重金屬污染土壤化學鈍化劑應用研究進展

韋樹燕 黃宇妃 宋波

（桂林理工大學環境科學與工程學院 廣西 桂林 541006）

0 引言

土壤是人類賴以生存的重要自然資源。隨著工礦業的發展，人類活動對土壤環境的介入程度越來越高，重金屬污染已呈日趨嚴重之勢，對生態環境和人體健康影響最大的重金屬主要有Hg、Cd、Pb和As等。土壤環境中的重金屬主要來源于礦業活動的排放，其他來源還包括污灌和污泥濫用、農藥和化肥的不合理施用、農用薄膜和化石類燃料的不完全燃燒等[1]。

砷、鉛和鎘等環境中優先控制重金屬毒性大，由于其不可降解而易于在土壤和生物體內富集。重金屬污染導致土壤退化，農作物歉收，而且可能通過食物鏈影響人類的生命安全。因此，對重金屬污染土壤的治理和修復，是十分緊迫的任務[2]。

常見的重金屬污染土壤修復措施包括化學鈍化、土壤淋洗和生物修復等。其中化學鈍化使用便利而被廣泛應用，利用化學物質來降低土壤中重金屬的遷移性和生物有效性，從而減少農作物對重金屬的吸收積累，減少通過食物鏈進入人體的重金屬[3]。化學固定常用有無機和有機改良劑，因其成本低，實施容易常被利用[4]，其中在作物生產中通過向土壤耕層添加鈍化劑（骨粉、沸石、有機肥、赤泥等）、螯合劑（EDTA、DTPA、NTA等）調整土壤參數使重金屬有效性降低或緩效化的方法已開展了大量研究[1,5,6]。

1 鈍化劑應用

通過添加改良劑修復重金屬污染土壤主要包含鈍化和活化作用，化學鈍化多用于原位土壤修復，是修復重金屬污染土壤的重要途徑之一，通過施入一些鈍化劑以降低土壤中重金屬有效態含量，從而減少遷移及對農作物的毒害[7]。

1.1 無機改良劑的應用

石灰作為重金屬污染土壤化學固定的常用物質，其對重金屬的固定主要通過提高土壤pH值，使重金屬生成氧化物或以碳酸鹽的形態沉淀起作用，明顯降低土壤重金屬的有效態含量[8]。李建東等施加石灰改良處理的玉米各器官含鉛的質量分數明顯低于單一鉛污染的處理，鉛污染土壤經改良劑處理后，抑制了玉米植株對土壤中重金屬鉛的吸收[9]，此外，施用石灰抑制植物吸收Cd，能有效地促進了土壤水溶態和交換吸附態Cd含量的降低[10]。

天然沸石是一種優良的鉛污染土壤修復材料，通過調節土壤pH值和陽離子交換量抑制重金屬鉛的生物活性[11]。同時，由于沸石比表面積大，并帶陰離子，能促使鉛的形態從非殘渣態向殘渣態轉化，從而降低土壤中重金屬的有效性[12,13]。研究表明沸石降低尾砂中Cu和Zn有效態含量效果顯著[14]。

赤泥可通過提高土壤pH影響重金屬的賦存形態，降低重金屬的有效性[15]。朱雁鳴等研究發現，在5%赤泥處理條件下，Cd、Cu、Pb、As和Zn有效態含量分別為對照的15.7%、38.6%、19.2%、36.0%和46.3%[15]。而赤泥和富含巰基的有機物秸稈復合使用是一種高效鈍化劑，對環境友好，二次污染風險很小，能大幅降低作物對鎘吸收量[16]。

骨粉主要成分是磷酸三鈣，可有效降低酸性重金屬污染土壤的酸度，提高pH，增強土壤的吸附性能，促使土壤重金屬有效態含量和生物可給性降低，改善作物的生長環境，提高作物的產量[13]。胡鐘勝等研究發現骨粉能降低土壤中Cd和Pb有效態含量，煙草Cd和Pb吸收量也顯著降低[17]。

鈣鎂磷肥是酸性土壤中常用的磷素來源，也是一種常用的修復材料，可降低土壤交換態鎘含量，使其向緩效態轉化[18]。大田尺度試驗結果表明，酸性水稻土施用石灰或鈣鎂磷肥或二者配合使用可有效降低土壤酸度，對Cd鈍化效果顯著[19]，還能顯著降低減少小白菜可食部分中Cd含量[20]。

1.2 有機改良劑應用

對于礦區酸性重金屬污染土壤具有養分流失嚴重和有機質缺失的特點，合理施用有機肥可提高土壤養分，增加土壤團粒結構，改善土壤理化性質。有機物料有助于恢復土壤微生態環境系統，降低土壤中有毒重金屬的生物可給性，從而減少對作物的毒害[21]。常見的有機固化物包括禽畜糞便、無害化后的作物秸稈、豆科綠肥和污泥等[22]。陳丹艷等研究發現有機肥、鋼渣及泥炭不同用量組合對土壤中有效砷含量的影響迥異，適宜的施用量才能達到降低重金屬有效態含量的目的[23]。

豬糞的堆肥化處理可明顯降低小白菜中重金屬As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量；添加鈍化劑的堆肥處理比對照處理效果更好。堆肥過程能降低蔬菜中重金屬As、Cd、Cu、Pb和Zn的生物有效性[24]。

2 螯合劑應用

螯合劑對土壤中重金屬的活化作用主要是通過螯合劑與土壤溶液中的重金屬離子結合，降低土壤液相中的金屬離子濃度，促進重金屬在植物地上部的積累，并且對重金屬Pb、Cu、Zn、Cd、Ni等有很強的活化能力[5]。

乙二胺四乙酸（EDTA）能夠促使重金屬離子解析和溶解，活化土壤中的重金屬離子，促進植物對重金屬的吸收及向地上部遷移[25]。EDTA對Cu、Zn等金屬的提取動力學具有明顯的pH依賴性，pH越低提取越快[1]，林君峰等采用EDTA控制陰極液能夠有效去除土壤中pH緩沖能力強的Cd[26]。采用EDTA作為碳酸鉛的絡合劑，可提高電動修復鉛污染土壤的效率，EDTA-Pb的去除率超過80%[27]。

不同改良劑對土壤中DTPA提取態Cd和Pb含量都有著不同程度的降低效果，改良劑的劑量增加，重金屬有效態含量減少程度也越高。究其原因，很可能是由于改良劑與重金屬形成極強的結合態[28]。

3 展望

環境中土壤重金屬污染問題已經日趨嚴重，國內應用到實際情況中的改良措施，相對較少，發展相對滯后，但近年來，對于重金屬修復劑的研究已經越來越深入，技術也日趨成熟，修復效果也有所提高，但在追求效果的同時，也要注意所采用的技術是否會給環境其他問題。如今研究比較多的方法主要是無機改良劑的混合使用，可取得較好效果，如果將無機和有機改良劑與螯合劑相結合，并探討最合適的施用量和施用方法，應能達到互補效果，對重金屬污染土壤會有更好的改良效果。

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