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土壤重金属环境污染论文

2019/07/31 阅读:

摘要:土壤不仅是农业生产的重要元素,也是人类社会发展的基础,针对近年来不断加重的土壤污染问题,必须采取有效的治理措施。结合土壤重金属污染的现状,分析重金属土壤污染造成的危害,给出具体治理措施和未来发展方向建议。

关键词:土壤污染;重金属;危害;治理措施;发展方向

引言

土壤是由固体相、液体相、气体组成的,为植物生长提供了良好的条件。重金属污染,就是土壤中的重金属元素含量超标,统计数据显示,我国受到污染的耕地面积超过2000万hm2,因粮食减产造成严重的经济损失[1]。文中结合实践,探讨了重金属引起的土壤污染问题和治理措施。

1土壤重金属污染的现状

在土壤重金属污染中,常见的元素有锰、铬、铅、汞、砷等,这些重金属对土壤带来的污染,主要分为2个方面:一是随着重金属含量增高,会改变土壤成分的比例,破坏土壤的正常功能;二是不同重金属形态对土壤污染不同,其中液态重金属对土壤的危害严重,残存态重金属的危害较小,离子交换状态的重金属有利于植物吸收。土壤发生重金属污染后,生物体不能分解重金属,反而会在体内富集,一旦通过食物链进入人们体内,就会造成严重伤害。分析这些重金属的来源,一是自然来源,岩石风化后变为土壤,岩石自身含有多种重金属元素;大气中的重金属降尘,也会进入土壤中造成污染;在岩浆作用、质变作用下,地球化学过程会形成矿床,矿床周边的土壤重金属超标。二是人为因素,随着农业、工业的快速发展,重金属在人类的生产生活中应用广泛,在采矿、冶金、电镀、染料、纺织、石油加工中,形成的三废进入土壤,会造成重金属污染。此外,过量使用农药化肥,或使用污水灌溉农作物,也会造成重金属污染[2]。针对重金属污染,治理时主要采用2个途径:一是改变重金属的形态,从而降低生物可利用性、迁移性;二是去除或减少重金属的数量,确保土壤中重金属的含量满足规范标准。相关调查数据显示,我国每年因重金属污染导致粮食减产1000万t以上,财产损失超过200亿元,可见污染治理工作迫在眉睫。

2重金属土壤污染造成的危害

2.1对植物的危害

重金属对植物的危害,是通过自身含量超标实现的。植物体内的重金属含量超标,会导致内在结构变化,根、茎、叶的颜色和外形改变[3]。分析其原因,是重金属进入植物内部,会影响酶的活性,因活性降低或丧失,抑制植物的生长和代谢功能。此外,当重金属浓度达到一定水平,植物在土壤中吸收营养物质的能力会受到影响,甚至缩短植物寿命,导致植物枯萎坏死。

2.2对生物的危害

在土壤中,生活着大量的微生物,当重金属含量超标,就会影响微生物的生命活动。土壤和微生物,两者是相互依赖、相互影响的关系,土壤为微生物提供了生存环境,微生物则能调节土壤的营养物质。微生物在生存过程中,因重金属含量超标,会导致营养物质过量消耗。以线虫、蚯蚓为例,它们可以保证土壤的湿度平衡,一旦出现重金属污染,就会打破这种平衡,继而降低了土壤的功能。

2.3对酶的影响

土壤中含有多种酶物质,目前已知40种,例如氧化还原酶、水解酶、转移酶、裂解酶等,多以吸附态、游离态存在。这些酶参与土壤的生物化学过程,涉及腐殖质的分解合成、动植物体的分解、有机化合物的水解转化、无机物的氧化还原反应等。土壤发生重金属污染,会破坏酶的活性和功能,活性降低后,会影响正常的机体活动。

2.4对人类的危害

土壤重金属污染,对人类的危害是间接的。在重金属含量超标的土壤中,培育出的农作物进入人体内,就可能出现多种病变。例如:铅元素对人体的危害,会降低免疫力,增加骨质疏松的发病率;汞元素对人体的危害,会损伤中枢神经系统,出现汞中毒征象。有学者研究称[4],一些重金属属于致癌物,进入人体内会增加癌症发生风险,威胁生命安全。

3由重金属引起的土壤污染的治理措施

3.1深耕翻土技术

从耕种角度看,治理重金属污染,常采用客土法、换土法,前者是在污染的土壤上覆盖一层无污染的土体;后者是使用无污染区的土体更换受到污染的土壤。深耕翻土技术,可以认为是这两种技术的结合,首先对土壤的上层、下层混合搅拌,然后加入适宜的肥料,从而降低土壤中的重金属含量。该技术的应用时间长,优点是修复效果稳定,不会造成二次污染;缺点是工程量大、成本高,会消耗大量的物力和时间。

3.2固化稳定技术

固化稳定技术是向土壤中加入稳定剂、黏合剂,促使污染物和固化剂相结合,通过物理反应或化学反应,改变污染物的结构,降低迁移能力,最终转化为不溶态、稳定的小块固体。结合实际,该技术的应用,虽然能在短时间内解决重金属污染问题,恢复土壤的生态平衡;但随着时间延长,重金属污染物可能再次释放出来,造成二次污染。

3.3电动力修复技术

电动力修复技术属于原位修复的一种,是在重金属含量超标的土壤中,插上双电极,使用交流电或直流电形成完整的电场。该技术的应用,能促使重金属在电极的正极、负极聚集起来,实现去除目标。结合实际,电动力修复技术的缺点,是应用范围较窄,需要分析土壤的组分和缓冲性能;且重金属去除过程中,也会产生副作用。随着科学技术的进步,在电动力修复技术的基础上进行改进,出现了电渗析法、酸碱中和法、表面活性剂法等,能减少对土壤的负面影响。

3.4生物修复技术

(1)植物修复。在植物的生长周期内,利用植物对重金属进行吸收、降解、挥发,从而降低重金属的含量。植物修复的机制,主要是提取、挥发、稳定,将土壤中的重金属,转移到植物体内。实际应用中,植物提取技术的应用,需要生长周期短、生物量大、耐受性强的植物,因此应用有局限。当然,植物修复的优点,是成本低、可对重金属回收,且不会造成二次污染。(2)动物修复。动物修复是利用土壤中的低等动物,例如蚯蚓,吸收重金属后,修复土壤的正常功能。有研究显示[5],土壤中铅元素的质量分数在170~180mg/kg时,蚯蚓的富集因子为0.36,首先在受到铅污染的土壤中投放蚯蚓,然后采用清水法、电激法处理蚯蚓,即可达到治理效果。(3)微生物修复。在土壤中,微生物主要包括以下几种:根系细菌、共生根细菌、游离真菌等。微生物变异后,能在重金属环境中生存,继而产生解毒机制,例如生物吸附、细胞外沉淀、生物富集、外排等。在此作用机制下,微生物可以固化重金属,降低重金属的活性和生物利用度,促使有毒有害的重金属,转化为无毒害的物质,在植物根部进行吸收和运输。

4重金属土壤污染治理的发展方向

4.1联合修复技术

在重金属土壤污染的治理中,相关治理技术较多,但不同技术的应用有优点也有缺点。此外,在生态系统、经济、效率等因素的影响下,限制了这些技术的应用,难以大面积推广。在未来,联合修复技术会成为一种常态,是将两种或多种修复技术结合起来,通过取长补短,增强污染治理的效果。以植物修复+微生物修复技术为例,可对污染的土壤进行定向修复,既能提高重金属的清除效率,又能加快土壤功能的修复。

4.2生物基因工程

生物基因工程,是以分子遗传学为基础,经过基因拼接、DNA重组,在体外构建DNA分子,然后导入活细胞,从而改变生物的原有遗传特征,获得新品种[6]。在土壤污染治理上,生物基因工程的应用,首先应该完善基因库,将有利的植物基因引入生物体内,发挥出数量大、生长周期短、耐受性强的优势,培育出具有富集性的植物。在未来,生物基因工程在重金属土壤污染中具有较高的应用价值。

参考文献

[1]杨伟光,王美娥,陈卫平.新疆干旱区某矿冶场对周围土壤重金属累积的影响[J].环境科学,2019,40(1):445-452.

[2]石磊.土壤重金属污染及防治方法研究综述[J].魅力中国,2018(40):283.

[3]冯为为.土壤污染防治任重道远现阶段应以“防”为主[J].节能与环保,2018(8):36-38.

[4]胡鹏杰,李柱,吴龙华.我国农田土壤重金属污染修复技术、问题及对策诌议[J].农业现代化研究,2018,39(4):535-542.

[5]王梦姣,杨国鹏,乔帅,等.植物-根际微生物协同修复有机物污染土壤的研究进展[J].江苏农业科学,2017,45(1):5-8.

[6]邢介明,颜廷山,史波芬,等.重金属引起的土壤污染问题与治理措施[J].资源节约与环保,2015(11):185.

作者:李冬 周婧 单位:深圳深态环境科技有限公司

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