陆域环境中土壤重金属污染的研究进展

陆域环境中土壤重金属污染的研究进展

李婷、王树伟

潍坊市滨海生态环境监控中心

摘要：“十九大”报告提出构建交通强国目标，2021年《国家综合立体交通网规划纲要》提出分两步走全面构建现代化高质量的国家综合立体交通网，高速公路在其中承担了重要的角色。自1984年中国大陆第一条高速公路沪嘉高速修建以来，截至2019年底，中国高速公路总里程达14.26万km，居世界第一。但是高速公路带来便利的同时，也对沿线路域生态环境产生了一系列不利影响，因此，如何快速开展路域生态环境季相综合评价，实现高速公路路域生态环境的可持续发展成为本次研究重点。基于此，本篇文章对陆域环境中土壤重金属污染的研究进展进行研究，以供参考。

关键词：陆域环境；土壤重金属；污染；研究进展

引言

土壤是重要的环境介质，为植物生长提供水肥气热，也为动物微生物提供了栖息的场所。而土壤也成为大部分污染物的受体，环境介质中97%的污染物最终归趋于土壤。当下，重金属污染是我国最主要的土壤污染形式，来源主要有废水灌溉、农药使用、工业排放等。依据固定和去除两种思路进行治理，综合研究运用各类技术，土壤重金属污染修复定将在未来取得更长足的发展。

1土壤重金属污染存在形态

土壤重金属污染物质主要属于过滤性元素，这些金属物质以离子的形式存在于土壤当中，部分有机物会影响重金属离子的构成形态以及迁移能力。重金属化合物本身的化学性质差异较大，土壤环境内部物质的组成较为复杂，物理化学性质容易因环境的变化而发生变化。通常来说，重金属污染元素的存在形态包括水溶态、可交换态、吸附交换态、碳酸盐结合态以及有机结合态等。重金属的形态与普通金属物质相比差异较大，水溶态和可交换态重金属可溶于其他液体，其毒性对生态环境的影响较大。

2路域环境土壤重金属分布的空间异质性及影响因素

目前，路域土壤重金属污染的空间分布表现出明显的空间异质性，可分为两类：一类是同一断面内沿着与道路中心线垂直方向上的分布情况；另一类是沿着道路走向不同采样断面之间的对比分析。多数研究以公路为主，在水平方向上，道路交通源重金属对周边土壤的影响范围、污染物峰值位置以及污染物浓度随路边距离的变化情况，不同研究的结果相差较大。综合研究表明，水平方向上，在距离公路一定范围内，公路路边土壤重金属含量分布具有一定的规律性：路边土壤重金属含量可随着与公路垂直方向距离的增加而降低，有的呈现出指数型分布特征；随着与公路垂直方向距离的增加而先增加后降低，如偏态分布特征；非典型的混合分布特征主要是指随着与公路垂直方向距离增加而变化复杂，呈现多峰态，如3阶多项式分布。在土壤剖面方向上，大体上表现出随土壤深度的增加污染逐渐降低的趋势。然而，研究发现土壤中重金属沿剖面方向表现为表层富集明显，但未随剖面深度的加大而逐渐线性降低，其原因可能是农耕深翻、降水淋溶和土壤性质等多因素造成的结果。其次是城市道路的研究，主要对比了位于城市不同功能区或行政区的道路之间的土壤重金属污染程度、不同等级类型的道路之间土壤重金属污染程度的差异、以及城市区域尺度上由不同等级道路组成的道路网或者沿着城中心-城郊断面对周边土壤污染的影响。自然源是土壤重金属来源的重要组成部分，而人为污染同自然环境因子的作用通常会加剧重金属在环境中的积累。综合不同研究，路域环境中土壤重金属空间分布的影响因子主要有交通运营及道路状况（包括交通流量、车辆荷载及车辆行驶速度、路龄和路况）、气象和地形、道路绿化带（道路绿化带宽度、郁闭度和树种组成）及防护林、周边土地利用类型和植被覆盖情况、土壤理化性质等。如下表1所示。

3土壤重金属污染治理

3.1电化法

电化法是美国路易斯安那州立大学提出的一种土壤重金属污染净化方法。通过在饱和的黏土颗粒中接通低强度直流电的方式清除土壤中的无机污染物，并借此收集土壤中的重金属。这种清理重金属污染的方法需要在被污染土壤的两端插入惰性电极，施加电流后利用电流的特性让重金属离子跟随电流流动方向进行迁移，到达电极位置后以重金属离子溶液的形式将其导入，完成对重金属污染土壤的修复工作。这种污染处理方式的效率较高，不会在清理过程中产生二次污染，对土壤环境的影响较小，能够在保持土壤肥力的情况下有效降低土壤中的重金含量。目前该技术在室内环境的试验效果较为出色，但在室外环境的适用性较差；对于土质的要求较高，在黏土等低渗透性的土壤重金属污染中清理效果较好，但在砂性土壤中的应用效果较为有限；此外，该技术不够成熟，目前无法做到大规模应用推广。

3.2固化/稳定法

此修复法是将固化或稳定剂加入土壤中，固化或稳定剂利用其物理化学性质能够与重金属形成稳定化合物，或改变重金属的价态，迫使重金属的溶解性、生物可利用性和流动性降低。目前常用的固化剂或稳定剂有石灰、无机黏土、蒙脱石、硅酸盐、生物炭等。石灰可以提高土壤的酸碱性并使Ca

²⁺进入土壤进行阳离子交换，换取代K⁺、Na⁺，使得重金属污染物形成不溶性氧化物。硅酸盐可以对重金属进行固化，降低其在土壤中的流动性。凭借疏松多孔和比表面积大等结构特点，生物炭可吸附重金属离子。此修复方法虽简单有效，但并不是一种永久长久之计，它只能暂时改变重金属存在的形态，在一定程度上起到缓解作用，并没有真正使重金属从土壤中移除出去，当外界环境改变土壤理化性质时，这些污染物可再度活化造成二次污染。

3.3植物修复

（1）植物提取指经过较长周期的超富集植物吸取地下重金属污染物，到地上部分积累后，进行收割植物等处理达到移除重金属的目的。对具有较高耐性和较快生长速度的超富集植物进行大量筛选，并加以应用是成功利用植物提取技术的关键步骤。具有代表性的包括As超积累植物蜈蚣草、Cd超积累植物东南景天等。（2）植物固定通过植物的根系分泌物、酶或生物等改变土壤性质而使重金属产生化学形态变化，结合沉淀、螯合、氧化还原等，降低其在土壤的空间迁移能力。根系分泌物中多糖类物质可与重金属离子形成络合物，将重金属元素固定。磷酸盐可与Pb结合形成难溶磷酸铅，起到固定、降低重金属有效性的作用。（3）植物挥发技术当下可以应用于修复遭受Se、Hg、As污染的土壤，主要利用植物根系将重金属污染物吸收到体内再转变为气态物质释放。如种植烟草可以使土壤中的汞转化为气态汞；但植物挥发技术在减少土壤污染的同时，可能会造成大气的污染，因此需要谨慎科学地使用。

结束语

综上所述，重金属土壤污染治理技术目前取得了一定进展，但许多技术在大规模推广之前仍然需要进行大量的试验研究。基于此种情况，在重金属污染防治的过程中需要将预防与修复结合在一起，在控制污染物随意排放的前提下创新污染防治技术，复合使用多种方式治理土壤重金属污染，保证治理效果稳定持久，切实改善环境问题，促进经济发展。

参考文献

[1]王新军,窦红菲,黄山倩,李云鹏.高速公路路域土壤重金属污染特征与生态风险评价[J].交通运输研究,2020,7(04):75-84.

[2]马建华,路域环境中公路源重金属污染机理及防护的应用研究.河南省,河南大学,2018-07-03.

[3]戴青云.高速公路路域土壤与植物的重金属污染特征及健康风险研究[D].湖南大学,2018.

[4]杜孔昌,张景光,冯丽.路域土壤-植物系统重金属污染研究综述[J].中国沙漠,2018,34(06):1598-1604.

[5]温瑀.生态脆弱区公路路域生态环境评价与绿化模式设计研究[D].东北林业大学,2018.