关于土壤环境污染原因植物修复技术

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【摘 要】近些年来,如何控制和减轻对土壤的污染和危害,已经成为一个日益突出的问题,文中作者简单描述了我国土壤污染的形式,介绍了植物修复技术的机理及优点,并在文章最后论述了植物修复技术的局限性及影响因素.

【关 键 词】土壤污染；土壤修复；植物修复技术

引言

土壤污染是指各种外来物质进入土壤并积累到一定程度,超过土壤本身的自净能力,而导致土壤性状变劣、质量下降的现象.我国土壤污染的总体形势严峻,部分地区土壤污染严重,在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区.土壤污染途径多,原因复杂,控制难度大.土壤环境监督管理体系不健全,土壤污染防治投入不足,全社会防治意识不强.由土壤污染引发的农产品质量安全问题和件逐年增多,成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素.土壤是生态环境系统的有机组成部分,是人类生存与发展最重要和最基本的综合性自然资源.我们不能坐以待毙,要加强研究,采取措施,切实阻止土壤污染继续扩大的趋势,清除被称为“化学”的土壤污染.植物修复技术是近年来发展迅速的一种非常有前途的污染治理技术.本文介绍了用植物去除土壤中有机污染物和重金属的植物修复技术,并对植物修复技术的未来做了展望.

1.造成我国土壤污染的原因

1.1过量施用化肥

虽然施用化肥是农业增产的重要措施,但长期大量使用氮、磷等化学肥料,会破坏土壤结构,造成土壤板结、耕地土壤退化、耕层变浅、耕性变差、保水肥能力下降、生物学性质恶化,增加了农业生产成本,影响了农作物的产量和质量；未被植物吸收利用和根层土壤吸附固定的养分,都在根层以下积累或转入地下.残留在土壤中的氮、磷化合物,在发生地面径流或土壤风蚀时,会向其他地方转移,扩大了土壤污染范围.过量使用化肥还使饲料作物含有过多的硝酸盐,妨碍牲畜体内氧气的输送,使其患病,严重导致死亡.

1.2农药是土壤的主要有机污染物

直接进入土壤的农药,大部分可被土壤吸附,残留于土壤中的农药,由于生物和非生物的作用,形成具有不同稳定性的中间产物或最终产物无机物.喷施于作物体上的农药,除部分被植物吸收或逸入大气外,约有1/2左右散落于农田,又与直接施用于田间的农药构成农田土壤中农药的基本来源.农作物从土壤中吸收农药,在植物根、茎、叶、果实和种子中积累,通过食物、饲料危害人体和牲畜的健康.

1.3重金属元素引起的土壤污染

全国320个严重污染区约有548万hm2土壤,大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20%,其中重金属污染占80%,粮食中重金属镉、砷、铬、铅、汞等的超标率占10%.被公认为城市环境质量优良的公园存在着严重的土壤重金属污染.汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排出污染土壤,使行车频率高的公路两侧常形成明显的铅污染带.砷被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂,硫化矿产的开采、选矿、冶炼也会引起砷对土壤的污染.汞主要来自厂矿排放的含汞废水.土壤组成与汞化合物之间有很强的相互作用,积累在土壤中的汞有金属汞、无机汞盐、有机络合态或离子吸附态汞,所以,汞能在土壤中长期存在.镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车尾气沉降,磷肥中有时也含有镉.

1.4污水灌溉对土壤的污染

我国污水灌溉农田面积超过330万hm2.生活污水和工业废水中,含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分,所以合理地使用污水灌溉农田,有增产效果.未经处理或未达到排放标准的工业污水中含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质,会将污水中有毒有害的物质带至农田,在灌溉渠系两侧形成污染带.

1.5大气污染对土壤的污染

大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等有害物质,在大气中发生反应形成酸雨,通过沉降和降水而降落到地面,引起土壤酸化.冶金工业排放的金属氧化物粉尘,则在重力作用下以降尘形式进入土壤,形成以排污工厂为中心、半径为2～3km范围的点状污染.

1.6固体废物对土壤的污染

污泥作为肥料施用,常使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染.工业固体废物和城市垃圾向土壤直接倾倒,由于日晒、雨淋、水洗,使重金属极易移动,以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散.

1.7牲畜排泄物和生物残体对土壤的污染

禽畜饲养场的厩肥和屠宰场的废物,其性质近似人粪尿.利用这些废物作肥料,如果不进行物理和生化处理,则其中的寄生虫、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染,并通过水和农作物危害人群健康.

1.8放射性物质对土壤的污染

土壤辐射污染的来源有铀矿和钍矿开采、铀矿浓缩、核废料处理、爆炸、核实验、燃煤发电厂、磷酸盐矿开采加工等.大气层核试验的散落物可造成土壤的放射性污染,放射性散落物中,90Sr、137Cs的半衰期较长,易被土壤吸附,滞留时间也较长.

2.植物修复机理及优点

植物修复是利用可超富集重金属的植物吸收、积累环境中的污染物,并降低其毒害的环保生物技术.根据修复植物在某一方面的修复功能和特点可将植物修复分为三种基本类型：植物提取修复,植物稳定修复和植物挥发修复.

2.1植物修复机理

2.1.1植物提取修复

利用重金属积累植物或超积累植物将土壤中的重金属提取出来,富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上的枝条部位.植物提取修复是目前研究最多且最有发展前途的一种植物修复技术.

2.1.2植物挥发修复

植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物,即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中.目前,在这方面研究最多的是金属元素汞和非金属元素硒.植物挥发修复技术只限于挥发性重金属的修复,应用范围较小,而且将汞、硒等挥发性重金属转移到大气中有没有环境风险仍有待于进一步研究.2.1.3植物稳定修复

利用重金属耐性植物降低重金属的活性,从而减少重金属被淋滤到地下水或通过空气载体扩散进一步污染环境的可能性.目前,该技术在矿区大量使用,如废弃矿山的复垦工程,各种尾矿库的植被重建等.值得注意的是植物稳定也并没有将重金属从土壤中彻底清除,当土壤环境发生变化时仍可能重新活化并恢复毒性.植物稳定修复的作用主要有两方面：一是通过根部累积、沉淀、转化重金属,或通过根表面吸附作用固定重金属.二是保护污染土壤不受风蚀、水蚀,减少重金属渗漏污染地下水和向四周迁移污染周围环境.植物稳定修复并没有从土壤中将重金属去除,只是暂时将其固定,在减少污染土壤中重金属向四周扩散的同时,也减少其对土壤中的生物的伤害.但如果环境条件发生变化,重金属的可利用性可能又会发生变化,因而,没有彻底解决重金属污染问题.重金属污染土壤的植物稳定修复是一项正在发展中的技术,若与原位化学钝化技术相结合可能会显示出更大的应用潜力.未来的研究方向可能是耐性植物、特异根分泌植物的筛选,以及稳定修复植物与原位钝化联合修复技术的研究.

2.2植物修复技术的优点

植物修复技术较其他物理的,化学的和生物的方法更受社会欢迎.该技术成本较低,据美国的实践,植物修复比物理化学处理的费用低了几个数量级,此技术在清洁土壤中金属的同时,还可清楚污染土壤周围的大气或水体中的污染物,有美化环境的作用,易为社会所接受.

此外,植物修复重金属污染的过程也是土壤有机质含量及土壤肥力增加的过程,被植物修复过得干净农田更适合多种农作物生长.生物固化技术能使地表长期稳定,控制风蚀,水蚀,有利于生态环境改善,而且维持成本较低.植物的蒸腾作用还可以防止污染物向下迁移,同时,植物把氧气供给根际可促进根际有机物的降解.

3.植物修复技术的局限性及影响因素

3.1植物修复技术的局限性

重金属污染严重的土壤,适宜选用超积累植物,而污染较轻的土壤则需要选用耐重金属植物；植物修复过程通常较为缓慢,对土壤肥力,气候,水分.盐度,酸碱度,排水与灌溉系统等条件和认为条件有一定的要求；植物修复往往会受土壤毒物毒性的限制,一种植物常常只能吸收一种或两种重金属,对土壤中其他浓度较高的重金属会表现出某些中毒症状,从而限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤治理方面的应用；用于清理重金属污染土壤的超累积植物通常都比较矮小,生物量低,生长缓慢,生长周期较长的类型,因而修复效率低,不利于机械作业；用于清理重金属污染的植物往往会通过器官腐烂,落叶等途径使重金属污染物重返土壤.因此必须在植物落叶前收割处理.

3.2植物修复技术的影响因素

首先了解受重金属污染的土壤所处的地理,海拔条件,以便选择合适生长在该条件下的耐受重金属植物和超累积植物种类进行污染土壤的植物修复；将整个需要治理的污染土壤纳入土地使用和规划管理方案中进行总体设计与考虑；对土壤的酸碱度,植物的耐盐度进行调查；了解治理土壤的含水量及水分供给状况；掌握拟治理土壤的营养供给状况,以便拟定合适的施肥计划；调查重金属污染土壤的污染状况,了解重金属的化学形态及植物的可利用性,以便从土壤化学的角度采取相应措施增加植物对重金属的吸收量.此外,对植物遭受自然灾害的复原能力,植物病虫害,良好的灌溉与排水系统也是需要考虑的因素.

4.结束语

随着土壤污染植物修复研究的深入,使得土壤污染植物修复效率更高,投入降低,消除二次污染,不破坏原有生态环境,运行操作更简单,达到长期的效果,土壤污染的植物修复的应用前景将更加广阔.