邢华铭　杜海涛　李思捷

[摘 要]近年来，越来越受关注的重金属污染变得严重，成为急迫解决的世界性问题。本文综述了土壤重金属对土壤酶、植物和人类的危害。并且简述了几种修复方法的原理、实用性及其国际研究与发展动态。预期转基因技术的应用在提高植物修复的实用性方面必将有突破性进展。

[关键词]土壤 重金属 污染 修复技术

中图分类号：G302 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0346-01

1.引言

近年来，土壤重金属污染已成为严重的世界性问题和难题，越来越受到人们的关注。导致土壤环境产生污染的重金属主要有汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、准金属砷 （As） 等生物毒性显著的元素， 也包括有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、钴（Co）等常见元素。土壤重金属污染是影响人类健康和环境质量的主要问题之一，它不仅影响农作物生产，而且也影响大气和水环境质量，甚至通过食物链危害人类的健康。因为重金属在土壤中不能为微生物分解，因而会在土壤中不断积累，影响土壤性质，甚至可以转化为毒性更大的烷基化合物，被植物和其他生物吸收、富集，进而通过食物链在人、畜体内蓄积，直接影响植物、动物甚至人类健康。所以，土壤重金属危害防止的问题亟待解决。

2.土壤重金属的危害

2.1 对土壤酶的危害

土壤酶是一种生物催化剂，是反映土壤肥力的一个敏感性生物指标，更加直接反映了土壤生物化学过程的强度和方向[2]。有研究表明，Hg对脲酶的抑制作用最为敏感，长期大量施用含Pb的污灌，有可能使土壤中氮的转化受到较为严重的影响[3-4]。

2.2 对植物及农作物的危害

土壤中的重金属会对植物产生一定的毒害作用，引起株高、主根长度、面积等一系列生理特征的改变[5]。主要是因为吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的物质， 如H2O2、C2H2等类物质。对农作物的危害亦是如此，污染土壤中的重金属会通过作物根部的吸收进入作物体内灌溉水中含2. 5 mL的Hg时，水稻就可发生明显的抑制生长的作用，表现为 生长矮小，分孽减少，根系发育生长不良，叶片失绿，穗小粒空，产量降低，籽粒含Hg 超出食用标准（≤0.2mg/L）。

2.3 对人类的危害

重金属对土壤污染后，人们通过食物链不断摄取有害物质，这些物质在体内累积达到一定剂量后产生毒害症状。当人体摄入或吸入过量的Cd，会引起身体各器官一系列的病变，可引发以骨矿密度降低和骨折发生机率增加为特征的骨效应。可见，土壤重金属污染对人体产生极大的危害。

3.土壤重金属的修复技术

3.1 物理修复

物理修复主要包括土壤淋洗、电动修复和电热修复三种修复技术。

土壤淋洗是应用最早，也是应用最多、技术最成熟的物理修复方法。土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去，再把富含重金属的废水进一步回收处理的土壤修复方法。土壤淋洗技术实际操作较为复杂，虽能有效去除土壤中的重金属，但由于投资过高，并有可能造成土壤二次污染，因此在大面积土壤污染中应用较少。

电动修复是一种原位修复技术，近年来发展很快，在一些欧美国家已进入商业化。但事实上，实验室采用一种金属离子的溶液做模拟试验常能有效地去除土壤中的金属离子，有时也得到相反的结果。这主要与pH控制着土壤溶液中重金属离子的吸附与解吸、沉淀与溶解有关，而且酸度对电渗速度有明显影响，所以如何控制土壤pH值是电动修复技术的关键。

电热修复技术是利用一些重金属在高温下快速挥发的特性，用高频电压加热土壤，重金属受热挥发，离开土壤以达到修复土壤重金属污染的目的。但是，在高温加热的同时也对土壤本身造成了严重的破坏。

3.2 化学修复

化学修复包括化学改良剂修复、表面活性剂修复和有机质改良。

化学改良剂修复是通过向污染土壤添加不同的改良剂， 通过增加土壤有机质、 阳离子代换量和黏粒的含量以及改变土壤pH，Eh和电导率等理化性质，而使土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低土壤重金属的生物有效性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂，不同改良剂对重金属的作用机理不同，因此在实际操作中必须明确改良剂的作用机理才能应用， 避免形成二次污染。

表面活性剂修复即利用表面活性剂润湿、增溶、分散、洗涤等特性，改变土壤表面电荷和吸收位能，或从土壤表面把重金属置换出来，以络合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金属在土壤溶液中的流动性。表面活性剂有助于重金属从土壤颗粒上解析出来，并进入土壤环境，增加污染物在土壤环境中的可动性，从而加速污染物的去除。

有机质对重金属污染土壤的净化机制主要是通过腐殖酸与金属离子发生络合反应来进行的，作为土壤中重要的络合剂，有机质中的-COOH，-OH，-C=O和-NH2等均能与重金属发生络合、螯合，使土壤中重金属的水溶态和交换态明显减少。陈世宝等人结合国内外的相关报道，对有机质治理土壤中重金属污染做了应用研究，指出有机质改良法可兼顾环境、经济和社会效益，是土壤重金属污染治理的一个很好方向。

3.3 生物修复

生物修复包括植物修复和为生物修复。

植物修复技术是一种以植物忍耐、分解或超量积累某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的治理技术。陈同斌等2002年发现砷超富集植物蜈蚣草（Pteris vittata L）。刘金林等发现一年蓬（Erigeron annuus（L.） Pers.）对重金属有较强的富集能力，鸭跖草（Commelina communis L.）、艾蒿（Artemisia argyi）对Cu具有较强的富集能力[13]。杨肖娥等发现锌超富集植物东南景天（Sedumalfredii），其地上部Zn含量高达4134～5000mg/kg 。Xingfeng Zhang等发现了Cd的超富集植物—少花龙葵（Solanum photeinocarpum） 。植物修复是一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏土壤生态环境保持土壤结构和微生物活性的情况下，通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收，从而修复被污染的土壤，而且植物修复通常成本较低，易操作并且对环境有益，对动辄大面积亟需治理的受污染农田比较适用，它已成为一项可靠的相对安全的环境修复技术，是一种发展前景较好的净化途径。

微生物修复法就是利用土壤中的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，具有费用低、对环境影响小、效率高等特点，是一项廉价的绿色治理方法。曹德菊利用常规微生物资源（枯草杆菌Bacillus subtilis、酵母菌Yeast、大肠杆菌Escherichia Coli等）对重金属离子Cd2+、Cu2+进行生物修复试验，结果发现在环境中Cu2+、Cd2+浓度较低的情况下，微生物具有良好的修复性能，去除率可达25%～60%。

4.展望

土壤重金属污染来源广泛、危害较大，在今后相当长的时间内仍将是我国所面临的重要环境问题，亟待解决。近些年来， 在Se、Hg、Cd、Zn 等重金属元素转基因植物研究方面已初获成果。建立重金属的超积累植物基因库；通过应用分子生物学技术和基因工程技术，应用转基因工程技术，将自然界中超富集植物的耐重金属、超富集基因移植到生物量大、生长速率快的植物体内，培育出理想的超积累植物。预期转基因技术的应用在提高植物修复的实用性方面必将有突破性进展。

参考文献

[1] 高太忠，李景印.土壤重金属污染研究与治理现状[J].土壤与环境，1999，8（2）：137-140

[2] 杨志新，冯圣东，刘树庆. 镉、锌、铅单元素及其复合污染与土壤过氧化氢酶活性关系的研究[J].中国生态农业学报，2005，13（4）：138-141

[3] 李法云，减树良，罗义.污染土壤生物修复技术研究[J].生态学杂志，2003，22（1）：35-39