復墾區域土壤中重金屬污染物的分布特性及生態修復研究

陳 忠，陳振寧，張 會，魏再紅，張 釗，梅 芳

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210000）

重金屬污染物作為當今污染面積廣、污染程度嚴重的土壤環境問題，必須給予足夠的重視[1]。復墾區域土壤中所受到的重金屬污染物主要包括：銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等，在復墾區域土壤中比重超過4所形成的重金屬污染[2]。由于復墾區域土壤重金屬污染物中包含對人類健康危害極大的化學元素，也就是所謂的“五毒”，分別為：汞、鎘、砷、鉛以及鉻，這些化學元素一旦通過食物鏈進入人體，會引發多種疾病，常見的有我國的“大脖子病”、泰國的“黑腳病”、日本的“骨痛病”以及粵北的“癌癥村”。為有效解決復墾區域土壤中重金屬污染物問題，本文提出復墾區域土壤中重金屬污染物的分布特性及生態修復研究，致力于通過分析重金屬污染物的分布特性，從而實現重金屬污染物生態修復。通過微生物修復以及添加還原性有機物質，結合重金屬污染物生態修復現實要求，為改善環境質量方面的研究提供理論依據。

1 復墾區域土壤中重金屬污染物的分布特性

在重金屬污染物的分布特性研究中，必須充分考慮復墾區域土壤中重金屬污染物的隱蔽性、長期性以及表聚性等特點。隱蔽性意味著復墾區域土壤的重金屬物分布一般不宜被發現，需要一定的累計量，才能發現其危害的嚴重性；長期性指的是重金屬污染物在復墾區域土壤的滯留時間長，因此重金屬污染物會形成垂直分布特征，這也是復墾區域土壤中重金屬污染的一個重要特性；表聚性指的是重金屬污染物主要分布在復墾區域土壤表層，極少數的情況下會向復墾區域土壤下層移動，這就意味著，隨土層深度的增加，復墾區域土壤中重金屬污染物的含量整體呈下降趨勢。考慮到復墾區域土壤中重金屬污染物，大多數來源于電鍍、冶金、礦山、石油化工等行業，這些重金屬污染物主要集中在復墾區域土壤下游區域。通過分析復墾區域土壤中重金屬污染物的分布特性，為復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復研究奠定扎實的基礎。

2 復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復研究

復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復在本質上來講就是通過微生物的聯合修復作用，對復墾區域土壤中重金屬污染物進行生態修復[3]。

本文根據重金屬污染物生態修復的難易程度可以分為：可利用態、潛在可利用態以及不可利用態，在此基礎上，將重金屬污染物的化學元素按照性質分為必需元素以及非必需元素，必需元素指的是復墾區域土壤中維系植物生長的必要因素，但一旦濃度超標，會導致重金屬污染；而非必需元素則是影響復墾區域土壤中植物生長的有害元素，一旦出現，就很容易導致重金屬污染。針對不同的重金屬污染物特性，采取不同方式的生態修復方法。

2.1 微生物修復

微生物修復作為重金屬污染物生態修復中最常見，也是效果最好的修復方式，鑒于有些微生物具有嗜重金屬性，利用微生物對重金屬污染物介質進行凈化，在復墾區域土壤中被證明是一種很好的方法。

復墾區域土壤中重金屬污染物離子的長期存在使自然界形成了一些特殊微生物，這類微生物對重金屬污染物具有一定的抗性，能夠使重金屬污染物離子發生轉化，從而改變重金屬污染物離子的存在狀態，這一作用對微生物而言是一種解毒作用，同時也能為重金屬污染物的治理起到修復作用，主要包括：甲基化或去甲基化、氧化還原及重金屬的溶解和有機絡合配位降解等。

與此同時，一些微生物能分泌產生具有絡合重金屬污染物元素的物質，如胞外聚合物多糖、核酸、蛋白質等吸附重金屬離子，為微生物建成一道有效的屏障，真菌細胞壁分泌的粘液和真菌組織中的聚磷酸和有機酸能絡合重金屬污染物，減少重金屬污染物向復墾區域地上部分運輸，最大程度上減少重金屬污染物富集的危害。微生物修復用于復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復的處理，是一種行之有效的方法，目前已進行了積極研究[4]。

通過嗜重金屬菌，有效的吸收復墾區域土壤中的重金屬污染物，面對存在著土壤與細菌分離的難題，結合影響復墾區域土壤重金屬污染生態修復的關鍵指標，確定生態修復測控要求。

考慮到不同類型的重金屬污染物在進行生態修復時，因重金屬污染物元素類型、參考標準、技術條件、處置方式、敏感受體等影響往往需要面對不同的修復目標值。即便對于同一種重金屬污染物，實際生態修復技術工藝以及生態修復材料也會有明顯不同。

面對復雜的生態修復狀況，可以從微生物使用的角度出發考慮，并結合工程條件和修復后復墾區域土壤面向的使用規劃，綁定多種附件條件，對實際生態修復發揮效用的過程進行約束。

根據得出的復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復結果，可分析出生態修復效果更好的影響因素。如此一來，可使復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復能夠以需求為導向，具備較高的實際可操作性。

2.2 添加還原性有機物質

在確定生態修復測控要求的基礎上，還可以利用添加還原性有機物質，實現重金屬污染物生態修復。通過還原性有機物質分解生成有機酸，如：胡敏酸、富里酸、氨基酸，或者糖類及含氮、硫雜環化合物等，再利用其活性基團與重金屬元素銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等絡合或螯合，從而影響重金屬污染物的有效性。本文用于修復復墾區域土壤重金屬污染物的有機物質主要有未腐熟稻草、牧草、紫云英、泥炭、富淀粉物質、家畜糞肥以及腐殖酸等[5]。同時，還原性有機物質細胞外多聚物表面含有大量可與重金屬污染物離子發生相互作用的官能團(如羧基、羥基等)，可對重金屬污染物離子發生吸附或鰲合作用。研究表明，還原性有機物質生物膜能將Cd以硫化鎘的形式沉積在生物膜表層，能將Cu以硫化銅的形式沉淀在生物膜表層和液相界面處，從而實現對重金屬污染物的吸附。

除此之外，還原性有機物質還具有礦化固定作用，重金屬污染物能夠在還原性有機物質作用下將離子態重金屬污染物轉變為固相態，降低其生物有效性。真菌細胞壁組分如幾丁質等對重金屬污染物的鈍化固定、真菌體內有機酸根離子或無機酸根離子與重金屬形成沉淀等作用，均可使復墾區域土壤中的重金屬污染物固化，從而有效降低重金屬污染物對復墾區域土壤的毒害。綜上所述，通過添加還原性有機物質可以有效提高對復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復效率[6]。

3 結語

通過復墾區域土壤中重金屬污染物的分布特性及生態修復研究，由于重金屬污染物向來具有癥像隱蔽、分布不均、累積性強且長期存在等特點，復墾區域土壤中重金屬污染物更是整體類型多、超標點位多、復合污染問題嚴重，重金屬污染物生態修復行業還處于“方興未艾”的階段，復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復任重道遠。雖然現階段復墾區域土壤中重金屬污染物生態修復仍處于不完全成熟的階段，但是一旦認識到土壤修復的必要性，便可以進行最佳的技術成本效益分析。因此，有必要加大對重金屬污染物生態修復方面的研究，為日后更好的開展環境治理工作提供理論依據。