基于化學－植物聯合修復技術的鎘污染土壤治理方法

關鍵詞：化學－植物聯合修復技術；鎘污染；土壤治理

中圖分類號：X172 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0183-04

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.054

Abstract：Toreducethetoxicityofcadmium insoil，acadmiumcontaminatedsoilremediationmethodbasedonchemicalplant joint remediation technology is proposed.The key linksof soil chemical improvement technology，screeningof cadmiumaccumulating plants，optimizationof nutrient application，and monitoring technology of remediationprocess were discused in detail.Theimplementation stepsof jointremediation technologyandthe evaluation methodofremediation effct were introduced，providingnew ideas and technicalsupport forthe eficientreatment ofcadmiumcontaminated soil.

Keywords： chemical-plant joint remediation technology; cadmium pollution; soil treatment

隨著全球工業化和城市化的不斷推進，土壤污染，特別是重金屬污染，已經成為嚴重影響生態環境和人類健康的全球性環境問題。鎘是一種高毒性、低生物降解性且易于通過食物鏈富集的重金屬，對環境及生物體造成了深遠的危害。鎘在土壤中的積累不僅影響土壤的理化性質和生態功能，還可以通過作物的吸收進入人體，嚴重危害人類健康。近年來，化學-植物聯合修復技術逐漸受到廣泛關注，該技術結合了化學修復與植物修復的優勢，通過化學改良提高鎘的生物有效性，并通過植物的生物富集作用進一步降低土壤中鎘的毒性，具有較大的修復潛力。

1鎬污染土壤的特點與修復難點

態影響，成為當前環境修復領域的重大挑戰。鎘的遷移和累積受土壤pH值、有機質含量、陽離子交換容量、土壤顆粒組成等因素的影響，高pH值通常會降低鎘的生物可利用性，而有機質的增加則可能通過絡合作用增強其穩定性，陽離子交換容量高的土壤能夠更有效地固定鎘，減少其流動性。此外，土壤結構和顆粒組成對鎘的吸附和釋放具有重要影響。黏土質土壤能夠更有效地固定鎘，而砂質土壤則因孔隙度高、吸附能力弱而導致鎘更容易遷移，增加了修復的復雜性和不確定性。鎘在土壤中的生物可利用性受植物種類和根系特性的顯著影響，不同植物對鎘的吸收和轉運能力差異較大，選擇高效鎘累積植物是實現有效修復的關鍵。此外，土壤微生物群落的變化對鎘的生物轉化和固定起到調控作用，微生物活動能夠影響土鎘污染土壤由于其高毒性、持久性和廣泛的生壤中鎘的形態及其生物可利用性，進而影響修復效果。不同土壤類型中鎘污染的特點及修復難點如表1所示。

通過系統分析不同土壤類型中鎘污染的特點及修復難點，可以為基于化學－植物聯合修復技術的鎘污染土壤治理方法的開發與優化提供科學依據，促進高效、可持續的環境修復實踐[1]。

2基于化學－植物聯合修復技術的鎘污染土壤治理方法

2.1土壤化學改良技術

土壤化學改良技術的核心目的是通過調節土壤的理化性質，降低土壤中鎘的生物有效性和遷移性，從而減少鎘對植物及生態環境的危害。土壤pH值是影響鎘生物可利用性的關鍵因素，酸性土壤中鎘的溶解度較高，導致其生物有效性增加，因此調節土壤pH 值，尤其是通過添加石灰或其他堿性物質，能夠有效減少鎘的溶解度，從而降低其對植物的毒害作用。在堿性環境中，鎘離子主要以鎘氫氧化物（ Cd₃（PO₄）₂ ））的形式存在，低溶解度的鎘氫氧化物不易被植物根系吸收，進而降低了鎘的生物可利用性。

化學改良過程中常用的土壤調節劑包括石灰、石膏、磷肥和有機質。施用石灰可以提高土壤pH值，進而減少鎘的溶解度；施用磷肥能夠通過形成不溶性的鎘磷酸鹽，進一步減少鎘的生物可利用性。化學方程式為

Cd²⁺+2OH^-?Cd（OH）₂（s）

通過加入磷源，如磷酸鈣或過磷酸鈣，可以促進鎘與磷的結合，生成低溶解度的鎘磷酸鹽。化學方程式為

3Cd²⁺+2PO₄^3-?Cd₃（PO₄）₂（s）

此外，添加有機質不僅能通過絡合作用增強土壤中鎘的固定能力，還能提高土壤的陽離子交換容量，通過增加土壤的保水性和養分供應能力來改善土壤環境，間接提升植物的抗性。

2.2鎘累積植物篩選

鎘累積植物的篩選目標是找到能夠在高鎘濃度環境下生長并積累鎘的植物，以促進鎘的去除和土壤修復，選擇合適的鎘累積植物不僅要考慮其生物量和鎘的吸收能力，還要綜合考慮植物的耐鎘機制、根系的吸收效率以及與土壤的相互作用。植物對鎘的吸收主要通過根系的離子通道進行，其中鎘以 Cd²⁺ 的形式進人植物體內，通過主動吸收和被動擴散兩種方式吸收土壤中的鎘離子。在這一過程中，植物的根系分泌的有機酸（如檸檬酸、蘋果酸）能夠通過絡合作用與土壤中的鎘離子形成可溶性復合物，增加鎘的可利用性，進而被植物吸收。化學方程式為

Cd²⁺+2C₆H₈O₇?Cd（C₆H₈O₇）₂

這一過程不僅能增強植物對鎘的吸收能力，還能減少鎘在土壤中的移動性，使其集中在植物體內，從而降低其對周圍環境的污染影響。此外，需要考慮植物對鎘的轉運能力，特別是鎘從根部向地上部分的轉移能力，高鎘累積植物能夠將鎘從根部轉運至莖葉等地上部分，從而通過植物的生物量增加鎘的積累量。鎘在植物體內的轉運主要通過轉運蛋白來完成。以重金屬轉運ATP 酶（Heavy Metal Transporting ATPase，HMA）為例，反應過程可以表示為

Cd²⁺+HMA?CdHMA

篩選和培育具有高鎘吸收和轉運能力的植物，不僅能夠提高修復效率，還能實現鎘的有效去除。常見的鎘累積植物包括油菜、向日葵等，它們具有較強的鎘積累能力，并且在修復過程中表現出較高的生物耐性[2]。

2.3營養劑優化施用

在鎘污染土壤的修復過程中，營養劑通過調節土壤環境、增強植物對鎘的吸收和積累能力，促進植物生長和鎘的轉運，在聯合修復技術中發揮著關鍵作用。常見的營養劑包括磷酸鹽、鈣鹽、硫酸鹽等，這些物質不僅能改善土壤結構，促進植物生長，還能夠通過與鎘離子發生反應，改變鎘的化學形態，進而影響其在土壤中的可利用性。磷酸鹽能夠與土壤中的鎘離子結合形成不溶性鎘磷酸鹽沉淀，減少鎘的生物可利用性，從而限制鎘的遷移和吸收，反應式為

表1鎘污染土壤的特點及修復難點

Cd²⁺+HPO₄^2-?CdHPO₄

此外，鈣鹽和硫酸鹽通過與鎘離子的絡合形成不溶性化合物，進一步降低鎘在土壤中的生物有效性，進而減少其對植物的毒害作用。鈣離子（ Ca²⁺ ）與鎘離子形成的沉淀可以有效減少鎘的生物可用性，化學反應式為

Cd²⁺+Ca²⁺?CdCa

在此基礎上，合理施用營養劑還可以調節土壤的 pH 值，提高植物根系的營養吸收能力，改善土壤的理化性質，進而改善植物的生長狀態。特別是硫酸鹽的施用，不僅能夠促進土壤酸度的適度調節，還能促進植物對鎘的吸收與轉運，尤其是在聯合修復過程中，能夠促進鎘的積累到植物地上部分。

2.4修復過程監測技術

在鎘污染土壤治理中，修復過程監測技術的主要目的是實時跟蹤修復過程中土壤環境變化、植物生長狀態及其對鎘吸收的效果，以確保修復技術的有效性和安全性。為了實現這一目標，采用多種先進的監測技術，包括土壤鎘濃度分析、植物重金屬積累能力評估。在實際應用中，通過設計一個基于實時數據采集與處理的數學模型，可以精確監測土壤和植物在修復過程中的反應動態，確保修復效果的最大化。此類監測算法可以表示為

式中： M（t） 表示修復過程中的總鎘去除量;C_soil（t） 表示 χ_t 時刻土壤中的鎘含量； C_plant（t） 表示 t 時刻植物中鎘的累積量。式（7）綜合考慮了土壤和植物的鎘去除情況，并通過對土壤和植物中的鎘含量數據的積分計算，能夠動態評估修復過程中鎘去除的整體效率。

為了優化這一模型，進一步提出修正公式，表達式為

式中： a 和 β 表示修復過程中針對土壤和植物鎘吸收效率的修正系數，反映了土壤和植物對鎘的吸附、轉移和固定能力的不同。通過這一模型的實時運算，可以獲得每一階段的修復效果預測，從而指導后續修復策略的調整[3]。

3聯合修復技術的效果評估

3.1技術實施步驟

在實施基于化學－植物聯合修復技術的鎘污染土壤治理過程中，修復技術的實施過程通常包括前期土壤評估、修復技術設計與實施、過程監控以及修復效果評估等環節。在前期土壤評估階段，需要對受污染土壤的鎘含量、土壤理化性質以及土壤微生物群落進行詳細分析。土壤中鎘的污染程度通常通過測定土壤重金屬含量進行評估，采用原子吸收光譜法或電感耦合等離子體質譜來定量分析鎘含量，根據土壤評估結果，設計適合的化學修復方法及植物選擇策略。化學修復技術主要包括土壤改良劑的施用，如磷酸鹽、鈣鹽和硫酸鹽等化學試劑，通過化學反應形成鎘不溶性沉淀，減少鎘的生物有效性，抑制鎘的遷移。在此基礎上，選擇適應性強的鎘累積植物進行栽培，植物不僅能通過根系吸收鎘，還能通過生物轉化過程將鎘積累到地上部分，促進鎘的固定和去除。

在修復過程中，還需要通過監測土壤中鎘的動態變化、植物的生長狀況以及鎘的吸收與積累量來動態調整修復策略。監測指標主要包括土壤pH值、養分含量、植物生長狀態以及鎘的累積量等。最后，通過一系列修復效果的評估，分析土壤中鎘含量的降低情況、植物的修復能力及其生長狀態，最終確定聯合修復技術的修復效率[4。

3.2修復效果評價

修復效果評價標準包括土壤鎘含量的減少、土壤理化性質的改善、植物生長狀況以及修復過程的環境影響等方面。土壤中鎘的濃度變化是評價修復效果的關鍵指標之一，通過測定修復前后的土壤鎘濃度，可以直觀了解修復過程中的鎘去除效率。鎘的去除主要依賴于化學修復劑與植物吸收能力的協同作用，修復后鎘的濃度通常通過電感耦合等離子體質譜或原子吸收光譜等技術進行分析。土壤理化性質的變化也能反映修復效果，特別是土壤pH值、鹽基交換量、總氮、全磷等指標的變化，有助于評估土壤環境的改善程度。植物生長狀況及其鎘累積能力是修復效果的另一個重要衡量標準，植物的生長高度、根系生物量、葉片健康狀態以及鎘含量的變化為綜合評估提供依據。修復過程中，對植物根系、莖葉的鎘濃度進行定期采樣分析，運用高效液相色譜（High Performance LiquidChromatography，HPLC）等技術，可以準確測定其鎘積累量。此外，修復效果評價還包括生態風險評估，旨在確保修復過程中對環境及生態系統的負面影響最小化，重點考察植物在修復過程中的生物安全性及其可能帶來的生態風險。修復前后鎘含量、土壤 pH 值及植物生長情況對比如表2所示。

表2修復前后鎘含量、土壤pH值及植物生長情況對比

從表2可以看出，修復后鎘含量顯著下降，土壤pH值有所提高，植物生長高度及根系生物量明顯增加，表明聯合修復技術在降低土壤鎘污染、改善土壤環境以及促進植物生長方面取得顯著效果[5]。

4結論

深入研究化學-植物聯合修復技術的應用機制、優化方案及其對不同類型鎘污染土壤的修復效果，不僅能夠豐富土壤修復技術的理論體系，也有助于為實際的污染治理提供科學依據和技術支持。該技術的推廣應用能夠在實現鎘污染有效治理的同時，推動環境保護和生態修復領域的技術創新與進步，促進生態環境質量的提高。

參考文獻

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