥善处理，以防止二次污染[7]。翻土法是指深翻土壤，使表层的重金属污染物分散到更深的土层，达到减少表层土壤污染物的目的。在矿区重金属治理的过程中，换土法治理较为彻底，而客土法和翻土法并未根除土壤中的重金属污染物，相反把重金属继续留在土壤中，因此这两种方法只适用于移动性差的重金属污染物，以免土壤中重金属污染物对地下水造成污染。
3.2电动修复
电动修复法是由美国路易斯安那州立大学研究出的一种治理土壤污染的原位修复方法，该方法近年来在一些欧美发达国家发展很快。它适合修复低渗透粘土和淤泥土，可以控制污染物流向[8]。在电动修复过程中，利用天然导电性土壤加载电流形成的电场梯度使土壤中的重金属离子（如铅、镉、锌、镍、钼、铜、铀等）以电迁移和电透渗的方式向电极移动，然后在电极部位进行集中处理。郑喜坤等[9]在沙土上的实验表明，土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子的除去率可达90%以上。该方法不搅动土层，且修复时间较短[10]，是一种可行的修复技术。
3.3热处理
热处理法是利用高频电压释放电磁波产生的热能对土壤进行加热，使一些易挥发性有毒重金属从土壤颗粒内解吸并分离，从而达到修复的目的[11]。该技术可以修复被Hg和As等重金属污染的土壤。虽然物理修复方法取得了一定的成果，但其还存在局限性。客土、换土和翻土法操作起来花费具大，破坏土壤结构，使土壤肥力下降，同时还依然需要对换土进行堆放或处理；电动修复法在实际运用中受其他多种因素影响，可控性差；热处理法对气体汞不易回收。
4.化学修复法
4.1化学改良剂
该方法是指向重金属污染土壤中添加化学改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，改变其在土壤中的存在形态，使其钝化后减少向土壤深层和地下水迁移，从而降低其生物有效性。常用的化学改良剂有石灰、碳酸钙、沸石、硅酸盐、磷酸盐等，不同改良剂对重金属的作用机理不同。如施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值，促使土壤中镉、铜、汞、锌等元素形成氢氧化物或碳酸盐等结合态盐类沉淀。如当土壤pH>6.5时，Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀[12]。沸石是一种碱土金属矿物，通过吸附、离子交换等降低土壤中的重金属生物有效性。黄占斌等指出对于铅、镉复合污染土壤，环境材料腐殖酸对铅有显著固定作用，而高分子材料SAP及材料组合（腐殖酸、高分子材料SAP和沸石）对镉起到明显固定作用。A.Chlopecka等发现沸石、磷石灰等能降低重金属Pb、Cd的移动性，且能够减少玉米和大麦对重金属Pb、Cd的吸收量。
4.2化学淋洗
化学淋洗修复法是指在重力或外压下向污染土壤中加入化学溶剂，使重金属溶解在溶剂中，从固相转移至液相，然后再把溶解有重金属的溶液从土层中抽提出来，进行溶液中重金属的处理过程[15]。利用此方法开展修复工作时，既可以在原位进行，也可采用异位修复[16]。原位化学淋洗修复法要在污染地进行全部过程，包括清洗液投加、土壤淋出液收集和淋出液处理等。由于原位化学淋洗过程形成了可迁移态污染物，因此要把处理区域封闭起来避免污染扩大化；异位化学淋洗修复法则要把重金属污染土壤挖掘出来，用化学试剂清洗，以去除重金属，再处理含有重金属的废液，最后清洁后的土壤可以回填或作其他用途。化学淋洗法的关键在于试剂的选择，可用来淋洗土壤重金属的试剂主要有盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、草酸、氢氧化钠、EDTA等。现已证明EDTA是针对重金属污染最有效的提取剂，但其价格昂贵，且对EDTA的回收还存在技术问题[17]。
5.生物修复法
生物修复法是通过植物、微生物或者动物的代谢活动，降低土壤中重金属含量方法。它主要包括植物修复法、微生物修复法、动物修复法和菌根修复法四种。
5.1植物修复
植物修复是将对重金属有超累积能力的植物种植在污染土壤上，待植物成熟后收获并进行妥善处理（如灰分回收）。通过该种植物可将重金属移出土壤，达到治理污染的目的。对于修复重金属污染土壤，植物修复法主要有植物钝化、植物提取和植物挥发三种。植物钝化是指利用植物根系分泌物降低重金属的活性，从而减少重金属的生物毒性和有效性，并防止其进入地下水和食物链，减少对人类健康的威胁。如植物分泌的磷酸盐与土壤中的铅结合成难溶的磷酸铅，使铅得到固化。除直接与重金属发生作用外，根系分泌物导致的根际环境pH值和Eh值的变化也可转变重金属的化学形态，使重金属固化在土壤中。但是这种方法并未将重金属去除，因此环境条件的改变仍有可能活化重金属。植物提取是指利用重金属超累积植物从污染土壤中吸收重金属，并将其转移、储存在植物地上部分（茎或叶），随后收割地上部分并集中处理其中的重金属，从而达到降低土壤重金属含量的目的。蒋先军等发现，印度芥菜对铜、锌、铅污染的土壤有良好修复效果。夏星辉[22]指出蕨类植物对镉的富集能力很强，杨柳科能大量富集镉，十字花科的芸苔能富集铅，芥子草能富集铅、锡、锌、铜等。在英国和澳大利亚等国家，一些对重金属有高耐受性的植物的培育已经商业化。植物挥发是指植物将其吸收的重金属转化为可挥发态，并挥发出植物的过程。如植物可以吸收土壤中的Hg2+，然后使之转化成气态HgO后，通过蒸腾作用从叶片蒸发出来。这种方法只适用于具有挥发性的重金属污染物，应用范围较小。同时，该方法将污染物转移到大气中，对大气环境造成一定影响。
5.2微生物修复
微生物修复法是利用微生物对重金属的亲和吸附作用将其转化为低毒产物，从而降低污染程度。虽然微生物不能直接降解重金属，但其可改变重金属的物理或化学特性，进而影响重金属的迁移与转化。微生物修复重金属污染土壤的机理包括生物吸附、生物转化、胞外沉淀、生物累积等。通过这些过程，微生物便可降低土壤中重金属的生物毒性[23]。由于细胞表面带有电荷，土壤中的微生物可吸附重金属离子或通过摄取将重金属离子富集在细胞内部。微生物与重金属离子的氧化还原反应也可降低重金属的生物毒性，如在好气或厌气的条件下，异养微生物可将Cr6+还原为Cr3+，降低其毒性。杜立栋等[24]从铅污染矿区土壤中筛选出一株青霉菌，对人工培养基中有效铅的去除率达96.54%，且富集效果比较稳定，可应用于铅污染矿区土壤的生物修复。
5.3动物修复
土壤重金属污染的动物修复是指利用土壤动物在自然条件或人工控制下，在污染土壤中生长、繁殖等活动过程中对污染物进行富集和钝化等作用，从而使污染物降低或消除的一种修复技术。在评价污染物的生态学危害研究中，科研工作者对土壤动物并未给予足够的重视，所以与微生物修复相比，国内外的相关报道还不多。而在众多土壤动物中，普遍认为蚯蚓是改良土壤的能手，并且对土壤污染具有指示作用，具有巨大的修复污染土壤潜力。朱永恒等[25]研究得出蚯蚓对重金属的富集量随着污染浓度的增加而增加，蚯蚓体内的Pb、Cd和As的含量和土壤中这三项元素的含量具有良好的相关性。且蚯蚓体内的金属硫蛋白和溶酶体机制可以解毒重金属。除蚯蚓外，腐生波豆虫及梅氏扁豆虫等动物对重金属也有明显的富集作用[27]。土壤动物不仅直接富集重金属，还和微生物、植物协同富集重金属，改变重金属的形态，使重金属钝化而失去毒性。
5.4菌根修复
菌根是指土壤中真菌菌丝与植物根系形成的联合体。成熟的菌根是一个复杂的群体，包括真菌、固氮菌和放线菌，这些菌类有一定的修复重金属污染的能力。菌根真菌可通过分泌特殊的分泌物改变植物根际环境，从而使重金属转变为无毒或低毒的形态，降低其毒性，起到促进重金属的植物钝化作用。申鸿等[28]通过对菌根的研究发现，菌根玉米地上部铜浓度降低24.3%，根系铜浓度降低24.1%，表明菌根植物对铜污染土壤具有一定的生物修复作用。黄艺等[29]采用根垫法和连续形态分析技术，分析了生长在重金属污染土壤中有菌根小麦和无菌根小麦根际铜、锌、铅、镉的形态分布和变化趋势，发现菌根可调节根际中土壤重金属形态降低重金属的生物有效性。此外，菌根还能使菌根植物体中重金属积累量增加，强化植物提取的效果。
摘要：随着我国经济的快速发展，人口的日益增多，受污染的土壤面积在逐步增加，据不完全统计，从1980年至1998年，受污染土壤面积已增加至约占耕地总面积的1/5。值得注意的是，我国乡镇工业的“三废”排放对土壤环境带来的污染问题，在乡镇工业发达地区，局部土壤环境污染十分严重。据调查，我国土壤环境污染中危害比较严重的是重金属铜和汞的污染，有些地区居民已出现“骨痛症”的症状。此外，城市污水中污泥的农业利用，以及城市垃圾、废矿渣、有毒废弃物的堆存、处置，花化肥农药以及农用地膜的大量使用，公路两旁土壤的多环芳烃及铅污染等，对土壤环境产生极大的威胁。因此，深入研究各种环境污染物质在土壤环境中的迁移、转化、降解、残留等行为特征和变化规律，探寻经济合理、有效的综合防治措施，加强立法与管理，保护土壤资源，是一项复杂而艰巨的任务。
关键词：重金属污染 环境影响 治理
中图分类号：TE08文献标识码： A
重金属污染时指由重金属及其化合物引起的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害。
重金属污染物是一类典型的优先控制污染物。环境中的重金属污染与危害决定于重金属在环境中的含量分布、化学特征、环境化学行为、迁移转化及重金属对生物的毒性。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前中国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。对人体毒害最大的重金属有5种：铅、汞、砷、镉、铭。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如痛痛病，是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍，损害了人体健康。
重金属污染在环境中难以降解，能在动物和植物体内积累，通过食物链逐步富集，浓度成千上万甚至上百万倍的增加，最后进入人体造成危害，是危害人类最大的污染物之一。国际上，许多废弃物都因含有重金属元素被列到国家危险废物名录，近些年随着我国工农业生产的快速发展，我国出现了重金属污染频发、常发的状况。2010 年4月至6月，浙江省政协组织成立调研组，通过召集省有关单位负责人座谈，向社会公众征集意见建议，并赴杭州、台州及所辖的路桥、温岭等部分县（市、区）进行实地调研，全面了解食品药品安全情况。调研结果显示，在浙北、浙中、浙东沿海三个区域中，城郊传统的蔬菜基地、部分基本农田都受到了较严重的影响。工业“三废”及城市生活污染物排放，引起重金属污染农田。调研组有关负责人表示，这些城郊重金属对土壤的污染，主要是近十多年造成的，主要是人为的污染，这会直接威胁到百姓的生命健康。2011年3月中旬，在浙江台州市路桥区峰江街道，一座建在居民区中央的“台州市速起蓄电池有限公司”（以下简称“速起蓄电池公司”）被曝出其引起的铅污染已致使当地168名村民血铅超标。由于重金属污染事件在我国频繁发生，使得我国开始重视重金属污染的治理。
常见的重金属土壤治理的方法包括化学法、生物法、物理法、热力学方法等，每种方法又包含不同的技术，每种技术又可以采用不同的施工方案实施。化学法主要通过将重金属污染土壤与化学稳定剂混合来实现重金属的稳定化，而石灰等稳定剂通常不能有长期的治理效果，分子键合是目前业界关注的一种以长期稳定性为特点的修复药剂。生物法一般有植物修复和微生物修复等。植物修复通过超积累植物吸收土壤中的重金属，比较安全但是修复周期长；微生物修复通过土壤中微生物降解重金属，但是影响修复效果的因素较多，目前应用较少。热力学方法可以通过高温来使重金属玻璃化，但是成本很高。
重金属的生物修复技术不仅效果好, 投资少,运行费用低, 且杜绝了二次污染, 还有利于生态环境的改善, 在治理污染的同时, 还可以获得一定的经济效益, 有报道植物吸收技术的成本可能不到各种物理化学处理技术的10 % , 并且通过回收和出售植物中的重金属, 还可以进一步降低植物修复的成本。生物修复技术在重金属污染治理方面虽然取得了一些成功, 但目前还有许多问题有待进一步的研究。(1) 有关重金属对微生物的抑制效应及吸附机理的研究。(2) 如何从功能和成本两个方面开发优良的生物吸附剂。(3) 如何通过遗传工程构建高效降解微生物菌株及创造超累积转基因植物。(4) 研究重金属污染的环境中植物根系与根际环境微生物类群的相互作用, 筛选可供应用的耐重金属并植物生中回收贵重金属,取得直接的经济效益; (3) 植物本身对环境的净化和美化作用更易被社会所接受; (4) 植物修复过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程,被修复过的土壤适合多种农作物的生长。
近些年，重金属污染事件提醒国人以及国内学者增加了对重金属污重金属污染的重视，2010年我国召开了重金属污染研究会议，把重金属污染控制列入国家头等大事，国内学者关于重金属污染的研究也进一步加深，相信国家的重视及大量物力财力的投入，使得重金属污染方面的展开迅速而全面的展开，让我们看到治理重金属污染问题就在眼前。
关键词：蔬菜基地；土壤；重金属污染；湖北省
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6563-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.24.060
土壤是人类生产食物最基本的生产资料和人类活动的基本场所。随着现代工业和农业的迅速发展、城市化进程不断加快和人类活动的影响，重金属通过各种途径进入土壤并累积吸附在土壤中。由于重金属迁移程度小，在土壤中很难去除，通过蔬菜根部到植株中，严重影响品质，同时对人体健康带来较大隐患。因此，深入了解重金属污染对蔬菜的影响，提高农产品质量安全，减少重金属对人类的危害十分必要[1]。
2000年初，对蔬菜产地重金属污染状况开始了研究。自2004年实行食品质量安全市场准入制度以来，人们对食品安全更加重视。农业部门积极大力推进“三品一标”工作，将“三品一标”认证工作作为确保农产品质量安全的重要抓手，开展产地环境评价和产品认证检验工作。对“三品一标”产地环境的评价工作，可以更进一步掌控蔬菜基地的重金属污染状况。如吉林省采用单因子污染指数法和综合污染指数法，对龙井市近郊农田土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd含量进行调查，重金属污染程度为轻度污染，主要污染元素为Cd[2]。重庆市曾对永川区近郊蔬菜地土壤重金属污染进行调查，其主要污染元素为Pb；从综合污染指数方面来看，土壤污染处于警戒级和轻污染级[3]。
近几年来，湖北省城镇化的进度加快，多地遭受重金属污染比较严重，曾有黄石市和大冶市关于重金属污染整治方面的报道[4，5]。但关于湖北省蔬菜基地重金属污染的系统研究报道却不多。2012年张媛媛等[6]对武汉市蔬菜基地重金属污染现状进行了调查，选取武汉市江夏区、洪山区等地的24个蔬菜基地，分别对土壤的pH、EC、有机质含量以及Cu、Zn、Cd和Pb 4种重金属含量进行调查和分析。结果显示，24个采样点的土壤重金属含量均在《GB 15618-1995土壤环境质量标准》[7]限量标准以内，为蔬菜安全生产基地，但同时也提出采取多种措施控制重金属污染源，高度重视土壤酸化比较严重的部分蔬菜基地。
湖北省是蔬菜种植大省，为保障蔬菜质量安全，各级政府大力推进“三品一标”产品认证。本研究以湖北省武汉、宜昌、荆门、荆州、恩施州、十堰、咸宁和黄冈8个地区的45个主要绿色食品蔬菜基地为调查样点，通过实地采集土壤样品，测定土壤pH和重金属元素（Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu）含量，分析并评价了8个地区蔬菜基地土壤重金属的污染现状，旨在为保障湖北省蔬菜基地的土壤安全和防治等提供一定参考依据。由于《GB 15618-1995土壤环境质量标准》的污染限量要求比较宽泛，可能会放松对土壤重金属的污染预警。为了与目前高品质的食品安全要求相适应，同时采用《NY/T 391-2013绿色食品产地环境质量》[8]标准对6种重金属含量进行评价。
1 材料与方法
1.1 样品采集与处理
根据《HJ/T 166-2004土壤环境监测技术规范》[9]标准布设监测点并采集0～20 cm耕层土壤，每个蔬菜生产基地采集3个不同位置、不同点数的土样，即每个基地抽取3份土样，共采集土壤样品135份。采集的土壤样品经自然风干后，研磨过100目尼龙筛后混匀，保存于采样袋中，待测。
1.2 样品分析方法
土壤浸提后采用电位法测定土壤pH（PHS-3C型酸度计）；土壤镉、铅的测定方法采取石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T 17141-1997）[10]；汞的测定方法采用原子荧光法（GB/T 22105.1-2008）[11]；砷的测定方法采用原子荧光法（GB/T 22105.2-2008）[12]；铬的测定方法采用火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[13]；铜的测定方法采用火焰原子吸收分光光度法（GB/T 17138-1997）[14]。
1.3 土壤重金属含量评价
以《NY/T 391-2013绿色食品产地环境质量》标准中的旱田土壤环境质量要求标准值作为评价标准（表1），采用单因子污染指数法和内罗梅（Nemerow）综合污染指数法[15]对土壤污染现状进行评价。
单因子污染指数的计算公式为：Pi=Ci/Si
式中，Pi为土壤中第i种污染物的环境质量指数；Ci为第i种污染物的实际浓度；Si为第i种污染物的评价标准值。
式中，P综为土壤重金属的综合污染指数；Pimax为测定点的单项污染指数中的最大值；Pave为测定点的所有污染物单项污染指数的平均值。
单因子污染指数法常用于评价土壤被某一重金属的污染程度。而综合污染指数法是一种兼极值的综合评价方法，既考虑了单项元素的作用，又突出污染最严重元素的重要性，可以评定每一个测试点的土壤综合污染水平。根据内梅罗污染综合指数法，将土壤的污染情况划分为 5个等级，污染等级划分标准如表2所示。
2 结果与分析
2.1 不同地区蔬菜基地土壤pH和重金属含量比较
湖北省武汉、宜昌、荆门、荆州、恩施州、十堰、咸宁和黄冈8个地区的45个主要蔬菜基地土壤的pH分布情况如图1所示。由图1可以看出，pH分布范围为4.59～8.42。在45个蔬菜基地中，19个基地pH
如表3所示，湖北省8个地区的蔬菜基地土壤重金属含量均没有超出绿色食品产地环境质量标准（NY/T 391-2013）对旱田土壤环境质量的要求。参照湖北省土壤背景值[16]（未受人类污染影响的自然环境中化学元素和化合物的含量），45个基地中有6个基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值，其中Hg的累积最明显，宜昌市有3个基地、黄冈市有1个基地Hg含量超出背景值；另外荆州市有1个基地的Pb含量超出了背景值，恩施州有1个基地的As含量超出背景值；但总体来说，超标率都不超过20%。被调查的所有基地重金属Cd、Cr和Cu含量均低于土壤背景值，无明显累积；武汉、荆门、十堰和咸宁被调查的蔬菜基地6种重金属含量均低于土壤背景值。
2.2 不同地区蔬菜基地重金属的含量差异
如表4所示，宜昌和十堰市蔬菜基地的Cd含量平均值最高，荆州市的最低；黄冈市蔬菜基地的Hg平均含量最高，是荆门市的3.8倍；恩施州土壤As含量高，是十堰市的2.6倍；黄冈市的Pb平均含量最高，咸宁市的最低；黄冈市的Cr平均含量最高，比恩施州的高出28.84 mg/kg；黄冈市蔬菜基地的Cu平均含量最高，咸宁市的最低。但相同市区不同取样地点的重金属含量差异比较大，如黄冈市编号为J44基地的Cd含量是J45的3.6倍，而J45基地的As含量是J44的3.2倍。
2.3 土壤重金属污染评价结果
2.3.1 单因子污染指数评价 湖北省各地区蔬菜基地土壤中Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6种重金属元素的单因子污染指数和评价结果见表5。由表5可以看出，湖北省8个地区45个被调查的基地上述6种重金属单项污染指数均小于1，说明8个地区蔬菜基地的Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu含量均未超恕5荆州地区的Cr和黄冈地区的Cr、Cu的单项污染指数均超过0.7，表明这两个地区的Cr、Cu污染处于警戒线级别，需要及时预防。
2.3.2 综合污染指数评价 仅使用单因子污染指数法进行评价不能反映土壤的整体污染情况。而综合污染指数法是一种兼极值的综合评价方法，可以评定土壤综合污染水平。从表5还可以看出，湖北省8个地区的综合污染指数均小于1，根据土壤环境质量分级标准可以判断这些地区的蔬菜基地污染水平处于尚清洁状态。但是黄冈市的土壤综合污染指数大于0.7，表明该地区的蔬菜基地污染水平虽然处于尚清洁状态，但重金属污染达到了警戒线。
3 结论与讨论
3.1 结论
通过对湖北省武汉、宜昌、荆门、荆州、恩施州、十堰、咸宁和黄冈8个地区的45个主要绿色食品蔬菜生产基地进行田间采样和室内分析，试验结论如下：
1）所调查的45个基地pH
2）武汉、荆门、十堰和咸宁地区被调查的蔬菜基地6种重金属含量均低于土壤背景值。另外4个地区有6个基地的Hg、As和Pb含量超出湖北省土壤背景值，其中Hg的累积最明显，表现为宜昌市的3个基地、黄冈市的1个基地Hg含量超出背景值。但总体来说，超标率都低于20%。
3）不同地区蔬菜基地重金属的含量差异比较大。黄冈市蔬菜基地的Hg平均含量是荆门市的3.8倍，Cr平均含量比恩施州的高出28.84 mg/kg；相同市区不同取样地点的重金属含量差异也比较大，如黄冈市2个蔬菜基地的Cd和As含量差异达到了3倍以上。
4）单因子污染指数评价结果表明，湖北省8个地区的Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu 6种重金属单项污染指数虽然均小于1，含量未超标，但黄冈Cr、Cu和荆州Cr的单项污染指数均超过0.7，表明这两个地区的Cr、Cu污染临近警戒线。
5）综合污染指数评价结果表明，黄冈市的重金属综合污染指数大于0.7，土壤等级为2级，临近警戒线。其他地区的土壤重金属综合污染指数均小于0.7，土壤等级为1级，均处于安全状态。
3.2 讨论
所调查的湖北省45个蔬菜基地中有19个基地土壤pH小于6.5，占比42.2%，接近50%，一般造成土壤酸化的原因有3个方面：①降水量大而且集中，淋溶作用强烈，钙、镁、钾等碱性盐基大量流失；②施石灰、烧火粪、施有机肥等传统农业措施的缺失，使耕地土壤养分失衡；③长期大量施用化肥是造成土壤酸化的重要原因。Singh等[17]认为土壤重金属含量与土壤pH大小有关，pH越小，重金属被解吸的越多，活性越强，越容易被植物吸收，因此土壤酸化会导致重金属向植物体内迁移和累积。应结合不同蔬菜对土壤pH不同要求采取合适措施改良土壤的酸碱性，例如对于酸性土壤，可增施熟石灰、草木灰等[18]来中和土壤的酸性；对于碱性土壤，可施用沸石[19]和燃煤烟气脱硫副产物[20]等减少土壤的碱性，并且每年应对土壤pH进行跟踪调查。
8个地区蔬菜基地重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr和Cu含量均没有超出绿色食品环评标准的限量值，适合发展绿色食品。但是根据湖北省土壤背景值的要求，有个别蔬菜基地的重金属超标，特别是宜昌市有3个基地的Hg超标。由于土壤中重金属的来源是多途径的，根据该地区所处的环境推测原因主要有：①基地多处于山区地带，地矿中含有一定量的重金属元素，地质背景的原因可能导致土壤重金属含量超标；②该地区的蔬菜种植基地多属于传统蔬菜种植基地，常年施肥（肥料中含有一定量重金属元素）使得土壤中重金属含量增加。虽然Hg含量超标率不到20%，但是还是要引起重视。
被调查的8个地区只有黄冈市的综合污染指数达到2级，处于警戒线，其他地区均处于安全状态。可能原因有：①该地区被调查的蔬菜基地太少，数据离散程度过大；②蔬菜基地位于山区地带，地质背景的原因可能导致土壤重金属含量较高。由于综合污染指数计算时只是依据pH分级，没有科学地细分，当综合污染指数大于0.7时，酸性和碱性土壤对重金属吸附水平差别较大，特别是土壤pH0.7时，重金属活性将会大大增加，很容易吸附在土壤中最后被植物吸收；而另一方面不同植物可能对重金属吸附水平也不同，故P综>0.7时，蔬菜中重金属含量也不一定超标。因此如何更加科学评价基地污染还需要做进一步研究。
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关键词 土壤；蔬菜；重金属污染；评价；浙江杭州
中图分类号 X53；X56 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）20-0247-02
蔬菜是人们生活中不可缺少的副食品，为人体提供所必需的多种维生素和矿物质，城镇化速度的加快及工业的迅速发展，使得环境污染问题日益加重，致使蔬菜中重金属和农药残留含量急剧增加，给人类健康造成了严重伤害。重金属积累特点及其对环境的污染是目前蔬菜重金属研究的重点。城市及其郊区是重金属污染的重要区域，了解和掌握土壤和蔬菜重金属的污染现状，对指导当前和以后蔬菜无公害化生产和环境保护等方面具有重要指导意义。
1 杭州市土壤重金属污染现状
谢正苗等[1]调查杭州市4 个蔬菜基地土壤中Pb、Zn、Cu的含量，结果发现蔬菜基地土壤中重金属的含量虽然未超过国家土壤重金属环境质量标准，符合无公害蔬菜的发展要求，但已超过其自然背景值。4个调查区中拱墅区土壤中重金属含量大于其他3个区；江干区蔬菜基地土壤—蔬菜中重金属的空间变异很大。老城区近50%的土壤属于Ⅲ类以上，几乎无Ⅰ类土壤，有些特色产品的种植土壤甚至存在一定的环境风险[2]。城市土壤中的磁性物质对重金属有显著的富集作用，杭州市土壤的磁性物质含量分别是0.20%～2.75%（平均值0.75%），磁性物质对重金属的富集系数大小为Fe>Cr>Cu>Mn>Pb>Zn[3]。
郭军玲等[4]研究发现杭州市蒋村土壤已受到Zn 的明显污染，污染等级为轻污染，乔司和下沙土壤重金属为高度累积，七堡和蒋村土壤重金属达到严重累积程度。李 仪等[5]研究发现杭州市区表土Pb、Cd和Hg含量随离城市距离增加而下降，土壤中重金属Pb、Cd和Hg的积累主要与大气沉降有关；同一区块中茶园表土重金属Cu和Zn含量明显高于附近林地土壤，施肥等农业措施对茶园土壤Cu和Zn的积累有较大的影响。
2 杭州市蔬菜重金属污染情况
杭州市野外常见野生蔬菜铅的超标率达87.5%，镉的超标率为12.5%，铜和锌无超标现象[6]。小青菜和小白菜中Pb超标，但Zn、Cu未超标，其富集系数顺序为Zn>Pb>Cu，且小青菜更易受重金属污染，其重金属含量均大于小白菜[1]。
宋明义等研究发现，根茎类蔬菜中Cd、Pb常超标，叶菜类蔬菜中除Cd、Pb常超标外，Hg也常超标，豆类和茄果类情况相对较好，未发现超标现象。其中，半山附近蔬菜中Cd、Zn含量接近国家食品卫生规定的标准限值，蔬菜和水稻中以Pb超标情况较严重；江干区蔬菜基地的蔬菜重金属污染也较为普遍，不同蔬菜品种中均有重金属超标现象[2]。王玉洁等[3]研究发现蔬菜的可食部位和非可食部位Pb含量均出现严重超标现象，样本超标率达100%；但是4种蔬菜可食部位含Cu量和含Zn量均未出现超标现象，部分蔬菜根系含Cu量和含Zn量却出现超标现象。
3 蔬菜重金属的吸收与富集规律
3.1 不同区域的差异性
北方地区蔬菜重金属污染相对南方地区轻，南方地区污染形势最为严峻的为Cd，这可能是由于南方土壤pH值低、有机质含量等决定的重金属存在形态、活性有关。由于土壤中Cd的化学活性最强，全国范围内Cd污染最为严重[7]。
重庆市小白菜中的As质量比在南岸区菜市场中可达0.068 mg/kg，但在渝中区只有0.012 mg/kg，二者相差5.7倍；渝中区菜市场藕中Hg质量比为0.189 1 mg/kg，但在北碚区菜市场中只有0.056 7 mg/kg，二者相差3.34倍[8]。
3.2 不同种类的差异性
基因型差异使得同一种蔬菜对重金属元素的吸收、累积特点各不相同。此外，土壤粘粒含量、有机质含量、pH值等土壤环境条件都会导致蔬菜中重金属含量差异[9]。
重金属污染以镉和铅为主，根茎类和瓜果类较为突出；镉污染最严重，排序为：根茎类、瓜果类、豆类、叶菜类；芋头和葱中镉污染均超标，最大超标倍数分别达到1.9倍和5.1倍[10]。叶菜类蔬菜中锌、铜、铅平均含量均高于瓜豆类蔬菜，只有镉的平均含量低于瓜豆类蔬菜[11]。不同种类和类型的蔬菜对重金属的富集能力不同，Zn：叶菜类>瓜果类>根茎类；As：叶菜类>根茎类>瓜果类；Hg：根茎类>瓜果类>叶菜类[8]。
3.3 同种蔬菜对不同重金属的吸收和富集差异性
蔬菜对Cu、Zn、Pb的相对富集能力基本一致，其富集系数顺序为Pb>Cu>Zn[3]。同一种蔬菜吸收不同重金属的能力不同，富集元素的规律是Cd>Zn、Cu>Pb、Hg、As、Cr。也有发现当Zn、Cd、Cu混施时，Cd的存在促进了大豆叶片中Zn的积累，而Cu的存在则使Zn和Cd的浓度降低[12]。
3.4 不同部位的差异性
重金属在植株体内各部位的分布状况不同。一般在进入器官积累多。菠菜Cd的积累量为叶片、根>茎，而Cd和Cu的积累量依次为叶片>根>茎杆，Pb的积累量则依次为根>茎>叶片；青菜叶片中的Cr、Cd、Pb、Cu等的含量均高于茎[12]。铜和锌含量地下部要比地上部高，蒲公英地上部的铜和镉含量明显高于地下部，地上部分别是地下部的2.80倍和1.92倍；野三七地上部的铅含量也比地下部高，是地下部的1.21倍；水芹地上部的镉含量也高于地下部，是后者的1.53倍[6]。
4 评价方法
对重金属污染评价方法有很多，主要以指数法最多，其中指数法分单项因子污染指数法和综合污染指数法。
某样点蔬菜的污染程度单项污染指数Pi是根据蔬菜中污染物含量与相应评价标准进行计算，其计算式为Pi=Ci/Si。式中，Ci表示污染物实测值；Si表示污染物评价标准。Pi1 为污染。
综合污染指数法主要考察高浓度污染物对环境质量的影响，可以全面反映各污染物对土壤的不同作用。目前，内梅罗综合污染指数法在国内应用较为普遍。
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