（环境科学专业论文）edta辅助矮串红、二月兰分别修复cd、pb污染土壤的研究.pdf

4 0 m g k g c d + 1 0 m m o l k g e d t a 是一个最佳的土壤重金属植物修复模式。 ( 1 ) 二月兰对土壤p b 污染具有一定的耐性。当外援p b 的浓度比较低时，二月兰的 生长明显受到促进，随着外援p b 的浓度的升高，这种促进作用慢慢变为抑制作用。影 响了二月兰的生长。当外援p b 的浓度太高时，会对二月兰植株产生明显伤害，表现为 植株细小、叶片发黄脱落等症状。本实验证明，5 0 0 r a g k g 是二月兰受p b 毒害的临界值 ( 2 ) 未使用e d t a 时二月兰对p b 的吸收情况：随着土壤中p b 添加量的增加，二月 兰根部和地上部的p b 含量也逐渐增加，并且根部含量大于地上部。但由于p b 的增多， 毒性的增强，扰乱了植物的正常生长机制，使其富集系数一直下降。低水平的 p b ( 3 0 0 m g k g ) 能够刺激二月兰对p b 的转运，使其转运系数升高。但当p b 的添加量太高 时，其对p b 的转运系数转为下降趋势。 ( 3 ) 加入螯合剂e d t a 后，活化了重金属，增加了地上部和根部含p b 量，同时二 月兰对p b 的转运效率也提高了，在高浓度p b 的添加水平( 5 0 0 m g k g ，1 0 0 0 m g 他) ) 上使 用较高浓度的e d t a ( 6 m m o l k g ，1 0 m m o l k g ) 时，二月兰的转运系数提高的幅度比较大， 对二月兰来说5 0 0 m g k g p b + 1 0 m m o l k g e d t a 是一个最佳的土壤重金属植物修复模式。 关键词：铅，铬，矮串红，二月兰，e d t a i i a bs t r a c t n i sp a p e ri n i t i a l l yr e s e a r c hs u r f a c es o i lo f8u n i f o r m so fx i n x i a n gc i t y , u s i n gf - a a sd e t e r m i n et h e v o l u m eo fp b ，c d , c u ，z ni nt h es o i l ，a n du s i n gs i n g l e f a c t o rp o l l u t i o ni n d e x ，n e m e r o wc o m p r e h e n s i v e p o l l u t i o ni n d e xa n dt h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xa n a l y z at h ed a t a ，t h e ng e tt h ed i s t r i b u t i o no ft h e s e s e v e r a lh e a v ym e t a le l e m e n t s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo r d e ro ft h ea c c u m u l a t i o ns t r e n g t ho fx i n x i a n gc i t y w e r ec d z n c u p b ，c d , z n ，c ui nt h es o i li ne a c hp l o tw o r eg r e a t e rt h a nt h ea v e r a g em a s sf r a c t i o no f s o i lb a c k g r o u n dv a l u e si nh e n a np r o v i n c e ，p bp r e s e n ti nt h ee n r i c h m e n to fi n d i v i d u a lc e l lp h e n o m e n o n ，c d z na c c u m u l a t i o ni nt h ed i s t r i c to fg r e a t e ri n t e n s i t y , c dp o l l u t i o ni na l l8q u a r t e r sh a v er e a c h e dav e r yh i g h l e v e l ；t h eo r d e ro fp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xi nx i n x i a n gc i t ya r e ai sc d c u p b = z n c ds i n g l e p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xi na l lo ft h ed i s t r i c ti sm o r et h a n8 0 ，t h ed e g r e eo fp o l l u t i o ni sh i g h ，t h e p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xo fs o i la r e ao fx i n x i a n gc i t yi sm o r et h a n12 0 ，a r ea th i g hr i s kl e v e l s s e c o n d ，t h ep o te x p e r i m e n ti nt h el a b o r a t o r yt os i m u l a t et h ec d ，p bs i n g l ep o l l u t i o nw i t c hw e r et w o s e r i o u sp o l l u t i o nf a c t o r si ns u r v e y p u td i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fe d t ai nd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fc d p bc o n t a m i n a t e ds o i l ，p u tr e dd w a r fs e r i e sa n db l u ef e b r u a r yi nt h e s es o i l ，t h eg r o w t ha n da b s o r p t i o n ， t r a n s p o r t ，a c c u m u l a t i o no fc d ，p bf o rr e dd w a r fs e r i e s ，b l u ef e b r u a r yw e r ea n a l y z e d ，f i n dt h eb e s tl o wf o r r e dd w a r fs e r i e sa n db l u ef e b r u a r yt or e m e d i a t ec o n t a m i n a t e ds o i l t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) r e dd w a r f s e r i e sh a v es o m ep a t i e n c ef o rs o i lc dp o l l u t i o n w h e nt h ea i do f c di sr e l a t i v e l yl o w , t h e g r o w t ho ft h er e dd w a r fs e r i e sw a sb e i n gp r o m o t e d ，a st h ea i do fc di n c r e a s e d ，t h ep r o m o t i o ng r a d u a l l y “ b e c o m e si n h i b i t o r y i th a v eb a de f f e c to nr e dd w a r fs e r i e s g r o w t h h e na i do fc di st o oh i g h t h ep l a n t s w i l lb es i g n i f i c a n td a m a g e 。e x p r e s s e da sp l a n th e i g h tl o w , l e a fc h l o r o s i sl o s sa n do t h e rs y m p t o m s t h i s e x p e r i m e n tp r o v e dt h a t ，4 0 m g k gi st h r e s h o l do fr e dd w a r fs e r i e s ( 2 ) w h e nn o tu s i n ge d t ar e dd w a r fs e r i e s a b s o r p t i o no fc d ：w i t ht h ea d d i t i o no fc di n s o i “n c r e a s e d c dc o n t e n ti nr o o ta n ds h o o to fr e dd w a r fs e r i e si n c r e a s e d ，a n dt h er o o tc o n t e n ti sm o r et h a ns h o o t b u t w h e nt h ea d d i t i o no fc de x c e e d s2 0 m g k g ，c dc o n t e n ti ns o i lg r o w i n g ，t o x i c i t yg e t t i n gs t r o n g e r , s ot h a ti t s t r a n s p o r t i o no fc dw a si n h i b i t e d ，i t st r a n s p o r tc o e f f i c i e n tr e d u c e ( 3 ) a f t e ra d d i n ge d t a ，t h eh e a v ym e t a l sh a v eb e e na c t i v a t e d ，i m p r o v ei t se n r i c h m e n tc o e f f i c i e n to n t h em i d d l ea n dl o wc dc o n t a m i n a t e ds o i lo fc d w h i l ei t st r a n s p o f te f f i c i e n c yo fc dh a v eb e e ng r e a t l y i m p r o v e d ，a n dp r o m o t ei t st r a n s p o r to fc df r o mr o o tt ot h es h o o t b u tt h ea d d i t i o no fh q , hc o n c e n t r a t i o n so f c dl e v e l ( 8 0 m g k g ) o nt h eu s eo fh i g h e rc o n c e n t r a t i o n so fe d t a ( 6 m m o l k g ，lo m m o l k g ) ，d u et ot h e c o n c e n t r a t i o no fe d t aa n dh e a v ym e t a l sa r et o oh i g h ，t h et o x i c i t yt op l a n t si sm a x i m u m ，a f f e c t i n gt h e n o r m a lo p e r a t i o no fp l a n tf u n c t i o n s t h et r a n s f e rc o e f f i c i e n td e c r e a s e d t os u mu p ：4 0 m g k g c d + 10n u t i o l k g e d t ai so n eo ft h eb e s tm o d eo ft h eh e a v ym e t a lp h y t o r e m e d i a t i o nf o rr e dd w a r fs e r i e s ( 1 ) b h ef e b r u a r yh a v es o m ep a t i e n c ef o rs o i lp bp o l l u t i o n w h e nt h ea i do fp bi sr e l a t i v e l yl o w , t h e g r o w t ho ft h eb l u ef e b r u a r yw a sb e i n gp r o m o t e d ，a st h ea i do fp bi n c r e a s e d ，t h ep r o m o t i o ng r a d u a l l y b e c o m e si n h i b i t o r y i th a v eb a de f f e c to nb l u ef e b r u a r y sg r o w t h w h e na i do fp bi st o oh i g h ，t h ep l a n t s w i l lb es i g n i f i c a n td a m a g e ，e x p r e s s e da sp l a n th e i g h tl o w , l e a fc h l o r o s i sl o s sa n do t h e rs y m p t o m s t h i s e x p e r i m e n tp r o v e dt h a t ，5 0 0 m g | k gi st h r e s h o l do fb l u ef e b r u a r y ( 2 ) w h e nn o tu s i n ge d t ab l u ef e b r u a r y 8a b s o r p t i o no fp b ：w i l ht h ea d d i t i o no fp bi ns o i li n c r e a s e d 。 p bc o n t e n ti nr o o ta n ds h o o to fb l u ef e b r u a r yi n c r e a s e d ，a n dt h er o o tc o n t e n ti sm o r et h a ns h o o t s i n c et h e i n c r e a s eo fp b ，t o x i c i t yi n c r e a s e d ，d i s r u p t i n gt h en o r m a lg r o w t hm e c h a n i s mo fp l a n t s ，i th a sb e e nd e c l i n i n g e n r i c h m e n tf a c t o r l o wl e v e l so fp b ( 3 0 0 m g k g ) c a ns t i m u l a t et h et r a n s p o r to fp bi nf e b r u a r yo nt h eb l u e ， l l i s ot r a n s f e rc o e f f i c i e n ti n c r e a s e d b u tw h e nt h ea d d i t i o no fp bi st o oh i g h ，t h ec o e f f i c i e n to nt h et r a n s p o r to f p bi i l t od e c l i n e ( 3 ) a f t e ra d d e de d t a ，t h ea c t i v a t i o no ft h eh e a v ym e t a l s ，t h ea m o u n to fo fp bi ns h o o t sa n dr o o t s i n c r e a s e d ，w h i l et h et r a n s p o r te f f i c i e n c yf o rp bo fb l u ef e b r u a r ya l s oi n c r e a s e d ，t h ea d d i t i o no fh i l g h c o n c e n t r a t i o nl e v e l so fp b ( 5 0 0 m g k g ，1 0 0 0 m g k g ) o nt h eu s eo fh i g h e rc o n c e n t r a t i o n so fe d t a ( 6 m m o l k g ，10 m m o l k g ) ，t h eb l u ef e b r u a r y st r a n s p o r tc o e f f i c i e n ti n c r e a s e dr e l a t i v e l yl a r g e t 0b l u e f e b r u a r y5 0 0 m g k g p b + 1 0m m o l k g e d t ai so l l eo ft h eb e s tm o d eo ft h eh e a v ym e t a lp h y t o r e r n e d i a t i o n k e yw o r d s ：l e a d , c h r o m i u m ，s h o r t s t r i n g so f r e d ，b l u ef e b r u a r y , e d t a 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀t 匕 环境污染的问题在世界范围内已经越来越严重，环境保护作为一项重要课题近年来 已经在全世界范围内受到密切关注。经济全球化，工业，农业的迅速发展使得环境问题 日益突出。工业“三废 和机动车尾气的排放增多，再加上污水灌溉及农药、化肥和除草 剂的频繁使用，人类的这些行为严重地污染了土壤、水质和大气。人类的生存与环境密不 可分，环境受到有毒有机物和无机物的污染后，反过来会作用于人类，对人类的生活、健 康产生重大的影响。在众多的环境污染物之中，重金属作为一种重要的环境污染物，己 成为环境污染的一个重要因子。土壤重金属污染对植物的影响现已受到广泛关注【l 】。重 金属的密度一般在在5 0 9 c m 3 以上，砷和硒等虽不满足此条件，但因为其毒性及性质与 重金属相似，所以也被算作重金属。重会属不但包括h g 、c d 、c r 、p b 、a s 等具有显著 毒性的金属和类金属，还包括z n 、n i 、c u 、f e 、c o 等基本无毒的生物体必须的金属， 因为它们一旦过量同样会对生物体造成伤害。目前规定的重金属大约有4 5 种。目前h g 、 c r 、c d 、c u 和a s 等重金属污染已引起人类广泛关注【2 1 。土壤中的重金属通过径流污染 地表水，通过淋洗渗滤污染地下水，被植物吸收后在植物体内大量积累并进入食物链， 引起植物生长缓慢、生育期推迟、产量降低，并危及人类健康。1 9 7 2 年联合国在人类环 境会议上提出“只有一个地球”的口号，提醒人类保护自己的家园。大会发表的人 类环境宣言中宣告：“维护和改善人类环境已成为人类的一个紧迫目标。”“为了 在自然界里得到自由，人类必须在与自然合作的情况下利用知识，建设一个良好的 环境。” 1 1 土壤重金属污染的来源 土壤重金属污染的来源很广，很复杂，主要有农业和工业两大方面，农业方面主要 是农药、污灌、化肥、垃圾、粉煤灰、城市污泥等引起的，工业方面主要是由于化工、 采矿、冶炼、电镀、制革、电子等工业生产引起的。具体可以分为： e d t a 辅助下矮串红、= 月兰分别修复c d ，p b 污染土壤的研究 1 1 1 污水灌溉 由于我国水资源紧缺，污水灌溉不仅能节省用水还可以节省费用，所以有些地区常 用污水进行灌溉。用于灌溉的污水一般有生活污水，工业污水和两者的混合污水。如果 但用生活污水进行灌溉，不但节省资源也不会引起土壤重金属污染，因为居民生活中基 本不会产生任何的重金属污染，但由于某些工矿企业把关不严，把产生的污水直接与生 活污水混合排放，其中的一些有毒优化物质如重金属等也一并进入了水中，这就造成污 灌区土壤中h g 、a s 、p b 、c r 、c d 等重金属含量逐年增加【3 】。自6 0 年代起，因为我国北 方地区相对来说比较缺水，所以污灌这种方式比较普遍，我国北方污灌面积约占全国总 污灌面积的9 0 ，且仍在不断扩大中【4 1 。太原污灌区的p b 、c d 、c r 经过多年的积累， 含量已经远远超过当地背景值【5 】；淮阳污灌区土壤中的h g 、c d 、c r 、a s 、p b 等重金属 已超过警戒限，出现了累积现象【6 1 ，同时由于我国辽宁省沈阳郊区由于长期污灌，镉含 量明显超标，引起了当地人群的人均镉摄入量达到了3 5 2 7 6 5ug d 的水平，明显超出 了最高允许限量值，这就使当地人镉中毒的原因。同时，我国其他污灌区也存在或多或 少的重金属含量超标的问题【1 7 1 。 1 1 2 固体废弃物污染 固体废弃物也会产生重金属污染，主要指工业生产中的固体废弃物，此类废弃物成 分复杂，种类繁多，产生的污染也比较复杂，产生污染的程度不一。此类污染最主要来 自矿业和工业固体废弃物。因采矿活动后产生的未经治理的尾矿、废石堆、采矿区固体 废弃物中含有大量重金属，此类物质与周围环境经过长年的的物理、化学作用进入周围 土壤，引起周围土壤肥力下降、农作物减产。尾矿一般呈酸性，含有大量的重金属离子， 极易通过地表水的搬运与地下水的流动而进入水体，引起水污染。这类废弃物中的重金 属可以通过同晒、雨淋、水沈等方式进行迁移，其往往以辐射状、漏斗状向四周以及深 层的土壤、水体扩散，造成土壤重金属污染。通过对南京市典型工业企业周围住宅区土 壤中重金属调查发现，多种重金属元素的含量明显高于当地背景值，存在一定程度的 富集现象 8 1 ；杭州铬渣堆放区、武汉市垃圾堆放场附近土壤中多种重金属如c d 、h g 、 c r 等都存在一定程度的在富集现象【9 】；自1 9 7 1 年丌始，沈阳冶炼厂炼锌过程中产生的 矿渣就堆放在一个洼地场所，其中主要含z n 和c d ，其浸入液目前已扩散到距离堆放场 2 第一章绪论 7 0 0 米以外的范围且z n 、c d 含量均远远高于当地土壤背景值【1 伽。湘江流域富含重金属， 很多越练化工企业分布于此，由与常年的不合理开采和存放，使湘江成了我国污染最为 严重的河流之一，并且还有进一步恶化的趋势1 。 1 1 3 农用物资影响 农药、化肥和地膜等农用物资对农业来说势必不可少的，它们对农业的发展起着重 大的推动作用，可是长期不合理施用，同样会导致土壤重金属污染。个别农药成分中含 有h g 、c u 、a s 、z n 等重金属，所以生产中须适量、科学地使用农药，否则将会造成土 壤重金属污染。肥料的生产离不开矿物质，而矿物质的成分很复杂，以磷肥为例，一般 磷肥的成分中含有较多的重金属，过度使用或不合理使用都会造成土壤重金属污染。一 般情况下氮、钾肥料中含有相对较少的有害重金属，而磷肥中有害重会属的含量较高。 对上海地区菜园土地，粮棉地施肥后，h g 含量从o 2 2 上升到0 3 9 ，c d 含量从0 1 3 4 增 加到o 3 1 6 u 2 1 。随着农业的发展，为了提高产量，人们大量的使用地膜覆盖，由于管理 不善造成了大量的白色污染，并且地膜中含有稳定剂，稳定剂中c d ，p b 是主要成分， 地膜的无法回收也就增加了土壤重金属的污染【l3 1 。 。 1 1 4 矿山开采和冶炼 金属矿山的开采冶炼过程中产生的废水可以进入土壤，直接造成土壤重金属的污 染，重会属尾矿、冶炼废渣的堆放，可以随降雨问接造成土壤重金属污染，冶炼过程中， 重金属主要是以烟尘沉降方式对周围土壤产生污染，污染范围比较广，离冶炼区越远， 污染越小，土层深度越深，污染减小。土壤中的p b 、z n 主要集中在土壤的表层，较难 向下迁移，而c r 的下层与上层含量相近，迁移能力强【1 4 】。安徽铜陵尾矿区及其周边土 壤环境受到不同程度的c u 、z n 、p b 、m n 污染，距离尾矿库口越近，污染程度越重【1 5 】。 对西藏当雄拉屋矿区污染土壤进行研究表明矿区土壤各重金属元素质量分数均高于对照土 壤，从随着距离矿区越来越远，土壤重金属污染程度逐渐减轻，矿区土壤均受到不同程 度的铜铅锌复合污染【m 】。 堆放的废渣通过地表径流和降水污染废渣下方的土壤，废渣土壤中重金属含量大 大低于冶炼废渣，但一般情况下仍大大超过土壤背景值。矿山废水大部分被排入河流， 其污染范围一般在矿山周围或河流下游，且一般随距离增加重金属污染逐渐降低，这是 e d t a 辅助下矮串红、二月兰分别修复c d ，p b 污染士壤的研究 由水体自净或是重金属元素迁移能力的减弱所致，进入河流的重金属大部分转入固相， 与悬浮物和沉积物相结合，所以河流沉积物不但是重金属的重要载体，还是重要的重金 属二次污染源。废渣中的重金属含量大，释放时间长，其含量随着堆放时间增长而降低， 对环境构成威胁。流域重金属污染有一定的季节性，一般枯水汽高于丰水期，同时还和 流速有关，重金属含量和流速呈负相关【1 7 1 。 1 1 5 大气沉降 大气降尘，是城市污染的主要内容之一，其值已作为我国空气质量的指标之一【1 8 】。 近几年，大气降尘已引起人们的普遍关注，其中的重金属主要来自工业生产，汽车尾气 排放及汽车轮胎磨损产生的大量的含有重金属的有害气体和粉尘，同时城市垃圾焚烧产 生的飞灰也会啊带来重金属污染。工业排放的降尘产生的重金属主要锌、铅、铜这三种。 此类降尘多成核心分布，因为携带有重金属的降尘迁移能力有限，迁移距离很短，随着 距离的增加污染逐渐减弱，南京某生产铬的重工业厂铬污染叠加已经超过当地背景值的 4 4 倍，污染以车间烟囱为中心，范围达1 5 k m 2 ，污染范围最大延深下限达1 3 8 k m 1 9 1 。 淄博市是重工业城市，化工企业比较多，工业区大气降尘中的重金属含量很高，这些降 尘由于风的输送对周边几个居民区人民的生活质量影响很大，超出当地背景值5 6 倍【2 0 1 。 公路、铁路两侧土壤中的重金属污染一般也是由于大气降尘引起的，其中主要以p b 、 z n 、c r 、c d 、c o 、c u 的污染为主。p b 是机动车排放的特征污染物之一，含铅汽油的燃 烧是城市铅污染的一个重要来源，同时汽车轮胎磨损会产生含z n 粉尘，汽车轮胎添加 剂中使用的锌也导致城市土壤的锌污染。交通密集公路带土壤中重会属的含量均显著高 于交通非密集区域土壤中的重金属含量，此类污染强度以公路，铁路为轴向两侧逐渐减 弱，且多呈条带状分布，并会随着时间的推移而逐渐叠加。在宁连一级公路淮阴段两侧 的土壤中p b 的含量较高，向公路两侧逐渐降低，且在地表0 - 3 0 c m 的范围内p b 的含量 最高【2 l 】。在法国索罗捏地区a 7 1 号高速公路沿途重金属以铅、锌、铬的污染严重，其 离子浓度超过当地土壤背景值2 8 倍，而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7 2 6 倍1 2 引。 所以，要解决大气降尘中重金属污染的情况，必须大力开展相关企业的废气治理工作， 减少废气、烟尘的排放，严格控制机动车尾气排放及尾气超标车辆的强制整改和报废等 措施。 4 第一章绪论 1 2 土壤重金属污染的特点 1 2 1 土壤重金属污染的隐蔽性和滞后性 土壤污染不像水和大气污染那样比较容易发现，土壤污染有它本身的特点，要发现 土壤的土污染则没有那么简单，要通过对土壤样品处理分析后，侧土壤中重金属含量和 其他相关指标，有时还需要对农作物进行分心，由此判断土壤是否受到污染及所受污染 的程度。土壤重金属污染是一个积累的过程，不是第一时间就能被发现的，从污染开始 到被发现需要很长时间。1 9 3 1 年发生在日本的“痛痛病 就是在发病l o 多年之后才被 人们所认识【2 3 1 。 1 2 2 土壤污染的不可逆转性 土壤受到污染后，他需要很长时间的治理，因为化学物质的降解一般需要很长的时 间，有时为了彻底消除污染物对环境的破坏甚至要1 0 0 多年时洲2 4 1 。所以，从某种意义 上来说，重金属对土壤的污染是一个不可逆转的过程。 1 2 3 土壤重金属污染的累积性和地域性 重金属污染物在土壤中很难迁移，使得污染物质在土壤中的扩散和稀释很困难，所 以污染物质就在土壤中不断积累，土壤环境受到了污染。土壤污染也就具有了很强的地 域性。 1 2 4 土壤重金属污染的难治理性 土壤污染发生后不能行大气一样仅靠切断污染源或通过稀释净化就能很大程度的 减轻污染，使污染得到有效处理。由于重金属在土壤中难以迁移同时土壤的自净作用相 当有限，此时，人们不得不采用一些人工措施进行治理，一般有填埋封装、换土法、热 处理法、投加试剂法等，但此类方法直立起来相当复杂，难以操作，治理成本高，治理 周期长【2 5 1 。 5 e d t a 辅助下矮串红、二月兰分别修复c d ，p b 污染土壤的研究 1 3 土壤重金属污染的危害 1 3 1 对土壤结构和功能的影响 大多数重金属进入土壤后会很稳定，很难进行迁移扩散，也就很难进行物质循环同 时也无法能量交换，它们会恶化对土壤的理化性质，改变土壤的生物群落结构，大量实 验证明，被重金属污染的土壤，其生物群落的多样性会大大降低，土壤酶活性也被大大 抑制。 在尾矿区，土壤重金属污染对矿区土壤酶活性产生了抑制作用，土壤酶的活性与土 壤中微生物的活动密切相关，重金属的存在抑制了土壤中微生物的生长和繁殖，使其酶 的合成和分泌受阻，最后导致土壤理化性质改变，活性下斟2 6 1 。同时，土壤中重金属达 到一定浓度后，很多种细菌等是无法生存的，这使得土壤中微生物种群明显减少，生物 多样性降低，在矿区土壤中，土壤重金属质量分数与细菌、放线菌数量呈明显的负相关 关系【2 7 1 。 1 3 2 对植物的影响 重金属进入植物体后，会产生一些有毒物质，该物质会对酶和植物代谢产生负面影 响。进而伤害植物。在重金属胁迫下产生的乙烯，过氧化氢等能够对植物产生直接伤害， 镉与羟基氨基酸和蛋白质的结合引起氨基酸蛋白质的失活，甚至导致植物的死亡【2 8 】：汞 在好氧微生物作用下形成的甲基汞是脂溶性的，在厌氧微生物作用下会形成二甲基汞，都 很容易被植物吸收，所以汞在低浓度时会使作物减产，在浓度较高时会令作物死亡【2 9 】。 适量的c u 不但可以维持植物正常的生理代谢还能提高植物的产量，过量的c u 反而会 伤害叶绿素，不利于植物的光合作用和呼吸作用【3 0 】。镉会损伤植物的根部，抑制植物对 水分的吸收，抑制植物的蒸腾作用和光合作用【3 1 1 。张义贤等【3 2 】丌展的重金属对大麦毒性 研究表明，低浓度重金属对种子萌发率的影响较小，随着浓度的增加，种子萌发率逐渐 降低，随着重金属处理时间的延长，幼苗根的生长速率递减。王新等【3 3 】人开展的重金属 复合污染研究表明，重金属复合污染影响了作物的生长发育，使得水稻株高、粒重及产 量与对照相比有所降低。重余属污染多为复合污染，在一定浓度条件下，对作物的影响 更为复杂。 在我国，由于重金属污染而引起的粮食减产达每年1 0 0 0 万吨，直接经济损失达到 6 第一章绪论 1 0 0 多亿元【3 4 1 。 1 3 3 对人体的危害 土壤中的重金属一般会通过食物链进入人体，影响人体健康。如镉对人体组织和器 官的毒害是十分严重的，其最主要的损伤器官是肾脏，同时还会造成骨质疏松，萎缩， 变形等病症，还会致癌，致畸【3 5 】。由于汞的扩散性和脂溶性，使其容易有呼吸道进入人 体通过血液对人的大脑产生损伤，同时还会随血液进入人体其他器官，最主要是对人体 神经器官产生损害，日本的公害病水俣病就是甲基汞慢性中毒所致【3 6 1 。铅对人体有害， 可引起术梢神经炎，运动和感觉障碍，严重时甚至会造成脑贫血引发弥漫性脑损伤，砷 及其化合物进入人体后，会在人体的肝，肺，骨骼等部位蓄积，引起慢性中毒j 表现为 末梢神经炎和神经症候群【3 7 】。 陕西省华县龙岭村，面粉中镉的含量超出国家标准1 1 6 倍，铅超标2 1 9 8 倍；芹菜 中汞，镉，铅，铬，砷全部超标，其中，汞超标1 6 倍，铅超8 3 1 5 倍，属于严重污染和 特级污染，现在该村已成一个癌症村，经查明，砷，铅污染是致癌的主要原因【3 3 1 。通过 对河南，山西等地食道癌高发区研究发现，病区土壤中的铜、锌、钒等元素的量普遍较 高【3 9 】。 1 4 土壤重金属污染的预防与治理 1 4 1 土壤重金属污染的预防 由于土壤重金属的污染具有潜伏期比较长、累积性和隐蔽性强等特点，且处理工程 量大，因此应当防治结合才能达到目的，建议具体措施如下： ( 1 ) 进行土壤调查并构建监测网【删。建立分级评价标准，将实际浓度值转化为无 量纲标准，直观的对重金属污染程度做出评价，借助一些现会工具进行随时实地监测， 拿到第一手材料，同时借助据算计网络平带进行数据共享。 ( 2 ) 源头控制土壤重金属污染【4 0 】。控制农药和化肥的使用，减少其种类，加强管 理；在制订污染物排放标准加强对工业三废排放量的管理，限制随意排放。 ( 3 ) 改良土壤结构提高抵抗能力【4 0 1 。通过改变土壤的组成及结构，也就从基本上 对重金属污染起到了预防作用，通过改变土壤的p h 能够打破这种平衡，使更多的重金 7 e d t a 辅助下矮串红、二月兰分别修复c d ，p b 污染土壤的研究 属解吸后进入土壤溶液而被植物所吸收，如降低土壤的p h 可以使溶液中的h + 增加，这 时土壤中的z n + 等阳离子就能与h + 进行交换而从土壤胶体中释放出来，在污染土壤中添 加有机废弃物可以取得一举三的的目的，首先一般废弃物中有机废弃物较多，这可以把 比较贫瘠的土壤变得肥沃，省掉了化肥的使用，同时又不用花费费用和精力在处理这些 有机废弃物上面，最后这些有机固体废弃物和废液还能促进植物修复效率的提高，土壤 费力提高了，修复植物的生长条件更为优越，促进了修复植物的生长和生物量的提高， 所以增加有机肥的施用量是改良土壤的首选途径。据研究，在水稻抽穗到成熟期，保持 淹水可明显减少水稻籽食中c d 、z n 、c u 、p b 的含量【4 1 1 。这说明，通过控制土壤中水分 的含量，提高了土壤的抵抗能力，具有重要的实际经济价值。 1 4 2 土壤重金属污染的治理 a 物理修复 物理修复有填埋、换土、热处理等。一般用于面积不大的重度污染的土壤，该法可 以达到彻底清除土壤污染的目的，但是此法工程量大，费用高。同时为了防止二次污染， 须对换出的污染土壤妥善处理。同本曾采用换土法治理痛痛病发源地的污染，耗资巨大， 达到了3 0 6 亿日元【4 2 】。热处理就是把已经受到污染的土壤加热，使污染物挥发或热分解 的方法。该法虽技术成熟，工艺简单，但是费用高且应用范围狭窄。 b 化学修复 化学修复就是通过添加一些化学试剂改变土壤酸碱度，并与污染土壤中的污染物结 合反映，改变其存在形式，降低其生物有效性和迁移性，使其更易于处理，达到降解毒 物的目的4 3 1 。直接向土壤中添加改良剂使重金属得以稳定的方法目前应用最广泛。化学 修复简单易行，但只是改变了重金属在土壤中存在的形态，并不能把金属元素从土壤中 彻底清除，这些重金属还有可能在外界条件的改变下从新被活化造成污染。 c 生物修复 土壤重金属污染的生物修复技术是近年来出现的一种新方法作为土壤重金属污染 修复的热点越来越受到人们的重视。生物修复是利用生物的生命代谢活动，减少土壤中 有毒有害物的浓度，使污染土壤恢复到健康状态的过程【4 4 】。其对大面积、底污染土壤的 第一章绪论 修复效果尤其明显。生物修复法具有简便易行，成本低，效果好，无二次污染等特点， 既保证了土壤生态健康，又促进了农业的可持续发展。生物修复包括微生物修复、动物 修复、农艺生态修复和植物修复。 微生物修复的主要作用原理：微生物可以降低土壤中重金属的毒性，吸附积累重金属， 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。如某些金黄色葡萄球 菌抗锅；某些肠道菌抗汞；动胶菌、蓝细菌硫酸还原菌等能够通过产生胞外聚合物而与 重金属离子络合【4 5 】。曹德菊等m 利用常规微生物资源大肠杆菌( e s c h e r i c h i ac o l i ) 、枯草 杆菌( b a c i l l u s u b t i l i s ) 、酵母菌( s a c c h a r o m y c e s s p ) 对重金属c u 、c d 进行生物修复取得了良 好的效果；耿春女【4 7 】等利用菌根对重金属f e 、m n 、z n 、c u 进行吸收和固定。 某些蚯蚓、鼠类等低等动物具有吸收重金属的特性，土壤动物修复就是利用它们这 一特点，对重金属污染土壤进行修复，降低土壤中重金属含量。也有学者测量出当土壤 中p b 的质量分数为1 7 0 1 8 0m g l 【g ，蚯蚓的富集系数为o 3 6 ，对于p b 污染的土壤也有一 定的治理效果【4 8 】。 农艺生态修复包括以下两方面：农艺调控修复，包括变更耕作制度，调换作物品种 等。该法在我国历史悠久，操作简单成熟，易于掌握，既能美化环境，还能阻止重金属 通过食物链进入人体。又大大降低了污染物由食物链进入人体的可能性。生态修复， 该法在不对土壤进行根本性改造的前提下，通过调节土壤的生态因子( 如水分、养分、 p h 值、气温、湿度及氧化还原状况等) ，达到降低土壤重金属污染的目的。例如，在有 汞污染的水稻土中，可以将水田改成早f f j ，这就是利用水田和旱田作物对h g 的富集程 度不同的特性，即土壤含汞量对水稻糙米中汞的残留量影响较大，而对一些旱罔作物如 小麦、大豆等的影响较小，因此将稻田改成旱地后，作物籽粒中含汞量降低，土壤自净 能力增强，土壤总汞自净恢复年限可缩短8 僻4 9 1 。但该技术有周期长，效果不显着等缺点。 d 综合修复 如果要处理污染复杂的土壤污染区域，一般难度较大，此时可同时采取上述全部或 几种方法进行修复，既节约成本，省时省力，又能达到最佳治理效果。 9 e d t a 辅助下矮串红、二月兰分别修复c d ，p b 污染土壤的研究 1 5 土壤重金属污染植物修复 1 5 1 植物修复概念 植物修复是1 9 8 3 年美国科学家c h a n e y 等人首次提出的，随后便成为低浓度土壤重 金属污染治理的研究热点。植物修复是生物修复的一种方式，又称绿色修复，是以植物 忍耐、分解或超量积累某种或某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生 物体系来吸收、降级、挥发和富集环境中污染物的一项环境污染治理技术【5 0 1 。 1 5 2 植物修复优点 与传统的土壤污染治理技术相比，植物修复技术具有以下独特的优点： ( 1 ) 操作简单，治理成本低廉。植物修复技术工程简单易于操作和实施，不需要 专门的设备和专业操作人员，且运行成本很低。 ( 2 ) 治理效果永久。通过对植物的集中处理，基本不会出现二次污染，同时还可 回收利用一些植物体内的金属特别是贵金属。 ( 3 ) 对土壤生态环境破坏小。植物修复不需要挖掘、运输土壤，是完成的。对土 壤生态环境和生态景观基本无破坏。同时也不会破坏生态景观，适用于治理大面积的污 染，净化和美化环境。 ( 4 ) 环境美学的兼容性。植物修复能够起到净化环境、美化市容等作用，易为公 众所接受。 1 5 3 植物修复的种类 植物修复可分为以下几类： ( 1 ) 植物稳定或固化【”】。植物稳定是使用耐重金属植物使土壤中有毒会属的移动 性得到有效降低，使土壤中的有毒金属不能淋滤到地下水，或不向空气中扩散，从而使 环境不会被进一步污染。比如植物根系分泌物会对重金属有一定的固定作用等。目前植 物稳定技术主要被用于矿区污染土壤的修复，因为矿区土壤的粘性一般较重、有机质含 量比较高。而此项技术最适合对该类土壤进行修复治理。植物通过根表系吸持重会属， 然后使其在根部得到积累和沉淀，从而来固定土壤中的污染物，或者改变根际环境，就 可以对污染物的化学形态进行改变，使土壤中溶解金属的迁移和运输受到有效抑制。高 l o 第一章绪论 山甘薯九节木薯、天蓝发生改变时，重金属有可能再度被活化从而重新进入土壤进行循 环，重金属并没有从根本上得到彻底清除。因此，适用此方法是有条件限制的，一般来 讲，对矿区的污染会比较实用。 ( 2 ) 植物挥发【5 2 1 。植物挥发是指植物利用根系可以分泌一些特殊物质或者利用根 系吸收作用，使土壤中的一些重金属( 如汞，硒等) 转化为挥发态达到除去的目的，最 终达到降低土壤重金属污染。汞和硒是目前研究较多的，这类常见的植物主要有胡萝卜、 卷心菜、水稻、花椰菜、大麦、苜蓿等。经过实验表明，种植印度芥菜两年后可就可使 土壤中重金属减少6 1 吸收且对会对环境产生比较大的危害【5 3 1 。针对此类物质的去除， h e a t o n 掣5 4 】利用转基因水生植物盐蒿和陆生植物拟南芥、烟草使土壤中的无机汞和甲基 汞得到有效的移除，使其从植物体中挥发出来。植物挥发不仅具有一般植物修复技术所 具有的优点，还不需收获以及处理含污染物的植物体。 ( 3 ) 植物提取【5 5 1 。植物提取是指一些特殊植物能通过根系吸收作用从土壤中