隨著城市化在全球范圍內(nèi)的飛速發(fā)展,以及城市人口的不斷增長,客觀上需要增加對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的了解,以及研究城市生態(tài)環(huán)境與人類健康之間的相互關(guān)系。城市土壤是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。在城市環(huán)境中,各種各樣的人類活動(dòng),將大量的重金屬帶入城市土壤中, 造成這些元素在土壤中的積累,并通過大氣、水體或食物鏈而直接或間接地威脅著人類的健康甚至生命。因此,研究城市土壤的重金屬污染的來源、含量分布、化學(xué)形態(tài)、積累的生物效應(yīng)及其污染的修復(fù)具有重要的意義。

1 　現(xiàn)狀與來源

1. 1 　現(xiàn)狀

20 世紀(jì)90 年代初期對(duì)上海市蔬菜及菜區(qū)土壤的研究結(jié)果表明,上海市蔬菜受到重金屬污染,尤以Cd 和Pb 污染為甚,超標(biāo)率分別為13. 29 %和12. 0 %。上海市寶山區(qū)菜區(qū)土壤受到不同程度的重金屬污染, Cd 和Hg 為主要污染元素。戴軍等1995 年報(bào)道,廣州市約有9. 5 %的菜區(qū)土壤受重金屬污染,其中Cd、Pb 和As 的含量分別為廣東省土壤背景值的2. 77 、2. 97 和1. 40 倍。80 年代末期,周藝敏等的調(diào)查結(jié)果表明, 天津市菜地土壤的8 種重金屬元素(Cu 、Zn 、Pb 、Cr 、 Ni 、Cd 、Hg、As) 含量均高于本市農(nóng)業(yè)土壤背景值的1 倍以上,尤以Cd 和Hg 最為嚴(yán)重,分別為背景值的5 倍和60 倍。90 年代中期的調(diào)查結(jié)果表明,沈陽市蔬菜也受到程度不同的重金屬污染,超標(biāo)率較大的元素是Pb 和Hg ,其次是Zn 和Cd ; 蔬菜綜合超標(biāo)率為 36. 1 % ,污染面積為3 600 hm2 。而沈陽市菜地土壤重金屬含量與其土壤背景值相比,Cd、Pb 、Zn 的平均值分別為背景值的7. 06 、3. 96 和3. 187 倍,表明了沈陽市菜地土壤已受到多種重金屬的復(fù)合污染。最近,馬往校等對(duì)西安市郊區(qū)蔬菜的可食部分中重金屬元素監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明, Pb 是西安市郊區(qū)蔬菜的主要污染元素, 超標(biāo)率為48. 0 % ,最高超標(biāo)6. 91 倍;Cr 和Cd 的污染僅表現(xiàn)在個(gè)別蔬菜中,超標(biāo)率分別為4. 0 %和210 % , 最高超標(biāo)分別為5. 20 倍和1. 32 倍。

1. 2 　城市土壤重金屬污染的來源

土壤中重金屬污染物來源途徑有很多,也很廣,也很復(fù)雜。首先是母質(zhì)本身含有重金屬,不同的母質(zhì)在成土的過程中所形成的土壤含有的重金屬差異也很大。在城市土壤重金屬來源研究方面,認(rèn)識(shí)到城市土壤中的重金屬一部分來源于成土母質(zhì),另一部分則為外源人為輸入。成土母質(zhì)是城市土壤中重金屬含量的重要來源,是決定城市土壤中重金屬元素含量與分布特征的重要因素之一。例如,在北京市,目前土壤中 Cr 、Ni 的含量就主要受成土母質(zhì)的影響,只是個(gè)別地區(qū)存在明顯的Cr 、Ni 含量嚴(yán)重偏高的現(xiàn)象。城市交通運(yùn)輸則是城市土壤重金屬污染的另一個(gè)重要來源,汽車尾氣排放、輪胎添加劑中的重金屬元素均可影響到土壤中Pb 、Zn 、Cu 的含量,且這些元素的積累量都與交通流量有關(guān)。另外城市生活垃圾與工業(yè)廢棄物的堆放及填埋對(duì)其附近城市土壤中重金屬的含量與形態(tài)特征有著明顯的影響,其附近土壤中重金屬元素的含量與形態(tài)分布特征與垃圾中的重金屬含量及其有效態(tài)含量呈明顯的正相關(guān)。在不同工礦企業(yè)周圍,土壤重金屬含量還表現(xiàn)出明顯的特異性,如Zn 礦冶煉廠廢棄物的排放即可導(dǎo)致其周邊城市土壤Zn 含量特異。同時(shí)公園與花園綠化過程中污水、污泥堆肥的廣泛使用也明顯影響到城市土壤中的重金屬組成與含量。

人類工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)造成對(duì)土壤的污染。歸納起來其來源有: ①工業(yè)污染源。主要是基礎(chǔ)工業(yè)特別是采礦和冶煉業(yè)是向環(huán)境中釋放重金屬的主要污染源。②生活污染源。生活垃圾中含有的重金屬能滲到土壤中;生活廢水中的有機(jī)物可以吸收重金屬,用這些水灌溉也可污染土壤。③農(nóng)業(yè)污染源。主要是農(nóng)藥、化肥等農(nóng)資和不恰當(dāng)?shù)墓喔葧?huì)造成土壤污染。④交通污染源。機(jī)車的燃料中所含的重金屬如對(duì)土壤的污染。⑤自然污染源。土壤母質(zhì)土中的重金屬本身含量高,還有火山噴發(fā)造成的土壤污染。

1. 3 　土壤重金屬污染的特征

重金屬在土壤中不易隨水淋溶,不易被生物降解, 具有明顯的生物富集作用,其主要是影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量來體現(xiàn)其危害的,因此土壤污染有較長的潛伏期。其具體特點(diǎn)為: ①隱蔽性; ②不可逆性; ③普遍性; ④表聚性。

2 　重金屬污染治理的途徑

2. 1 　物理工程措施

物理工程措施是利用物理(機(jī)械) 、物理化學(xué)原理治理重污染土壤且工程量比較大的一類方法。該類技術(shù)是利用重金屬主要污染土壤表層的特性。將表層被污染土壤去掉后,耕作活化下層土壤或覆蓋末被污染活性土壤的方法。該類方法是目前較徹底地清除污染土壤的重金屬的切實(shí)可靠的方法。將被污染表土去除后、原地土壤污染源的控制和土壤活化是非常重要的。并且被證明在土壤科學(xué)及環(huán)境科學(xué)上己有切實(shí)可行的辦法。

主要的方法有: ①客土、翻土、換土及去表土法; ② 電化學(xué)法; ③淋洗法; ④熱處理法; ⑤固化法; ⑥玻璃化法。

物理土程措施治理效果最為顯著、穩(wěn)定,是一種治本措施,而且適應(yīng)性廣,但投資大,存在二次污染及肥力降低問題,適于小面積的重度污染,積極引進(jìn)、吸收、轉(zhuǎn)化新技術(shù),新材料,在保證治理效果的基礎(chǔ)上,降低治理成本,提高工程實(shí)用性,有著重要的實(shí)際意義。

2. 2 　農(nóng)業(yè)措施

2. 2. 1 　生物修復(fù)措施。生物修復(fù)是指利用生物的生命代謝活動(dòng)減少土壤中有毒有害物的濃度或使其完全無害化,從而使污染了的土壤環(huán)境能夠部分地或完全恢復(fù)到原始狀態(tài)的過程。相同的表達(dá)有生物再生、生物恢復(fù)、生物清除或生物凈化。治理措施主要包括植物修復(fù)措施和微生物修復(fù)措施,因其具有效果好、投資省、費(fèi)用低、易管理與操作、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn),日益受到人們的重視,成為污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)。

2. 2. 1. 1 　利用某些特殊植物修復(fù)措施。植物修復(fù)措施是以植物忍耐和超量積累某種或某些化學(xué)元素理論為基礎(chǔ),利用植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中的污染物的一門環(huán)境治理技術(shù),它是一門新興起的環(huán)境應(yīng)用技術(shù)。該措施主要包括三方面: (1) 植物萃取:利用金屬積累植物或超積累植物將土壤中的金屬萃取出來,富集并按時(shí)運(yùn)到植物根部可收割部分和植物地上的枝條部位。(2) 根際過濾:利用超積累植物或耐重金屬植物從污水中吸收、沉淀和富集有毒金屬。(3) 植物固化:利用耐重金屬植物或超積累植物降低重金屬的活性,從而減少重金屬被浸淋到地下水或通過空氣載體擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。

由此可見,植物治理措施的關(guān)鍵是找合適的超積累或耐重金屬植物。但植物修復(fù)措施也有局限性。如超積累植物通常生物量低,生長緩慢,對(duì)金屬有選擇性,不適合多種金屬復(fù)合污染的土壤。

2. 2. 1. 2 　利用微生物修復(fù)措施。微生物治理是利用土壤中的某些微生物對(duì)重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用,從而降低土壤中重金屬的毒性,有些微生物具有嗜重金屬性,利用微生物對(duì)重金屬污染區(qū)進(jìn)行凈化,在水體污染處理中證明是一種很好方法。如果用于土壤環(huán)境的處理,可能會(huì)是一種行之有效的方法, 目前這方面己進(jìn)行了積極研究。據(jù)報(bào)道,日本發(fā)現(xiàn)一種嗜重金屬菌,能有效地吸收土壤中的重金屬,但存在土壤與細(xì)菌分離這個(gè)比較棘手的問題。如果得到妥善的解決,將是一種有很大發(fā)展前景的處理方法。

2. 2. 2 　利用某些低等動(dòng)物修復(fù)措施。土壤中的某些低等動(dòng)物(如蚯蚓和鼠類) 能吸收土壤中的重金屬,因而能一定程度地降低污染土壤中重金屬的含量。K. Czamowaka 等人對(duì)華沙交通要道附近3 個(gè)草坪采集土壤和蚯蚓進(jìn)行測(cè)定,土壤中Cu 、Pb 、Zn 、Cd 的含量分別為26～53 、170～180 、170～250 和0. 62～1. 1 mg/ kg , 而相應(yīng)的富集系數(shù)為0. 56 、0. 36 、7. 3 和17. 1 ,可見,蚯蚓對(duì)鋅和鎘有良好的富集作用,楊居榮等用威廉環(huán)毛蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)向土壤投加Hg10mg/ kg 蟲融引能存活;投加As100～300mg/ kg 及同時(shí)投Cd 、Cu 、Pb 各10 、300 和300mg/ kg 沙氏蚯蚓己不能成活。蚯蚓對(duì)重金屬的富集系數(shù)以砷為最大,其次為Cd 、Hg、Cu 。由此可見,在重金屬污染的土壤中放養(yǎng)蚯蚓,待其富集重金屬后,采用電激、清水等方法驅(qū)出并集中處理,對(duì)重金屬污染土壤也有一定的治理效果。

生物措施的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施較簡(jiǎn)便、投資較少和對(duì)環(huán)境擾動(dòng)少,缺點(diǎn)是治理效率低(如超積累植物通常都矮小、生物量低、生長緩慢且周期長) ,不能治理重污染土壤(因高耐重金屬植物不易尋找) 和被植物攝取的重金屬因大多集中在根部而易重返土壤等,生物措施對(duì)重金屬進(jìn)行治理是當(dāng)前環(huán)境科學(xué)研究的重要領(lǐng)域之上, 生物修復(fù)作為一種治理效率高,治理費(fèi)用低和現(xiàn)場(chǎng)可操作性強(qiáng)的方法,可廣泛應(yīng)用于礦山復(fù)墾,改良重金屬污染的土壤、凈化土礦廢水,適合在發(fā)展中國家采用。但該措施仍有不少問題。在“誰污染誰付費(fèi)”的環(huán)保政策監(jiān)督下將具有很大的市場(chǎng)潛力。大范圍推廣使用該項(xiàng)技術(shù)還有相當(dāng)多的問題有待解決。還需要從植物學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境化學(xué)、遺傳學(xué)、土壤學(xué)、找礦學(xué)、基因工程技術(shù)等多學(xué)科入手,作好以下基礎(chǔ)工作: 對(duì)重金屬具有較強(qiáng)解毒、吸附能力的生物的分離與培育技術(shù);超量積累和耐性植物資源的篩選;植物吸收、富集和穩(wěn)定化重金屬的機(jī)制研究等問題的研究。

綜上所述,重金屬污染土壤治理技術(shù)的研究和應(yīng)用雖有一定的發(fā)展,仍尚處在試驗(yàn)開發(fā)階段。方法也很多,生物修復(fù)措施應(yīng)該說隨著研究的不斷深入具有很好的發(fā)展前景,并且己成為當(dāng)今世界各國有關(guān)學(xué)者一研究的熱點(diǎn)之一。但重點(diǎn)應(yīng)放在選育對(duì)重金屬吸附能力強(qiáng)日_易生長的動(dòng)植物品種上;農(nóng)業(yè)措施治理效果比較差些,與生物、工程措施配合使用效果會(huì)更好;工程措施效果顯著、穩(wěn)定,但應(yīng)積極引進(jìn)、吸收和轉(zhuǎn)化新技術(shù)、新材料,以提高該技術(shù)的工程實(shí)用性。同時(shí)由于各種方法的作用和適用范圍各不相同,但又互相聯(lián)系, 互相補(bǔ)充,應(yīng)因地制宜,綜合應(yīng)用,怎樣研制一種投資小、周期短、見效快、穩(wěn)定性強(qiáng)、副作用小、治理徹底和適用性廣的土壤污染治理方法,是當(dāng)前環(huán)境土作者的迫切任務(wù),在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)污染物的性質(zhì) (如種類、形態(tài)、濃度等) 、土壤條件(如p H ,滲透性、地下水位等) 、污染的程度、預(yù)期的修復(fù)目標(biāo)、時(shí)間限制、成本、修復(fù)技術(shù)的適用范圍等因素加以綜合考慮,選擇合適的修復(fù)技術(shù)或其組合,在實(shí)際應(yīng)用中兩個(gè)甚至兩個(gè)以上修復(fù)技術(shù)的組合可以取長補(bǔ)短,達(dá)到高效、低耗的雙重效果。

參考文獻(xiàn)

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