1、重金属土壤污染治理研究进展分析化学讲座作业（土壤重金属污染修复方法的研究进展） 致谢这一学期的分析化学讲座，我受益匪浅，学到了很多知识。充分了解了每位分析老师的研究方向，研究内容。并根据老师这多年来的经验，学到了他们严谨的治学态度，做人的诚恳。首先，要感谢封顺老师给我们提供这次机会，分析化学讲座是在封顺老师积极的努力推动下，才开的一门课。我深知这次课程的来之不易封老师做出了很大的努力。因为有了这门课的开设，才有了这个更高一层次的学习机会。去探索知识的海洋，去领略老师们的风采。是一次精神上的洗礼，每次我困惑时，想起老师您说的话，我觉得都是一种鼓励。其次，感谢各位老师认真而又负责的讲解。每一课前的
2、认真准备，精美的ppt,都是给我们的震撼。老师每节课都会推心置腹的去讲他们是如何去做研究的，如何去抓住热点，如何在艰苦的环境中做出成功的。这些都是宝贵的经验。对于我们都是一种学习，我发现老师的一言一行都影响着我们。在未来的两年中我会牢记这门课带给我的感动，每当遇到困难，我都会努力并勇敢的前进。最后，再一次感谢封顺老师，感谢各位老师。我会带着我的梦想，我的坚持在困难中不断前进。努力做到最好，好好查文献，好好看文献，好好做实验。争取能够早日发文章，顺利毕业。这样，也就不会辜负各位老师的辛苦授课。一学期的课程很快结束了，封老师让写一个自己感兴趣的方向。每个老师的方向我都很喜欢。我这里主要论述的是苏玉
3、红老师的关于土壤污染处理以及重金属污染的修复问题。我是在看了大量文献之后，写的一个小总结。自己能力有限，很多地方还是又不不对的。写了这个小论文发现，自己需要学习的地方还很多，但我会继续努力，继续学习。不辜负自己，不辜负家人。不辜负我的导师。再一次感谢封老师，感谢各位老师的辛苦授课。土壤重金属污染修复方法的研究进展王金霞，林江丽，王吉德（石油天然气精细化工教育部&自治区重点实验室，新疆大学化学化工学院，乌鲁木齐，新疆830046，中国）摘要：土壤重金属污染是急需解决的环境问题之一，植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。而土壤中的重金属污染修复是现阶段土壤治理中的难点之一，微生物修复以
4、及植物修复的机理研究已在多个领域展开并取得了预期的结果。本文综述了土壤重金属污染现状与特点，介绍了今年来国内外重金属污染治理的方法与应用，结合我国目前的土壤污染现状以及传统的治理方法，重点介绍了植物修复的基本概念以及主要作用方式，阐述了植物修复机理、重金属有效性及土壤恢复性等问题，指出了我国目前土壤污染治理中存在的问题，强调了植物修复的重要性，对今后的污染治理给予了指导，并对植物修复研究方向进行了展望。关键词：土壤；重金属污染；植物修复；超富集植物Research Progress of Remeditation of Heavy Mental Contaminated SoilAbstrac
5、t：Heavy metal polltion of soil is one of the most need to be solved environment problems,phytoremediation plays a significant role in the repair of the soil which is polluted by heavy metal. Reviews the status of areas and proposes the expects of results. This article describes the status and charac
6、teristics of soil heavy metal pollution, introduces fasion trends of domestic and foreign heavy metal pollution of methods and applications, combining with Chinas current events of soil pollution as well as traditional methods of governance, Base concept of phytoremedition and the major modes of its
7、 action were introduced. The effective of heavy metal and the mechanism of phytoremedition were discussed. From this part ,our country has serious problem,street the improtent of plant phytoremedition. Measuress to enhance the remdiation of heavy metal ,future research focuses and its development tr
8、end were presented.Ke words: soil; heavy metal pollution; phytoremedition; hyper-accumulator前言重金属是指密度大于4或5的金属。有些重金属是生命活动所必须的微量元素如Mn、Cu、Zn 等，但大部分重金属并非人类生命活动所需如Hg、Pb、Cd 等。从环境污染方面来说主要指的是Hg、Pb、Cd Cr 以及金属As。随着现代经济的高速增长和城市化规模的急剧扩大，世界范围内重金属污染问题已十分严峻。近期镉大米事件, 让人们将目光聚焦耕地重金属污染。数据显示,我国受重金属污染的耕地面积已达2000万公顷,占全国总
9、耕地面积的1/6, 防治形势十分严峻,并且还呈现不断加剧的趋势。由于重金属污染具有隐蔽性、不可逆性和长期性等特点，土壤一旦遭受污染，很难在短时间内消除。据估计，过去50年中全球排放到环境中的Cd 达到2.20000t, Cu约9.3900000t, Pb为7.8300000t, Zn为11.35000000t。农业部调查表明，我国污水灌溉区面积约为总面积的64.8%，其中轻度污染面积占46.7%、重度污染占9.7%、严重污染占8.4%，以Hg和Cd 的污染面积最大。Hg 污染耕地1.3 万hm2涉及25个省市的21个地区；粮食含Pb量大于1.0mg/kg 的产地有11个；有六个地区生产的粮食含
10、As量超过0.7mg/kg. 今年来，关于重金属污染事件屡见不鲜，从湖南儿童血铅超标事件，陕西凤翔数百儿童铅超标到重金属污染“菜篮子”等等，近日南方周末又有报道说，饮水机内也存在重金属污染，可见重金属污染已影响到我们的生活环境。汞食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克，就会导致人中毒；镉导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭；铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下；砷是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡。长期接触少量，会导致慢性中毒。另外还有致癌性；这些
11、重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神精错乱、关节疼痛、结石、癌症。土壤重金属污染主要来源有工业污染、农业生产污染源和交通运输等。工业“三废”排放是向土壤环境中释放重金属的最主要污染源，通过重金属的扩散、迁移、沉降、累计引起的土壤污染相当严重。生活垃圾渗透滤液、污水灌溉、污泥施用等使重金属直接进入土壤。某些农药、化肥含有重金属，经常施用也会引起重金属污染。重金属污染可使土壤肥力退化，影响植物生长发育，降低植物产品和质量。通过生物链放大作用对人类和环境造成严重危害。土壤作为环境主要载体受重金属污染程度越来越大，治理和修复重金属污染已显得非常迫切。在我国耕地资源日益紧张的今天，安全
12、有效地修复重金属污染土壤已成为紧迫任务。 1土壤修复技术土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。从根本上说，污染土壤修复的技术原理可包括为：（1）改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；（2）降低土壤中有害物质的浓度。目前，国内外常用的土壤修复技术可分为物理法、化学法、生物法。1.1客土法、换土法、深耕翻土这是比较传统和经典的土壤重金属污染治理方法，基本不受土壤环境和条件的限制。通过这些措施，可以很大程度降低土壤中重金属含量，减少重金属对土壤植物系
13、统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。此法使用于小面积重金属污染严重的土壤，治理效果显著。沈阳张士溉区土壤中，Cd经污染灌溉进入土壤中，56.3% 累计于土壤表层，去表土15-30cm，可使稻米中的Cd含量下降50%。对于客人的土壤，质地应较粘重或有机含量高，以增加环境容量，减少客土量。但此方法需要花费大量的人力和财力，同时恢复土壤结构和肥力所需时间较长，对换出的土壤存在渗漏以及二次污染的可能。深耕翻土法，即采用深耕地将上下涂岑反动混合的做法，使表层土壤污染物含量降低，但只是适用于土层深厚的土壤且污染较轻，同时要增加施肥量，以弥补因深耕导致的耕层养分的减少。1.2固化处理固化处理即采用化
14、学方法使土壤中的重金属固定化，使其危害降低。由于水泥廉价、易得，以水泥为粘合剂的稳定/固化(S/S)技术已在国外被用于无机、有机、和废弃物的最终处理。目前常用于处理重金属污染土壤的固化方法包括水泥及其他凝硬性材料固化法、热塑性微包胶处理、玻璃化及微波固化等。固化剂种类繁多，主要有卜特兰水泥、硅酸盐、高炉矿渣、石灰、飘尘、沥青等。不同的固化剂及辅助剂组合对重金属污染土壤的固化效果不同。Buelt 等利用电极加热将污染的土壤熔化，冷却后形成比较稳定的玻璃态物质，金属很难被提取出来。这种方法适用于放射性污染物如铀等土壤污染物的治理，但是要消耗大量的能量。经固定化处理后，重金属的渗透能力降低，使污染土
15、壤对周围环境的危害最小化。淋滤液毒性试验研究表明（TCLP）表明，固化后的废弃物中淋滤出来的重金属浓度低于有毒浓度。1.3电化法电化法是目前新兴的重金属处理方法，即在水分饱和的污染土壤中插入两个石墨电极，在稳定的电流作用下，金属离子在电压的驱动下向两极积聚，然后再进行处理。今年来发展了许多措施。Li 提出在阴极与土壤之间加入导电溶液，使重金属不会再土壤中析出，可使污染土壤中的重金属去除率达90%。为了克服处理过程中金属离子迁移速度慢的缺点，可将电化学方法与水利淋洗法联合使用，以提高出去土壤中金属的速度。在此基础上，Lutful 对电化学与梯度水力淋洗法的联合应用做出了进一步的研究。电化方法特别
16、适合于低渗透性的勃土和淤泥土。而且，可以回收多种重金属元素，经济合理。但由于渗透性高，传导性差的砂质土壤消除重金属的效果较差。2植物修复技术（phytoremediation） 植物修复（phytoremediation）的思想是 Chancy在 1983 年提出的，它是指利用植物吸收、降解、挥发、根滤、稳定、泵吸等作用机理，达到去除土壤、水体中污染物，或使污染物固定以减轻其危害性，或使污染物转化为毒性较低化学形态的现场治理技术。目前，普遍认植物吸收修复适应于重金属污染程度不是很高的农田土，经过种植几季或几年超富集植物，可使土壤重金属浓度降低到土壤环境质量标准以下，使粮食作物可以安全的生产。而
17、植物稳定技术适应于工业矿业造成的高中金属污染场地的生态恢复，以减少地表径流侵蚀，风蚀等造成的重金属元素的迁移扩散。它是一门新兴起的应用技术，环保局定义的植物修复是指利用植物吸收、提取、分解、转化或固定土壤、沉淀物、污泥或地表地下水中有毒有害的技术的总称。其中最有发展前景的事植物提取。即通常所说的植物修复。至今，英、美、德、意、澳等欧美国家就上述植物修复方式进行了大量的研究，90年代初以来我国许多科研机构、大专院校在跟踪国外研究动态的同时也进行了探索。2.1 植物提取(Phytoextraction)重金属经植物根系吸收后，继而转移、储存到植物的茎叶，然后收割茎叶，从而达到去除土壤重金属的目的。
18、植物提取技术需要利用对特殊植物，这些植物对重金属具有较强的富集能力了，要求植物生物量大，生长快和抗虫抗病能力强的优点，并且具备对多种重金属同时富集的能力，这类植物是处理土壤污染的主要方向。到目前为止，国际上发现的重金属超富集植物有近500种。大多数植物是在金属矿区发现的，对高浓度重金属有着先天的耐性。美国New Jersey 在处理被铬化物严重污染的土地时，通过种植一种油菜达到吸收、富集土壤中的有毒有害元素的目的。Baker等首次在英国的LACR-Rothcmsted田间试验研究锌污染土壤，表明土壤中含锌444g/g时，超积累植物T.caerulescens地上部分锌含量是土壤中的16倍是非超
19、积累植物萝卜(Raphnus satinus)的150倍，T.caerulesens从土壤中吸收的全锌量30.1kg/hm2，T. caerulesensr的灰分中锌达200400g/kg。在水培养条件下，植株地上部分锌和镉含量分别达到200mg/kg和40mg/kg。自上世纪90年代后期以来我国已经发现了不少重金属超富集植物品种资源。在中国南方发现了包括苎麻、酸模、牡篙、剑叶凤尾蕨在内的一批超As累计植物；刘国云等利用十种超累积植物对Cd污染土壤进行修复研究，在试验期间，植物平均每天吸收1.7576mg/L, 且植物生长发育良好，并且不进入食物链，不会对人体产生危害；蒋先军等发现印度芥菜对C
20、u、Zn、Pb污染的土壤有良好修复效果。杨肖娥、龙新宪等通过野外调查和温室栽培发现天然条件下东南景天的地上部分 Zn 平均含量为 4 515 mg/kg，是很好的Zn 超富集植物。此方法是应用最广泛的，具有以下优点：1、即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率，尤其在接近土壤重金属含量水平下，植株仍有较高的吸收速率，且有较高的运输能力；2、能在体内积累较高浓度的污染物，地上部能积累较普通作物10-500倍以上某种金属的植物；3、最好时能积累几种金属；4、生长快、生物量大。2.2植物挥发植物挥发(phytovolatilization)是指植物吸收土壤中的重金属，将体内重金属转化为可挥发的状态，
21、并通过植物叶片等部位挥发出去，从而降低土壤中重金属含量。许多植物可以从土壤中吸收Se并将其转化为可挥发态，田间实验表明，种植大麦的土壤中Se的挥发速率是不种植大麦土壤的19.6倍。虽然现在还未发现能直接挥发的Hg的自然生长的植物，但有研究利用转基因植物来挥发贡。据Zhao等研究表明，在含镉19mg/kg的工业污染土壤中种植天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulescens) 6次，可使土壤中镉下降到3mg/kg。Heaton等利用一种转基因水生植物盐蒿(Artemisia halodendronTurez，ex Bess)和陆生植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、烟草(N
22、icotianatabacumL.)去除土壤中的无机Hg和甲基Hg，这些植物携有经修饰的细菌Hg还原酶基因merA，可将根系吸收的Hg2+转化成低毒的Hg0，从植物中挥发出来，而转入能表达细菌有机Hg裂解酶基因merB的植物可以将根系所吸收的甲基Hg转化成Sulthydryl结合态Hg2+，拥有这两种基因的植物可有效地将离子态Hg和甲基Hg转化为Hg0而通过植物挥发释入大气。如将细菌体内的汞还原酶基因转入芥子科植物(arabiopsrs)后，得到的转基因植物能忍耐、吸收土壤中的汞，并将汞还原成零价后挥发进入大气。挥发进入大气的污染物有可能产生二次污染，因而此方式存在不少疑虑。2.3 植物稳定植
23、物稳定(Phytostabilization)作用的机理是利用耐受重金属植物或超积累植物吸附重金属，通过金属在根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固定化，减少重金属在土壤中的移动性，从而减少重金属对地下水或空气的进一步污染。植物根系分泌物通过改变根际环境(pH、Eh)，使重金属的形态发生化学改变，降低重金属的毒性效应。植物的根毛可直接从土壤交换吸附重金属，增加根表固定，从而使毒性降低。植物稳定作用是原位降低重金属污染的有效途径，而不是永久性的去除土壤中污染金属的方法，所以该法在应用中受到一定的限制。如：植物根系分泌物能改变土壤根际环境，可使多价态的Cr、Hg、 As的价态和形态发生改
24、变，影响其毒性效应。为了清理被As污染的土壤，P. Jankong 等以银背蕨为研究对象，研究了P肥和根际土壤微生物对As富集的影响，结果表明P肥和根际土壤微生物有效的提高了生物质，从而提高了银背蕨对As的富集量。植物的根毛可直接从土壤交换、吸附重金属来增加根表固定。2.4 根系过滤 根系过滤(Rhizofiltration)作用是利用植物庞大的根系过滤、吸收、富集水体中的重金属元素，将植物收获进行妥善处理，达到修复水体重金属污染的目的。此种方法更多的应用在水体污染修复之中。适用于根系过滤技术的植物，主要有水生植物、半水生植物，也有个别陆生植物，如各种耐盐野草、向日葵、宽叶香蒲等。3微生物修复
25、微生物在修复被重金属污染的土壤方面有独特的作用，其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金属的毒性；微生物可以吸附积累重金属；微生物可以改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收挥发或固定效率。土壤微生物包括植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌。微生物在重金属污染环境中逐渐形成一些对重金属抗性的种群。他们通过生物解毒对重金属产生抗性，能够在重金属中生存。耿春女等利用菌根吸收和固定重金属Fe、Mn、Zn、Cu在沈抚灌溉区修复受污染土壤中得到了良好的效果。有些研究还发现，有些微生物能把剧毒的甲基汞讲解为毒性小、可挥发的单质Hg。对于微生物修复技术还需做更深入的探索。还有，越来越多的人关
26、注将生物修复和植物修复相结合的进行污染土壤治理方法。目前，大部分微生物修复技术还局限在科研和实验水平，具体实例研究还不多。4植物修复重金属前景展望植物修复技术也具有一些自身的不足。主要表现在:1、超富集植物个体矮小，生长缓慢，修复重金属污染土地需时太长，因而经济上并不一定很合理。这是目前限制超富集植物大规模应用于植物修复最重要因素；2、植物修复土壤只能局限在植物根系所能延伸的范围内，一般不超过20 cm土层厚度；3、超富集植物对重金属具有一定的选择性，即一般只对一种重金属具有富集能力，而土壤重金属污染多为几种重金属复合污染，且常常伴生有机污染，因此，用一种超富集植物难以全面清除土壤中的所有污染物；4、富集了重金属的超富集植物需收割并作为废弃物妥善处置；5、异地引种对生物多样性的威胁，也是一个不容忽视的问题。虽然利用植物修复技术对土壤污染的治理还存在一些不足,但从发展前景来看,其具有较高的研究和实用价值,特别适合发展中国家采用。土壤重金属污染治理是一个系统过程，单一的修复技术是不行的，在以植物修复为主的同时，还要通过应用化学试剂（络合剂、螯合剂）、微生物或土壤改良剂、酸碱调节剂等增加目标金属的生物有效性，提高植物吸收速率。随着各方面研究的深入,植物修复技术在环境保护和污染治理领域必将得到更加广泛的推广和应用。
