利用化学试剂(石灰、沸石、钙镁磷肥、硅肥等碱性肥料及重金属钝化剂等)有效降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性,促使土壤中的重金属元素转化为难溶物,从而降低它们进人植物体、微生物体和水体的能力,减轻他们对生态环境的危害]。用化学方法治理重金属污染土壤,其治理效果和费用都适中,对污染不太重的土壤特别适用,但需加强管理,防止重金属再度活化。

农业方法是因地制宜地调整一些耕作管理制度,在重金属污染土壤中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,或增施能够固定重金属的有机肥等措施来降低土壤重金属污染,从而改变土壤中重金属的活性,降低其生物有效性,减少重金属从土壤向作物的转移,达到减轻其危害的目的,主要包括控制土壤水分、养分、pH值、氧化还原状况及气温、湿度等生态因子,改变耕作制度、调整作物种类、合理施用有机肥等。农业方法和措施具有费用低、实施方便、无副作用等优点,但周期长、效果不显著,应与生物措施、改良剂措施配合使用,适于中、轻度污染土壤的治理。

综合运用现代生物技术,使土壤的有害污染物得以去除,土壤质量得以提高或改善,主要包括植物修复、微生物修复、动物修复等三种方法。

植物修复技术是一种以植物忍耐和超量富集某种污染物的理论为基础,利用自然生长或遗传工程培育的植物及其共存微生物体系,清除污染物的一种环境治理技术,主要由植物稳定技术、植物萃取技术、植物挥发技术、根际过滤技术四部分组成,由于根际过滤技术更多应用在水体污染修复之中,故主要介绍前三种方法。

①植物稳定技术指利用植物根际的一些特殊物质,使土壤中的污染物转化为相对无害物质的一种方法。适用于固化污染土壤的理想植物应是一种能忍耐高含量污染物、根系发达的多年生常绿植物。这些植物通过根系分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程可使污染物惰性化。由于污染物仍留在原地,也存在风险,因此该技术只能作为对污染物的暂时处理方式。

②植物萃取即植物提取,是指种植一些特殊的植物,利用其根系吸收受污染土壤中的有毒有害物质,并将其转移至植物的地上部,最后通过收割地上部物质的方式带走土壤中的污染物。该技术最适合浅层且污染程度较低的土壤修复。这种技术要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点,还要具备富集多种重金属的能力。

目前已发现有500 多种植物可以超积累各种重金属,广泛分布于植物界的45 个科,如印度芥菜和向日葵可大量积聚Pb、As、Hg、Cr、U、Ce、Zn 等重金属;香蒲植物、绿肥植物天叶紫花苕子对Pb 具有超耐性,羊齿类铁角蕨属植物对Cd 有超耐性;黄颌蛇草对土壤中Hg 的去除率可达到41 % 。可用于修复我国金属矿区重金属污染土壤的一些典型超积累植物见下表。

            表1 　超积累植物总最大金属含量mg/ kg

③植物挥发技术是利用植物根系分泌的一些特殊物质,使土壤中的汞、硒转化为挥发形态以去除污染的一种方法。该技术只是将污染物从土壤中经植物转移到大气中进行稀释,因此仍存在一定的风险。该技术与植物稳定技术类似,区别在于该技术将污染物迁出土壤,而植物稳定技术只是将其转化为相对环境友好的形态。

综上所述,植物萃取技术在重金属污染修复技术中具有重要地位,也是最有应用前景的。植物修复的主要优点是绿色净化、经济有效、处理设施简单、适合大规模的应用、利于土壤生态系统的保持、对环境扰动小、美化环境等 。

利用土壤中某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用,把重金属离子转化为低毒产物,从而降低土壤中重金属的毒性。

利用土壤中某些动物(如蚯蚓、鼠类等)能吸收重金属的特性,在一定程度上降低污染土壤中重金属含量,达到动物修复重金属污染土壤的目的。

生物修复技术与其它治理重金属污染的技术相比,设施较简便、投资较少、无二次污染,但是治理效率低,如超累积植物通常都矮小、生物量低、生长缓慢且周期长,不宜治理重污染土壤,污染物可能通过落叶重新回到土壤中去,进一步降低修复污染的效果。现今植物修复技术更具有广阔的市场,而微生物修复技术及动物修复技术使用得较少。

各种矿山污染土壤都有其特点和适应性,应根据污染的实际和当地的情况慎重选择修复方法,也可采用几种修复技术相结合的方法。

    矿区特别是尾矿库的土壤受到重金属污染,其修复问题已非常迫切。物理、化学等方法对于矿山土壤的修复存在耗能、耗钱、对土壤结构损害较大等缺点,从保护生态环境出发,这些方法均对矿山生态环境的恢复作用不明显,而植物修复成本较低,可以稳定土壤、控制污染、改善景观、减轻污染对人类的健康威胁,所以在修复矿山土壤重金属污染的过程中,越来越多的国家、企业选择使用植物修复技术。不过在选择植物的时候需要注意以下几个方面: (1)选择播种容易、种子发芽力强、苗期抗逆性强、易成活的植物;(2)根据矿山废弃地的土地条件,选择根系发达、能固土、固氮和有较快生长速度的植物; (3)矿山废弃地的水肥条件恶劣,重金属等有毒有害物质的含量高,对有毒有害物质耐受范围广的树种。

尽管植物修复技术在土壤重金属污染中得到广泛的应用,但在植物修复技术的基础性研究方面的工作仍有待加强:寻找、筛选和培育对重金属具有超积累能力的植物;如何将能使植物生物量增大、生长加快和生长周期缩短的基因转移到超积累植物中,并使之得到相应的表达,使其不仅能克服自身的生物学缺陷,而且能保持原有的超积累特性,提高植物修复重金属污染土壤的效率;如何通过应用化学试剂(如络合剂) 、微生物或土壤改良剂、酸碱调节剂等增加目标重金属的生物有效性,提高植物吸收速率;如何采取合理种植、科学施肥、深耕等耕作管理措施与技术,提高植物生物量或增加收割次数,从而提高植物修复的效率。

近年来,我国金属矿业迅速发展,所造成的重金属污染日益加剧,植物修复技术的研究更具有广阔的市场,并逐步走向商业化,同时我国有广袤的国土、丰富的资源、复杂多样的地理条件,蕴藏着大量超富集植物,为我国开展有关植物修复技术的研究提供了良好的基础。

 

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