浅析我国土壤污染及修复技术

摘要：我国土壤污染的总体形势严峻,部分地区土壤污染严重,由土壤污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多，土壤一旦遭受污染，不仅直接影响农作物的生长和产品质量，还能通过食物链和饮水间接危及人体健康。因此，防治和治理土壤污染刻不容缓，简单分析我国土壤污染的来源、危害等，再介绍几种常见的土壤污染修复技术及其优缺点，最后分析了土壤污染修复技术的的发展趋势。

1、引言

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层,其厚度一般在2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力,并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。近年来,由于人口急剧增长,工业迅猛发展,固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒,有害废水不断向土壤中渗透,汽车排放的废气,大气中的有害气体及飘尘不断随雨水降落在土壤中。农业化学水平的提高,使大量化学肥料及农药散落到环境中,导致土壤遭受非点源污染的机会越来越多,其程度也越来越严重,在水土流失和风蚀作用等的影响下,污染面积不断扩大。当土壤中有害物质过多,超过土壤的自净能力,引起土壤的组成、结构和功能发生变化,微生物活动受到抑制,有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累,通过“土壤→植物→人体”,或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收,达到危害人体健康的程度,就是土壤污染。随着土壤污染日益严重，探求土壤污染修复技术已经迫在眉睫。

2、土壤污染的来源及特点

由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废弃物不断向土壤表层堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体和飘尘也不断随雨水降落在壤中，因而比起大气环境和水环境来说土壤污染更为复杂，而且具有其突出的特点。

2.1 土壤污染的来源

土壤污染的污染源有工业、生活、交通和农业方面。传统的土壤污染物主要分为四大类：①传统化学污染物，又可以分为无机污染物和有机污染物两大类，其中传统的无机污染物包括Hg、Cd、Pb、As等，过量的N和P等植物营养元素及氧化物和硫化物等。传统的有机污染物包括DDT、六六六、狄氏剂、艾氏剂和氯丹等含氯化学药品，石油烃及其裂解产物，塑料增塑剂等；②物理性污染物，主要指来自工业生产、采矿等排放的各种固体废弃物；③生物性污染物，主要指带有各种病菌的城市垃圾和医院、疗养院排出的废水和废物以及农业废弃物；④放射性污染物，主要来自核原料开采、大气层核爆炸地区以及和核电站的运转。总的来说土壤污染主要以有机物污染和重金属污染。

2.2 土壤污染的特点

在大气、水、固体废弃物和土壤这四者之中，我国土壤污染情况较前三者更甚，其原因有四：

（1）土壤污染具有隐蔽性和滞后性。大气、水和废弃物污染等问题一般都比较直观，通过感官就能发现。而土壤的污染则不同，它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。因此，土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间，因此土壤污染问题一般都不太容易受到重视。

（2）土壤污染的累积性。污染物质在大气和水体中，一般都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物质在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易在土壤中不断积累而超标，同时也使土壤污染具有很强的地域性。

（3） 土壤污染具有不可逆转性。重金属对土壤的污染基本上是一个不可转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解，譬如：被某些重金属污染的土壤可能要100~200年时间才能够恢复。

（4）土壤污染难治理性。如果大气和水体受到污染，切断污染源之后通过稀释和自净化作用也有可能使污染问题不断逆转，但是积累在污染土壤中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除[9]。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复，有时要靠换土、淋洗土壤等方法才能解决问题，其他治理技术可能见效较慢。因此，治理污染土壤通常成本较高，治理周期较长。

3、我国土壤污染的现状及危害

3.1 我国土壤污染现状

目前,我国受镉、砷、铬铅等重金属污染的耕地面积近2000万公顷,约占总耕地面积的1/5,每年因土壤污染而减少的粮食产量高达1000万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元，受农药污染的耕地约占1300~1600公顷，持久性有机污染物污染严重。如沈抚灌区的抚顺三宝屯四队水稻，因30多年的石油污水灌溉而成为重污染农地，1982年测得PAHs总量高达631.9mg/kg，浙江东南某水稻种植区PCBs总量达930ng/g。受有机无机复合污染的耕地面积未见确切报道，但从土壤污染的来源、局部地区的污染调查均可推断我国大面积耕地受重金属、有机污染物复合污染的。

3.2 土壤污染的危害。

由于土壤对环境污染具有汇集作用，土壤中有毒有害化学品通过大气和水体传递，可危害人类和动物的生存繁衍与生命安全。这一过程可能比较隐蔽，但土壤污染却是带来了极其严重的后果，主要的危害有：

3.2.1土壤污染导致严重的直接经济损失。

初步统计,全国受污染的耕地约有1 000万公顷有机污染物污染农田达3600万公顷,主要农产品的农药残留超标率高达16%~20%;污水灌溉污染耕地216.7万公顷,固体废弃物堆存占地和毁田13.3万公顷。每年因土壤污染减产粮食超过1000万吨,造成各种经济损失约200亿元。

3.2.2土壤污染导致生物产品品质不断下降。

因农田施用化肥,大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染,许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、砷、铬、铅等重金属含量超标或接近临界值。每年转化成为污染物而进入环境的氮素达1000万吨,农产品中的硝酸盐和亚硝酸盐污染严重。农膜污染土壤面积超过780万公顷,残存的农膜对土壤毛细管水起阻流作用,恶化土壤物理性状,影响土壤通气透水,影响农作物产量和农产品品质。

3.2.3土壤污染危害人体健康。

土壤污染会使污染物在植物体内积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人体健康,引发癌症和其他疾病。

3.2.4土壤污染导致其他环境问题。
土壤受到污染后,含重金属浓度较高的污染土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。

4、土壤污染修复技术

国内外研究表明，重金属和有机类物质使土壤的主要污染因子。随着科学技术的发展和人们治理污染土壤的迫切需要，各种土壤修复技术应运而生，但这些技术又都有各自的优点和不足。

4.1 土壤污染修复技术简介

土壤污染修复技术主要包括物理/化学修复和生物修复两大类，其中物化修复包括化学淋洗、溶剂浸提、化学氧化/还原、化学脱卤、电化学、固化、蒸汽抽提、强化破裂、热解吸、玻璃化和活性炭吸附等修复技术；生物修复包括植物修复和微生物修复，其中植物修复主要有根部过滤技术、植物萃取技术、植物挥发技术和植物稳定化技术；微生物修复技术包括原位修复和异位修复，其中原位修复指的是投菌法、生物培养法和生物通气法等，主要用于被有机物污染的土壤修复；异位修复技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。

4.1.1 物理修复法

主要是通过减少土壤表层的污染物浓度，或增强土壤中的污染物的稳定性使其水溶性、扩散性和生物有效性降低，从而减轻污染物危害。其中的电动修复法应用较为广泛。电动修复法指的是在土壤上施加直流电压，导致土壤中的污染物在电场作用下进行电迁移、电渗流和电泳等，通过电场在电极附近由溶液导出污染物，并与离子交换、生物降解等方法结合，以实现污染土壤的修复。另外一种新的非均匀电动力学修复技术刚刚在清华大学实验完成，它比传统的电动修复法对土壤的PH和水分的影响范围和程度小。

4.1.2 化学修复法

化学修复是通过向土壤中加入固化剂、有机质、化学试剂等，改变土壤的PH和Eh等理化性质，经还原、沉淀、吸附、螯合络合等作用来使污染物毒性去除或降低的修复技术。化学修复主要涵盖了以下几个技术类型：

（1）化学淋洗技术

借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力推动清洗剂，将其注入到污染土层中，然后再把含有污染物的液体抽提出来，进行分离或污水处理。清洗剂可以是水或者含有一定助剂的溶液，一般要求清洗剂要能再生并重复使用。

（2）溶剂浸提技术

利用毒性相对较小的有机溶剂提取毒性大、其他方法难以处理的污染物，一般是有机污染物。

（3）化学氧化修复技术

主要通过氧化，使一些污染物转化成低毒的存在形态，主要氧化剂有KMnO4、H2O2、O3等。

（4）化学还原与还原脱氮技术

一般利用还原剂使污染物还原成难溶态，使其迁移和生物可利用性降低。

（5）土壤性能改良修复技术

4.1.3 生物修复法

生物修复是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物质浓度或使其无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分或完全的恢复到原始状态的过程。通常的做法是将被污染的土壤挖出，在地面上进行微生物堆放，在合适的温度及营养物质的条件下促进微生物繁殖，降解有机物从而达到降低污染的目的，它主要包括以下四个方面：

（1）微生物治理技术

微生物对重金属有很强的吸附性，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，或被轻度螯合生物多聚物上。有些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某些藻类，能够产生胞外聚合物多糖、糖蛋白等大量阴离子基团，与重金属离子形成络合物。但微生物络合物形成后易被动物和植物吸收，再次危害人类健康。

（2）动物治理技术

利用土壤中的某些低等动物如蚯蚓和鼠类吸收土壤中的重金属，但蚯蚓吸收后有可能在释放回土壤，鼠类对庄稼又有害。

（3）菌种技术

在土壤中菌根极其庞大的菌丝体网可以分泌大量的生物化学物质，改变植物根基环境及重金属的存在状态，还可以通过植物体内累积以及菌根真菌菌丝体的螯合等机制，实现修复土壤的目的。虽然菌根技术具有其独特的优势，但不是所有植物都能形成菌根，而且形成的菌根类型又受环境影响较大，因而应用受到限制。

（4）植物修复技术

植物修复技术是目前最热门的技术，它利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染物，以达到修复目的。目前植物修复主要有三种方式：植物提取、植物挥发和植物固定。植物修复与前两种修复方法相比，因其经济、绿色、清洁及不会造成“二次污染”而具有良好应用前景，但现在发现的许多超级累植物通常生长缓慢、植株矮小、地上生长量小、富集种类单一，且耗费时间久，极大限度的限制了它们的实际应用。目前植物修复、菌根、微生物三种技术的配合使用逐步受到重视。

4.2 各技术的应用优势和局限性

以上介绍的土壤污染修复技术都有各自的的优势和局限性，它们的特点、适用的主要污染类型。

虽然土壤的修复技术很多，但没有一种修复技术可以针对所有污染土壤。相似的污染状况不同的土壤性质、不同的修复需求，也会限制一些修复技术的使用。另外，大多数修复技术对土壤或多或少带来一些副作用。

5、展望

由于土壤污染的严重性及其修复难度，以及对污染土壤的修复技术的迫切性和需要，污染土壤修复已成为当今环境科学研究的热点与极具挑战性的领域。近二十多年来，美国、德国、荷兰等国家先后投入大量人力、财力，深入开展了土壤污染研究。与国外相比，我国对土壤污染的修复研究起步较晚，但近几年反展很快。砷、铜、锌等重金属和POPs污染土壤的植物修复取得许多研究成果。王国栋等培育了能分泌漆酶和转化三氯苯酚的转基因植物，并建立了三氯苯酚等有机污染物体外植物修复的生物技术；何玉科等从植物分离出多种有生物转化和降解能力的基因，培育了富集汞和抗有机汞的转化基因烟草；陈同斌等从植物上分理出砷代谢基因；这些成果为今后深入研究污染土壤植物修复、植物和微生物联合修复技术，以及尽快建立使用规模的土壤污染控制和修复工程提供了良好的理论基础和技术支持。