土壤重金属污染论文文献2篇
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篇(1)
【摘 要】为降低工业活动对城市化进程的影响，近年来，对工矿企业的要求是“出城入园”，而企业迁出后的老工业区所在地的土壤往往已经受到多种重金属污染，目前来看镉、铅，锌等重金属的的污染更为普遍。治理的前提的准确的评估，找出重金属污染的种类、区域及污染量，有助于治理的精确性、针对性及经济性。
【关键词】工业区;土壤污染;重金属;评估;治理措施
1.工业区土壤重金属污染的现状
(1)污染的成因。工业区土壤重金属污染指的是工业生产中在指定堆积、存储、处理有害物质时，造成的重金属超标流入土壤的现象。它是因为传统工业技术问题，在工业区管理问题或土地利设计问题而引起的。有些工业企业在生产过程中没能充分的考虑对环境的危害，没有采用科学化的污染物处置方法。
(2)主要污染物。工业区土壤污染的主要金属元素是镉，工业区土壤重金属污染中镉的超标率达7%，重度污染比例为0.5%。铬的降解半衰期长，毒性范围广，工业企业生产是向土壤排放铬的主要原因。例如，电镀生产以气溶胶的形式造成铬融入土壤。铬通常以粉尘、蒸汽、废水形式污染土壤，铬醇盐的毒性较大，具有较强的刺激性和腐蚀性，铬过量会影响水稻、玉米、棉花等作物的生长，引起作物的叶片失绿，阻碍植物根的延伸，减少作物数量。铅也是造成土壤污染的重要金属元素，铅多与土壤颗粒形成复合物，铅的移动性较小，多积累于土壤的表层。
(3)污染的形态。重金属污染的形态较为多样，污染一般以盐酸结合的形态存在，例如氧化物组合态、有机结合态、残渣态等。重金属污染主要考察污染物的浓度，通常把可交换态作业污染程度的判定指标，通过pH值可以判定碳酸盐结合态对环境的影响，一般情况下有机结合态与残渣态的影响较小。
2.工业区土壤重金属污染的评估
(1)污染识别。污染识别的目的是通过前期的调查了解，将工业区土壤可能遭受的重金属种类进行大致的圈定。具体的工作主要为：首先进行历史资料的收集(包括地块原有企业的文件、档案、影像资料等)以反应场地污染的历时情况;然后进行现场踏勘，核实收集到的历史资料，观测污染痕迹，了解周边关系，大致确定污染现状。
(2)暴露评估。暴露评估主要评估工业区土壤重金属污染物的暴露途径、暴露量、暴露方式等。重金属对人体的接触主要通过口鼻皮肤，应当在不考虑重金属生物可利用性的基础上全面的测评重金属对人体危害程度。
(3)毒性评估。人处于工业区重金属污染区会对人的健康构成潜在威胁。一般运用致癌风险来评估某种重金属元素的毒性。非致癌风险以评估儿童期暴露来评估。致癌风险以儿童和成人期的暴露来评估。应当考虑重金属与人体的可结合性。在重金属的回收场地也要考虑对人体的危害情况，避免单一含量浓度的评价。
(4)样品的采集。工业区土壤重金属污染评估建立在完善的样品采集基础上，目前主要采用定点采样法，遵循网格法的方式取样，采样前应当分析区域的大小和地形情况，了解采样地层浃和垂直差异特征，地下水下的深度与流向，合理的确定采样深度、和采样方法。
(5)评价方法。最常用的工业区重金属污染的评估方法是地积累指数法，它主要用于研究土壤中的重金属污染程度，也可以采用定量评价法，这样可以反映重金属污染的影响。污染指数法采用单因子方法和内梅罗综合污染指数法，单因子污染指数法的计算公式是Pi=Ci/Si，其中Pi为污染物i的环境质量指数，Ci为污染物的污染浓度，Si为土壤环境质量。
3.工业区土壤重金属污染的治理措施
(1)污染土壤的处置种类。目前发展的土壤处置技术也是比较丰富的，分别可对污染介质(源头)、污染途径(传播路径)和受体采取不同的处置措施。针对污染介质的处置措施最为丰富，大的类别有物理技术(如土壤混合、土壤稀釋、土壤淋洗、溶剂萃取等)、化学技术(如化学萃取、焚烧、氧化还原以及电动力学修复等)、生物技术(如生物降解、植物修复、空气注入等)及物理化学技术(如固化稳定、热解析、玻璃化、渗透性反应墙等)。
(2)重金属污染土壤改良。工业区重金属土壤改良应当从土壤的实际情况出发，以恢复建设用地和景观绿化为主，在规范区域内按照土壤复垦质量控制标准，对重金属污染土壤采用固化稳定化、客土改良或化学药剂处置的办法。
(3)土壤修复工艺应用。基于提升破碎与筛分土壤的效率，前期检测土壤实际含水率，区分含水率不同的土壤，针对含水率比较高的土壤，通过自然晒干的手段风干这部分土壤，如果有土壤的含水率远超出预设标准，可将石灰加入土壤中达到调节目的。确定石灰的有效含量在80%以上，通过挖机工具均匀地将石灰撒下，而后启动挖机的铲斗均匀拌和污染土壤与石灰，石灰材料不仅具有吸水性，在吸水过程中还可释放一定的热量，以极快的速度减低被污染土壤的含水量，强化破碎筛分效果。后期加药时，注意缩减这一批次土壤的石灰用量。启动筛分设备开展均质化破碎与筛分处理，确定处理后的污染土壤的粒径平均值在40mm之下。经过原位筛分处理工作，污染类别不同的土壤仍旧被放置到原来的位置，并不会出现多种污染土壤被混合的情况，将其中的石块与建筑垃圾筛分出来，统一堆放，而后使用洗石设备实施清洗，利用土方车，将这部分筛出物输送到堆石区之中。修复期间可能会形成一些特殊情况，来土的数量如果与施工条件不相符，可启动备选方案，先将硫酸亚铁与硫酸钠添加到土壤中，均匀搅拌，而后通过斗筛进行破碎，达到混匀的处理目的，添加一定的水。加药且完成搅拌的污染土壤需被分别转移到不同的堆土区中。进行稳定化反应与化学氧化反应必须有充分水分条件，因此可选择洒水车或者人工洒水的途径，在土壤上喷淋洁净的水，控制土壤含水量为30%左右。加入水之后，通过挖机设备对土壤实施翻拌，以此达到调节各处湿度的目标。通过防水的彩条布覆盖土堆，抑制土壤温度与水分损失，养护时间在3-7d之间。如果作业在低温条件下展开，进行固化稳定化与化学氧化反应时，速率偏低，可调整养护时间，强化最终的修复效果。
(4)转运污染土壤。转运土壤期间，实施运输管理工作，在运输现场，检测土壤的干湿度，预防装卸环节中扬尘污染，可用水提升土壤湿润度，但是不可使土壤过湿，如果土壤湿度过大，需要对其实施晾晒处理。做好运输记录，运输车辆必须按照预设运输路线完成运输任务，运输人员始终保持安全驾驶的原则[4]。转运土壤过程中遵循污染土壤不跨区转运的原则，注重对土壤的有效保护，记录土壤运输时间、具体运输方式，提前检查运输路线，明确污染土壤的数量，运输期间指派专人负责管控污染土壤，避免污染土壤在运输过程中出现散失的情况，强化运输保护力度，针对风险现象构建防护系统。设置转运路线时，要考虑尽量缩短运输距离，减少运输时间，提升运输效率。
4.结束语
通过评估工业区重金属污染物情况，总结现有的评估方法，可以进一步在工业企业生产的环保监控指标上进行优化改进，建立完善的评估监控体系，注重从源头上达到有效防控重金属污染的效果。
参考文献
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[4]梁耀杰.我国土壤重金属污染现状及其防治措施探讨[J].资源节约与环保， 2020.
[5]王倩倩，王大祥.土壤重金属污染治理存在的问题及对策[J].河南科技， 2019(34).
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篇(2)
摘要：重金属污染土壤的植物修复具有地域性，为了解我国盐生植物对土壤重金属污染的修复现状，采用文献计量学方法，通过Web of Science数据库及CNKI中文期刊全文数据库对2000—2020年发表的有关盐生植物重金属富集或修复的文献进行检索，从盐生植物科属和生活型、盐生植物重金属富集能力差异、盐生植物重金属富集机理等方面进行综合分析。结果表明，在64种被研究的盐生植物中，适合以植物提取方式修复重金属污染土壤的盐生植物有9种，具有重金属修复潜力的盐生植物有11种，芦苇、互花米草、野大豆、铺地黍符合超富集植物标准，盐地碱蓬、狗牙根、芦苇、海马齿对多种重金属均具有较好的富集能力。
关键词：盐生植物;重金属;植物修复;生物富集系数;转移系数
作者简介：韩承龙(1997—)，男，山东济南人，硕士研究生，从事海洋生态修复研究。E-mail：hanchenglong185@163.com。
通信作者：卢学强，博士，教授，从事关键带环境地球化学、生态环境修复原理与技术、海洋及流域污染控制研究。E-mail：luxq@nankai.edu.cn。
中国盐渍土总面积约3 600万hm2，占全国可利用土地面积的4.88%[1]，且随着全球变暖，土壤盐渍化还有扩大趋势[2]。同时，随着经济发展，土壤重金属污染问题尤其是Cu、Pb、Zn、As、Cd、Cr等6种重金属污染越来越严重[3-4]，进而在滨海地区以及干旱和半干旱地区出现了盐渍化和重金属污染共存复合型土壤环境问题，不仅降低了农作物的产量和品质，还通过食物链对动物和人体健康造成潜在威胁[5]。针对土壤重金属污染，选用具有重金属耐性和抗性的超富集植物开展植物修复，因其具有成本低、能原位修复等优点，近年来受到广泛关注[6-7]。土壤重金属植物修复技术包括植物提取、植物稳定、植物促进和植物挥发等[8]。显然，植物提取能够将重金属移除，被认为是最有效和彻底的修复，因此筛选超富集植物便成为植物修复的关键问题，即需要筛选那些地上部分重金属含量大于根部和土壤重金属含量且耐受性强的植物[9-11]。但是，目前盐碱土壤重金属植物修复不仅仅需要植物具有重金属的高富集性，同时还要对高盐、干旱、水淹等恶劣环境等具有高耐受性，即需要筛选具有重金属高富集特性的盐生植物[12-13]。而目前重金属污染土壤植物修复研究多针对甜土植物，对于具有重金属修复功能的盐生植物的研究相对较少。因此，本研究对我国盐生植物在盐碱土重金属污染修复方面的应用现状进行梳理，并对适用于重金属污染盐碱地修复的盐生植物进行筛选，以期为我国盐碱地的重金属污染修复提供参考。
1 数据来源与分析方法
1.1 数据来源
本研究盐生植物范围采用《中国盐生植物》中所列的555种盐生植物[14]。文献检索以中国盐生植物的中文名、拉丁文名以及“重金属”“修复”“富集”“累积”“积累”“heavy metal”“enrichment”“accumulation”“phytoremediation”等作为关键词在CNKI中文期刊全文数据库、Web of Science进行初步搜集，所搜集的文献还需满足以下条件：(1)文献中至少涉及1种盐生植物;(2)研究至少涉及Cu、Pb、Zn、As、Cr、Cd等6种重金属中的1种;(3)可直接获取重金属含量(包括植物地上部分富集量、地下部分富集量、土壤含量)、植物地上富集系数(bioaccumulation factor，BAF)、转移系数(transfer factor，TF)、生物量、根长等数据。对于文献中试验条件不做限定，当植物地上部分划分为茎、叶等部位时，则取富集量的最大值，共筛选出文献291篇，时间跨度为2000—2020年。
1.2 分析方法
选取植物地上部分重金属富集量、BAF和TF来评价盐生植物对重金属污染土壤的修复能力，评价标准如下：(1)BAF<0.1为“较弱修复能力植物”，0.11为“较强修复能力植物”，适合用于植物提取[15-16]。另外，TF值越高表明该植物耐受重金属的能力越强[17]。(2)超富集植物的判别标准为植物地上部分富集量达到Cd≥100 mg/kg，Cr、Cu≥300 mg/kg，As、Pb≥1 000 mg/kg，Zn≥3 000 mg/kg[18];同时满足TF>1;对重金属具有较强的耐性，生物量大、生长周期短、根系发达[19]。
根据盐生植物对重金属污染土壤修复能力的评价，结合盐生植物分科和生活型等植物的生物学特征，对所筛选出的文献数据进行综合分析。
2 结果与分析
2.1 盐生植物对不同重金属的富集特征
目前，我国555种盐生植物中只发现64种(115%)被应用于土壤重金属修复，且多用于Cu、Pb、Zn、Cd污染土壤修复，用于As、Cr污染土壤修复的研究较少。用于重金属污染土壤修复的盐生植物主要集中在禾本科(Poaceae)、藜科(Chenopodiaceae)，且多为1年生或多年生草本植物，尤其以芦苇(Phragmites australi)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)、狗牙根(Cynodon dactylon)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、互花米草(Spartina alterniflora)为主(表1)。
由图1、图2可知，对于Cu污染土壤而言，盐地碱蓬、羊草(Leymus chinensis)的BAF>1且TF>1，可作为Cu污染土壤修复植物。铺地黍(Panicum repens)、驼绒藜(Ceratoides latens)、喜盐草(Halophila ovalis)的富集效果中等，TF>1，具有应用潜力。碱蓬(Suaeda glauca)、互花米草、野大豆(Glycine soja)、铺地黍的地上部分最大富集量均大于300 mg/kg，TF均大于1，为Cu的超富集植物。对于Pb污染土壤，海马齿、地肤(Kochia scoparia)、狗牙根、盐地碱蓬的BAF>1且TF>1，可作为Pb污染土壤修复植物。碱蓬和矮大叶藻(Zostera japonica)的0.11，具有应用潜力。芦苇、鹅绒藤(Cynanchum chinense)、铺地黍的地上部分最大富集量均大于1 000 mg/kg，TF均大于1，为Pb的超富集植物。对于Zn污染土壤，盐地碱蓬、野大豆的BAF>1且TF>1，可作为Zn污染土壤修复植物。蜀葵(Althaea rosea)、喜盐草的0.11，具有应用潜力。鹅绒藤、芦苇的地上部分最大富集量均大于3 000 mg/kg，TF均大于1，屬于富集Zn的超富集植物。对于As污染土壤，喜盐草的BAF>1且TF>1，可作为As污染土壤修复植物。鹅绒藤和盐地碱蓬的0.11，具有应用潜力。对于Cr污染土壤，灰绿藜(Chenopodium glaucum)和大叶藻(Zostera marina)的0.11，具有应用潜力。狗牙根、芦苇的地上部分最大富集量均大于 300 mg/kg，TF均大于1，为Cr的超富集植物。对于Cd污染土壤，盐地碱蓬、狗牙根、海菖蒲(Enhalus acodoides)的BAF>1且TF>1，可作为Cd污染土壤修复植物。地肤和鹅绒藤的0.11，具有应用潜力。矮大叶的地上部分最大富集量大于100mg/kg，TF>1，为Cd的超富集植物。
2.2 盐生植物的重金属富集机制及富集差异
盐生植物是在盐生环境中自然进化的植物区系，具有多种组织器官以富集重金属，包括肉质组织、盐腺、液泡以及细胞质等[20]。以植物对盐的摄取量和富集量将盐生植物划分为泌盐盐生植物(recretohalophyte)、真盐生植物(euhalophyte)和假盐生植物(pseudohalophyte)[21]。
狗牙根、铺地黍和野大豆属于泌盐盐生植物，其依靠叶片或茎上的鹽腺或囊泡来适应盐渍环境。盐腺组织分泌钠离子和氯离子，并将光合活性组织中的重金属离子清除到叶片表面，囊泡则将盐分和金属离子储存起来[22]。其中，盐腺分泌过程又被称作为“植物排泄”，这种新的植物修复方法可以用于修复受盐和重金属影响的土壤[23]。碱蓬、盐地碱蓬和盐角草属于真盐生植物，这类植物没有盐腺，而是将盐离子和金属离子积累在液泡和肉质化组织中。一方面，植物将金属螯合过程从细胞质转移至液泡中，使液泡成为大量积累金属的储存库[24-25];另一方面，盐生植物的肉质化组织增强了液泡的储存能力，并可以提供足够的空间来富集金属离子[26]。芦苇是假盐生植物，通常将盐离子和金属离子积累在薄壁的液泡和根部木质部薄壁组织中[21]，且根系能够将多种有机化合物排泄到周围的介质中，从而增强金属的生物有效性并促进根系对金属的吸收[27]。
盐生植物具有独特的组织器官来富集重金属，又通过由过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等酶类抗氧化剂和谷胱甘肽、类胡萝卜素和抗坏血酸等非酶类抗氧化剂组成的抗氧化机制[28-29]、产生渗透保护剂以保持有利的水势梯度[30]、产生金属硫蛋白(MTs)和植物螯合素(PCs)等金属结合分子以螯合金属[31-32]等机制而使富集的重金属不对自身产生毒性效应。
盐生植物对重金属的富集除了与植物生理过程相关外，还与土壤盐分及重金属污染水平有关。Feng等认为，高盐度可增强盐生植物对重金属胁迫的耐受能力，并影响重金属的吸收及其从根向地上部组织的转移[33]。盐分可能引起叶肉质增加，从而提供足够的空间来积累金属离子并增加液泡的储存能力[34]。重金属与Cl-结合形成的氯络合物在土壤中具有较高的迁移率，使其更易向植物体转移[35]。体内重金属则可能由于盐的存在促进蒸腾作用过程，进而增强由植物根部向地上部分的转移能力[25]。因此，可以合理地推断土壤盐度有助于某些盐生植物中重金属的积累。另外，相对高污染水平也会使植物体内污染物水平相应提高。以芦苇为例分析土壤重金属含量与植物体内重金属含量的关系(图3)，可见土壤中Pb、Zn、Cr、Cd的含量与芦苇地上部分重金属含量均呈极显著正相关关系(P<0.01)，Cu、Pb、Cr的含量与芦苇地下部分重金属含量均呈显著相关关系(P<0.05)，Zn、Cd含量呈现出极显著正相关。即土壤污染的高水平促进了植物体内的重金属含量富集，这与前人得出的结论[36-38]相同。
2.3 盐生植物在重金属污染土壤修复中的应用前景
有着良好应用前景的超富集植物往往具备生物量大、生长周期短和根系发达等特点[39]，具有良好的应用前景。图4列出上述筛选的8种超富集植物的相关特征，8种盐生植物的生长周期均较短，其中碱蓬、野大豆为1年生草本，其余为多年生草本。芦苇、互花米草、野大豆、铺地黍、鹅绒藤地上部分生物量均较大(>10 g/株)，除鹅绒藤、矮大叶藻以外，其余盐生植物的主根均较长。因此，芦苇、互花米草、野大豆、铺地黍表现出良好的生理优势，符合超富集植物的特点。这些盐生植物与目前公认的超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata)、东南景天(Sedum alfredii Hance)和印度芥菜(Brassica juncea)相比，生物量大，主根较长，这些优势在盐碱地的植物修复中可以发挥极大的作用，即这4种盐生植物是盐碱地土壤重金属修复的潜力植物。
重金属污染土壤往往是多种重金属共存的复合型污染，因而在工程实践中，往往须要筛选同时具有富集多种重金属能力的盐生植物。本研究对盐生植物进行了多种重金属的富集效果分析(图2，BAF均值)。盐地碱蓬对土壤中的Cu、Pb、Zn、As、Cd具有较好的富集能力，其作为重金属复合污染土壤修复的工具对种植物具有较大的潜力与应用价值[40]。狗牙根不仅对土壤中的Cu、Pb、Zn、Cr、Cd具有良好的富集能力，对水土保持也有较好的效果，是土壤结构遭到破坏的废弃矿地最适宜选择的修复植物之一[41]。芦苇对土壤中的Pb、Zn、Cr、Cd具有良好的富集能力，可作为湿生环境植物修复的优势物种[42]。海马齿对土壤中的Cu、Pb、Zn、Cd具有较好的富集能力，且其生命力强，扦插即可繁殖，在陆生和湿生环境中均能生长，具有耐旱和耐盐碱的特性，是应用较广的环境修复植物[43]。
盐生植物在盐碱地土壤重金属修复过程中表现出独特的优势，即抗逆能力强;盐分可以活化土壤重金属，不仅可以促进根部对重金属的吸收，还可以促进重金属从根部向地上部分转移;盐生植物从土壤中富集重金属的同时，也可以吸收土壤中的盐分，达到改良盐碱地的效果。然而，利用盐生植物进行土壤重金属修复同样摆脱不了植物修复土壤重金属污染的限制，如超富集植物种类少、快速修复难度较大、植物对重金属存在一定的选择性等。因此，今后的研究亟待发现更多的超富集及富集多重金属的盐生植物，与工程绿化、废弃矿山及废弃地治理等长线治理措施相结合，以发挥盐生植物的独特优势。
3 结论
在我国555种盐生植物中，近20年有研究的盐生植物有64种。经筛选发现，适合修复重金属污染盐碱土壤的盐生植物为Cu(盐地碱蓬、羊草)、Pb(海马齿、地肤、狗牙根、盐地碱蓬)、Zn(盐地碱蓬、野大豆)、As(喜盐草)、Cd(盐地碱蓬、狗牙根、海菖蒲)，具有土壤重金属污染修复潜力的盐生植物包括Cu(铺地黍、驼绒藜、喜盐草)、Pb(碱蓬、矮大叶藻)、Zn(蜀葵、喜盐草)、As(鹅绒藤、盐地碱蓬)、Cr(灰绿藜、大叶藻)、Cd(地肤、鹅绒藤)。另外，芦苇、互花米草、野大豆、铺地黍属于重金属超富集植物，盐地碱蓬、狗牙根、芦苇、海马齿具有多种重金属同时富集的能力，还具有其他环境价值，可以作为重金属复合型污染土壤修复的备选植物。
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