浅析土壤污染与修复技术

陶贵荣,王莉衡

（西安文理学院生命科学系,陕西西安 710065）

浅析土壤污染与修复技术

陶贵荣,王莉衡

（西安文理学院生命科学系,陕西西安 710065）

作为环境和生态系统重要的组成部分,土壤极易被污染,土壤污染是环境和土壤科学研究者近年来关注的热点。综述了土壤污染的来源、特点及危害,介绍了各种修复方法,认为生物修复是今后土壤污染治理技术的发展方向。

土壤污染;污染物;防治;生物修复

土壤是地理环境的重要组成要素,是能够生长植物的地球疏松表层,具有独特的组成成分、结构与功能,是十分复杂的系统。土壤与其它环境要素（如水分、大气、养分、生命体等）互为外在条件,相互联系、相互影响。因此,土壤是生态环境的重要组成部分,是人类赖以生存的主要资源之一,是地球上生命活动不可缺少的物质。

土壤污染是全球主要环境污染问题之一,它可引起和加剧水体、大气、生物等环境要素的污染,进而影响人类,并造成危害。土壤污染是环境污染的重要环节,主要通过改变土壤的组成、结构和功能,影响植物的正常生长发育,导致有害物质在植物体内累积,并通过食物链进入人体,最终危害人体健康。近年来,随着经济的不断发展,大量废水、废气和固体废物的排放,土壤污染日趋严重,对生态环境、食品安全、人体健康和社会经济可持续发展构成严重威胁,成为重要的社会与环境问题[1,2]。因此,对污染土壤进行修复,恢复土壤生态功能迫在眉睫。

1 土壤污染的涵义及其来源

1.1 土壤污染的涵义

土壤污染是指通过多种途径进入土壤的有毒有害污染物的数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度,造成土壤的物理、化学和生物学性质、组成及性状等发生变化,破坏了土壤的自然动态平衡,从而导致土壤自然功能失调、土壤质量恶化、作物的生长发育受到影响、产品的产量和质量下降,产生一定的环境效应（水体或大气发生次生污染）,并可通过食物链对生物和人类构成危害[3～5]。土壤污染的明显标志是土壤生产力下降。

1.2 土壤污染物的来源

凡是进入土壤并影响到土壤的理化性质和组成而导致土壤的自然功能失调、质量恶化的物质,统称为土壤污染物。土壤污染物的种类繁多,既有化学污染物也有物理污染物、生物污染物和放射性污染物等。按污染物的性质一般可分为：有机污染物、重金属污染物、放射性污染物和其它类型的污染物。土壤污染物种类繁多,其来源也十分复杂（表1）。

2 土壤污染的特点与危害

2.1 隐蔽性和滞后性

土壤污染是污染物在土壤中长期积累的过程,它不像大气、水和废弃物污染那样通过感官就能发现,易被人们及时察觉。土壤污染往往要通过对土壤样品进行分析化验和检测才能发现,其后果要通过长期摄食污染土壤生产的植物产品的人畜健康状况才能反映出来。因此,土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间,具有隐蔽性和滞后性。日本的“痛痛病”便是一个典型例证,该病发生于20世纪60年代,直至70年代才被人们所认识,证实是当地居民食用被含镉废水污染了的土壤所生产的“镉米”所致[5,6]。

表1 土壤污染物及其主要来源[5]Tab11 Pollutan ts in soil and their main origins

2.2 累积性和不可逆转性

有毒有害的污染物进入土壤后会与土壤中其它物质发生一系列吸附、置换、反应、结合等作用,这些过程多数为不可逆的,因此作用后形成的难溶化合物在土壤中不断积累而超标。污染物质在大气和水中都比较容易迁移,而在土壤中相对较难。

2.3 难治理性和后果严重性

由于大气和水的流动性较好,所以当它们受到污染后,只要切断污染源并通过稀释和自净化作用就能使污染减轻,但在土壤中由于形成了难降解的复合污染物,仅仅切断污染是不行的,一旦土壤受到污染,就极难恢复。被某些重金属污染的土壤可能需要100～200年才能够恢复。因此,土壤污染必然导致农作物减产,还会通过食物链的积累危害人类健康。

3 污染土壤的防治与修复

3.1 污染土壤的防治

防治土壤污染,必须贯彻“预防为主”的方针。而控制和消除土壤污染源,是防治污染的根本措施。控制进入土壤中的污染物的数量和速度,使其在土壤中缓慢自然降解,而不致大量积累造成土壤污染。

控制和消除土壤污染源的措施有：（1）控制和消除工业“三废”（废水、废气、废渣）的排放,加强综合治理;（2）控制化学农药和化肥的使用,积极研制低毒、低残留的高效农药新品种;（3）加强粪便、垃圾和生活污水的无害化处理;（4）加强污水灌溉区的监测、管理与控制等[7]。

3.2 污染土壤的修复

污染土壤的修复主要有三种方法：物理修复法、化学修复法和生物修复法。采用物理或化学方法（如热处理法和化学浸出法）修复污染土壤,虽然可以产生一定的实效,但费用昂贵、容易造成二次污染,不适于大面积应用。生物修复是指在一定的条件下,利用土壤中的各种微生物、植物和其它生物吸收、降解、转化和去除土壤环境中的有毒有害污染物,使污染物的浓度降低到可接受的水平,或将其转化为无毒无害的物质,恢复受污染生态系统的正常功能[8,9]。生物修复法近几年发展非常迅速,同传统的物理和化学方法相比,生物修复法具有成本低、效果好、不产生二次污染、可以削弱乃至消除环境污染物的毒性等优点,适于大面积土壤的修复[10],因而逐渐被人们所重视和广泛接受。

根据机理的不同,生物修复主要可以分为三种类型：植物修复、动物修复和微生物修复。

3.2.1 植物修复

植物修复是指利用植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的特性,或利用植物及其根系微生物与环境之间的相互作用,对污染物进行吸附、吸收、转移、降解、挥发,将有毒有害的污染物转化为无毒无害物质,最终使土壤功能得到恢复。植物修复技术因具有安全、成本低、就地、土壤免遭扰动、生态协调及环境美化功能等特点,又被称之为绿色修复。作为一种新兴、高效、绿色、廉价的生物修复途径,植物修复技术已得到广泛认可和应用,尤其在重金属污染土壤修复方面特别显著。

根据修复作用、过程和机理的不同,植物修复可分为以下三种方式：植物提取、植物稳定和植物挥发[11]。植物提取,即利用植物耐受并积累土壤中的污染物,将它们输送并贮存在植物体的地上或根部,待收获后进行处理,主要包括热处理、微生物处理和化学处理;植物稳定,即植物在与土壤的共同作用下,将污染物固定,以减少其对生物与环境的危害;植物挥发,即利用植物将土壤中的污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中。其中,植物提取是目前研究最多并且最有发展前景的一种去除土壤中重金属的方法。研究不同植物对金属离子的吸收特性,筛选出超量积累植物是植物修复研究的关键。中国科学院在湖南、广西等地找到大面积分布的蕨类植物蜈蚣草,发现蜈蚣草对A s具有很强的超富集功能,其叶片含A s高达8‰（质量分数）,大大超过植物体内的氮、磷养分比例[12]。

3.2.2 动物修复

动物修复是利用土壤中的动物吸收和积累有毒有害污染物,可在一定程度上降低土壤中污染物的比例,达到修复和治理污染土壤的目的。寇永纲等[13]研究了重金属污染土壤中不同铅浓度梯度下蚯蚓在培养期内对铅的富集量,结果表明,蚯蚓对铅有较强的富集作用,且随铅浓度的增加,蚯蚓体内的铅富集量也增加;单位质量蚯蚓培养期内吸收铅量与铅浓度梯度表现出极显著性差异。

3.2.3 微生物修复

微生物修复是利用某些微生物对土壤中有毒有害污染物具有吸收、沉淀、氧化、还原和降解等作用,从而降低或消除土壤中污染物的毒性。

微生物降解有机污染物的技术在废水处理中的应用已有几十年的历史,而将微生物降解技术有意识地大规模应用于受污染的土壤治理仅仅十几年。美国、日本、欧洲等发达国家对微生物修复技术进行了研究,并完成了一些实际的处理工程,从而证实微生物修复污染土壤有效、可行[14]。

海湾战争期间,科威特被破坏的油田流出的原油造成500多公顷的油污染土壤,使20%的国土受到了污染。1994年,日本科研人员在含油2%～40%的土壤中添加氮、磷等微生物营养要素及木屑等,在适宜的实验环境与条件下,合理管理,15个月后取得了良好效果,土壤中所含油分可降解75%～85%[10]。

近几年,我国科研人员在生物修复方面也做了大量的基础性研究工作[10]。曹德菊等[15]利用大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌对重金属离子Cu、Cd进行生物修复,结果发现,当环境中 Cu、Cd浓度较低（≤5 mg·L-1）时,微生物修复性能良好,重金属去除率可达25%～60%;而当Cu、Cd浓度较高时,微生物修复性能下降,且不同菌体对Cu、Cd的修复存在一定差异。袁红莉等[16]在辽河油田的渣油中富集分离菌株,使芳香烃的降解率达到80%、降解时间由60 d缩短到30 d。潘学芳等[17]研究了微生物降解前后石油烃组分的变化和细胞内外烃组分的变化,结果表明,菌体细胞与原油的吸附很紧密,并在成分上有一定的选择性,然后被不加修饰地运输到细胞内。

4 结语

随着全球经济的快速发展,有毒有害污染物通过各种途径进入土壤,持久性有机污染物的危害开始显现,土壤污染面积扩大。土壤污染不但影响农产品产量与品质,而且涉及大气和水环境质量,并可通过食物链危害动物和人类的健康,影响环境安全和社会稳定。开展生物修复技术的研究将推进生物技术在环境保护中的应用,并将通过生物高科技的发展带动整个环保科技的发展,解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题,对我国环境保护和社会经济发展具有重大意义。

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[2] 韩素清,迟翔.土壤污染的类型及影响和危害[J].化工之友,2007,（3）：32234.

[3] 窦贻俭,李春华.环境科学原理[M].南京：南京大学出版社,1998：97.

[4] 高伟生,肖德桢,宇振东,等.环境地学[M].北京：中国科学技术出版社,1992：1472167.

[5] 陈晶中,陈杰,谢学俭,等.土壤污染及其环境效应[J].土壤,2003,35（4）：2982303.

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[7] 林强.我国的土壤污染现状及其防治对策[J].福建水土保持,2004,16（1）：25228.

[8] 陈坚.环境生物技术[M].北京：中国轻工业出版社,2000：55256.

[9] 沈德中.污染环境的生物修复[M].北京：化学工业出版社,2002：55256.

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[17] 潘学芳,倪秀珍,王浩.菌株SD21对石油烃类降解机理的初步研究[J].长春师范学院学报,2002,21（2）：49251.

Discussion on Soil Pollution and Remediation Technology

TAO Gui2rong,WANG L i2heng
（Faculty of L ife Sciences,X i′an University of A rts and Science,Xi′an710065,China）

A s a major component of both the environment and the ecosystem,soil could be contaminated eas2 ily.Environment and soil scientistswere paying more and more attention to the issuesof soil pollution.The pa2 per studied the o rigins,characteristics and dangers of soil pollution and discussed different kinds of technology fo r its remediation.The result p roves bio remediation is the o rientation of treatment of soil pollution among all kinds of treatment methods.

soil pollution;pollutant;p revention and remediation;bio remediation

X 53

A

1672-5425（2010）06-0004-03

国家自然科学基金资助项目（20802057）,陕西省教育厅自然科学专项课题资助项目（06JK199）

2010-01-03

陶贵荣（1963-）,男,陕西西安人,副教授,研究方向：植物生理生化。E2mail：hengheng_1103@163.com,guirongt63@ya2 hoo.com.cn。