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《专家观点 陈玖斌：土壤环境重金属污染的同位素示踪》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2019-11-27

  • 专家介绍：天津大学地层地球系统科学研究院教授，国家“杰出青年”科学基金获得者，中组部、科技部“相关人才计划”中青年科技创新领军人才，中国科学院“相关人才计划”研究员。获国际地球化学学会Kharaka奖。主要从事金属稳定同位素环境地球化学研究，建立了地质样品锌、汞、镓、锑等同位素分析方法，在有机络合、矿物吸附等环境过程金属同位素分馏机制、汞同位素非质量分馏机理、古气候重建以及土壤、河流、大气、湖泊等环境金属同位素应用等研究方面取得系列原创性成果，在NC、GCA、EST等高水平SCI期刊发表多篇学术论文。

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相关报告

  • 《土壤重金属污染修复研究进展》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-08-22
    • 摘要：本文主要概括分析了当前土壤中重金属的污染实际情况，并深入研究了各项修复处理技术，为更细致全面地掌握各项修复处理技术，今后更好地开展土壤中重金属的污染修复提供技术参考。 关键词：土壤；重金属；污染；修复 过量的重金属元素进入土壤环境，导致了多种多样的生态环境问题，并威胁着动植物及人类的健康。伴随着土壤中重金属的污染问题日益加剧，社会各界对此问题的关注度逐渐提高，对土壤中重金属污染修复工作提出更高的要求。鉴于此，本文主要对土壤中重金属的污染修复处理技术进行综述分析，望能够为相关工程管理专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或依据。 1 现状分析 目前国内土壤重金属的污染中，含量超标重金属元素主要包括：镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等。过量重金属不仅会破坏土壤生态平衡，造成土壤退化，威胁粮食安全，而且会通过食物链威胁人类的身体健康。如发生在湖南的镉大米事件和铅中毒事件，日本神通川流域的骨痛病事件等。近期我国所发布的土壤污染现状调查分析报告中显示，镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属点位实际超标率各为：4.7%、0.8%、2.0%、2.6%、1.5%、1.4%、6.9%、1.0%。2016年，我国国务院发布土壤污染问题防治行动的计划中明确指出，注重重点区域内土壤污染问题防治工作，必须加大对重金属污染农田专项防治工作力度。 2 修复技术研究 2.1 物理修复技术 2.1.1物理工程专项修复技术 常见方法包括：深耕翻土、换土、去表土、客土等。客土，指将未受到重金属污染的新土壤完全覆盖于被污染土壤上层；去表土，指将已被污染表层土移去；换土，指将污染土壤移除掉，将未被污染土壤填入其中；深耕翻土，指把表面被污染土壤翻到底部；以上方法当中，只有前三种适用于重度污染区域；深耕翻土修复技术工程量相对较小一些，适用于重金属轻度污染区域。物理工程专项修复技术，其适用于受重金属污染面积较小的土壤区域。若被污染土壤的面积相对较大，不仅修复的费用投入较多，且已被污染土壤处理将成为全新环境污染的源头，往往是很难达到治标治本作用。 2.1.2电热修复技术 电热修复技术，主要指借助高频电压产生电磁波，提高土壤温度，将土壤中易挥发性的污染物解吸出来，再做凝结采集处理等的一种修复技术。目前该修复技术适用于土壤受Hg、Se等易挥发性重金属重度污染区域内使用，虽具有较好地修复处理效果，但费用相对较为昂贵，且工程量巨大。 2.1.3电动修复技术 电动修复技术，主要指土壤中重金属离子在电场作用下，以电渗透或电迁移等方式向电极方向移动，重金属离子在电极处富集，再借助离子的沉淀、电镀等手段集中处理的一种修复技术。该项技术属于原位修复技术，比较适用于黏土和淤泥土等较低渗透的土壤区域，实际修复效果通常会受土壤Ph、组分、缓冲性能等理化指标的影响。实验室借助该项修复技术针对重金属单一离子污染溶液进行模拟试验，效果相对较好。 2.2 化学修复技术 2.2.1化学萃取修复技术 化学萃取修复技术，主要是通过化学试剂将被污染土壤中重金属自固相逐渐转移到液相中的一项修复处理技术。但是，该项修复技术在实际操作方面相对较为复杂，且费用相对较高，极易出现二次污染情况。故需采用萃取性能极佳，且不会对土壤结构产生破坏作用的经济型萃取剂，这是今后研究的重点及热点问题。 2.2.2离子拮抗修复技术 在土壤中某些重金属的实际含量若相对较高，为更好地抑制其生物有效性，一般会通过添加一些其它的物质，以达到离子拮抗修复作用，如锌(Zn)、镉(Cd)等化学性质较为类似的金属物质，把适量的锌(Zn)加入至镉(Cd)含量较高的土壤中，是针对土壤受镉(Cd)严重污染最佳的一项修复技术。在土壤中加入适量的NH4+可以抑制重金属的生物有效性，但大量 NH4+和酸存在时也会改变重金属的化学形态和迁移，易造成二次污染。 2.2.3化学改良修复技术 化学改良修复技术，主要指向土壤中添加适量化学改良剂，促使土壤理化性质发生变化，提高土壤对重金属吸附、鳌合能力，从而降低重金属的生物有效性。海藻、木质素的物料、硫磺粉、石膏、石灰等提取物质及腐植酸肥均为常用改良剂。但是，大部分改良剂均会存在一定的限制范围，如天然矿物质改良剂储存量对大面积被污染土壤的修复有着一定限制；无机废气物质改良剂可抑制植物的生长，影响土壤的氮循环及微生物的呼吸等；有机固体废弃物相应的改良剂，会导致土壤中一些重金属可提取态的含量有所增加；天然提取类高分子化合物，该种改良剂通常还会诱发植物中毒情况。生物炭（bio）是一种新型的土壤修复材料，是生物质在缺氧环境中，经过高温热裂解后形成的性质较为稳定且富含炭的材料。生物炭的空隙结构相对较好，具有相对较大的比表面积和丰富的含氧官能团，且可以长期稳定地存在于土壤中，因此生物炭可以作为良好的土壤修复剂，尤其是对土壤中重金属具有较强的吸附固定能力，在降低重金属的生物有效性等方面具有广阔的应用前景。 2.3 生物修复技术 2.3.1微生物化修复技术 微生物修复技术，主要借助土壤中的藻类、菌类等各种微生物，其能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物，从而固定土壤中重金属，微生物还可以改变根际微环境，降低重金属的毒性，提升植物对于重金属实际去除率。 2.3.2植物修复技术 植物修复技术主要是借助重金属超富集植物吸收、降解、转化并固定土壤中重金属的一项修复技术，包括植物稳定、植物挥发及植物提取等。植物提取，指植物利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并逐渐转移至植物地上部分，通过收割植物地上部分集中处理，去除掉土壤中的重金属的一项修复技术。但是，绝大多数超富集植物的生物量相对较小、生长缓慢，且机械化操作存在一定难度系数。故该项修复技术比较适用于小区域污染的土壤修复中；植物挥发，主要借助植物根系分泌的一些特殊物质，不断吸收土壤中重金属，将其转化成气态释放出去。但是，该项修复技术只能把重金属自固相逐渐转化为气相，极易出现二次污染。植物稳定，主要指通过植物根系的吸收、还原作用，降低土壤中重金属的生物有效性，逐渐惰化重金属，固定于根系或根际土壤中，降低对人类健康的污染风险。 2.4 联合修复技术 因单一修复处理技术均有一定的优缺点。目前，多种修复处理技术的联合使用被广泛应用于实践工作中。常见的联合修复处理技术包括：化学改良剂联合植物修复处理技术、电动联合植物修复处理技术、微生物联合植物修复处理技术、基因工程联和植物修复技术等，需广大土壤修复科技工作者能够结合实际修复处理要求及标准予以科学合理地选择，以便于提升土壤重金属污染的修复处理效果。 3 结语 通过以上分析论述，我们对土壤中重金属的污染实际情况及各项修复处理技术等，均有更深层次地认识及了解。为了能够更好地应用各项修复处理技术，开展土壤中重金属的污染修复工作，还需广大技术工作们能够多参与到实践工作中去，多积攒更为丰富地实践工作经验，以便于充分发挥各项修复技术应用优势，确保土壤中重金属的污染修复工作高效进展。
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  • 《构树修复对重金属污染土壤环境质量的影响》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2018-08-14
    • 通过温室盆栽试验，研究构树（Broussonetia papyrifera）生长对重金属污染土壤酶活性和微生物群落结构的影响.结果表明，构树修复污染土壤中酶活性和微生物多样性明显提高.经270d培养后，构树生长土壤中蔗糖酶和酸性磷酸酶活性与种植土壤相比分别显著（P<0.05）提高3.12倍和2.29倍；土壤脱氢酶与有效态As、Cd、Pb、Zn和Cu含量，蔗糖酶与有效态Cd含量，以及磷酸酶与有效态Cd和Cu含量之间呈显著负相关（P<0.05）.根据16S和18S rDNA PCR-DGGE分析表明，构树修复可提高污染土壤中细菌和丛枝菌根真菌多样性.上述结果表明，构树修复可有效改善重金属污染土壤的环境质量.然而，污染土壤中重金属有效态含量下降不明显，必须辅助物理和化学措施来强化构树对重金属污染土壤的生态修复潜力.
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