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【题  名】 农田土壤重金属污染化学钝化修复研究进展

【出  处】 植物营养与肥料学报

【日  期】 2018.06.20

【作  者】 /

【关键词】 环境治理 重金属污染 污染土壤 原位修复

【正  文】

 
      土壤重金属化学钝化修复是指向污染土壤中添加钝化剂,使重金属由活性向稳定化形态转化,以降低重金属的迁移和生物可利用性,从而修复重金属污染土壤的方法。本文综述了近些年国内外各类钝化材料修复重金属污染土壤的作用效果和机理、实例等方面的研究进展,并讨论了原位修复土壤重金属中亟待解决的问题,旨在为农田土壤重金属污染的化学钝化剂筛选与应用提供参考依据。
     前言
     随着城镇化、工业化的发展和城市污泥、废弃物进入农业生态系统,土壤重金属污染态势日趋严峻。据国家环保部、国土资源部等的调查,我国土壤各种污染物超标点位占调查总点位的16.1%;而耕地土壤点位超标率高达19.4%,污染情形不容乐观。
     由于我国人口压力大,优质耕地资源短缺与粮食生产需求的矛盾异常突出,不可能将污染土壤进行大规模休闲、种植非粮食作物或开展植物修复;工程措施则代价高昂难以实施,且污染土壤填埋并不去除重金属类污染物,所以对农田重金属污染土壤而言,切实可行且能保证作物安全生产的修复措施应是化学钝化,尤其是对中轻度污染的农田土壤。
     化学钝化修复是向污染土壤中施入各种钝化剂,利用吸附、沉淀、氧化还原、络合等机制,改变污染物的形态与活性,使其转化成非活性、植物难吸收的组分,从而实现修复利用的技术。目前采用的钝化剂主要包括各类含磷物质、粘土矿物、生物炭、氧化物、有机物等,它们对不同污染物以及土壤类型、污染程度的修复效果有一定差异,相关综述论文也常见报道。本文就一些主要的化学钝化材料修复重金属污染研究进展作一概述,为进一步推动农田重金属污染土壤修复研究与应用提供参考。
     1含磷物质对污染土壤中重金属的钝化
     含磷物质除提供植物磷营养外,对重金属的钝化修复是当前土壤重金属污染修复研究的热点领域之一,也是一种廉价、环境友好的修复材料,其可以通过释放磷来有效地固定土壤中的重金属。在实际应用中,常见的含磷材料有磷酸及可溶性磷酸盐,磷酸钙、磷灰石、磷矿粉、骨粉等难溶含磷材料,以及活化磷矿粉、溶磷菌–磷矿粉、动物粪便–磷矿粉堆肥等复合含磷材料。含磷材料修复的对象主要包括Pb、Cd、Cu、Zn、Ni、Hg、Cr、Co以及As等。
     磷酸盐可以直接参与土壤重金属的钝化,也常与其他矿物材料混合使用。采用磷酸酸化磷矿粉处理Pb污染的土壤,可将土壤中非残渣态Pb转化为残渣态,降低土壤中Pb的淋溶毒性。Pb与磷形成了极稳定的磷氯铅矿[Pb5(PO4)3Cl],明显降低了植物对Pb的吸收。另外,用磷酸化生物炭处理铅污染土壤,发现其有很好的修复效果。与磷酸的钝化作用相比较,可溶性磷酸盐(如磷酸铵、磷酸氢钾)等也可直接参与重金属的钝化作用。用磷酸氢二铵处理土壤60天后,Cd的溶出量从306mg/kg降低到34mg/kg,磷含量增加会相应提高Cd的稳定效果。雷鸣等研究了磷酸氢二钠对污染土壤中重金属(Pb、Cd、Zn)向水稻迁移的影响,发现其显著提高了土壤pH值,降低了土壤中交换态Pb、Cd、Zn含量,同时明显降低了水稻各器官中Pb、Cd的含量。
     过磷酸钙和重过磷酸钙等也被用于修复重金属污染的土壤。用过磷酸钙修复Pb、Cu污染的土壤,一段时间培养后,Pb和Cu大幅度转化为残渣态。重过磷酸钙用于钝化修复Pb、Cu和Zn复合污染土壤,4周后发现可有效地降低提取态Pb和Cu,但对土壤中Zn的稳定化影响较小;磷处理可抑制Pb和Cu在土壤剖面中的径向迁移。在Pb、Cd、Cu和Ni污染的土壤中施加重过磷酸钙处理后,Pb和Cd向残渣态转化,降低大白菜对重金属的吸收。林笠等采用盆栽试验研究了重金属Cd、Pb复合污染土壤中添加磷对草莓累积重金属的影响,结果表明,添磷后不仅能显著降低Cd、Pb对草莓产量和品质的影响,还能降低Cd、Pb在各组织中的累积。
     含磷材料还包括磷酸钙、天然磷灰石、磷矿粉、骨粉等难溶磷酸盐矿物,它们是碱性矿物,有效磷远低于可溶性磷酸盐及磷肥。用磷矿粉处理重金属污染的土壤能增加植物对As的吸收,降低蕨类植物体内Pb、Cd含量。羟基磷灰石可显著降低土壤中Pb、Zn、Cd、Co和Ni的生物有效性,增强它们的地球化学稳定性。纳米磷材料的性质有别于普通含磷矿物,用纳米Ca3(PO4)2处理射击场的重金属Pb、Cu、Zn污染后,土壤中可提取态重金属大幅度降低,部分Cu和Pb结合在纳米磷酸钙表面;而用负载纳米羟基磷灰石的生物炭原位修复Pb污染土壤,Pb的固定率达到74.8%,残渣态增加到66.6%,土壤中生物有效性Pb显著减少。

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