发布时间：2024-02-10 16:51:49
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中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）17-0241-01
1 土壤污染概念
1.1 土壤污染
有关学者有不同观点：一是土壤中的污染物超过背景值称之为“污染”；二是土壤中污染物超过《土壤环境质量标准》就判定为土壤“污染”；三是土壤中污染物超过环境容量，并对农产品的产量和安全质量造成威胁才称之为“污染”[1]，此理解较为全面。
1.2 有害重金属
有些重金属摄入微量就会出现病态或中毒症状，常称为有害重金属或有毒重金属，如铅、镉、汞等。铅是重金属污染中较大的一种，一旦进入人体将很难排除，能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下；对老年人造成痴呆等，还有致癌、致突变作用。镉易导致高血压，引起心脑血管疾病，破坏骨骼和肝肾，并能引起肾功能衰竭。汞是重金属污染中毒性最大的元素，食入后直接进入肝脏，对大脑、神经、视力破坏很大；天然水中含0.01 mg/L，就会导致人中毒[2]。
1.3 污染特点
重金属污染在土壤等环境中具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆转性和难治理性等特点[2-3]。土壤一旦被污染，通过自净能力完全复元周期长达1 000年[4]。
2 土壤污染概况
2.1 污染面积
曾有报道，我国土壤污染面积达0.1 亿hm2，甚至有的说是0.2 亿hm2 [1]，这是一个很惊人的数字。
2.2 污染趋势
重金属元素在土壤表层明显富集与人口密集区、工矿业区存在密切相关性。与1994—1995年采样相比，土壤重金属污染分布面积显著扩大并向东部人口密集区扩散，长江中下游某些区域普遍存在镉、汞、铅、砷等异常。我国土壤正出现越来越多本来没有或微不足道的危险元素[4]。目前，日益严重的土壤重金属污染等问题已引起人们的广泛关注。
2.3 污染状况
目前在全国逾30个省份中，至少有15 个地区土壤严重污染[5]。工厂排放的铅和重金属以及农民过度使用杀虫剂和化肥，使土地和食物链受到威胁[6]。不少地方成为皮肤病、肝病、癌症高发区[2]。全国有1/10的大米镉含量超标[7]。每年受重金属污染的粮食高达1 200万t，造成直接经济损失超过200亿元[6]。
3 土壤污染来源
3.1 固体废弃物污染
固体废弃物污染成分复杂，其危害方式和污染程度也不尽相同。以矿业和工业固体废弃物在堆放或处理过程中，在日晒、雨淋、水洗的作用下，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散，从而形成土壤重金属污染[2-3，8]。
3.2 污水灌溉、污泥施肥污染
城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城镇混合污水，造成污灌区土壤汞、砷、铬、铅、镉等重金属含量逐年增加。有些污泥重金属含量高，如采用污泥施肥可带入土中[2-3，8]。此外，还有随大气沉降进入土壤的重金属污染以及农药、化肥、地膜等随农用物质进入土壤的重金属污染。
4 预防对策
4.1 加大法规执行力度、问责制度
加大环保法及有关农业环境保护条例、农产品基地保护条例等法规执行力度和问责制度。尽快制定土壤保护有关法规，促进以法治农、依法护土上台阶。
4.2 尽快绘制土壤重金属元素“人类污染图”
加快全国土壤污染状况调查步伐，尽快绘制土壤重金属元素“人类污染图”。对已被污染的土地，要把污染源搞清楚并加以切断。农业、国土、地质、环保、水利、交通等部门要通力合作为大地“排毒”[4]。
4.3 建立健全和完善土壤污染防治资金保障机制
建立由个体赔偿到责任保险再到补偿基金救济的正金字塔型体系，通过建立健全和完善土壤污染防治资金保障机制来切实落实土壤侵权损害赔偿与补救。
4.4 确保粮食供应安全关
严禁生产和使用部分有毒有害化学品，严把农田过度使用化肥和杀虫剂以及工厂、冶炼厂和矿井向地面排放重金属关，确保粮食供应安全[5]。
4.5 确保农产品生产安全关
建立农产品产地监测评价、产地分等定级及种植业结构调整和选择合适品种、产地安全管理、产地污染防治等农产品产地安全管理技术体系，进行农产品产地安全质量普查，确保农产品生产安全[1-2]。
4.6 推行生物修复综合技术
研究和推行以植物修复为主、辅以化学、微生物及农业生态措施的生物修复综合技术[2-3]。
4.7 提倡清洁生产
提倡清洁生产，慎用污水灌溉，严格控制渣肥、污泥施用，增施有机肥料，全面推广配方施肥技术。科学地使用土壤改良剂，全面加强土壤治污工作，逐步提高土壤质量水平[2，8]。
5 参考文献
[1] 刘凤枝，师荣光，贾兰英，等.土壤污染与食用农产品安全[J].农业环境与发展，2012，27（1）：50-54.
[2] 李丽，王富华，王旭，等.韶关土壤重金属污染状况[J].农业环境与发展，2010，27（1）：74-76.
[3] 陈兴兰，杨成波.土壤重金属污染、生态效应及植物修复技术[J].农业环境与发展，2010，27（3）：58-62.
[4] 新华社.我国正绘制土壤重金属“人类污染图”[N].楚天都市报，2013-06-13（31）.
[5] 中国须高度重视土壤污染治理[N].参考消息，2013-02-27（16）.
中图分类号：TL75文献标识码： A
引言
土壤是环境有的组成部分，是位于陆地表面呈连续分布、具有肥力并能生长植物的疏松层，它是一个复杂的物质体系。随着工业的快速发展，人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象呈加重的趋势。引起土壤污染的主要污染物有有机物、重金属元素及化合物、中低放射性污染物、农用肥料、致病的微生物等。在这些污染物中，重金属的污染是造成土壤污染加重的主要原因之一。而重金属及其化合物在环境中具有难迁移性和难降解性，只能在环境中累积。甚至有的可能转化成毒性更强的化合物，它可以通过植物吸收在植物体内富集转化，对人类健康带来潜在的风险。重金属元素以不同的种类通过各种途径进入土壤中，其中危害较大、研究较多的重金属元素有Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Zn等。由于不同的重金属元素其化学性质不同，所以对土壤环境造成的危害也有所不同。
一、土壤重金属污染的概念
土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带人到土壤中，致使重金属元素在土壤中的含量超过背景值，并可能通过过量沉积而造成土壤质量退化、生态环境恶化的现象。土壤重金属污染物主要有铅(Pb)镐(Cd)铬(Cr)汞(Hg)及类金属砷(AS)和硒(Se)等，以及有一定毒性的锌(Zn)，铜(Cu)，镍(Ni)等元素。其中AS和se虽不属于重金属，但它们的毒性及某些性质与重金属相似，因而通常被列为重金属污染物的范围内。还有一些是植物生长所必须的微量元素，如zn，Cu等，但其含量达到一定值后就可能成为有害的环境污染元素。
二、土壤重金属污染的成因及特点
1.自然原因
自然界中，土壤重金属的形成不是单方面作用的结果，而是受多方面因素影响，在不同时期，其主要影响因素又不同。土壤形成初始时期，其重金属含量受成土母质的影响较大，母质中的重金属含量及组成直接决定了土壤重金属的值。随着土壤的发育，母质对其重金属值的影响逐渐减弱。大气沉降，如火山爆发、森林火灾等可能使许多重金属漂浮于空中，其中一些被植物叶片吸收，进而被微生物分解进入土壤，从而改变土壤的重金属含量与构成。
2.人为因素
（1）废气、烟尘等大气污染。城市化进程的加快在反映国民物质生活水平提升的同时也带来一系列环境问题，城市交通、工业生产等向大气排放大量废气、烟尘，造成大气污染，通过大气沉降，这些物质进入土壤，造成土壤重金属污染。
（2）化肥农药在农业生产中的使用。为了缩短农作物生长周期，现代农业生产常会选择使用化肥农药，大量化肥与农药的使用在带来生产效益的同时，也将其中所含的重金属物质带入了农作物与土壤，造成土壤重金属污染，影响人体健康。
（二）土壤重金属污染的特点
依据化学金属元素相关理论，重金属性质稳定，极难被微生物降解，一旦进入土壤造成重金属污染，势必对农作物的品质和产量产生较大影响，加之其潜伏周期长，通过食物链的“生物富集效应”严重影响动物和人体的健康。有研究表明，低浓度的汞在小麦萌发初期能起到促进生长作用，但随着时间的延长，最终表现为抑制作用；砷有剧毒，可致癌；镉会危害人体的心脑血管。归纳起来，重金属污染有以下几个特点：(1)潜伏周期长，污染具有隐蔽性；(2)性质稳定，污染具有难降解性；(3)相互作用，污染具有协同性、扩散性。因此，重金属污染又有“化学定时炸弹”之称。
三、土壤重金属污染的危害
土壤重金属污染是指由于人类活动致使重金属的数值高于土壤背景值或土壤环境质量的标准，导致土壤质量的下降和农业生态环境恶化的现象。土壤的重金属污染破坏了土壤、植物系统的生态平衡并通过食物链威胁人体健康。
(一)危害土壤中的动物
各种重金属元素在土壤中的富集，对土壤动物的生存带来了严重威胁，有研究表明土壤重金属对蚯蚓、线虫等无脊椎动物数目、丰富度、生物数量和群体构成等有直接影响。
(二)影响作物的品质和质量
土壤中的重金属污染会引起作物大量营养的缺乏和酶有效性的降低，较高浓度的重金属含量有抑制植物体对WT、3C等矿物质元素的吸收和转运的能力。重金属胁迫还会危害作物的根系，造成根系生理代谢失调、生长受到抑制，引起株高、主根长度、叶面积等一系列生理特征的改变，导致植物体营养亏缺，从而影响植物生理生态过程、植物产量和品质。
(三)降低土壤肥力
土壤酶是一种生物催化剂，是反映土壤肥力的关键指标，重金属通过对土壤酶的破坏，造成对土壤肥力的不利影响。
(四)威胁人体健康
土壤尤其是表层土壤中的重金属极易通过食物链进入人体，对人体正常的新陈代谢和器官造成危害，直接对人体健康造成威胁。例如：能导致人类和其他生物的生殖功能下降，机体免疫力降低。
四、加强土壤重金属污染的措施
（一）重金属污染土壤改良剂修复法
目前有许多修复和治理重金属污染土壤的方法，如客土法、土壤淋洗法、化学修复法、植物修复技术、微生物修复技术等。近年来，对重金属污染土壤施用土壤改良剂的修复方法得到了国内外学者的广泛关注，其实际应用也比较广泛。施用土壤改良剂的方法实际上是化学修复法中的原位化学修复。原位化学修复主要是基于污染物的土壤化学行为的改良措施，施入/种或多种改良剂、抑制剂等化学物质，通过调节土壤理化性质以及对重金属的吸附、沉淀、络合、氧化还原等一系列物理化学作用，改变重金属在土壤中的存在形态，降低其生物有效性和迁移性，从而降低重金属污染物对环境中动物、植物的毒性，达到修复重金属污染土壤的目的。原位化学修复是在土壤原位上开展，具有成本低廉、操作简单、对土壤本身结构扰动小、改良剂来源广泛等优点，具有潜在的经济价值，能用于大面积重金属污染土壤的治理，但由于受到一些环境因素制约，如何根据当地土壤条件因地制宜地选择合适的改良剂是该技术的关键。总之，通过施用改良剂改变重金属离子在土壤中的存在形态，降低重金属污染物的生物可利用性，从而实现污染土壤的治理，是目前一条行之有效的途径。当然，化学改良剂法也存在一定局限性，即施用改良剂后土壤中金属离子仍然存留在环境中，如果环境因素发生改变，重金属离子的生物有效性也可能变化，被暂时钝化的重金属离子又会被重新激活。
（二）提高土壤pH
pH值显著影响重金属在土壤中的存在形态，当土壤溶液的pH
（三）样品采集及保存措施
因本文选一般土壤综合污染型土壤为研究对象，在进行土壤样品采集时，只需要采集地表20cm范围以内的表层土壤作为监测样品即可，所采集样品为土壤混合样；在土壤样品采集过程中，应将土壤表层所存在的石头及草皮等杂物清理掉；按照设计采样位置，采取蛇形布点方式进行土壤多点采样作业；不同采样点所采取土壤质量应尽量保持一致，将所获得的土壤样品进行均匀混合，通过四分法，获得约为1kg质量的样品。样品采集后，其保存需要应用密封性良好且洁净的塑料袋，作碱性保存。对样品信息进行标注，如样品采集时间#样品编号等，将样品送入实验室。在进行样品采集的过程中，可以利用定位系统保证样品位置准确性，并对样品采集环境进行拍照记录。
结束语
目前，土壤重金属污染的治理方法很多，但都存在一定的局限性。所以，研究出高效并具有良好的生态效益、社会效益、环境效益的方法对土壤重金属污染的治理是非常重要的。今后，要进一步对土壤重金属污染的来源进行全面了解，逐渐从末端治理的方法向源头治理转变，从而降低土壤重金属污染，给人类提供无污染的绿色食品。
参考文献：
[1]焦丽香,郭加朋.土壤重金属的污染与治理进展研究[J].科技情报开发与经济,2009,01.
引言
重金属是一类移动性差、不能降解、只发生形态转化与价态变化并具有潜在危害的重要污染物。目前世界各国都在积极探索解决土壤重金属危害的措施，治理土壤重金属污染的思路概括起来主要有两方面：①将重金属从土壤中去除，使土壤中重金属的总量减少、浓度降低：②改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低重金属在土壤中的移动性、生物毒性和生物可利用性。具体的重金属污染土壤生物修复技术包括：①生物固定，利用植物根系、土壤微生物、土壤动物的生命活动将土壤中的重金属转变成有效性较低的形态，从而降低其毒性；②生物提取，主要利用重金属超量累积植物将土壤中的重金属转移到植物体内，特别是地上部分，从而净化土壤；③生物挥发，利用土壤微生物等将土壤中的部分重金属转化并挥发到空气中去。这些技术和手段或者能够使土壤中重金属总量降低，或者能够使土壤中重金属的有效性降低，从而减少重金属进入农作物的机会。下面笔者就重金属污染土壤的生物修复研究进展进行详细分析。
1 生物固定
20世纪90年代以来，利用重金属超量累积植物提取从而彻底去除土壤中重金属的研究成为国内外的热点领域，有关的理论研究和实践应用都得到很大发展。但在实际应用于土壤重金属污染修复有比较明显的不足之处，如重金属超量累积植物的生物量普遍较小、生长速度慢、植株收割后处理难度大等；而且，土壤中的重金属有效性较低并具有隐蔽性；此外，利用超量累积植物提取重金属从而修复土壤污染需要经历较长时问，在耕地日益减少、土壤重金属污染日益加重的现实中，许多受重金属污染的农地仍然在担负着生产农副产品的重任。因此，在现阶段，生物固定技术在土壤重金属污染防治和保障农产品安全中的应用显得十分必要和有效。
笔者重点查阅了利用土壤微生物固定重金属的研究进展，前辈研究证明，一些微生物能够产生胞外聚合物，其主要成分是多聚糖、糖蛋白、脂多糖等，这些物质具有大量的阴离子基团，从而与重金属离子结合，成为重金属的有效生物吸附剂。某些微生物能够代谢产生柠檬酸、草酸等物质，这些代谢产物能够与重金属螯合或形成草酸盐等沉淀，从而降低了土壤溶液中重金属的移动性和生物可利用性。此外，微生物菌体对重金属的吸附及吸收作用也大大减少了土壤溶液中可迁移的重金属浓度。目前，运用生物工程等高科技生物技术，培育能够用于固定重金属的植物和超级工程菌，并运用于土壤污染治理。笔者从以下三个方面查阅了利用土壤微生物固定重金属的研究进展。
2 植物提取
目前，植物提取技术应用于治理重金属污染土壤越来越受到世界各国政府、企业界和科技界的关注。然而，植物提取技术在实际应用过程中也存在着一些不尽如人意的问题。植物提取是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，利用该植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富积能力，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迁移出土壤系统，达到污染治理和修复的目的。植物修复的前提是找到对某种重金属具有特殊吸收富积能力的植物种或品种一超累积植物。超累积植物能够超量吸收和积累重金属，通常在地上部组织中积累的重金属浓度是普通植物的100倍以上，而且不影响其正常生长。那么，植物体内某种重金属浓度达到多少才被认为是超积累植物呢？由于不同重金属在土壤中的浓度不同，目前对于不同重金属超累积植物的标准常因重金属类型而异。超积累植物一般对某种元素专性超量吸收，但是某些植物能够同时对两种以上元素具有超量吸收和累积作用。
土壤重金属超积累植物的研究和应用可以追溯到19世纪。如Bau―mann早在1885年就报道了遏蓝菜属植物茎叶灰分种的ZnO含量达17%。此后，Minguzzi和Vergnano在1948年报道，一种庭荠属植物干物质中含Ni量达到1%，而灰分中达10%。超积累植物在植物修复概念出现之前就被其他学科的科学家广泛认识并应用，例如早期的探矿者曾利用寻找指示植物的方法探矿，而且能够比地质学家更早地寻找到特定矿床所在；在美国和俄罗斯，具有超量累积作用的指示植物往往被用来寻找铀矿。
植物提取修复重金属污染土壤的过程和机制涉及根对重金属的吸收、重金属由根向地上部的转移及地上部对重金属的积累。
2.1土壤中重金属的活化
土壤中重金属一般以生物难以利用的结合态形式存在，因此，重金属从难溶态转化为植物可利用态――即重金属的活化――是植物提取修复的基础和前提。超累积植物能够活化土壤中难溶态重金属的原因可能是：①在环境胁迫下，根分泌出特殊的分泌物，可以螯合溶解根系附近的难溶性重金属；②根细胞通过特殊的原生质膜包被重金属，提高重金属的生物有效性；③根际存在特殊微生物区系。这三者之间是相互关联的。
2.2植物根对重金属的吸收
重金属进入植物根的途径大致有两个方面：①由于环境与植物体内重金属浓度差异大而使植物被动吸收重金属；②由于植物体内离子载体的存在而使植物主动吸收土壤中的重金属。
2.3重金属从植物根到地上部的运输
重金属被根吸收进入植物体后，在转运体（如组氨酸）的作用下通过木质部到达叶细胞，穿过胞问连丝、细胞质、液泡膜进入液泡，从而将重金属从植物根部转移到地上部。
2.4植物地上部对重金属的积累
普通植物根中重金属的浓度通常是地上部浓度的10倍以上，但在超累积植物中，地上部浓度一般超过根。植物地上部耐受高浓度重金属的能力与金属络合物的形成及液泡的隔离作用有关，而在参与形成络合物的有机物中氨基酸和羧酸的作用较大。
目前超量积累植物在生物修复中的应用受到以下几个因素的制约：
（1）超量积累植物经常只能够积累某些元素。
（2）许多超量积累植物生长缓慢且生物量低。
（3）由于超量积累植物种类较少，生长在边远山区，因此人们很少了解它们的农艺性状、病虫害防治、育种潜力以及生理特性。
提高植物提取修复能力的措施主要有两个方面：①从内因上改进植物性能；⑦从外因上进行农艺措施调控。具体措施如下：
（1）添加螯合剂，提高超累积植物对重金属的吸收和富集能力。可以通过施加土壤改良剂的方法提高超量积累植物的产量，达到提高植物对重金属积累速度及水平的目的。研究表明，玉米、豌豆等农作物可以大量吸收Pb，但达不到植物修复的要求。但在土壤中加入螯合剂后，促进了它们对Pb的吸收及向地上部分的转移。在土壤中加入螯合剂后可增加芥菜对Pb的吸收。一般认为，提高植物的积累浓度比提高生物量更有意义。
（2）施用养分提高植物生物量。例如施用N、P肥能够显著提高超累积植物的生物量，而且植物体内重金属浓度不降低。
（3）利用根际微生物及菌根提高植物提取修复效率。微生物通过多种渠道影响土壤中重金属的有效性，根际微生物及菌根菌直接影响到植物对重金属的吸收能力。因此，可以通过根际微生物及菌根菌的作用提高重金属的植物可利用性，进而增加植物对重金属的吸收及累积作用。
（4）进一步寻找其他超量累积植物资源。现已发现对Cd、Co、Cu、Pb、Ni、Se、Mn、Zn的超积累植物400多种，通过扩大寻找范围可以发现更多的可供利用的超积累植物。
（5）通过常规育种及转基因育种改良超量累积植物品种。将超量累积植物与生物量高的亲缘种杂交，可以筛选出能够吸收、转移和耐受重金属，而且生物量高的植物，提高植物对土壤中重金属的提取能力。
（6）筛选突变株。筛选突变株可以产生有用的超量累积植物，例如拟南芥积累Mg的突变株可比野生型积累的Mg高10倍。
3 生物挥发
生物挥发是利用生物的代谢作用将重金属转化为气态物质，并将其释放到大气中的方法，目前这方面研究最多的是生物对重金属汞和类金属硒的挥发作用。研究表明，微生物及植物都具有挥发汞及硒的能力。
3.1微生物对土壤中重金属的挥发作用
利用抗汞细菌将甲基汞和离子态汞转化成毒性较小且可挥发的元素汞，已被认为是一种降低土壤汞污染的有效途径之一。大肠埃希菌和荧光假单胞菌可使二价汞还原为元素汞而从土壤中挥发。
3.2植物对土壤中重金属的挥发作用
利用一些植物来促进重金属转变为可挥发的形态，挥发出土壤和植物表面的过程称为植物挥发。研究表明，印度芥菜有较高的吸收和挥发硒的能力。水稻、花椰菜、卷心菜、胡萝卜、大麦和苜蓿也有较强的吸收并挥发土壤硒的能力。许多植物可从污染土壤中吸收硒并将其转化为可挥发的二甲基硒和二甲基二硒，从而使硒从土壤中挥发出去。植物具有这一功能与硒的生物化学特性有关，由于硒的许多生物化学特性与硫类似，硒酸根以一种与硫酸根类似的方式被植物吸收及转化。自然界中植物对汞的转化挥发能力尚少见报道，当前利用植物对土壤中汞进行挥发修复的例子是转基因植物，Rugh等已成功地将细菌的Hg2+>还原酶基因转导到拟南芥植物，从而使该种植物能够在通常生物中毒的汞浓度条件下生长，并能将从土壤中吸收的汞还原为Hg2+，使其成为气体而挥发。
4 动物修复
动物修复指通过土壤动物群的直接或间接作用而修复土壤污染的过程，目前针对土壤动物修复污染土壤主要是蚯蚓，且又集中研究蚯蚓修复重金属污染的土壤。以往人们更多地利用蚯蚓对污染物的敏感性来为环境保护服务，而忽略了蚯蚓对污染物的耐性。目前，关于蚯蚓对污染物耐性的研究也主要集中在蚯蚓对重金属耐性的研究上。通过土壤动物蚯蚓的耐性来研究蚯蚓对重金属的修复。
