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【摘 要】针对土壤重金属污染的处理措施，本文详细介绍了生物修复和农业生态修复两种修复方法，以为土壤重金属污染后的修复提供参考。
【关键词】土壤；重金属；环境污染
自上世纪80年代以来，随着工业化和城市化在我国的推进，国民生产总值和居民生活水平稳步提高，与此同时，镉、铅、铬、汞、砷等重金属和其他污染物也进入环境系统，这些污染物在对大气、水体造成污染后，最终都回归于土壤而造成土壤污染。土壤修复主要通过生物修复和农业生态修复两种方式进行。
1 生物修复
生物修复是利用生物削减和净化土壤中的重金属或降低重金属毒性的修复方法，其主要包括植物修复、微生物修复和动物修复。
1.1 植物修复
这是一种利用自然界存在或人工培养的植物系统及其根系移去、挥发或稳定土壤环境中的重金属污染物，或降低污染物中的重金属毒性，以达到清除污染、修复或治理土壤目的的一种技术，分为植物提取、植物挥发和植物稳定3种类型。
植物提取是依靠重金属超积累植物从土壤中吸取重金属离子，接着收割地上部分并进行处理，连续种植该植物可有效降低或去除土壤重金属，目前已发现有700多种超积累重金属植物[1]；植物挥发是依靠植物根系吸收重金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，目前研究最多的是Hg和Se；植物稳定是依靠耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，防止重金属被淋洗到地下水或扩散至空气中，其机理是让金属在根部积累、沉淀或被根表吸收，以达到固化的目的。
利用超积累植物可以连续、反复地从土壤中提取重金属，具有廉价、原位、土壤免扰动的优点，是目前土壤重金属污染治理方法中最清洁的方法，并且植物的地上收割部分可集中处理回收重金属。如果实际情况使植物提取难以实施，也可考虑选择植物稳定技术，在矿区应用植物稳定修复对防止矿区水土流失和次生污染有良好作用[2]。
但是，目前世界上已确认的超积累植物虽然对重金属的富集能力很强，但普遍具有生物量小、环境适应性差、生长缓慢等缺点，这限制了该技术的推广和使用。已经有研究人员开始用一些生物量大、对重金属耐性强的植物做试验，并在垂枝榕、烟草、美人蕉等植物的研究方面取得了一定的成果[3]；还有一些研究人员提出应用生物工程和基因工程技术将超积累植物的基因导入一些生物量大、生长迅速、环境适应性强的植物体内，以培养更理想的超积累植物。
1.2 微生物修复
土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌，通过吸附、沉淀、生物转化、生物累积和外排等作用，微生物可以通过固化重金属、降低其活性和生物有效性来降低重金属毒性，或者增大重金属活性和生物有效性以利于植物根系对重金属的吸收和转运。如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌和某些藻类能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物；Macaskie等分离的柠檬酸菌可分解有机质生成HPO2-4，与Cd形成 CdHPO4沉淀；国内研究人员发现有些微生物能把剧毒的甲基汞降解为毒性小、可挥发的单质Hg[4]。
微生物对土壤重金属的作用非常独特，微生物修复技术与植物修复技术相结合可以更彻底、更高效地修复土壤，同时还能保持土壤的结构和性质，这一研究方向已受到越来越多的关注，不过微生物修复技术目前更多地还处于科研和实验室水平。
1.3 动物修复
终生或某一发展阶段生活在土壤中的动物，其自身及其肠道微生物在自然条件或人工控制下，通过生长、繁殖、穿插等活动对土壤污染物进行破碎、分解、消化和富集。利用土壤动物的这个能力对土壤污染进行治理的技术称为动物修复技术。有研究表明，蚯蚓对土壤重金属有很强的富集能力，其体内的Cd、Pb、As元素的含量与土壤中元素含量有很好的相关性，可随土壤中重金属含量的升高而升高[5]。另外，国内研究人员对蜘蛛、腐生波豆虫、梅氏扁豆虫等动物也有一定的研究。
2 农业生态修复
前面所述的土壤重金属污染的治理方法，工程措施一般见效快、重金属消除较彻底，但费用高、对土壤破坏大，而生物修复技术虽具有费用低廉、清洁、不破坏土体结构等优点，却有效率低、耗费时间长、受环境因素影响大等不足。很多研究表明，施肥、使用农药、搭配种植等农艺措施也可显著增加植物对土壤中重金属的吸收累积量，从而提高植物修复的效率，而且相对于其他化学和工程强化措施，它具有技术成熟、成本较低、对土壤环境扰动较小等优点，因此，近年来一系列农业生态修复技术开始逐步被用于强化重金属污染土壤的植物修复。
农业生态修复包括农艺修复和生态修复。农艺修复包括改变耕作制度、调整作物品种、种植不进入食物链的植物、选择能降低土壤重金属污染的化肥以及增施能够固定重金属的有机肥等措施。生态修复包括调节土壤水分、养分、pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因素，以及调控污染物所处环境介质。研究人员对此有不少研究成果，Naidu发现，每公顷Cd污染的土壤中施用750kg石灰，可使土壤重金属有效态降低15%[6]；施用钾肥、磷肥能降低土壤的有效态Pb[7]，施入硝态氮可大大降低植物对重金属的吸收和累积，而施入氨态氮则会增加植物中重金属的含量[8]；有机肥（如猪粪）能改善铅锌尾矿污染土壤中紫花苜蓿的生长，从而减少其对重金属的吸收[9]；玉米较其他粮食作物对Pb的吸收累积较小[10]。蔬菜中重金属含量大小的顺序一般为：叶菜类>根茎类>瓜果类[11]。
3 结语
从2009年至今，我国已有30多起重特大重金属污染事件相继发生，经过几十年的沉淀后，无论是在农村还是城市，我国土壤重金属污染正进入集中多发期，来自土壤重金属污染所造成的巨大环境压力已经突出表现在老百姓每日的饮食安全等方面，因此，对土壤重金属污染的治理已成为我国现阶段一项迫在眉睫的任务。现在已经使用或者还处在研究阶段的各种治理方法和技术都无法快速、高效、安全地清除土壤中的重金属，因此，除了继续加大研究力度，目前行之有效的方法包括两个方面：一是对污染源加强控制，减少土壤环境中的重金属进入量；二是将几类技术综合应用，增大重金属的清除比例，对于暂时无法除去的污染物则先使之稳定，减小其进入生态系统食物链的流通量，从而减轻其毒害作用。 参考文献
[1]刘茵，赵秀琴，胡红艳.超积累植物[J].生态学教学，2008，38（3）：2-4.
[2]仇荣亮，仇浩，雷梅等.矿山及周边多金属污染土壤修复研究进展[J].农业环境科学学报，2009，28（6）：1085-1091.
[3]周振民，朱彦云.土壤重金属污染大生物量植物修复技术研究进展[J].灌溉排水报，2009，28（6）：26-29.
[4]崔德杰，张玉龙.土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[J].土壤通报，2004，35（3）：365-370.
[5]伏小勇，秦赏，杨柳等.蚯蚓对土壤中重金属的富集作用研究[J].农业环境科学学报，2009，28（1）：78-83.
[6]Naidu R ，Kookana R S ， Sumner M E. Cadmium sorption and transport in variable charge soils [J].Environ Qual，197，26：602-617.
[7]陈世宝，朱永官，马义兵.不同磷处理对污染土壤中有效态铅及磷迁移的影响[J].环境科学学报，2006，26（7）：1140-1144.
[8]楼玉兰，章永松，林咸永.氮肥形态对污泥农用土壤中重金属活性及玉米对其吸收的影响[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2005，31（4）：392-398.
[9]李正强，熊俊芬，马琼芳等.石灰和猪粪对铅锌尾矿土壤上光叶紫花苕生长的影响[J].江西农业学报，2009，21（4）：122-124.
[10]Daniela M M， Nicole A， Septinmiu M. Studies regarding the Pb toxicity accumulation in plants [J].Romanian Biotechnological Letters， 2010， 15（3）：5240-5245.
[11]王丽凤.沈阳市蔬菜污染调查及防治途径研究[J].农业环境保护，1994，13（2）：84-88.
作者简介：
雷明馨（1971— ），女，硕士，讲师，主要从事环境化学、农化分析检测的教学及绿色化学技术等科研工作。
赵仕林，博士，教授，四川省环境科学学会常务理事、环境科学学术带头人。
基金项目：
中央财政支持作物生产技术专业
【关键词】土壤；重金属；环境污染
自上世纪80年代以来，随着工业化和城市化在我国的推进，国民生产总值和居民生活水平稳步提高，与此同时，镉、铅、铬、汞、砷等重金属和其他污染物也进入环境系统，这些污染物在对大气、水体造成污染后，最终都回归于土壤而造成土壤污染。土壤修复主要通过生物修复和农业生态修复两种方式进行。
1 生物修复
生物修复是利用生物削减和净化土壤中的重金属或降低重金属毒性的修复方法，其主要包括植物修复、微生物修复和动物修复。
1.1 植物修复
这是一种利用自然界存在或人工培养的植物系统及其根系移去、挥发或稳定土壤环境中的重金属污染物，或降低污染物中的重金属毒性，以达到清除污染、修复或治理土壤目的的一种技术，分为植物提取、植物挥发和植物稳定3种类型。
植物提取是依靠重金属超积累植物从土壤中吸取重金属离子，接着收割地上部分并进行处理，连续种植该植物可有效降低或去除土壤重金属，目前已发现有700多种超积累重金属植物[1]；植物挥发是依靠植物根系吸收重金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，目前研究最多的是Hg和Se；植物稳定是依靠耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，防止重金属被淋洗到地下水或扩散至空气中，其机理是让金属在根部积累、沉淀或被根表吸收，以达到固化的目的。
利用超积累植物可以连续、反复地从土壤中提取重金属，具有廉价、原位、土壤免扰动的优点，是目前土壤重金属污染治理方法中最清洁的方法，并且植物的地上收割部分可集中处理回收重金属。如果实际情况使植物提取难以实施，也可考虑选择植物稳定技术，在矿区应用植物稳定修复对防止矿区水土流失和次生污染有良好作用[2]。
但是，目前世界上已确认的超积累植物虽然对重金属的富集能力很强，但普遍具有生物量小、环境适应性差、生长缓慢等缺点，这限制了该技术的推广和使用。已经有研究人员开始用一些生物量大、对重金属耐性强的植物做试验，并在垂枝榕、烟草、美人蕉等植物的研究方面取得了一定的成果[3]；还有一些研究人员提出应用生物工程和基因工程技术将超积累植物的基因导入一些生物量大、生长迅速、环境适应性强的植物体内，以培养更理想的超积累植物。
1.2 微生物修复
土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌，通过吸附、沉淀、生物转化、生物累积和外排等作用，微生物可以通过固化重金属、降低其活性和生物有效性来降低重金属毒性，或者增大重金属活性和生物有效性以利于植物根系对重金属的吸收和转运。如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌和某些藻类能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物；Macaskie等分离的柠檬酸菌可分解有机质生成HPO2-4，与Cd形成 CdHPO4沉淀；国内研究人员发现有些微生物能把剧毒的甲基汞降解为毒性小、可挥发的单质Hg[4]。
微生物对土壤重金属的作用非常独特，微生物修复技术与植物修复技术相结合可以更彻底、更高效地修复土壤，同时还能保持土壤的结构和性质，这一研究方向已受到越来越多的关注，不过微生物修复技术目前更多地还处于科研和实验室水平。
1.3 动物修复
终生或某一发展阶段生活在土壤中的动物，其自身及其肠道微生物在自然条件或人工控制下，通过生长、繁殖、穿插等活动对土壤污染物进行破碎、分解、消化和富集。利用土壤动物的这个能力对土壤污染进行治理的技术称为动物修复技术。有研究表明，蚯蚓对土壤重金属有很强的富集能力，其体内的Cd、Pb、As元素的含量与土壤中元素含量有很好的相关性，可随土壤中重金属含量的升高而升高[5]。另外，国内研究人员对蜘蛛、腐生波豆虫、梅氏扁豆虫等动物也有一定的研究。
2 农业生态修复
前面所述的土壤重金属污染的治理方法，工程措施一般见效快、重金属消除较彻底，但费用高、对土壤破坏大，而生物修复技术虽具有费用低廉、清洁、不破坏土体结构等优点，却有效率低、耗费时间长、受环境因素影响大等不足。很多研究表明，施肥、使用农药、搭配种植等农艺措施也可显著增加植物对土壤中重金属的吸收累积量，从而提高植物修复的效率，而且相对于其他化学和工程强化措施，它具有技术成熟、成本较低、对土壤环境扰动较小等优点，因此，近年来一系列农业生态修复技术开始逐步被用于强化重金属污染土壤的植物修复。
农业生态修复包括农艺修复和生态修复。农艺修复包括改变耕作制度、调整作物品种、种植不进入食物链的植物、选择能降低土壤重金属污染的化肥以及增施能够固定重金属的有机肥等措施。生态修复包括调节土壤水分、养分、pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因素，以及调控污染物所处环境介质。研究人员对此有不少研究成果，Naidu发现，每公顷Cd污染的土壤中施用750kg石灰，可使土壤重金属有效态降低15%[6]；施用钾肥、磷肥能降低土壤的有效态Pb[7]，施入硝态氮可大大降低植物对重金属的吸收和累积，而施入氨态氮则会增加植物中重金属的含量[8]；有机肥（如猪粪）能改善铅锌尾矿污染土壤中紫花苜蓿的生长，从而减少其对重金属的吸收[9]；玉米较其他粮食作物对Pb的吸收累积较小[10]。蔬菜中重金属含量大小的顺序一般为：叶菜类>根茎类>瓜果类[11]。
3 结语
从2009年至今，我国已有30多起重特大重金属污染事件相继发生，经过几十年的沉淀后，无论是在农村还是城市，我国土壤重金属污染正进入集中多发期，来自土壤重金属污染所造成的巨大环境压力已经突出表现在老百姓每日的饮食安全等方面，因此，对土壤重金属污染的治理已成为我国现阶段一项迫在眉睫的任务。现在已经使用或者还处在研究阶段的各种治理方法和技术都无法快速、高效、安全地清除土壤中的重金属，因此，除了继续加大研究力度，目前行之有效的方法包括两个方面：一是对污染源加强控制，减少土壤环境中的重金属进入量；二是将几类技术综合应用，增大重金属的清除比例，对于暂时无法除去的污染物则先使之稳定，减小其进入生态系统食物链的流通量，从而减轻其毒害作用。 参考文献
[1]刘茵，赵秀琴，胡红艳.超积累植物[J].生态学教学，2008，38（3）：2-4.
[2]仇荣亮，仇浩，雷梅等.矿山及周边多金属污染土壤修复研究进展[J].农业环境科学学报，2009，28（6）：1085-1091.
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[4]崔德杰，张玉龙.土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[J].土壤通报，2004，35（3）：365-370.
[5]伏小勇，秦赏，杨柳等.蚯蚓对土壤中重金属的富集作用研究[J].农业环境科学学报，2009，28（1）：78-83.
[6]Naidu R ，Kookana R S ， Sumner M E. Cadmium sorption and transport in variable charge soils [J].Environ Qual，197，26：602-617.
[7]陈世宝，朱永官，马义兵.不同磷处理对污染土壤中有效态铅及磷迁移的影响[J].环境科学学报，2006，26（7）：1140-1144.
[8]楼玉兰，章永松，林咸永.氮肥形态对污泥农用土壤中重金属活性及玉米对其吸收的影响[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2005，31（4）：392-398.
[9]李正强，熊俊芬，马琼芳等.石灰和猪粪对铅锌尾矿土壤上光叶紫花苕生长的影响[J].江西农业学报，2009，21（4）：122-124.
[10]Daniela M M， Nicole A， Septinmiu M. Studies regarding the Pb toxicity accumulation in plants [J].Romanian Biotechnological Letters， 2010， 15（3）：5240-5245.
[11]王丽凤.沈阳市蔬菜污染调查及防治途径研究[J].农业环境保护，1994，13（2）：84-88.
作者简介：
雷明馨（1971— ），女，硕士，讲师，主要从事环境化学、农化分析检测的教学及绿色化学技术等科研工作。
赵仕林，博士，教授，四川省环境科学学会常务理事、环境科学学术带头人。
基金项目：
中央财政支持作物生产技术专业