談農(nóng)田土壤重金屬污染情況及修復(fù)技術(shù)

李忠霞 仙米西努爾·克里木 希熱娜依·鐵里瓦爾地 阿爾祖古麗·亞森 米熱妮薩·玉蘇普

摘要：隨著新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展新疆土壤重金屬污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，已對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的食用安全產(chǎn)生影響。防治土壤重金屬污染、保護(hù)耕地、保證食品安全刻不容緩。本文首先綜述了重金屬對(duì)新疆農(nóng)田土壤環(huán)境、農(nóng)作物及人體健康的影響與危害，然后重點(diǎn)從物理、化學(xué)、生物、微生物修復(fù)等不同的角度探討了土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬污染;重金屬危害;修復(fù)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）08-00-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.029

Talking about heavy metal pollution and repair technology in farmland soil

Li Zhongxia1，Xianmixinuer .kelimu2，Xirenay Tiliwaldi3，Arzigul Yasin4，Mehrinsa Yusup5

（1.Hami Meteorological Bureau，Hami Xinjiang 839000，China;2.Shache County Meteorological Bureau，Kashgar Xinjiang 844700，China;3.Kashgar Meteorological Bureau，Kashgar Xinjiang 844000，China;4.Agricultural Bureau of Shache County，KashgarXinjiang 844700，China;5.Bureau of Survey and Monitoring， Statistical Bureau of Autonomous Region，Urumqi Xinjiang 830001，China）

Abstract：With the development of agricultural production in Xinjiang， the problem of heavy metal pollution in Xinjiang has become more and more serious， which has an impact on the food safety of agricultural products. It is imperative to prevent and control soil heavy metal pollution， protect cultivated land， and ensure food safety. This paper first reviews the impacts and hazards of heavy metals on farmland soil environment， crops and human health in Xinjiang， and then discusses the advantages and disadvantages of soil heavy metal pollution remediation technologies from different perspectives such as physics， chemistry， biology and microbial remediation.

Key words：Soil;Heavy metal pollution;Heavy metal hazard;Repair technology

重金屬是一種毒性強(qiáng)、具有存在危害的污染物，其很難被土壤微生物降解，在土壤中具有穩(wěn)定、不易去除和易于積累等特性。重金屬會(huì)污染農(nóng)作物與土壤，并在生物體和土壤中富集，對(duì)農(nóng)作物的發(fā)芽、質(zhì)量和產(chǎn)量均存在危害。

1 土壤污染危害

1.1 對(duì)農(nóng)作物的危害

重金屬污染物經(jīng)過(guò)一系列遷移轉(zhuǎn)化及其富集、吸收后遷入農(nóng)作物體內(nèi)，累積一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物普遍枯死的現(xiàn)象。當(dāng)灌溉水含2.5mol∕mL的汞時(shí)會(huì)導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)受限，出現(xiàn)分蘗降低，生長(zhǎng)高度矮小，葉片變色，主桿發(fā)芽生長(zhǎng)不好，生產(chǎn)量減少，有穗籽粒微小，籽粒的成分出現(xiàn)汞的百分量超過(guò)規(guī)定飲食指標(biāo)的現(xiàn)象。土壤層中的鉻在某一時(shí)間段內(nèi)達(dá)到指定濃度可能使農(nóng)作物受到損壞。林大松等經(jīng)過(guò)小白菜的試驗(yàn)證明了植物對(duì)土壤層中各種重金屬污染物質(zhì)的吸收效果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看由重金屬污染物導(dǎo)致小白菜土地表面上生長(zhǎng)部分降低了1～7cm，總生產(chǎn)量下降了4%～36%，小白菜土地表面上生長(zhǎng)部分對(duì)重金屬的吸收率順序?yàn)殂t>銅>鉛。研究表示鉛的毒害會(huì)引起植物根吸水量的減少、耗氧量的增長(zhǎng)，并會(huì)阻礙植物的莖生長(zhǎng)，導(dǎo)致植物枯燥而死亡。

1.2 對(duì)土壤微生物和土壤酶的影響

肖鵬飛等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明土壤微生物群體遭到重金屬污染導(dǎo)致土壤活性菌度量和微生物量減少。有關(guān)資料顯示，在土壤層混合污染物比較少的時(shí)候，重金屬混合污染指標(biāo)增大，微生物多樣性出現(xiàn)明顯的降低。

重金屬使用超標(biāo)導(dǎo)致植物產(chǎn)生大量的枯死現(xiàn)象。重金屬也會(huì)造成植物生長(zhǎng)紊亂，導(dǎo)致植物體內(nèi)的核酸代謝程度、激素程度、呼吸作用、光合作用遭到限制，引起植株的自燃發(fā)芽及生長(zhǎng);重金屬經(jīng)過(guò)限制種子里存在的蛋白質(zhì)及淀粉的分化從而限制種子發(fā)芽;在植物遭到重金屬損壞的時(shí)候，會(huì)引起巨大的活性氧自由基出現(xiàn)，氧自由基遷入細(xì)胞膜，使細(xì)胞膜的整體性和結(jié)構(gòu)遭到損害。

1.3 對(duì)人體的危害

化合物質(zhì)和重金屬在人體各器官內(nèi)選擇性堆集，這由于本身的親和力及化學(xué)組成所導(dǎo)致。鉻、鉛、砷在胃內(nèi)富集;砷、鉻、鉛在肺中富集等。以鉛為主導(dǎo)，當(dāng)鉛中毒時(shí)會(huì)對(duì)全身各部位引起損壞，比如造血體系、神經(jīng)體系、消化體系及循環(huán)體系。

2 治理修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)修復(fù)在電流及電場(chǎng)感應(yīng)下，土壤層的無(wú)機(jī)離子、重金屬離子利用電遷徒和電滲透的方法往電極部分輸送，并且集中一個(gè)范圍內(nèi)處置。根據(jù)研究成果顯示，土壤層內(nèi)的鉛去除率能達(dá)到59.2%，土壤緩沖性能、土壤pH、污染金屬種類(lèi)及土壤組分會(huì)影響修復(fù)的效果。該修復(fù)技術(shù)比較合適淤泥土及低滲入的黏土，能限制污染物的活動(dòng)范圍。在沙土上實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，土壤中Cr3+、Pb2+等重金屬離子的去除率可以達(dá)到90%以上。該修復(fù)技術(shù)可以原位治理修復(fù)，產(chǎn)生的二次污染量較少，能縮小修復(fù)周期，還能不用攪動(dòng)土壤結(jié)構(gòu)，是一個(gè)成本較低可運(yùn)行的防治修復(fù)技術(shù)之一。電熱修復(fù)應(yīng)用高頻率的電壓生產(chǎn)出電磁波，其產(chǎn)生的熱能引起土壤層溫度升高，使得污染物從土壤層中顆粒里解除并分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)后，容易揮發(fā)的重金屬污染物在土壤層內(nèi)分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)治理修復(fù)的目標(biāo)。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)是在土壤層中加入一系列的改良試劑或化學(xué)藥品，經(jīng)過(guò)對(duì)重金屬的氧化還原、吸收、沉降及其拮抗效應(yīng)，降低重金屬濃度。研究結(jié)果表明[12]通過(guò)在EDTA萃取的過(guò)程中添加各種還原劑比如：草酸鈉、檸檬酸和聯(lián)二亞硫酸鈉還原劑，能顯著增加EDTA對(duì)As和Cu、Pb、Zn的萃取，在較寬的pH范圍內(nèi)，EDTA和聯(lián)二亞硫酸鈉組合使用能同步有效去除As和Cu、Pb、Zn。由于該方法只能改變重金屬在土壤層的存在狀態(tài)，重金屬污染物還能殘留在土壤層中，也許會(huì)影響植物生長(zhǎng)。此方法雖然簡(jiǎn)單易行，但修復(fù)效果不佳。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)是使用生物（植物、動(dòng)物等）來(lái)防治及修復(fù)污染土壤的一種有效的方法。通過(guò)生物降解重金屬污染物的毒害量及土壤中的重金屬含量，轉(zhuǎn)變土壤層內(nèi)的重金屬狀態(tài)及其降解百分含量，通過(guò)凈化土壤環(huán)境修復(fù)生態(tài)效果的生物辦法，生物修復(fù)技術(shù)具備幾種特點(diǎn)，即安全性高、去除效率好、利用操作簡(jiǎn)便等，因此越來(lái)越引起人們的關(guān)注，變成了修復(fù)重金屬污染土壤的有效方法。

植物修復(fù)技術(shù)是由1983年美國(guó)科學(xué)家Chaney初次提出超富集植物排除土壤中重金屬污染物的觀點(diǎn)。植物修復(fù)是使用植物對(duì)土壤層內(nèi)的污染物經(jīng)過(guò)吸收、穩(wěn)定化、有毒物質(zhì)降解達(dá)到去除土壤層內(nèi)的污染物。目前植物修復(fù)在我國(guó)也取得巨大的研究成果，研究結(jié)果表明500多種超富集植物內(nèi)，只有一部分能夠耐受復(fù)合重金屬對(duì)單一重金屬具備抗性。串葉松香草是Cd的超富集植物;蜈蚣草、大夜講邊口草是As的超富集植物;苧麻是Pb的超富集植物;車(chē)前草是Ni的超富集植物;李氏禾Cr的超富集植物;狼把草、香根草等是Zn的超富集植物。

植物穩(wěn)定指利用植物吸收和植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的大量有毒金屬轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害的物質(zhì)，從而降低土壤中有毒金屬的移動(dòng)性、生物有效性，減少金屬被淋濾到地下水或通過(guò)空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性，使其不能為生物所利用的一種植物修復(fù)方法[21]。治理中常用的植物有油菜、楊樹(shù)、印度芥菜、苧麻等。該方法應(yīng)用于治理廢棄礦場(chǎng)和重金屬污染嚴(yán)重的區(qū)域[23]。

2.4 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)是經(jīng)過(guò)土壤層內(nèi)的一些微生物對(duì)重金屬的特點(diǎn)通過(guò)吸取、沉降、氧化還原等特效功能來(lái)消除土壤層內(nèi)的重金屬污染物的有效方法之一。微生物修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)效果好、經(jīng)濟(jì)需求量少、使用操作簡(jiǎn)捷、不會(huì)生產(chǎn)出二次污染物的好處。

通過(guò)某研究證明從受到重金屬污染土壤中分離出來(lái)某一菌種，發(fā)現(xiàn)本菌種對(duì)重金屬具有還原性，能將毒性硒酸鹽、Pb2+改變?yōu)闊o(wú)毒的Se、Pb。芽孢桿菌的細(xì)胞壁能螯合重金屬溶液中的大部分元素。微生物修復(fù)技術(shù)專(zhuān)一性強(qiáng)，與土壤環(huán)境條件密切相關(guān)（比如活性、溫度、pH、水分、氧氣等特點(diǎn)），變成治理土壤重金屬污染問(wèn)題的研究方向。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-03-22

作者簡(jiǎn)介：李忠霞（1975-），女，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)閼?yīng)用氣象。

通訊作者：仙米西努爾·克里木（1986-），女，維吾爾族，碩士研究生，副高，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象及災(zāi)害防控。