土壤重金属污染程度

土壤重金属污染程度（共11篇）

土壤重金属污染程度 篇1

0 引言

目前, 各种预测方法已被广泛应用到各个领域, 如气象预报、经济预测、商业预测、人口预测等[1]。这样可以使人们提前采取适当的措施, 从而实现良好的控制效果和社会效益[2,3]。同样及时监测土壤的污染程度, 可以使我们预知土壤的各种状况, 有利于我们调整对土壤的使用策略, 同时也便于我们及时治理污染。

1 土壤污染质量评价指标

我们通过检测土壤中的铬、镉、铅、砷、汞等重金属的含量, 来确定土壤的污染指数。对所测结果采用单向污染指数法和综合污染指数法进行评价。

按照GB15618-1995中II (蔬菜地) 二级标准计算。土壤污染程度的划分主要依据测定的数据计算综合污染指数的大小来确定, 分为5级, 如下表所示:

2 土壤污染程度预测

我们选取了某一地区88个月份的重金属采用数据, 即有88组样本, 其中77组组用于神经网络的训练, 11组用于测试预测效果。

我们进行土壤污染预测的基本思想就是采集过去年份铬、镉、铅、砷、汞等重金属的含量, 计算出单项污染指数和综合污染指数, 利用这些数据作为样本, 训练一个神经网络, 预测未来月份的综合污染指数。从而预测土壤的污染等级, 以便及时做出决策和处理。

经过计算处理后的样本如下所示:

网络的输入样本为铬、镉、铅、砷、汞的单项污染指数和综合污染指数, 输出样本为下一月份的综合污染指数。隐含层根据经验设定为13层。

基于并行拟牛顿算法的神经网络训练如下所示:

以11组的数据作为测试样本, 验证其预测效果, 如下图所示:

由图2可以看出基于粒子群和BP混合算法的神经网络预测土壤污染等级达到了要求, 得到了满意的结果, 实现了对土壤污染程度的预测。

3 结论

BP网络虽然应用广泛, 但其也有着自身的不足, 如收敛速度慢、容易出现局部最小, 初始权值、阈值难以确定等缺点。为提高控制性能, 改善预测效果, 采用粒子群和BP混合算法优化神经网络, 并将其用于土壤污染程度的预测, 实现了土壤污染程度的预测, 并且具有训练时间短、计算精度高、全局收敛等优点。

参考文献

[1]魏东.非线性系统神经网络参数预测及控制[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]董海鹰.智能控制理论及应用[M].北京:中国铁道出版社, 2005.

[3]高尚, 杨静宇.群智能算法及应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

[4]王语园.基于PSO_BP算法的神经网络模型预测策略研究[J].电子质量, 2012, (03) :7-8, 14.

土壤重金属污染程度 篇2

取白洋淀底泥制成3种不同厚度的基质种植芦苇,另外设置不含底泥的麦地土壤和旱地芦苇土壤,定期对基质采样,测定底泥中重金属Cu,Cd,Pb,Zn浓度并进行比较分析.试验表明,底泥和供试麦地土壤和芦苇土壤已受到重金属Cu,Cd,Pb,Zn不同程度污染;Cd浓度均已超过全国土壤质量三级标准,分别为1.35～1.59 mg/h和1.078～1.16 mg/kg,污染程度严重.其次为Pb和Zn,Cu为轻微污染.随着芦苇的.生长,底泥和麦地及芦苇土壤中大部分重金属浓度呈不同程度下降趋势,表明芦苇对有害重金属有一定抗性和富集作用,旨在为底泥污染治理提供科学依据.

作 者：滑丽萍 华珞 王学东 尹逊霄 朱风云 HUA Li-ping HUA Luo WANG Xue-dong YIN Xun-xiao ZHU Feng-yun  作者单位：首都师范大学,资源环境与地理信息系统重点实验室,北京,100037 刊 名：水土保持学报  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SOIL AND WATER CONSERVATION 年，卷(期)：2006 20(2) 分类号：X524 关键词：芦苇   底泥   重金属   白洋淀  

★ 城市边缘带土壤重金属空间变异及其污染评价

★ 内江市郊区菜园土壤和蔬菜重金属污染及其评价

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洽川湿地土壤重金属污染分析 篇3

关键词：洽川；黄河湿地；土壤；重金属；污染

中图分类号： X53文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0339-03

收稿日期：2013-08-30

基金项目：陕西省自然科学基金（编号：2013JQ2021）；国家大学生创新计划（编号：201210723003）；渭南师范学院科研基金（编号：13YKP007）。

作者简介：叶玉超（1993—），男，本科生。

通信作者：李吉鋒（1977—），男，山东青岛人，硕士，副教授，主要从事环境分析。E-mail：ustc1@163.com。黄河洽川湿地位于陕西省合阳县城东23 km处的洽川镇黄河二级台地上，东临黄河、西依青山，土地肥沃，气候湿润，水源充足，物产丰富，素有“小江南”之美称。湿地面积 165 km2，内有黄河流域最大的芦苇荡（0.667万hm2）和最大的湿地保护区（1万hm2），百余种国家一、二级保护动物在此栖息。常见植物群落有芦苇、碱蓬、水蓼、柳等天然植物群落，亦有少量人工栽培的杨柳等树木。《诗经》中著名的“关关雎鸠，在河之洲。窈窕淑女，君子好逑。”便出自于此。洽川湿地内丰富的植物群落和沼泽堆积物具有很大的吸附能力，污水或含重金属的工业废水进入黄河后，重金属的大部分能被湿地植物和沼泽堆积物吸附。湿地在对黄河起净化作用的同时，本身会受到重金属等的污染。为了对湿地这一地球“肾脏”的病情进行诊断，本研究对洽川湿地布点采样，采用国标法测定了其Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和 Mn的含量并利用单因子污染指数、均方根综合污染指数评价土壤重金属的污染程度。

1样品的采集和分析

1.1采集和制备

选择洽川湿地南至处女泉北至黄河魂入口之间湿地布点采样，共设置18个采样点，采样点位置见图1和图2，每个采样点同时采集3份样品，每份1 kg左右，混匀作为1个采样点的样品。样品晾干后去除石子和动植物残体等异物，通过80目尼龙筛，利用4分法将采集的18个土壤样品分别缩分。准确称取1.00 g土样置于100 mL聚四氟乙烯烧杯中，用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解[1]，定容于50 mL容量瓶中。消解样品同时做空白1份。用原子吸收分光光度计测定含量。

1.2试剂、仪器及测定条件

各元素的分析纯试剂，用于配制储备液和标准溶液。盐酸、硝酸、高氯酸、氢氟酸均为分析纯，二次蒸馏水。WFX-120原子吸收分光光度计（北京瑞利），Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Mn空心阴极灯。

1.3准确度试验

选取2号土壤样品，加入一定量各元素标准溶液，消化后测定并计算加标回收率，平行测定3次，回收率均高于90%。

1.4精密度试验

选取消化后的2号样品，对各元素均连续进样5次，计算精密度，RSD均小于1%。

2洽川湿地土壤中重金属污染情况及评价

2.1洽川土壤中重金属含量

洽川湿地土壤重金属含量、陕西省表层土壤重金属的背景值[2]见表1。

2.2洽川湿地重金属污染评价

2.2.1单因子污染指数和均方根综合污染指数法土壤的重金属污染评价采用单因子污染指数、均方根综合污染指数[3]等不同方法分别进行评价。单因子污染指数能准确地反映单个元素的污染特性，均方根误差能综合考虑各污染因子的污染程度，以上评价方法能从不同的角度评价重金属污染的不同状况。评价标准依据陕西省土壤背景值，污染等级划分标准参照表2。

（1）单因子污染指数公式为：

Pi=Ci/Coi（1）

式中：Pi为土壤重金属元素i的污染指数；Ci为土壤重金属元素i的实测浓度；Coi为陕西省土壤重金属元素i的背景值。

染程度15.46中度42.55重度1.40轻度0.46未0.78未0.48未17.51重度24.06中度63.83重度4.60轻度1.48轻度1.16轻度0.90未26.13重度38.43重度56.38重度1.35轻度1.56轻度1.09未1.08轻度23.30重度418.75重度51.06重度1.45轻度2.13轻度0.87轻度1.72轻度23.35重度53.77中度55.32重度0.80未0.90未1.12轻度0.80未24.57重度64.54中度76.60重度1.10轻度1.13轻度1.11轻度1.11轻度34.39重度73.46中度19.15重度0.95未1.25轻度0.89未0.91未16.15重度83.44中度24.47重度1.61轻度1.51轻度1.05轻度1.02轻度10.14重度95.05中度68.09重度1.10轻度0.50未1.20轻度1.34轻度28.13重度105.23中度79.79重度1.55轻度1.44轻度1.33轻度1.27轻度34.62重度113.93中度18.09重度1.10轻度1.69轻度1.10轻度1.03轻度16.05重度126.52中度31.91重度1.50轻度3.00中度0.88未1.29轻度14.89重度134.14中度20.21重度0.95未1.11轻度0.90未0.79未10.41重度144.04中度39.36重度0.75未0.73未0.51未0.55未16.16重度155.10中度60.64重度1.60轻度1.58轻度1.10轻度1.38轻度25.72重度165.35中度60.64重度1.85轻度2.47轻度1.36轻度2.17轻度24.91重度175.78中度44.68重度1.30轻度1.06轻度0.82未1.52轻度18.42重度185.88中度55.32重度1.15轻度1.32轻度0.95未1.26轻度22.73重度

按照单因子污染指数评价，Pb属于中度污染到重度污染；Cd的所有采样点均属于重度污染；Cu 1、5、9、14采样点属于无污染，12采样点属于中度污染，其他采样点属于轻度污染；Cr、Mn和Zn总体属于未污染和轻度污染。从单元素分析Cd污染最重，Pb次之，Cu污染较轻，其他重金属污染相对较轻。按照均方根综合污染指数分析整个采样区域处于中度污染，主要原因是Cd对均方根综合污染指数贡献较大，分析结果污染严重。

2.2.2地积累指数法为了较为客观地评价湿地土壤中Pb的污染程度，采用了较为常用的地积累指数法[4]。

Igeo=log2[Cn/（1.5Bn）]

式中：Cn为元素的实测含量，Bn为该元素的背景含量。

Muller等提出的地积累指数的污染程度级别划分标准详见表4。

表4Muller地积累指数分级

Igeo分级污染程度≤00无污染>0～11轻度污染到中度污染>1～22中度污染>2～33中度污染到强度污染>3～44强度污染>4～55强度污染到极严重污染>5～106极严重污染

洽川湿地土壤重金属地累积指数见表5。表5土壤重金属地积累指数及污染等级

区域PbCdCrCuMnZnIgeo等级Igeo等级Igeo等级Igeo等级Igeo等级Igeo等级11.8724.845-0.100-1.700-0.940-1.65021.4425.4360.101-0.020-0.370-0.73032.5035.256-0.1500.060-0.470-0.47043.6645.116-0.0500.521-0.0800.20151.3425.2260.031-0.740-0.420-0.92061.6025.6960.171-0.410-0.430-0.43071.2123.694-0.660-0.260-0.080-0.72081.2024.0450.2210.011-0.520-0.06091.7625.526-0.450-1.580-0.330-0.160101.8125.7560.051-0.060-0.170-0.240111.3923.604-0.4500.171-0.450-0.550122.1334.4350.001-0.300-0.780-0.220131.4723.774-0.660-0.440-0.740-0.930141.4324.735-1.000-1.040-1.560-1.460151.7725.3460.0910.081-0.450-0.120161.8425.3460.3010.721-0.1400.531171.9524.915-0.210-0.500-0.8800.021181.9825.226-0.380-0.190-0.660-0.250

分析结果表明，Pb各采样点处于中度污染到强度污染；Cd污染总体处于强度污染到极强污染；Cr、Cu总体处于无污染到中度污染；Mn处于无污染，污染最轻；Zn处于无污染。对比各种重金属的地积累指数发现，洽川湿地Cd污染最严重，各采样点都是强度污染以上级别，Pb污染次之，Cr和Cu污染相对较轻，Mn和Zn污染最轻。

3讨论

综合均方根综合污染指数法和地积累污染指数法评价结果，洽川湿地采样范围Cd污染比较严重，导致综合均方根综合污染指数法评价后湿地重金属污染总体严重。湿地污染主要来自重金属Cd，其他重金属造成的影响相对小得多。

本次所设定的采样点均属于黄河洽川湿地范围，属于黄河河流影响范围，重金属含量受到黄河河水影响，但是湿地土壤和河流底泥不同，它所受污染比底泥要轻，湿地本身具有一定的自净作用，湿地生存的芦苇等植物对于重金属具有吸收累积作用，可以降低湿地土壤重金属含量，但洽川湿地仍属于很强生态危害，主要原因是Cd污染严重超标。应加强对上游污染物尤其是Cd污染排放进行严格监控，洽川湿地应适当增加对于Cd具有累积作用的植物种植，最好从本土生长的植物中筛选，以利对重金属进行富集去除。

参考文献：

[1]李吉锋. 关中公路土壤重金属污染及潜在生态危害分析[J]. 土壤通报，2013，44（3）：744-747.

[2]王利军，卢新卫，雷凯，等. 渭河宝鸡段表层沉积物重金属污染研究[J]. 农业环境科学学报，2011，30（2）：334-340.

[3]丁桑岚. 环境评价概论[M]. 北京：化学工业出版社，2001.

土壤盐渍化程度对造林的影响 篇4

1 土壤盐渍化的概述

土壤盐渍化也可称为盐碱化, 它并不是一种状态, 而是一种过程。主要是指土壤底层中具有的盐分随着土壤中水分的蒸发而上升、积累到土壤的表层, 也就是地表上面, 水分容易在空气中蒸发, 而盐分却不可以, 因此, 盐分会一直停留在地表上, 造成土壤盐渍化。

在我国, 盐渍化土地的分布范围很广, 尤其是经常发生旱灾的干旱地区以及半干旱地区。盐渍化土地对农作物以及绿色植被的生长发育造成严重的影响, 土壤表层积累的过多的可溶性盐分会对植被造成毒害, 甚至对土壤中存在的微生物进行毒害, 严重破坏土壤的结构, 在盐渍化土地中, 植物是无法进行正常生长发育的。此外, 土壤的盐渍化还会导致土地荒漠化, 增大沙漠面积, 对生态系统造成严重破坏。因此, 对盐渍化土地的开发与利用不但是促进作物生长, 为我国国民经济带来增长的重要手段, 还是保护生态环境, 防止土地沙漠化的关键工程。

2 土壤盐渍化的危害

盐渍土及土壤盐渍化的危害

盐渍土是指土体中含有过高盐碱成分的、包括盐土和碱土以及其他发生了一定程度盐化或碱化作用的各种类型土壤的总称。土壤盐渍化是指在自然或人为因素的影响下, 盐碱成分在土体中累积, 使得其他类型的土壤逐渐向盐渍土演变的成土过程。盐渍土及土壤盐渍化对人类有着巨大的危害, 具体表现为:

2.1 危害农林业生产

盐渍土的本质是土体中含有过高的可溶性盐分或者土壤胶体上钠离子饱和度过大, 对植物和土壤微生物形成毒害, 同时使土壤的结构遭到破坏, 造成土壤结构板结、通透性差等低劣的土壤性质, 加上可溶性盐分过高必定要对植物营养元素产生颉抗。因此盐渍土对农业的直接危害就是盐渍土不能为作物提供正常的水、肥、气、热条件, 加上盐碱成分的生物毒害, 使得作物不能正常生长, 甚至死亡。因此盐碱土对农业的直接危害表现为限制农业对土地资源的利用。土壤次生盐渍化对农业的另一个直接危害是降低了农业生产力, 造成了农业土壤资源萎缩。据估算在黄淮海平原, 因土壤盐碱而造成的减产约10%~15%, 在松嫩平原造成了4%~85%的减产。

2.2 破坏生态环境

盐渍土及土壤盐渍化是我国土地荒漠化的一个重要原因。据《中国荒漠化报告》报道, 我国荒漠化土地面积262.2万km2, 其中因盐渍土及土地盐渍化引起的就有23.3万km2。土壤盐渍化对生态环境一个最为明显的直接破坏是使森林和草原退化。我国草原的1/3存在严重的退化问题, 现在每年退化的草原约130万km2, 其中1/3便是由土壤盐渍化引起的。森林和草原退化进而加剧了温室效应。据研究每公顷树木一年能吸收7~9t二氧化碳, 全世界由于森林资源的锐减使碳的排放量每年大约增加16亿t。空气中二氧化碳浓度急剧增加, 加速了地球的暖化过程。

2.3 妨碍可持续发展

整个世界的可持续发展能否实现首先取决世界农业能否可持续发展, 农业的可持续发展取决于农业生产的最基本的生产资料———土地能否实现可持续利用。我国是一个土地资源十分匮乏的国家, 13亿人口仅有1亿km2耕地, 而且还在以30~40万km2/a的速度减少, 我国目前人均耕地不到世界人均耕地的三分之一。为了获得足够的粮食, 人们不得不开发包括盐渍土在内的荒芜土地, 可是盐渍土在未经治理前是不可能交付给农业的, 而盐渍土的治理往往需要较高的成本, 加上土壤盐渍化本身就会造成土壤生产力下降和土壤资源萎缩, 因此土壤盐渍化对可持续发展必然产生严重的负面影响。

土壤盐渍化对可持续发展的危害还表现在盐碱土的治理和土壤盐渍化的防治往往需要大量的淡水, 目前治理单位面积盐渍土的淡水需求量一般是正常灌溉量的几倍, 淡水是农业的命脉, 然而不幸的是地球上的淡水非常有限, 淡水只占地球上总水量的3%, 由于大陆冰川和高山冰川的存在, 真正可利用的淡水仅占淡水总量的3%。我国的淡水资源更是匮乏, 人均淡水资源只有2200m3, 不到世界平均水平的1/4。因此土壤盐渍化对我国可持续发展战略的实现是一个很大的潜在威胁。

3 土壤盐渍化程度对造林的影响

我们利用绒毛白蜡、侧柏等树种做了相关实验, 在不同盐碱程度地块上对参加实验的两种树种进行造林, 通过观察它们的成活率和生长状况得出了相关的结论。

土壤盐渍化程度对造林结果的成败起着决定性作用, 盐碱地造林必须首先对盐碱地的盐渍化化程度进行划分, 在盐渍化程度比较重的地块直接造林效果不理想, 因此对重度以上盐渍化土地应首先进行土壤改良, 如开挖排水沟、灌水压盐、增施有机肥等工程措施和生物措施降低土壤的盐渍化程度, 使土壤盐渍化程度达到中度以下时, 造林才能取得较好的效果。不同树种对土壤盐渍化程度的反应也不同, 在具体实验中, 我们观察到绒毛白蜡的生长状况比侧柏的生长状况要好很多, 且它在盐渍化土地中具有较高的成活率, 特别是在中度盐渍化土地上表现较好, 因此, 绒毛白蜡可以作为中度盐渍化土地造林的主要树种;而在盐渍化程度相对较轻的土块中, 侧柏的生长量与存活率比绒毛白蜡树种的表现更好, 由此可以判定, 侧柏比绒毛白蜡树种更利于在轻度盐渍化土地中进行种植。

结束语

在实际生活中, 各地区、各类型的土壤的所受到的渍化程度都有所不同, 因此, 对其造林的影响程度也各不相同。通过实验我们可以知道, 土壤盐渍化程度对造林的影响主要受到土壤中盐分的组成、土壤本身所具有的物理性质以及人工对树种的施肥力度的影响, 其最主要的影响因素则是树种本身。利用生长状况越好, 苗龄越大的树种在盐渍化土地上进行栽植造林, 其成活率会更高。因此, 相关部门人员在对盐渍化土地进行造林, 试图对其治理与恢复时, 要从盐渍土土壤成分、所种植的树种生长情况、外界提供的养分与水分等各个方面综合考虑, 保证造林工作的顺利进行。

摘要：近年来, 我国对造林绿化工作的重视程度越来越高, 从“退耕还林”到“荒山造林”, 我国制定了一系列详细可行的造林计划以及颁布了一些相关的法令条例, 这一切动作的意旨在于引起人们对环境的注意, 获得公众对造林绿化工作的支持以及对生态系统和自然环境的保护, 实现我国生态文明建设与可持续发展国家的目标。目前, 我国正在对现有的盐渍化土地进行开发与利用, 在其盐渍化土地上进行造林绿化, 恢复其绿草植被, 提高我国的森林覆盖面积。本文主要针对土壤盐渍化程度对造林的影响作主要论述。

土壤重金属污染及其修复研究 篇5

土壤重金属污染及其修复研究

摘要：土壤重金属污染是环境和土壤科学研究者近年来研究的.热点问题.在此综述了土壤重金属污染的来源及其赋存形态,介绍了各种修复方法,提出生物修复是今后重金属污染治理技术的发展方向.作 者：俞佳 戴万宏 YU Jia DAI Wang-hong 作者单位：安徽师范大学环境科学学院,安徽,芜湖,241003期 刊：环境科技 ISTIC Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：,21(z2)分类号：X5关键词：土壤 重金属 污染 生物修复

土壤中重金属污染与危害特点综述 篇6

关键词：土壤；重金属污染；危害特点

前言

社会的进步带动了我国的生产力，但是土壤中重金属污染情况日趋严重，很多土壤的危害直接影响到人们的正常生活，而土壤中一旦存在重金属，就很难通过迁移来减化污染的程度。重金属污染物会长时间停留在土壤中，且隐蔽性较强，毒性大，很容易通过不同的形式，转化为其它危害人体健康的因素，所以在城市建设和发展的过程中，应该充分明确治理重金属污染问题的严峻性。

1 重金属污染物在土壤中发生的化学作用

1.1 化学作用 重金属污染物在排放到土壤中之后，会很容易寄存在土壤中，并生存下来，通过气候和环境的变化，重金属会在土壤中进行一系列的化学作用，主要包括：吸附-解吸、溶解-沉淀、配合作用等。这些化学作用发生的过程，会使重金属通过化学、物理作用呈现出更多的危害物质，同时还存在部分专性吸附作用，而土壤中发生化学反应之后的化合物沉淀，会通过溶解的过程，实现污染物的迁移，一旦发生迁移就很难实现污染物的清除和消减。在土壤中发生的化学反应，很大一部分是可逆反应，这种循环的模式会在很大程度上提高污染物的污染能力，也会加大污染物在土壤中的滞留量，大量重金属污染物的堆积，会提高重金属自身的活性和毒性。所以在土壤保护的过程中，政府还是应该制定出具体的策略，来正确规范人们的生产和加工行为，尽量减少污染物的排放[1]。

1.2 生物作用 土壤环境中重金属的生物作用，是指植物通过根系的作用，会从土壤中吸取一定的重金属污染物，这些污染物在植物内部的储存，就会发生不同的生物作用。这种生物作用的模式，会加强对植物危害的能力，特别是水溶态、交换态重金属含量高的土壤中，植物根系的吸收能力会逐渐加强，对植物自身的危害也更大。在生物作用的过程中，植物内部的污染物很可能通过食物链的作用，被人体所吸收，可见，在土壤中的重金属污染，其危害的程度和范围非常大，造成的后果也会很严重，所以为了更好的保障人们的身体健康和社会的生态环境，要求地区要严格控制重金属污染物的排放，使生物作用终止在动态变化之中。生物作用的发生也会影响到土壤的活性，使其降低了自身的功能，所以重金属污染物的排放，即使是排放到土壤中，也会直接或者间接影响到人类的健康和大自然的生态平衡[2]。

1.3 外源重金属的影响 经过我国各行产业的不断发展，重金属污染物的排放情况越来越严重，并且出现了外源重金属排放的现象，外源金属物排放到土壤中，会通过各种形态的变化，实现对土壤不同程度的污染。通过科研人员的不断探索和实践，证实了可溶态重金属对土壤的污染能力，在实验中，科研人员把可溶态重金属排放到土壤后，观察土壤的反应和可溶态重金属的浓度。经过固定时间的反应，实验结果显示，可溶态重金属浓度迅速下降，而交换态重金属的浓度呈现先弱后升的状态，然后迅速下降。这就说明在可溶态重金属污染完土壤之后，其自身的活性和浓度逐渐在下降，所以科研人员应该研制出具体的方法和对策，可以在重金属污染物自身能力下降的情况下将其清除[3]。

2 土壤中重金属污染物危害的特点

经过上文的分析，已经能够看出重金属污染物对植物的危害，但实际上，重金属污染物对生物的危害才是致命的，经过科研人员的观察和分析，明确了重金属污染物可以通过食物链的关系，最终被人体所吸收。如果这种现象不能得到及时的处理，重金属就会在人体中累积，当达到一定的含量时，就会严重影响到人体的健康情况。同时如果被某种生物接触到，也会在一定程度上，降低生物自身的抵抗能力，食物链的连接是人类无法控制和阻止的一种自然行为，所以人类只有通过自己的力量，来减少污染物对大自然的危害[4]。

3 结语

在我国社会发展的过程中，国家提倡可持续发展的观点，要求各个领域的生产过程要实现高利用、低排放的标准，从而降低各种污染物对自然的污染，土壤重金属的污染能力非常强大，人类必须做好充分的准备，来及时的处理好土壤污染问题。重金属在土壤中形成的污染，会严重影响到生态的平衡，结合其污染的特点，地区应该明确环境治理的重要作用，通过合理的措施，来解决土壤污染的问题。

参考文献

[1] 王学锋.土壤--植物系统重金属形态分析和生物有效性研究进展[J].化工环保，2012，15（13）：130-136.

[2] 高拯民.土壤--植物系统污染生态研究[J].北京：中国科技出版社，2012，30（14）：152-156.

[3] 钱进.土壤中微量金属元素的植物可给性研究进展[J].环境科学，2012，25（13）：130-136.

土壤重金属污染程度 篇7

关键词：武功山山地草甸,干扰程度,土壤机械组成,分布特征

1 引言

土壤是草甸生态系统的重要组成因子, 而草甸土壤由不同粒径的颗粒所组成, 直接反映了土壤肥力状况。土壤机械组成是指土壤中各粒组百分含量 (按干土质量计) 又称颗粒大小组成。根据机械组成划分的土壤类别即为土壤质地[1]。土壤机械组成是构成土壤结构体的基本单元[2], 决定土壤的保肥蓄水和通透性能, 是评价土壤基本性质和形成环境的一个重要指标[3]。因此, 本文以武功山海拔1 900m处山地草甸为研究对象, 开展土壤机械组成分布特征[4]研究。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

武功山位于江西省吉安市安福县和萍乡市芦溪县东南边境, 介于东经114°10′~114°17′和北纬27°25′~27°35′之间[5], 地处江西西部。武功山景区面积360km2, 长约150km, 大部在江西省中、西部, 从江西宜春向西南延伸到湖南茶陵[6], 主要由花岗岩、片麻岩构成, 海拔1 000~1 500m, 主峰白鹤峰 (金顶) 在吉安市安福县境内, 海拔1 918.3m[7]。

2.2 取样方法

2014年7月进行样地设置和土样采集, 在武功山海拔1 900m处设置4种不同的干扰程度, 分别为无干扰 (CK) 、轻度干扰 (L) 、中度干扰 (M) 和重度干扰 (S) 。在每一种干扰程度上随机设置3个10m×10m的小样方, 对每一个样方的土壤分两层 (0~20cm和20~40cm) 进行多点采样, 混匀, 并带回实验室风干。

2.3 测定方法

按照森林土壤的颗粒组成测定方法, 对小于1mm筛孔的土样用密度计法进行测定, 最终划分为7个等级:粗砂粒 (1~0.25mm) 、细砂粒 (0.25~0.05mm) 、粗粉粒 (0.05~0.01mm) 、中粉粒 (0.01~0.005mm) 、细粉粒 (0.005~0.001mm) 、粘粒 (<0.001mm) 、物理性粘粒 (<0.01mm) [8]。

2.4 数据分析

采用Microsoft Office 2013和SPSS21.0进行数据统计分析, 用SigmaPlot12.5进行图形绘制。

3 结果与分析

3.1 不同干扰程度土壤机械组成特征

从图1可以看出, 在无干扰程度中的颗粒组成排序为:粗砂粒>物理性粘粒>细砂粒>粗粉粒>粘粒>细粉粒>中粉粒;在轻度干扰程度中的颗粒组成排序为:粗砂粒>细砂粒>物理性粘粒>粗粉粒>粘粒>细粉粒>中粉粒;在中度干扰程度中的颗粒组成排序为:粗砂粒>细砂粒>物理性粘粒>粗粉粒>粘粒>细粉粒>中粉粒;在重度干扰程度中的颗粒组成排序为:粗砂粒>物理性粘粒>细砂粒>粗粉粒>粘粒>细粉粒>中粉粒。在海拔1 900m整体的土壤颗粒组成中, 粗砂粒和细砂粒以及物理性粘粒所占比重皆比较大, 粗粉粒和粘粒则次之, 这种质地的土壤保水保肥性能相对较好, 土壤孔隙相对较小, 可以适当地进行因地种植[9]。

3.2 不同土层的土壤机械组成

由图2可知, 在无干扰程度和轻度干扰程度下, 上土层颗粒组成所占比重基本高于下土层, 而在中度干扰程度下与重度干扰程度下, 所占比重较高的粗砂粒和细砂粒中下土层含量明显高于上土层, 其原因可能是在中度和重度干扰下, 人为踩踏比较严重, 使得上土层的粗砂粒和细砂粒进行了位移, 导致下土层明显高于上土层。从整体的趋势来看, 海拔1 900m的机械组成特征呈一个“U”字型的平稳趋势, 并在不同的干扰程度中相差并不明显[10]。

4 结果与讨论

(1) 在武功山山地草甸高海拔1900m土壤机械组成中, 0~20cm土层的总体含量均高于20~40cm土层, 其中粗砂粒、细砂粒和物理性粘粒占多数。

(2) 从不同干扰程度来看, 整体呈一个U型趋势, 粗砂粒和物理性粘粒所占比重均较大。

(3) 从土壤数据特征分析可看出, 武功山山地草甸金顶处土壤为壤土, 土壤保水保肥性能相对较好, 养分含量比较丰富。耕性好, 是较理想的质地类型。

参考文献

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[3]贾三春, 徐延文.土壤环境机械组成特征及其分布规律[J].中国环境监测, 1997, 13 (3) .

[4]王硕.永定河河滨带土壤机械组成特征及异质性分析[J].安徽农业科学, 2011, 39 (8) :4653~4656.

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[6]黄尚书.武功山退化草甸生态系统磷素研究[D].南昌:江西农业大学, 2014.

[7]陈煦.武功山退化山地草甸土壤活性有机碳研究[D].南昌:江西农业大学, 2014.

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[9]张保刚, 梁慧春.草地土壤机械组成研究综述[J].辽宁农业科学, 2009 (6) :38~41.

土壤重金属污染及其防治 篇8

1. 土壤重金属污染现状

目前我国受重金属污染的耕地面积近2000万公顷, 约占耕地总面积的1/5。受矿区污染土地达200万公顷, 石油污染土地约500万公顷, 固体废弃物堆放污染约5万公顷, “工业三废”污染耕地近1000万公顷, 污水灌溉的农田面积达330多万公顷。土壤污染使全国农业粮食减产已超过1300万吨, 因农药和有机物污染、放射性污染、病原菌污染等其他类型的污染所导致的经济损失难以估计。由于污染, 土壤的营养功能、净化功能、缓冲功能和有机体的支持功能正在丧失。

2. 土壤重金属污染产生的严重后果

(1) 土壤污染使本来就紧张的耕地资源更加短缺。 (2) 土壤污染给人民的身体健康带来极大的威胁。 (3) 土壤污染给农业发展带来很大的不利影响。 (4) 土壤污染也是造成其他环境污染的重要原因。 (5) 土壤污染中的污染物具有迁移性和滞留性, 有可能继续造成新的土地污染。 (6) 土壤污染严重危及后代子孙的利益, 不利于农村经济的可持续发展。

3. 土壤重金属污染来源

(1) 随着大气沉降进入土壤的重金属。大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外, 重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气, 经过自然沉降和降水进入土壤。经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染, 与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系, 距城市越近, 污染的程度就越重。 (2) 随污水进入土壤的重金属。污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。生活污水中重金属含量很少。但是, 由于我国工业迅速发展, 工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放, 从而造成污灌区土壤重金属铅、镉、汞、溴、铬等含量逐年增加, 随着污水灌溉而进入土壤的重金属, 以不同的方式被土壤截留固定。 (3) 随固体废弃物进入土壤的重金属。固体废弃物种类繁多, 成分复杂, 不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中, 由于日晒、雨淋、水洗, 重金属极易移动, 以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料放入土壤, 造成土壤重金属污染。如随着我国畜牧生产的发展, 产生大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物, 这类农业固体废弃物中含有植物所需氮、磷、钾和有机质, 同时由于饲料中添加了一定量的重金属盐类, 因此作为肥料施入土壤增加了土壤锌、锰等重金属元素的含量。固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大, 土壤中重金属的含量随距污染源的距离增大而降低。 (4) 随农用物资进入土壤的重金属。农药、化肥和地膜是重要的农用物资, 对农业生产的发展起着重大的推动作用, 但长期不合理施肥, 也可以导致土壤重金属污染。重金属元素是肥料中最多的污染物质, 氮、钾肥料中重金属含量较低, 磷肥中含用较多的有害重金属, 复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带入。

4. 土壤重金属污染治理

(1) 物理防治措施。污染严重的地区宜采用排土、换土、去表土和客土等治本的方法。这些方法能根除重金属污染物。污染较轻的地区, 宜采用深耕翻土的方法, 这种方法动土比较少, 能使表土壤中的重金属含量降低。把重金属重污染区的土壤置于高温高压条件下, 形成玻璃态物质, 使重金属固定于其中, 达到消除重金属污染的目的。它能从根本上消除土壤的重金属污染, 并且见效快。但其工程量大、费用高昂, 此方法常用于重金属重污染区的抢救性修复。 (2) 化学防治措施。添加改良剂 (抑制剂) 。磷酸盐、石灰、硅酸盐等是处理重金属污染的常用改良剂。它们能与重金属污染物作用生成难溶化合物, 从而降低重金属污染物在土壤及植物体内的迁移能力。施加重金属螯合剂, 土壤中的重金属一般吸咐在土壤固体表面, 在土壤溶液中则相对较少, 因此向土壤中施加重金属螯合剂, 能提高土壤中重金属的有效态, 使之易于流动和吸收。施用重金属拮抗剂, 在土壤环境中, 重金属元素之间具有拮抗作用。利用一些对人体没有危害或有益的金属元素的拮抗作用, 能减少土壤中重金属的有效态。因此, 在轻污染的土壤中, 施用少量的有重金属拮抗性的金属元素, 将可起到良好的防治作用。 (3) 生物防治措施。植物吸收。利用植物吸收, 可减少土壤中重金属污染物的含量。微生物降解, 利用清洗剂对土壤表面附着的重金属吸入土壤溶液中, 然后随清洗液流入预定的水体中与微生物作用, 达到去除土壤中重金属的目的。生物防治具有效果好, 不产生二次污染, 投资省, 费用低, 易于管理操作等优点, 目前受到人们的重视。 (4) 农业生态防治措施。控制土壤的氧化——还原条件, 在淹水的土壤中, 重金属一般以难溶态的硫化物的形式存在。因此, 控制土壤水分状况及氧化——还原电位, 使土壤在作物壮籽期有一个相对较稳定的水淹期, 可减少重金属进入植物体内的含量, 减少进入果实和籽实中的含量。改变作物品种, 在重金属污染严重的地区, 种植观赏植物、花卉、经济林木等。在重金属轻污染区, 种植耐重金属性强的作物品种, 如旱地改水田, 种植水稻或者进行轮作。

快速判断机油污染程度的方法 篇9

取机油尺滴几滴机油用手指捻搓机油, 有细粒感, 则说明含杂质较多。抽出少量机油放置一段时间后, 上层油色变淡, 说明添加剂已失去作用。若机油显示花纹, 油色混浊或乳化, 说明油被水严重污染。若闻到机油有燃油味, 说明机油被稀释。

2.水分爆裂检验法。

用薄金属片或金属箔做成浅凹坑形, 然后滴上几滴机油, 并在箔下加热, 视其是否产生爆裂现象。若有爆裂现象, 则说明油中所含水分已超过0.1%以上, 应更换。

3.油泥检验法。

取刚停机的机油100 g放入杯中, 用200 g清洁无铅汽油稀释后, 再取一张130 mm见方的普通滤纸过滤, 然后将滤纸上的沉淀物烘干, 称其质量超过5 g, 则机油过脏, 应更换。

4.滤纸油斑试验法。

滤纸油斑试验法是利用现代电测方法, 测定机油污染程度和清净性添加剂消耗程度及性能的机油污染测试方法。本测试方法在无全套理论化性能指标化验检测手段时, 可作为更换新机油的依据, 其特点是简单、快速, 但此测试方法不对机油中各种杂质的成分进行测定。实践证明, 若把使用中的机油按规定要求滴在专用滤纸上, 油滴逐渐向四周浸润扩散, 最终形成中央有深色核心的颜色深浅不同的多圈环形油斑。若机油所含杂质的浓度和粒度不同及清净分散能力不同, 所形成油斑每一环形区域的颜色深浅亦有不同。

如果机油中杂质粒度小, 且清净分散剂性能良好, 则杂质颗粒就会扩散到较远处, 中心区与扩散区的杂质颗粒浓度及颜色深浅程度差别较小;若机油中杂质粒度大, 且清净分散剂性能丧失, 则机油中杂质就越来越集中于中心区, 中心区与扩散区的杂质浓度和颜色深浅程度的差别也就越大。因此, 油斑上中心区杂质浓度反映机油的总污染程度, 而中心区单位面积的杂质浓度与扩散区单位面积杂质浓度之差可反映机油中清净分散剂的清净分散能力。为了可靠测定机油油斑中心区杂质浓度及扩散区杂质浓度, 必须控制油斑尺寸并确定油斑的尺寸规律。对实际油斑尺寸的统计分析表明, 油滴在滤纸上扩散终了时, 扩散区的最大半径取决于滴棒的尺寸 (直径) , 所以应使用统一规格的滴棒, 并使滴棒尺寸保证使油斑的尺寸等于光度计的感光半径。

重金属污染土壤修复技术述评 篇10

重金属是指密度大于4.5×103 kg·m-3的金属,从环境保护角度所说的重金属是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的金属元素。其中对人体毒害最大的有铅、汞、铬、砷、镉等5种。2009年以来,中国已连续发生30多起重特大重金属污染事件,国家环保部数据显示,仅2009年重金属污染事件就致使4035人血铅超标、182人镉超标,引发32起群体性事件[1]。2010年2月环保部、国家统计局、农业部联合发布的《第一次全国污染源普查公报》显示,我国重金属污染物的排放总量为900吨,但并没有给出具体的分布情况说明。

采矿、冶炼、铅蓄电池、皮革及其制品、化学原料及其制品五大行业成为重金属污染的主要来源。特别是金属矿山开采过程中的重金属释放量大,延续时间长,往往造成矿区及周边土壤、水体的严重污染。如广西大厂矿区下游刁江沿岸的土壤与农田均存在严重的As、Pb、Cd、Zn复合污染。湖南长沙、株洲、衡阳、郴州等地区的典型矿冶污染土壤中重金属污染严重,其中株洲市镉污染超标5倍以上的土地面积达160 km2以上,重度污染面积达34.41 km2。福建重金属矿区Cd的最高质量分数分别达到2.481 mg·kg-1,达到重度污染;湖南省郴州市柿竹园钨锡铋钼矿区的才山选矿厂、才山尾砂库、牧场新尾砂库、牧场旧尾砂库和白露塘尾砂库5个典型地区土壤镉的变化范围为0.08~236 mg·kg-1,镉的最高含量达到了国家3级标准的236倍[2];贵州都匀牛角塘矿区选矿废水中Cd含量达6.1~7.5 mg·kg-1,超过工业废水排放标准(GB18918-2002)1000倍,土壤中Cd含量达210 mg·kg-1,超过三级土壤环境质量标准(GB 15618-1995)200倍[3];江西德兴铜矿及周边地区土壤中Cd含量变化范围为0.299~61.963 mg·kg-1,污染级别1 ~ 5级均有[4];云南金顶铅锌矿从1987~1992年仅5年时间共采矿31万吨,其中就损失镉五千多吨[5]。2011年2月国务院通过的《重金属污染综合防治“十二五”规划》列出了14个重金属污染综合防治重点省份、138个重点防治区域和4452家重点防控企业。《规划》提出到2015年,重点区域的重点重金属污染排放量比2007年减少15%,非重点区域的重点重金属污染排放量不超过2007年的水平,要达到这一目标需要多方面的努力。

2 重金属污染土壤的物理修复

重金属污染土壤修复是利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的重金属,使其浓度降低到可接受水平,满足相应土地利用类型的要求。物理修复方法包括客土法、电动力学法、固化法等。

2.1 客土法

客土法是向污染土壤中加入大量干净土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物含量下降到临界危害含量以下或减少污染物与根系的接触,从而达到减轻危害的目的。该法适用于污染面积不大的土壤,对于污染面积大的土壤来说,成本太高,操作复杂。

2.2 电动力学法

电动力学修复法是把惰性(石墨)电极插入受污染的土壤并通入直流电,使土壤中的污染物质在外加电场作用下发生定向移动并在电极附近累积,定期将电极附近的电渗液抽出处理,即可将污染物除去。污染物的去除速率受污染物浓度、荷电性质、荷电数量、土壤类型、结构、界面化学性质、土壤空隙水电流密度等因素影响[6]。美国环保署和辛辛那提大学针对低渗透性土壤提出了Lasagna工艺,可添加适当的物质(吸附剂、催化剂、缓冲剂等) 固定无机污染物再进行去除和处理,并通过大小规模的试验论证了处理效果[7,8]。有实验结果显示[9],Cu和Zn在沙土中5 d的去除效率可达96%以上。电动力学修复成本低廉、效率较高,但不适用于渗透性较高、传导性较差的土壤和沙性土壤修复。

2.3 固化法

固化是指将污染的土壤与固化剂按照一定比例混合,熟化或烧结形成渗透性很差的固体混合物,使污染物被包裹起来,处于相对稳定状态。所采用的固化剂有水泥、石灰、硅酸盐、高炉渣、窑灰、热塑性物质(如沥青)等[10]。硼硅酸盐玻璃可以作为氧化铬的固化载体,因为氧化铬在玻璃中的溶解率不到1%[11]。该技术可以从根本上消除土壤中重金属的污染且去除速度快,但其技术工程量大、费用高,且土壤的使用价值也完全消失,仅可用作建筑材料,故该法仅用于重金属重污染区的抢救性修复。

3 化学修复法

化学修复是根据土壤和重金属的性质,选择合适的化学修复剂(改良剂、淋洗剂等)加入土壤,去除或钝化土壤中的重金属,降低土壤中重金属的活性,达到污染治理和修复的目的。最重要的化学修复方法有淋洗法和改良剂法两种。

3.1 淋洗法

土壤淋洗法是先将淋洗液注入已污染的土壤,利用表面活性剂润滑、增溶、分散、洗涤等特性,改变土壤表面电荷和吸收位能,或从土壤表面将重金属置换出来,以络合、螯合物的形式存在于土壤溶液中,加快重金属在自然环境中的可流动性,再用泵将含有污染物的淋洗液抽吸至地面就地处理的修复方式。目前筛选出的淋洗剂的包括低分子有机酸如柠檬酸、酒石酸、草酸,阴离子型表面活性剂SDS、EDTA,以及无机萃取剂HCl和CaCl2等[12,13,14]。其中EDTA容易和各种重金属形成稳定易溶的络合物,对复合重金属污染土壤有很好的淋洗修复效果,但同时也会导致营养元素的流失,且EDTA生物降解周期较长,对土壤环境存在负面影响。淋洗法操作简便、成本低廉、见效快,适用于大面积、重度污染且透水性较好的土壤修复。缺点是在去除重金属的同时会造成土壤营养元素的流失和土壤结构破坏。淋洗废液的处理也不容易解决。

3.2 改良剂法

改良剂法是向土壤中添加一些改良剂,通过改良剂的沉淀、吸附、化学还原等作用钝化土壤中活性较大的重金属,降低重金属的生物有效性,达到修复目的。常用的改良剂有无机试剂和有机试剂。无机试剂如石灰、硅酸钙、硅酸镁钙和碳酸钙等[15,16],能与重金属结合形成溶解度很小氢氧化物、碳酸盐或其它难溶化合物,从而降低其活性,甚至使之脱离食物链,达到修复目的。重金属的磷酸盐溶度积通常都很小,因此加入羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸氢钙等磷酸盐也可起到类似作用[17,18]。

利用某些矿物吸附土壤中重金属,减小其生物活性也能够起到改良、修复土壤的作用。如海泡石、沸石和膨润土等,因含有大量的三维结构、很强的离子交换能力及独特的分子结构,可以通过离子交换吸附或物理性吸附土壤中的 Zn、Cd、Cu、Ni等重金属[19],实现对污染土壤的修复。铁、锰氧化物、铁屑、以及一些含铁锰的工业废渣也能将重金属吸附、固定在其内部,从而钝化土壤中重金属[20]。

有机物质在提高土壤肥力的同时能增强土壤对重金属的吸附能力。有机物中的含氧官能团(如羧基、羟基和酚羟基等)、有机酸及含氮、硫杂环化合物等能与多种形态的金属形成化学和生物学稳定性不同的金属有机络合物,使植物难于吸收。当然,有机物结构、成份极其复杂,对重金属污染的抑制效果也千差万别[21]。常见土壤改良有机物质有生物体排泄物(如动物粪便、厩肥)、泥炭类物质、稻草和腐殖酸等。

各种改良剂虽然能够改变重金属在土壤的存在形态,钝化重金属活性,降低其生物有效性,但由于重金属仍然存在于土壤中,当外界条件改变时,容易导致重金属活化,因此并不能从根本上修复重金属污染土壤。

4 生物修复法

在人为调控下,微生物、动物或植物生物也能将土壤中重金属吸收、分解或转化为无害化物质,即生物修复。

微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物,从而降低重金属的污染程度。如Xanthomonas maltophyla能将Cr6+还原成移动性差和毒性小的Cr3+。硫酸盐还原细菌的代谢活动可以间接使金属以不溶性硫化物的形式被固定。但更多真菌常通过增加植物根部与土壤的接触面积来提高超富集植物的生长和提高重金属在植物中的积累,以及通过协调金属与植物相互作用来保护植物免受重金属毒害等方式起到土壤修复目的[23]。

动物修复就是利用土壤中的某些低等动物(如蚯蚓、鼠类等)能吸收重金属的特性,在一定程度上降低了污染土壤中的重金属含量,达到了动物修复重金属污染土壤的目的。但更多地是通过动物的生命活动促进植物对重金属的吸收富集转移,如蚯蚓数量的增加可有效增加土壤Cd向油菜体内的转移,也能显著提高镉污染的高砂土中黑麦草地上部分的生物量,增幅可达33%~96%。

植物修复就是利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染体(如土壤和水)中的污染物,以期达到清除污染、修复土壤目的的过程。对重金属污染比较有效的是植物萃取(phytoextraction)修复,即在受重金属污染的土壤上连续的种植专性植物(包括超富集植物和忍耐—富集型植物),用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部,通过收割地上部物质带走土壤中污染物。该方法具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水二次污染、可以美化环境的作用、易为社会接受等优点,最具发展前景。目前已发现有700多种超富集重金属植物,其中镍超富集植物有Berkheya coddii等300多种,镉超富集植物有天蓝遏兰菜(Thlaspi caerulescens)等20多种。植物修复能在不破坏土壤生态环境,保持土壤结构和微生物活性的条件下,对土壤实现原位修复,并且成本低廉,操作安全而成为当前研究、开发的热点。

5 结 论

重金属污染土壤修复治理技术概述 篇11

重金属元素因其特有的物理化学性质, 在工业生产和人们的日常生活用品中被广泛应用。过去由于人们环保意识落后, 对工业生产过程中产生的含有重金属的“三废”随意排放, 造成了严重的环境问题。国家环境保护部、统计局和农业部于2010年联合发布的《第一次全国污染源普查公报》显示:目前我国工业废水中包括铬、砷、汞、铅等重金属污染物进入环境水体的年排放量为900吨[1];Singh等通过计算得出, 在过去五十年中, 全球排放到环境中的镉达到2.2万吨, 铜93.9万吨, 铅78.3万吨, 锌135万吨[2]。这些重金属对环境造成了严重的污染, 尤其是对土壤所造成的污染更为突出。

重金属对土壤的危害具有一定的潜伏期, 可能在短时间内显现不出来, 但当其含量超过一定的限度或土壤环境条件发生变化时, 重金属元素被活化, 对土壤生态结构和功能稳定性、植物生长及人体健康都构成了严重的威胁, 因此有人称其为“化学定时炸弹”[3、4]。据统计, 我国目前至少有3亿亩土地 (占全国耕地面积的1/6) 不同程度受到重金属污染, 每年损失粮食超过12 000万吨, 直接经济损失超过200亿元。在此背景下, 开展修复治理重金属污染土壤的研究工作, 以期恢复其应有的耕作性能, 意义重大。

1 土壤中重金属的来源

土壤中重金属来源通常有两种途径, 一种为自然条件下, 母岩和残落的生物物质中所含的重金属经过一系列的物理化学变化而存在于土壤中, 此种情况一般含量比较低, 不会对人体及生态系统造成危害[5]。另外一种是人类生产、生活活动过程所带来的重金属污染, 这才是造成土壤重金属污染的主要原因。下面分别从工业源、农业源及城市生活源三方面进行论述: (1) 工业源。在矿产开采、冶炼、皮革制造、燃煤发电等工业生产过程中产生的“三废”直接或间接进入自然环境中, 造成环境中重金属污染。另外, 大多数废弃尾矿中的重金属含量也比较高, 在雨水淋溶及自然风化等过程中向外部环境释放, 也会造成周边环境受重金属污染; (2) 农业源。在部分农业生产中, 会使用含有重金属的污水进行灌溉, 使得污水中所含的重金属转移到土壤中;此外, 农业生产中使用的农药、劣质化肥和农膜中也含有一定量的重金属, 长期不合理使用也会造成土壤重金属污染。 (3) 城市生活源。含汞干电池、镍镉充电电池、铅酸电池、温度计、血压计及含汞电光源等城市常见的废弃物品中含有重金属, 由于这些废弃物随意丢弃, 导致了污水处理厂的污泥、垃圾填埋场的渗滤液及垃圾焚烧产生的飞灰中都含有大量重金属, 在加重城市生活污水及垃圾的处理负荷及成本的同时, 还造成了环境重金属污染。

2 土壤中重金属赋存形态

土壤中重金属对人体和环境的危害, 主要取决于其在土壤中的化学性质及赋存形态。重金属在土壤中通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应, 形成不同的形态, 形态不同, 其迁移转化特点和污染性质、危害程度也不相同[6]。按照Tessier提出的分类法, 可将土壤中的金属元素划分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态[7]。其中, 可交换态最为活跃, 通常情况下它吸附于土壤中, 当土壤中含有过量的阳离子溶液时即可将这部分吸附于土壤中的重金属解吸出来, 使其在土壤中表现为离子形态, 生物可直接从土壤中吸收利用。碳酸盐结合态的生物有效性仅次于可交换态, 它是重金属与碳酸盐以沉淀或共沉淀方式的结合物, 在土壤环境发生变化的情况下 (如p H值由碱性变为酸性时) , 碳酸盐发生分解, 与之结合的重金属即被释放出来而被生物吸收利用。铁锰结合态的活性弱于碳酸盐结合态, 一般是重金属元素与土壤氧化物以专性吸附或共沉淀的方式结合, 在还原条件下发生还原反应之后, 将其中的重金属元素释放出来为外界生物所吸收利用。有机结合态重金属含量与土壤有机质含量及配位基团含量有关, 并且受到金属离子的外层电子轨道形态的影响, 相对比较稳定, 所以其生物有效性也比较低[8]。残渣态的重金属被包含在矿物晶格中, 对土壤中重金属的迁移和生物可利用性贡献不大, 相对比较安全[9]。

3 重金属污染土壤治理措施

土壤中重金属通过农作物根系吸收后迁移到种植的农作物中, 并且在作物中的含量普遍高于土壤中含量, 对食品安全和人们的身体健康构成了严重的潜在威胁。目前, 科研工作者基于将土壤中重金属移除、降低土壤中重金属含量或活性的目标开展了大量的研究工作, 并取得了很多有实际意义的成果, 本文将介绍植物修复法、低温热解法、分子键合法、客土法和淋洗法。

(1) 植物修复法。自然界中有部分植物对某一种或几种重金属元素具有超富集能力, 能将土壤中的重金属元素通过植物的根系转移到茎、叶、果实中, 从而降低土壤中重金属污染物的含量。另外, 可以通过在土壤中添加一些化学试剂, 强化植物根系对土壤重金属污染物的吸收。这种方法属于原位修复法, 具有处理费用低、对环境破坏小等优点, 但修复周期长, 且不适用于修复重金属污染程度较高的土壤[10]。

(2) 低温热解法。此种方法只能针对挥发性重金属 (如汞) 的治理。其原理是采取加热的方法将重金属从土壤中解析出来, 然后再回收利用。以此法修复汞污染土壤主要包括以下几个步骤:将被污染土壤从现场挖掘后进行破碎、风干;通过加热土壤, 从干燥的土壤中分解汞化合物并气化汞, 然后凝结并收集;加热过程中产生的气体通过气体冷却、净化系统处理, 再用活性碳吸收各种残余的含汞废气和其他有害气体, 然后将达标气体排入大气。瞿丽雅等人的研究结果表明, 在270℃条件下, 对汞污染土壤进行2 h的焚烧, 可去除土壤中50%~90%的汞, 而土壤中有机质仅损失15%, 土壤中P、K变化不大, 有效N损失约15%, 可见经低温热解法处理的土壤仍具备其耕作的属性, 可以回填继续使用[11]。对于汞污染严重的土壤, 本方法具有去除效率高, 见效快等优点, 同时也存在费用高, 工程量较大等缺陷。此外, 处理后土壤汞浓度虽大幅度降低, 但难以达到GB 15618—2008《土壤环境质量标准》的三级标准, 需再与其他修复技术 (如植物修复法、客土法等) 配合使用之后才能满足耕作要求。

(3) 分子键合法。该技术属于化学修复中近几年发展应用的新技术, 通过在土壤中添加一定量的稳定剂, 与土壤充分拌合后, 使土壤中的重金属元素与稳定剂最大限度地发生反应, 将土壤中游离态的重金属元素还原成矿石结构, 形成矿石晶体形态的重金属稳定化合物[12]。该技术具有操作简单, 成本低廉等优势, 但因其仅仅只是降低土壤中重金属的生物有效性, 并未改变土壤中重金属的含量, 待外部环境发生改变或稳定剂效果减弱之后, 重金属污染物是否会“复活”仍然有待检验。

(4) 客土法。客土法是根据被污染土壤的污染程度, 将适量清洁的土壤添加到被污染的土壤中, 降低土壤中重金属污染物的含量或减少污染物与植物根系的接触。在选择客土时, 应考虑客土与被污染土壤的理化性质等因素, 避免添加的客土改变土壤环境而引起原土壤中重金属污染物活性增强的现象。该方法具有见效快, 效果好的优点, 但仅适用于污染物含量不高、取土方便的地区。

(5) 淋洗法。淋洗法是用具有重金属水溶性的提取液对被污染土壤进行淋洗, 土壤中的重金属污染物与提取液发生溶解、乳化和化学作用, 形成溶解性的重金属离子或金属-试剂络合物。然后对提取液进行处理, 将溶于其中的重金属分离出来, 提取液可再循环使用。这种方法具有去除效率高, 见效快的优点, 但在淋洗过程中, 土壤中的氮、磷、钾及有机质等也溶解于提取液中, 随重金属污染物一起被提取液带离土壤, 造成土壤肥力降低;此外, 在淋洗过程中, 若提取液处置不当, 容易造成地表水污染[13]。

4 结语