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2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第1页共7页生物技术修复土壤重金属污染任课教师：XXX姓名：XXX学号：XXX专业：生物科学基地班年级：XXX学院：生命科学学院成绩______________________任课教师评语年月日2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第2页共7页土壤重金属污染摘要：随着社会经济特别是重工业的发展，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。污染治理已成备受关注的焦点。已有许多物理工程、化学修复、生物修复等技术相继涌现。本文就土壤重金属污染的现状、现有生物修复技术做综述。关键词：重金属污染现状修复技术Abstract：Withthedevelopmentofsocialeconomyespeciallyheavyindustry,thesituationofsoilheavymetalpollutionisbecomingmoreandmoreserious.Pollutioncontrolhasbecomethefocusoftheattention.Therearemanyphysicsengineering,chemicalremediation,bioremediationtechnologyhaveemerged.Thisarticlereviewsthecurrentsituation,theexistingsoilheavymetalpollutionbioremediationtechnology.Keyword：HeavymetalpollutionstatusquoTechnologytorepair前言：随着工农业的发展，土壤重金属污染问题日益严重，土壤中过量的重金属会被植物吸收到体内，通过食物链和生物富集作用对人体健康造成巨大危害。治理土壤环境重金属污染问题已成为当今的研究热点，而物理化学修复手段显然不能快速高效地解决这一难题，生物修复因其廉价、环境友好而备受青睐。[1]1.现状1.1国内重金属污染现状重金属资源是国民经济发展的基础和重要组成部分,一方面重金属资源的开发为我国社会经济的快速发展做出了巨大的贡献,另一方面大量的重金属资源开发活动势必造成严重的重金属污染,尤其是乡镇、个体矿山的开发,由于其各方面的技术、设备简陋,环保意识缺乏等原因对环境的破坏和污染是特别严重,甚至引发严重的环境污染事件,直接威胁到人类的生命安全.中国的土壤重金属污染已较为严重和普遍，污染源主要是污灌、金属矿开采、冶炼与加工，乡镇企业的不和谐发展等。[2]2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第3页共7页作为国土资源大调查重要成果及全国土壤污染状况调查专项，全国多目标区域地球化学调查项目也已发现局部地区土壤污染严重。如长江中下游某些区域普遍存在镉、汞、铅、砷等异常。城市及其周边普遍存在汞铅异常，部分城市明显存在放射性异常。湖泊有害元素富集，土壤酸化严重。研究证实，镉、汞等重金属元素与人类污染存在密切关系。重金属元素在土壤表层明显富集并与人口密集区、工矿业区存在密切相关性。与1994～1995年采样相比，土壤重金属污染分布面积显著扩大并向东部人口密集区扩散。而且地质学家研究表明，我国土壤正出现越来越多本来没有或微不足道的危险元素。对浙北、浙东和浙中的236.5万公顷农用地调查发现，不适合种农作物的农用地面积为47.2万公顷，占20%；浙北、浙中、浙东沿海三个区域中，属轻度、中度与重度重金属污染的面积分别占38.12%、9.04%、1.61%，城郊传统的蔬菜基地、部分基本农田都受到了较严重的影响。1994年开始，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所等机构就对全国土壤51个化学元素进行监测，1999年开始对中国东部农田区54个化学元素进行填图，2008年又开始建立覆盖全国的地球化学基准网，对含78种元素的土壤81个化学指标进行探测。数据显示，重金属等污染物指标在大的流域及局部工矿业和农业区上升较快。1.2国外重金属污染现状英国早期开采煤炭、铁矿、铜矿遗留下的土壤重金属污染经过300年依然存在。1996到1999年间，英格兰和威尔士尝试挖出污染土壤并移至别处，但并未根本解决问题。从20世纪中叶开始，英国陆续制定相关的污染控制和管理的法律法规，并进行土壤改良剂和场地污染修复研究。日本的土地重金属污染在上世纪六七十年代非常严重。其经济的快速增长导致了全国各地出现许多严重环境污染事件，被称为四大公害的痛痛病、水俣病、第二水俣病、四日市病，就有三起和重金属污染有关。荷兰在工业化初期土地污染问题严重。从20世纪80年代中期开始，加强土壤的环境管理，完善了土壤环境管理的法律及相关标准。国土面积4.15万平方公里的荷兰每年要花费4亿欧元修复1500—2000个场地，预计到2015年基本能修复全部污染土壤。2.土壤重金属来源在自然过程(大气沉降、地表径流等)和人为作用(农田灌溉等)下,重金属污染物在不同环境介质中不断进行着迁移转化,从而造成严重的二次污染(如图1).[3]2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第4页共7页2.1随着大气沉降进入土壤的重金属大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外,重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气,经过自然沉降和降水进入土壤。煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg(O.02～30mg/kg)，这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中1O%～30%沉降在距排放源十几公里的范围内，[4]据估计全世界每年约有1600吨的汞通过化石燃料燃烧排放到大气中。含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘对大气和土壤造成Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等污染。经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系，距城市越近污染的程度就越重，污染强弱顺序为：城市＞郊区＞农村。2.2随污水进入土壤的重金属利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。生活污水中重金属含量很少，但是，由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而排人下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加。[4]据我国农业部调查数据，在全国约140万公顷的污灌区中，受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8%，其中轻度污染46.7%，中度污染9.7%，严重污染8.4%。华南部分城2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第5页共7页市50%的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属污染；长三角地区有些城市大片农田受多种重金属污染，10%的土壤基本丧失生产力。2.3随固体废弃物进入土壤的重金属固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。对武汉市垃圾堆放场，杭州铬渣堆放区附近土壤中重金属含量的研究发现，这些区域土壤中有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大，土壤中重金属的含量随距污染源的距离增大而降低。[4]2.4随农用物资进入土壤的重金属农药、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机-无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。氮、钾肥料中重金属含量较低，磷肥中含有较多的有害重金属，复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带入。肥料中重金属含量一般是磷肥复合肥钾肥氮肥。Cd是土壤环境中重要的污染元素，随磷肥进入土壤的Cd一直受到人们的关注。许多研究表明，随着磷肥及复合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不断增加，作物吸收Cd量也相应增加。肥料中Cr、As元素含量较高，且土壤的环境含量又较低，能引起土壤中Cr、As的较快积累。近年来，地膜的大面积的推广使用，造成了土壤的白色污染。由于地膜生产过程中加入了含有Cd、Pb的热稳定剂，同时也增加了土壤重金属污染。[4]3.土壤修复技术3.1工程物理法工程物理法是指用物理(机械)、物理化学原理治理污染土壤的一类方法。常见的方法有：客土法、淋洗法、电动力学法，电热修复。3.2化学修复化学修复是在土壤原位上进行的,简单易行。但并不是一种永久的修复措施,因为它只改2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第6页共7页变了重金属在土壤中存在的形态,金属元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。[4]常用方法有：施用改良剂、沉淀法、加入吸附剂、拮抗法，种植重金属低富集植物，增施有机肥等。3.3生物修复生物修复技术是利用生物的生命代谢活动降低环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害，从而使污染的土壤部分地或完全地恢复到原始状态。生物修复技术包括微生物修复和植物修复技术[5]生物修复机理是利用生物(主要是微生物、植物和动物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性。这种技术主要通过2种途径来达到对土壤中重金属的净化作用：①通过生物作用，改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性；②通过生物吸收、代谢，达到对重金属的削减、净化与固定[6—9]。所有的修复技术中生物修复是颇具潜力的治理方法，该方法效果好，易于操作，受到人们的重视，日益成为修复污染土壤研究的热点。3.3.1植物修复技术植物修复是一种利用自然生长或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术。根据其作用过程和机理，重金属污染土壤的植物修复技术可分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种类型。[10]3.3.2微生物修复技术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:微生物可以微生物能够改变金属存在的氧化还原状态，降低土壤中重金属的毒性;微许多微生物与重金属具有很强的亲合性，能富集多种重金属；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；利用微生物的氧化反应,如在高浓度重金属的污泥中，加入适量的硫,微生物即把硫氧化成硫酸盐，降低污泥的pH，提高重金属的移动性。利用微生物(如细菌和真菌)使甲基汞和离子态汞(Hg2+)变成毒性较小且易于挥发的单质汞。[11]近几年来微生物修复技术飞速发展，例如：四川大学徐恒教授等利用螯合剂和表面活性剂辅助金福菇修复重金属污染土壤，取得了很好的效果，可提高金福菇对Pb、Cu、Cd等重金属的富集量，这一技术有待推广使用。另外构建一些植物的转基因异变体也对重金属有一定的抗性作用，如构建转金属硫蛋白及其突变体的αα基因烟草，经研究证明此类烟草对重金属均有很好的抗性[12]2013年国际课程周——生物技术修复土壤重金属污染第7页共7页最近又提出一些新的修复技术，例如：农业生态修复（包括是农艺修复措施和生态修复）4.展望工程措施、物理修复和化学修复重金属污染土壤，缺点多，大规模处理污染土壤不现实，并且会破坏土壤结构，降低生物活性，使土壤肥力退化。而农业生态措施又周期长，效果不明显。生物修复以其高效性，良好的社会、生态综合效益而被大众接受，应用前景广阔。预计以下几点将成为未来的研究热点：超累积植物筛选与培育、基因工程技术的应用、生物修复综合技术的研究等。土壤是人类赖以生存的资源，土壤一旦被污染，通过自净能力完全复原周期长达千年。为了人类健康，必须持续加大对污染行为监管和惩治力度。对已被污染土地，要把污染源搞清楚并加以切断。土壤污染物不仅有重金属，还有大量有机污染物。国土、地质、环境、水利等部门要通力合作为大地“排毒”。参考文献：[1]王德胜陈兰敬小兵徐恒螯合剂和表面活性剂辅助金福菇修复重金属污染土壤[