1、我国土壤重金属污染的现状我国土壤重金属污染的现状及其治理措施及其治理措施前前 言言 土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5 5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前，的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前，全世界平均每年排放全世界平均每年排放HgH
2、g约约1.51.5万吨万吨，CuCu 340340万吨万吨，PbPb 500500万吨万吨，MnMn 15001500万吨万吨，NiNi100100万吨万吨。我国受镉、砷、。我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近铬、铅等重金属污染的耕地面积近20002000万万hmhm2 2, ,约占总耕约占总耕地面积的地面积的1/51/5。 重金属： 指密度大于5g/cm3的金属，或在元素周期表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称为重金属元素。1 1、什么是、什么是重金属重金属？环境污染重金属： 指铅、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性显著的重金属。PbCdCrHgAs 2 2、土壤重金属污染来源及其
3、危害、土壤重金属污染来源及其危害 土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。自然来源自然来源 （1 1）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响 （2 2）风力和水力的自然物理和化学迁移过程）风力和水力的自然物理和化学迁移过程人为干扰输入人为干扰输入 （1 1）不同工矿企业生产对土壤重金属的额外输入）不同工矿企业生产对土壤重金属的额外输入 （2 2）农业生产活动影响下的土壤重金属输入）农业生产活动影响下的土壤重金属输入 （3 3）交通运输对土壤重金属污染的影响）交通运输对土壤重金
4、属污染的影响2.1 土壤中重金属污染来源土壤中重金属污染来源 电子产品造成的铅污染，已经成为铅污染的主要途径之一。2.2 土壤重金属污染的危害主要危害：(1)影响植物根和叶的发育(2)破坏人体神经系统、免疫系统、骨骼系统等例：植物病例 人类病例Hg中毒Pb中毒慢性As中毒小花南芥：修复Pb、Zn复合污染蜈蚣草：修复As污染超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。指铅
5、、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性显著的重金属。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。（2）农业生产活动影响下的土壤重金属输入与传统的修复技术相比, 植物修复是一种容易接受、成本低、技术要求低的修复方法, 它可应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植物提取(phytoextraction)表1 超积累植物重金属含量临界值 mg/kg-12 土壤重金属污染的危害表1 超积累植物重金属含量临界值
6、mg/kg-1汞的去甲基化及还原随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。目前，全世界平均每年排放Hg约1.假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。Cd中毒Cr中毒3 3、土壤重金属污染修复技术、土壤重金属污染修复技术 由于土壤重金属污染具有以上特点，且可经由水环境直接毒害植物体，并可最终通过
7、食物链危害人类健康。因此，其治理和恢复的难度大，但又显得极为迫切。土壤重金属污染特点表聚性长期性不可逆性 隐蔽性 目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：工程措施物理化学修复生物修复农业生态修复3.1 3.1 工程措施工程措施 主要包括主要包括客土客土、换土换土和和深耕翻土深耕翻土等措施。深耕翻等措施。深耕翻土用于土用于轻度轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于污染的土壤，而客土和换土则是用于重重污污染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工污染治理
8、措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。3.2 3.2 物理化学修复物理化学修复A A 电动修复电动修复 污染土壤通电流金属离子等向电极运输集中收集处理达到治污目的 电动修复是一种原位修复技术，不搅动土层，并可以缩短修复时间，是一种经济可行的修复技术。B B 电热修复电热修复 污染土壤高频电压产生电磁波热能对土壤加热污染物从土中解吸挥发性重金属分离达到修复目的熔化土壤冷却后形成玻璃态物质C C 土壤淋洗土壤淋洗 污染土壤淋
9、洗液淋洗土壤固相中重金属土壤液相中将液相回收处理达到修复目的D D 化学修复化学修复 污染土壤加入改良剂降低重金属生物有效性达到修复目的3.3 3.3 生物修复生物修复 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技术与微生物修复技术两种方法。植物修复技术植物修复技术(phytoremediation)(phytoremediation) 是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础，利用自然生长或遗传工程培育的植物，清除环境中污染物的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳定三种方式 。 植物提取植物提取(ph
10、ytoextraction) 即利用重金属超积累植物超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部分并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。2 土壤重金属污染的危害在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用。因此，生物修复综合技术将是今后重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：建设生态文明，
11、是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。农业生态修复主要包括两个方面：1 超累积植物筛选与培育目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：主要包含植物修复技术与微生物修复技术两种方法。（1）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复研究的热点之一。由于土壤重金属污染具有以上特点，且可经由水环境直接毒害植物体，并可最终通过食物链危害人类健康。
12、目前，全世界平均每年排放Hg约1.利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。2 土壤重金属污染的危害在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：植物挥发植物挥发(phytovolatilization) 其机理是利用植物根系吸收重金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是HgHg和SeSe。植物稳定植物稳定(phytostabilization) 利用一些植物来促进重金属转变为低
13、毒性形态的过程。在这一过程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。 总结总结优点优点 与传统的修复技术相比, 植物修复是一种容易接受、成本低、技术要求低的修复方法, 它可应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。总结总结缺点缺点 要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要高; 受植物根系分布的限制; 受气候、土质等的影响; 清除污染物所需的时间长; 转基因技术的应用可能会造成潜在的环境污染等。几种吸附土壤重金属的植物小花南芥：修复小花南芥：修复PbPb、ZnZn复合污染复合污染 蜈蚣草：修复蜈蚣草：修复AsAs污染污染 东南景天：修复东南景天：修复CdCd、PbPb、ZnZn、C
14、uCu复合污染复合污染 花葵：修复花葵：修复CdCd污染污染油菜油菜: :修复修复CdCd污染污染小花南芥蜈蚣草东南景天花 葵油 菜 微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用。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。利用真菌与根系形成的菌根吸收和固定重金属(Fe , Mn , Zn , Cu)取得了良好的效果。微生物修复技术微生物修复技术(bioremediation)(bioremediation)难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物微生物对重金属的转化与固定 微生
15、物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。 汞的去甲基化及还原 例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素汞，经10小时后挥发掉的汞可达75% 。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。微生物在环境污染治理中的作用 重金属累积及固定 在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。3.4 3.4 农业生态修复农业生态修复 农业生态修复主要包括两个方面：农艺修复措施生态修复。4 4 土壤重金属污染修复技术研究展望土壤重金属污
16、染修复技术研究展望 采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤，具有一定的局限性，难以大规模处理污染土壤，并且成本高，破坏土壤本身结构，易造成二次污染，对环境扰动大。 农业生态措施又存在周期长，效果不显著的特点。 植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复研究的热点之一。因此，具有广阔的应用前景。以下几个方面将成为该领域研究的重点。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤，具有一定的局限
17、性，难以大规模处理污染土壤，并且成本高，破坏土壤本身结构，易造成二次污染，对环境扰动大。因此，筛选、培育吸收能力强，同时能吸收多种重金属元素，且生物量大的植物是生物修复的一项重要任务。2 土壤重金属污染的危害4 土壤重金属污染修复技术研究展望指密度大于5g/cm3的金属，或在元素周期表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称为重金属元素。（3）交通运输对土壤重金属污染的影响随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物目前，全世界平均每年排放Hg约1.其机理是利用植物根系吸收重金属，将其转化为气态物质挥
18、发到大气中，以降低土壤污染。植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复研究的热点之一。植物修复技术(phytoremediation)植物提取(phytoextraction)（1）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响表1 超积累植物重金属含量临界值 mg/kg-1在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。针对某一具体重金属的超积
19、累植物一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值（表1）。建设生态文明，是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。因此，生物修复综合技术将是今后重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。4.1 4.1 超累积植物筛选与培育超累积植物筛选与培育 超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。因此，筛选、培育吸收能力强，同时能吸收多种重金属元素，且生物量大的植物
20、是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值（表1）。元素CdNiPbCuZnMn临界值1001000100010001000010000表表1 超积累植物重金属含量临界值超积累植物重金属含量临界值 mg/kgmg/kg-1-1 4.2 4.2 转基因植物转基因植物(Transgenic plants)(Transgenic plants) 目前已发现的超积累植物大多存在根系浅、生物量小、生长缓慢等缺点，使得其修复周期较长。这使植物修复的工程应用受到限制，而经基因改造的植物则可提高其应用性 。4.3 4.3 生物修复综合技术的研究生物修复综
21、合技术的研究 重金属污染土壤的修复是一个系统工程，单一的修复技术很难达到预期效果，必须以植物修复为主，辅以物理化学、微生物及农业生态措施，增加重金属的生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物修复的综合效率。因此，生物修复综合技术将是今后重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。 胡锦涛总书记在刚刚结束的十八大报告中指出： 建设生态文明，是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。 我们一定要更加自觉地珍爱自然，更加积极地保护生态，努力走向社会主义生态文明新时代!
