目前,修復土壤重金屬污染主要有以下幾個途徑。一是改變重金屬在土壤中的存在狀態,降低其在環境中的遷移性和生物可利用性;二是利用生物或工程技術方法從土壤中去除重金屬;三是改變種植制度,避免重金屬通過食物鏈影響生物和人體健康。具體的措施為化學固定、土壤淋洗、熱脫附、蒸汽萃取、動電修復、生物修復法和農藝措施等?;瘜W固定就是加入土壤改良劑改變土壤的物理、化學性質,通過對重金屬的吸附、沉淀或共沉淀作用,改變了重金屬在土壤中的存在狀態,從而降低其生物有效性和遷移性。常用的改良劑有無機改良劑和有機改良劑,其中無機改良劑主要包括石灰、碳酸鈣、粉煤灰等堿性物質;羥基磷灰石、磷礦粉、磷酸氫鈣等磷酸鹽以及天然、天然改性或人工合成的沸石、膨潤土等礦物。有機改良劑包括農家肥、綠肥、草炭等有機肥料。
化學固定作為一種原位修復技術,因其成本低廉、易于實施,近年來發展較快,對于重金屬污染土壤,特別是對于輕中度污染,不失為一種適宜的方法。本文就目前常用改良劑的修復效果、存在的問題、改良劑原位修復土壤重金屬污染的作用機制以及國內外研究進展做簡要綜述,并對此方面研究的未來趨勢提出一些看法。
1 無機改良劑
1.1 堿性無機改良劑
研究表明,土壤施加石灰后,水溶態Cd隨石灰用量增加而急劇減少;交換態Cd、有機結合態Cd在pH>5.5時隨石灰用量增加而急劇減少;粘土礦物和氧化物結合態Cd以及殘留態Cd隨石灰用量增加而增加;pH>7.5時Cd主要以粘土礦物和氧化物結合態及殘渣態形式存在,是導致Cd有效性降低的主要原因。李瑞美等通過田間定位試驗發現石灰、石灰+泥炭和石灰+豬糞等處理對提高作物產量均有顯著效果。大部分處理能抑制水稻、花生對Cd、Pb的吸收,使糙米中Pb含量在食品衛生標準范圍內。施用石灰可降低或顯著降低土壤中Hg、Cd、Pb的植物可利用性。隨著石灰用量增加,Hg 、Cd、Pb在萵苣體內含量呈下降趨勢。當石灰的施加量為22.5kg/hm2時,土壤中Hg、Cd的殘留態明顯增加,使植物吸收Hg、Cd的量下降。施用石灰對作物降低不同重金屬離子的吸收效果是不同的。Hoods研究表明,施用石灰調節土壤pH達到7時,顯著降低了胡蘿卜和菠菜體內重金屬的含量,但是不同的重金屬離子降低幅度不同,與Cu和Pb相比,Cd、Ni和Zn的降幅更大。然而,Sparrow等報道,施石灰幾個月后土豆的Cd含量并未發生變化,而2、3或5年后土豆含Cd量下降約30%,胡蘿卜下降50%,他們將作物體內Cd含量的下降歸因于作物收獲時,石灰被均勻、深入的混合,從而降低了耕層土壤中Cd的活性。施用石灰不僅提高了土壤的pH值,形成的碳酸鈣對重金屬也有一定的鈍化作用。研究表明,添加碳酸鈣對降低紅壤水溶性Cu、Cd和0.1mol/LHC1可提取態Cu、Cd的含量具有顯著效果,并能使紅壤中可溶態、交換態Cu、Cd明顯向有機態、鐵錳氧化物結合態和硫化物態轉化。
雖然有大量文獻報道了石灰改良效果,然而也有學者發現石灰并沒有明顯降低重金屬Cd的生物有效性,甚至在一定程度上促進了植物的吸收。