土壤铅污染及其生物有效性评价研究进展.doc

土壤铅污染及其生物有效性评价研究进展 土壤铅污染及其治理措施 摘要:综述了铅污染土壤中铅的，对人体的危害及污染现状，并分析了铅污染土壤的治理技术在此基础上提出了自己的见解，以期希望政府能够对铅污染引起足够的重视关键词:土壤铅污染，治理措施，生物修复 铅广泛存在于空气水和土壤中，是重要的环境污染物在全球环境日益恶化的当今社会，应对铅污染给予足够的重视，同时，采取必要的措施，将其危害降到最低1土壤铅污染 1.1土壤铅的背景值 我国土壤中铅的平均背景值为（26.012.4）mg/kg1，土壤含铅量为2200mg/kg，平均含量变幅为1342mg/kg一般说，离城市远及未污染土壤的含铅量1030mg/kg，城区公路两旁，以及低污染区土壤的含铅量30100mg/kg，受铅锌矿企业污染的土壤含铅量可超过10000mg/kg含铅汽油含铅4001000mg/kg，致使交通工具排出的尾气中含有大量铅，积累于公路两旁土壤此外，一些城郊污灌区以及果园土壤的含铅量也较高 1.2土壤铅污染的 自然情况下，土壤中的铅主要母岩和残落的生物物质，一般情况下含量比较低，不会对人体及生态系统造成危害人为活动作用，是造成土壤铅污染的重要原因，在金属矿床开发城市化建设固体废弃物堆积，以及为提高农业生产，施用化肥农药污泥和污水灌溉过程中，都可以使铅在土壤中大量积累如瑞典中部Falun市区的铅污染2，主要于市区的铜矿工业厂硫酸厂油漆厂采矿和化学工业产生的大量废物，其中细微颗粒的铅通过风的作用，从工业废物堆扩散至周围地区李波等以江苏省的宁连高速公路两侧土壤和农产品为研究对象，认为交通铅污染是影响公路两侧土壤及农产品质量安全的主要因素3 1.3土壤铅污染现状 目前，全世界平均每年排放的铅约500104t4比利时每年从大气进入土壤的重金属铅量就有250g/hm25在斯洛文尼亚，从居波加到扎各瑞波的公路两侧，铅除了分布在公路两侧以外，还受阶地地貌和盛行风的影响，高铅出现在低地，公路顺风一侧铅含量较高6据统计，我国约有1.3104hm2耕地受到铅等重金属污染，致使粮食减产达1000104t7xx年，海口市妇幼保健院调查发现，53.8%的幼儿和56.1%小学生血中铅含量超过100g/L8；郭平 9等研究发现，长春市区土壤受铅污染较严重；郑袁明10等调查发现，北京市区已有部分公园存在铅污染问题；陈同斌11等研究发现，香港海拔800m的人类活动很少的山上，土壤铅含量也可能受到人类活动排放铅的影响近几年，铅污染事件不断发生，如xx年，甘肃省徽县和河南省卢氏县分别发生铅污染事件由于铅在人们生活中的广泛存在，所以铅污染问题，应引起我们足够的重视 1.4土壤铅污染对人体健康的危害 重金属具有长期性和非移动性等特性12，土壤被重金属污染后，会对作物农产品和地下水产生次级污染，并通过食物链影响人类健康13 铅及铅的化合物一般不能通过完整的皮肤进入人体内，但有机铅可被皮肤吸收铅对人体神经系统骨髓造血系统消化系统心血管系统生殖系统免疫系统及肾脏等造成危害，另外无机铅或有机铅均有致畸致癌和致突变性作用铅作为中枢神经系统毒物，对儿童的身体和智能危害更为严重14，铅过量积累会导致染色体损伤肾脏疾病智力低下15等绝大部分进入人体的铅以不溶性磷酸盐形态储存在骨骼中，正常人血液中铅的含量平均为0.15 mg/kg，当血液中铅含量达0.60.8mg/kg时，就会出现铅中毒症状，发生动脉内膜炎血管痉挛动脉硬化神经机能障碍绞痛精神呆滞16等据世界卫生组织研究报道，现在每天进入人体的铅食物的约400g水10g城市空气26g铅急性中毒表现为流涎出汗恶心呕吐阵发性腹部绞痛便秘或腹泻头痛血压增高，严重者抽搐昏迷瘫痪循环衰竭而沉积在内脏器官及骨髓中的铅化合物由体内排除的速度极慢，逐渐形成慢性中毒，最初感到疲倦食欲不振体质变差等，并逐渐出现头痛视力模糊意识不清肌肉痉挛和记忆力丧失172土壤铅污染的治理措施 目前，铅污染土壤修复技术分为物理化学和生物修复3种方法 2.1物理方法 物理方法是利用重金属铅在土壤中的迁移速度比较慢的 特点，将含有重金属铅的土壤转移出去的一种修复技术，主要 包括换土法隔离法淋滤法玻璃化法电化学法和吸附固定 法等 2.1.1换土法换土法就是把受重金属污染的土壤替换成未被污染的土壤，它又可分为翻土法换土法和客土法3种 2.1.2隔离法隔离法是向土壤中加入固化剂，使土壤中的铅被固定住，防止因为铅的迁移而对附近土壤造成污染 2.1.3淋滤法淋滤法是使用淋洗剂清洗受污染的土壤，使土壤中的污染物随淋洗剂流出，从而达到修复污染土壤的目的它是修复污染土壤的一种新方法 2.1.4玻璃化法玻璃化法是将受污染的土壤加热使之熔化，冷却后能形成稳定的玻璃态物质，受土壤中的污染物能有效地被固定 2.1.5电化学法电化学法是在受污染的土壤中加入阴阳2个电极，利用铅离子的带电性，将土壤中的铅离子去除，并且能达到回收的目的此方法是由美国路易斯州立大学研究发现的 2.1.6吸附固定法吸附固定法是指向受污染的土壤中加入一种材料，将土壤中有效态的铅离子吸附并且能够固定，以免其对人体造成的伤害物理方法能取得比较好的治理效果，但是由于上述方法劳动量比较大，浪费大量的人力物力和财力，而且对转移的含铅土壤的处理也是一个亟待解决的问题 2.2化学方法 化学方法是利用改良剂与铅之间的化学反应，从而对污染土壤中的铅进行固定分离提取18等，主要包括化学固定法螯合剂调节法土壤pH控制法土壤氧化还原电位调节法和土壤重金属离子拮抗法等 2.2.1化学固定法化学固定法就是在受污染的土壤中加入化学试剂，发生化学反应，降低铅在土壤中的有效性和迁移性，达到治理的目的，如周鸿19在含铅3000mg/kg的土壤上投加钙镁磷肥117g/kg后，白菜心叶的含铅量由285mg/kg降至76mg/kg，就是一个很好的例子 2.2.2螯合剂调节法螯合剂调节法是向受污染的土壤中加入螯合剂，螯合剂与土壤中的铅离子发生反应，增强了铅在土壤中的有效性 2.2.3土壤pH控制法土壤pH控制法是通过调节土壤中的pH值来调节铅离子的有效性和迁移性 2.2.4土壤氧化还原电位调节法土壤氧化还原电位调节法是基于土壤中存在的氧化物质和还原物质之间进行氧化还原反应时所产生的电位值，通过调节电位值来改变铅离子在土壤中的活性 2.2.5土壤重金属离子拮抗法土壤重金属离子拮抗法是通过土壤中某些无机态的离子之间 存在拮抗作用，通过向土壤中加入一种对作物危害较轻的，且对植物生长有益的元素，来抑制对铅离子的吸收化学方法对铅污染土壤治理效果要好于物理方法，但向土壤中加入化学试剂对土壤环境扰动较大花费很高，更重要的是极易造成土壤的二次污染 2.3生物方法生物修复技术是在 20世纪90年代迅速发展的一种治理土壤污染的新技术，是一种环境友好型治理技术，以其高效安全持久价廉等特点得到学者和政府的认可随着科学技术的不断发展，生物修复技术将会具有广阔的应用空间生物修复主要包括微生物和植物修复 2.3.1微生物修复法微生物修复法是利用土壤中的某些微生物，或者土壤中生活的小动物对重金属铅具有吸收沉淀氧化和还原等作用，从而降低土壤铅的毒性Czamowaka等人测量出当土壤中铅的含量为170180mg/kg时，蚯蚓的富集系数为0.3620；胡秀仁21发现，经蚯蚓处理后，垃圾的重金属的溶出量明显增加；Ireland22发现蚯蚓粪中水溶态铅比重金属污染土壤中增加了50%；Devliegher和Verstraete23研究发现蚯蚓通过肠道消化和养分富集2个过程可以提高土壤中植物养分和金属元素的有效性 2.3.2植物修复法植物修复法是利用植物及其根系圈微生物体系的吸收挥发转化和降解的作用机制，来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术，它以费用低不破坏场地结构净化环境等优点成为修复铅污染土壤的热门技术具体地说，利用植物本身特有的利用污染物转化污染物，通过氧化还原或水解作用，使污染物得以降解和脱毒的能力，利用植物根系圈特殊的生态条件，加速土壤微生物的生长，显著提高根系圈微环境中微生物的生物量和潜能，从而提高对土壤中有机污染物的分解作用的能力，以及利用某些植物特殊的积累与固定能力，去除土壤中某些无机和有机污染物的能力，称为植物修复24Brooks25于1977年提出了超富集植物的概念，1983年，Chaney26又提出了利用超富集植物清除土壤重金属污染的思想，从此以后，有关重金属植物与超积累植物的研究逐渐增多植物修复技术又可分为植物提取植物挥发根际过滤和植物固定4种类型一般将前3种统称为去除过程，而将第4种称为稳定过程现在研究最多的是植物提取技术植物提取技术又分为连续植物提取和诱导植物提取2种，前者依赖超积累植物在其整个生命周期能够吸收转运和忍耐高含量重金属，后者是利用螯合剂来促进植物对重金属的吸收和运输27目前已发现400多种植物能超量积累土壤中CACoCnPbNiSeMn和Zn等重金属28，由于铅具有较高的负电性，被认为是弱酸，易与土壤中的有机质和铁锰氧化物等形成共价键，不易被植物吸收所以，目前已见报道的铅超积累植物并不多，而且主要都是在铅锌矿区发现的 3结语 随着全球经济快速发展，人类在疯狂追求经济利益的同时，也把环境污染留给了自己，铅污染状况日益严峻在治理铅污染方面，尽管在物理修复化学修复技术有了一定进展，并形成了一些实用技术29，但费用昂贵难以用于大规模污染土壤的治理，而且常常导致土壤结构破坏土壤生物活性下降和土壤肥力退化等问题的发生30，甚至会造成环境的二次污染在这种情况下，应用生物修复技术，从生态学原理的高度解决污染环境，特别是污染土壤的修复问题，对于实现人与自然的和谐发展具有重要的实践意义31重金属铅污染土壤的生物修复技术，具有良好的社会生态综合效益和广阔的应用前景，同时土壤中的微生物和小动物，在提高土壤肥力和活化铅方面能发挥积极的作用因此，采用生物修复技术治理铅污染土壤，是当前行之有效的最佳选择我们同样也清楚的看到，铅污染土壤的治理任重而道远，更需要各学科的研究者坚持不懈的努力 土壤重金属污染评价方法的研究概况 摘要 土壤重金属污染是资源开发和其他工业生产项目环境影响评价的重要生态敏感因子。本文从土壤重金属污染的角度探讨了当前国内外土壤安全评价的研究进展，对传统土壤污染评价方法的缺点和不足进行了说明，分析了各种方法的优劣之处和适用范围，通过分析表明各种评价方法都有一定的局限和不足之处，在评价中要对实测数据样本点进行充分分析，反复试验比较，结合评价的目的和侧重点选择较优的方法。最后提出根据实际的情况采用多种方法结合，同时，应该从重金属污染生态效应着手，开发生物评价法。并对国内外土壤重金属生物有效性评价方法的研究进展作了简要综述，对今后的研究作了展望。 关键词：土壤，重金属污染，评价方法，概述 Thesoilheavymetalspollutionevaluatestheresearchgeneral situationofmethod ABSTRACT Thepollutionoftheheavymetalinsoilisvulnerablefactorofecologyfortheenvironmentalassessmentintheresourcedevelopmentandtheindustrialproject.Thedevelopmentoftheinternationalsoilsafetyassessmentwasdiscussedfromtheaspectofthesoilpollutedbyheavymetal.Theshortingsofthetraditionalassessmentmethodsforthepollutionassessmentofsoilwereexplained,andsoontypicalsoilheavymetalpollutionassessmentmethodsandmodelsindomesticandforeignweresummarized.Theadvantages,disadvantagesandapplicationrangeofthosemethodswereanalyzed.Itwasindicatedbytheparisonanalysisthatavarietyofevaluationmethodshadcertainlimitationsandinadequacies.Itwasnecessaryforselectingbetterevaluationmethodstocarryoutfullanalysisofthesamplepoints,parisonoftrialanderrorwiththepurposeofevaluationandfocusoninpollutionassessmentofsoilheavymetals.Finally,biningavarietyofmethodsaordingtotheactualsituationwasputforward.Atthesametime，itshouldstartfromtheecologicaleffectsofheavymetalpollution,developbiologicalevaluationmethod.Areviewwithreferencesisgivenonthemethodsforassessingbioavailabilityofheavymetalsinsoilsandsomefurtherstudieswerealsostressed. KEYWORDS:soilcontamination，heavymental，assessingmethod，review 目录 前言.1 第1章土壤重金属风险评估方法概况.2 1.1土壤重金属风险评估研究现状.2 1.1.1健康风险评价方法.2 1.1.2生态风险评价方法.3 1.3基于土壤重金属形态学的重金属污染风险评价方法.4 1.3.1基于形态学研究的RAC风险评价法.4 1.3.2次生相与原生相比值法(RSP)和次生相富集系数法 (PEF).5 第2章重金属污染的土壤安全评价.6 2.1土壤重金属污染安全评价的研究概述.6 2.1.1单因子质量指数法.6 2.1.2模糊数学法.7 第3章土壤重金属生物有效性的评价方法.8 3.1生物有效性的概念.8 3.2化学浸提法（化学萃取法）.9 3.2.1一次浸提法（又名单独浸提法）.9 3.2.2连续浸提法.11 3.3植物培养法.12 3.3.1幼苗密集培养法（又名黑麦幼苗法）.13 3.3.2盆钵试验和田间试验.13 结论.15 谢辞.16 参考文献.17 外文资料翻译.20 前言 土壤是人类不可或缺的生产资料，重金属污染是破坏土壤生态环境的 主要因素。土壤中的有毒重金属能通过食物链直接危害人体健康。重金属污染是当今土壤污染中影响面最广、危害最大的环境问题之一，由于重金属污染毒理机制和生物效应的复杂性及其在土壤中的稳定性，对重金属污染的研究一直是当今学术界的热点。土壤是相对不可再生的自然资源，也是不可替代的自然资源，是人类赖以生产、生活和生存的物质基础。资源开发和工业生产把大量有毒有害的重金属释放到土壤中，重金属被作物吸收富集后通过食物链传递给人或动物，给人体健康带来严重危害。土壤重金属污染是资源开发和其他工业生产项目环境影响评价的重要生态敏感因子。 本文首先介绍了土壤重金属的风险评估，其中有健康风险评价、生态 风险评价、基于重金属形态学的风险评价等，并对土壤重金属污染的安全评价做了简单介绍。本文重点讨论土壤中重金属生物有效性的概念和评价方法两个方面。在估重金属污染土壤的环境质量时，一般采用重金属的总量指标和环境质量生物学指标，总量指标难以反映土壤重金属的有效性，而生物学指标对气候、人为活动等外界条件的反应较为敏感。 重金属污染是环境中一种较为严重的污染类型，因为土壤及沉积物中 的重金属不能为微生物所分解，却可以为生物富集。自从50年代中期，日本发生了骨痛病和水误病以后，重金属环境污染问题受到人们极大关注删。因此对土壤重金属污染的客观评价显现出重要的地位， 第1章土壤重金属风险评估方法概况 1.1土壤重金属风险评估研究现状 生态风险评价的主要对象是环境介质、生物种群和生态系统，通过科 学的、可靠的对人类活动产生的生态效应评估，而达到保护和科学管理生态系统的目的。生态风险评价技术是从20世纪80年代末、90年代初才开始发展起来的。目前，大部分研究还停留在理论框架和技术路线的探讨阶段，而且多是针对水生生态系统提出的，涉及陆生生态系统的很少。而少数有关生态风险评价的应用研究案例，也多集中在生态环境中污染物浓度的测定或简单的风险指数的计算上，并不能真正解决污染的生态风险评估。健康风险评价主要侧重于人体的健康风险，通过选择与人类类似的动物进行试验，以达到保护人类自身的目的。土壤健康风险评价是80年代以后兴起的狭义环境风险评价的重点，目前在世界上得到一定的应用。 1.1.1健康风险评价方法 土壤健康风险评价是近几年应用较多的一种土壤重金属污染评价方法 1-2。健康风险评价的内容主要包括估算污染物进入人体的数量、评估剂量与负面健康效应之间的关系。污染场地健康风险评价方法基本包括3个步骤4方面内容：数据收集和分析、暴露评估、毒性评估和风险表征2。毒性评估，是利用场地目标污染物对暴露人群产生负面效应的可能证据，估计人群对污染物的暴露程度和产生负面效应的可能性之间的关系，污染物毒性有急性和慢性之分，在土壤重金属健康风险评价时研究的是长期暴露于小剂量化学污染物引起的致癌和非致癌风险。风险估算，以致癌风险和非致癌危害指数表示，通常采用单污染物风险和多污染物总风险以及多暴露途径综合健康风险方式表示。综合健康风险就是各暴露途径总风险之和。 土壤环境风险评价，为土壤环境风险管理提供可能引起不良环境效应 的信息，为环境决策提供依据。到目前为止，在土壤重金属环境风险评价 铅污染土壤的植物修复研究进展 【摘要】随着现代化进程的发展，重金属铅对于土壤的污染程度日益严重。而对于被重金属铅污染的土壤的治理都有哪些行之有效的方法与技术手段呢？在这里仅对于超富集植物、植物修复技术的概念及研究进程进行综述，说明现阶段超富集植物修复技术所存在的问题，以及对其发展前景进行展望