引言
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；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。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”。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12000万吨，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。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。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。
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pH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。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。
引言
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；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。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”。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12000万吨，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。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。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。
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pH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。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。
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。
(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2h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。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GB15618—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］。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。
4、结语
虽然目前土壤的重金属污染已引起了社会的广泛关注，科研工作者也研究出了形式多样的修复治理方法，但这些技术都存在不同程度的缺陷，难以全面彻底的解决当前面临的问题。为减轻或缓解重金属土壤污染，可从以下几个方面开展工作：(1)加大科研技术的投入力度，探寻更加切实可行、经济适用的修复治理办法并大力全面推广，对已造成污染的土壤进行彻底的治理；(2)积极鼓励创新，研发各类重金属替代材料，减少重金属原料在生产、生活中的使用，从源头上控制重金属污染；(3)加强宣传教育，提高人们的环保意识，确保相关法律法规落实到位。逐渐减少工业源、农业源、城市生活源的重金属污染排放。
(审核编辑: Doris)
