土地重金属污染的生态修复

（一）土地重金属污染的概念

重金属是指相对密度在4.0以上约60种元素或相对密度在5.0以上的45种元素。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的Hg，Cd，Pb，Cr，Zn，Cu，Co，Ni，Sn等以及类金属As，Se，还包括Ｖ，Be，Al等污染物。虽然Cu，Zn等重金属也是植物生长所必需的微量元素，但当它们进入土地中的量超过土地的自净能力，而且对土地、植物和动物造成损害时，土地就产生重金属污染。土地中Fe和Mn含量通常较高，但在一般情况下不构成对生物的污染。如果在强还原条件下，Fe和Mn所引起的毒害也需要特别关注。

在一般意义上，土地重金属污染主要指Cr，Cd，As，Pb，Hg，Cu，Ni，Zn等8大元素，这些元素在过量情况下有较大的生物毒性并可通过食物链对人类健康带来威胁。

（二）土地重金属污染的生态修复

土地重金属污染的生态修复技术，主要有下述工程修复技术、物理-化学修复技术、生物修复技术以及联合修复技术等（员学锋等，2018；张凤荣等，2006；李天杰等，1995）。

1）工程修复技术。土地重金属污染修复的工程技术主要有：①客土技术。是在被污染的土地上覆盖上非污染土地。②换土技术。是部分或全部挖除污染土地而换上非污染土地。③水洗技术。是采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子，使重金属离子排出地块以外或迁移至较深土层中。后两种方法都需要防止次生污染。

2）物理-化学修复技术。土地重金属污染修复的物理化学技术主要有：①施用改良剂技术。指向土地中施加化学物质，以降低重金属的活性，控制重金属进入食物链。常用的改良剂有石灰、碳酸钙、磷酸盐、钢渣、膨润土、粉煤灰、沸石、胡敏酸、堆肥、鸡粪等改良剂。②玻璃化技术。该技术是应用高温熔融使重金属玻璃化，对于处理As，Pb，Cr污染有较好效果。③电动技术。在污染土地中插入阴阳电极并通以低强度电流，使重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳（或阴）极被移走。该技术适合于低渗透的黏土和淤泥土，但不适用于渗透性好、传导性差的沙性土。④热解吸技术。将污染土地加热，使土地中挥发性较高的重金属受热挥发，主要用于金属汞的处理。⑤固化/稳定化技术。应用化学改良剂或稳定剂和重金属间的吸附、离子交换、有机络合等相互作用，降低其迁移性和生物有效性，将其长期固定在土地中，是目前重金属污染土地生态修复经济有效的方法之一。常用的稳定剂包括石灰、赤泥、天然沸石、生物炭、土肥、泥炭、纳米吸附材料等。⑥化学淋洗技术。向受到重金属污染的土地中加入有特殊化学成分的淋洗液，利用水利学或机械搅动土地颗粒洗脱污染物的方法。常用的淋洗溶剂有螯合剂、酸/碱溶液、络合剂、表面活性炭等。

3）生物修复技术。土地重金属污染修复的生物技术主要有：①微生物修复技术。主要是利用某些特殊微生物对重金属有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土地中重金属的毒性。②植物修复技术。主要是通过超富集植物富集土地中的重金属并转移到植物的可收割部分，从而达到修复土地中重金属的目的。目前已发现的超富集植物有700种以上，如羽叶鬼针草、酸模、香根草等铅超富集植物，印度芥菜、芸苔、芜菁等锌超富集植物等。③动物修复技术。通过土地环境中的某些低等动物，如蚯蚓、鼠类等来吸收、降解或转移土地中的重金属，以达到修复目的。④菌根修复技术。通过菌根真菌改变植物对重金属的吸收和转移，降低植物对重金属吸收的有效性和毒害性。

4）联合修复技术。它是将若干单项技术相互组合，发挥各自优势，以实现高效修复的目的。如生物联合修复、物理化学联合修复、基因工程联合修复等。

（三）土地重金属污染的防控措施

土地一旦遭到重金属污染，其修复是长期和困难的，成本也非常巨大。因此，土地污染的预防控制比治理修复更为重要。污染源的预防控制是避免土地污染的最根本和最重要的措施。目前主要的防控措施包括：①发展清洁工艺。主要是从原料到产品最终处理的全过程中减少“三废”的排放量，以减轻对环境的影响。②控制工业废弃排放。严格控制工业废弃的超标准排放，尽量减少废弃中重金属的含量。③控制污水灌溉农田。严格禁止污水超标排放，尽量减少污染中重金属的含量。④加强固体废弃物处置。部分垃圾、煤矸石和金属矿山尾矿库中含有大量的重金属，由于长期淋溶会进入土地，因此应加强含重金属废物如电池的回收和煤矸石山、尾矿山的绿化及整治。⑤隔离法。使用各种防渗材料，如水泥、黏土、石板等，把污染土地与未污染土地或水体分开，以减少或阻止污染物扩散到其他土地或水体的做法。常用的方法有泥浆墙、地下冷冻等。⑥加强土地水分管理。土地氧化还原定位在很大程度上控制着水田中重金属的行为，因而可以通过调节土地水分来控制农田中的重金属行为。如生长在氧化条件下的水稻，含镉量比生长在还原条件下的高得多，糙米中的含量可以相差6倍。这是由于不同氧化还原状态，某些重金属的形态是不相同的，尤其是易吸收态有较大差别所致（张凤荣等，2006；李天杰等，1995）。

（四）重金属污染土地的利用调整

对于已经被重金属污染的土地，上述生态修复措施的难度和成本都很高，但可以通过调整利用结构和采用适宜的复垦利用方式，来达到生态修复的目的。在通常情况下，污染土地利用的目标是非食用之物，如作为林业用途、绿地、停车场、仓储用地或旅游用地等。通过辅助采用表土剥离法、客土覆盖法等工程方法，实现土地生态修复治理的目的。

湖南省的田间小区试验表明，Cd污染土壤（全Cd含量1.08毫克/千克）改制玉米（早稻改种春玉米、晚稻改种秋玉米）皆可避开当季农产品的Cd污染风险，稻-玉轮作配合钝化措施可确保农产品的质量安全，而玉-稻轮作则可采用春玉米食用与晚稻作为富集植物修复Cd污染土壤的生态循环减控模式，实现农产品安全生产和修复Cd污染土壤的双重目的（谢运河等，2014）。湖北省大冶市重金属镉污染比较严重，局部地区超过正常标准80倍左右。通过镉污染稻田改种棉花，大大节约了修复成本，同时也阻断了镉向食物链转移（胡蓉等，2017）。湖北省另一项田间试验结果表明，水田改良区苎麻，地下根茎和地上茎叶镉累积率分别为258％和91％；旱地改良区改种苎麻，其地下根茎和地上茎叶镉累积率分别为315％和127％；水田和旱地苎麻总吸镉率为1.67％和2.21％。大田调查结果苎麻地下根茎和地上茎叶镉累积率分别为208％和83％，总吸镉率为1.45％。试验表明苎麻实际对水田和旱地土壤镉的降低率分别为2.65％和3.17％。耕地改种采用苎麻后，既可以切断镉随食物链对人体的危害，也具有很好的经济效益（项雅玲等，1994）。