土壤重金属污染的治理途径及其研究进展

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1、第11卷2期应用基础与工程科学学报Vol.11,No.22003年6月JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGJune2003①文章编号:100520930(2003)0220143209　　中图分类号:X53　　文献标识码:A土壤重金属污染的治理途径及其研究进展顾继光,　周启星,　王　新(中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院陆地生态过程重点实验室,辽宁沈阳110016)摘要:由于工业“三废”的排放,使农田遭受不同程度重金属的污染,重金属通过在作物体内富集进入食物链,对人畜健康构成了威胁.文章对土壤重金属的

2、污染现状、治理途径及其原理、优缺点、可行性作了简要的回顾,对土壤重金属污染植物修复技术类型、原理、特点以及基因工程等现代生物技术在镉污染植物修复技术中的应用前景作了进一步的展望,为实现对重金属污染土壤进行有效的生态整治与安全高效益的利用提供了新的技术途径.关键词:重金属;土壤污染;植物修复土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源.世界面临的粮食、资源和环境问题与土壤密切相关.自20世纪20年代以来,由于工业的发展,金属的产量明显增加,因而由此产生的重金属环境污染问题也随之出现.在许多发展中和发达国家,都面临着土壤污染严重阻碍农业生产

3、的问题.随着社会现代化和生产的发展,土壤污染问题日益严重,因而已引起人们的广泛关注.在环境科学中常注意的重金属,计有汞、镉、镍、铬、矾、砷、硒、铁、锰、铜、锌、铅等.其中有相当一部分重金属是生物所必需的微量元素,另有一些重金属则表现为环境污染物,目前,研究较多的是镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)和汞(Hg).在农业生产上,重金属污染不仅使土壤肥力下降,又致使生产出的农产品质量不符合生态学安全的要求,危害人畜健康,因而具有很大的危害性.20世纪60年代,在日本的富山县神通川流域,由于铅锌冶炼厂排放的含镉废水污染水稻田,居民长期食

4、用含镉稻米和含镉水而造成镉中毒,镉进入人体后破坏人体的骨骼系统,使骨质变脆易折,也就是所谓的“骨痛病”.近年来,人们开始认识到重金属极易被植物的根系吸收而向籽实迁移,然后通过食物链进入人体,从而对人类的生命健康构成威胁.随后,有关重金属在土壤—作物系统内的迁移、富集及对重金属污染土壤的治理和植[122]物修复等问题引起了全世界的高度重视和深入研究.1　土壤中重金属的污染现状及其形态1.1　土壤中重金属的污染状况土壤作为开放的缓冲动力学体系,在与周围的环境进行物质和能量的交换过程中,不①收稿日期:2003203218;修订日期:2003206

5、209基金项目:国家973项目课题(G1999011808);国家杰出青年科学基金(20225722);中国科学院知识创新重要方向项目(KZCX22SW2416)资助作者简介:顾继光(1966—),男,博士研究生.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.144应用基础与工程科学学报　　　　　　　　　　　　　　Vol.11可避免地会有外源重金属进入这个体系.重金属对土壤的主要污染途径是工业废渣、废气中重金属的扩散、沉降、累积,含重金属废水灌溉农田,以及含重金

6、属农药、磷肥的大量施用.外来重金属多富集在土壤的表层.目前,我国受镉、砷、铅等重金属污染的耕地面积近772.0×10公顷,约占总耕地面积的1/5;其中工业“三废”污染耕地1.0×10公顷,污水灌67溉的农田面积3.3×10公顷.我国每年因重金属污染而减产粮食超过1.0×10t,另外被7重金属污染的粮食每年也多达1.2×10t,由此造成的经济损失合计至少为200亿[3〗6元.例如:某省的47个县和郊区的2.59×10公顷的耕地污染状况的调查结果显示,75%的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁,而且污染有逐年加重的趋势.在所有重金属污染中

7、,尤以镉污染最为严重.在沈阳张士灌区土壤中,经污灌进入土壤中的Cd[4]的56.33%累积于土壤的表层,去表土15～30cm,可使稻米中的Cd下降50%.我国有关农田Cd污染的调查工作是20世纪70年代中、后期开始的,但至今未见Cd污染总体状况的资料报道.何电源等(1991)在1987—1990年间对湖南省的农田污染状况进行了调查,结果发现,农田Cd污染主要来源与工矿企业排放的废气和废水,在各类Cd污染农田[5]中5%～10%的面积减产严重.值得注意的是,我国Cd污染多数是由于引用工业污水6灌溉造成的.90年代初,我国污灌农田已扩大到1.4

8、×10公顷,由于污灌不当对6.3×5410公顷农田造成不同程度的污染,其中Cd污染耕地1.3×10公顷,涉及11个省市的25个地区,每年生产镉米(是指Cd含量超过mg/kg的糙米