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緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇土壤重金屬污染概念，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
中圖分類號：X53 文獻標識碼：A
0引言
造成我國土壤重金屬污染的原因復雜多樣，如生活廢物、礦業廢物的隨意堆放，污水、廢水灌溉，農藥和化肥的不合理使用等。土壤污染具有普遍性，世界各國都有局部土壤存在不同程度的污染。全世界平均每年排放Hg約1.5萬t、Cu約340萬t、Pb約500萬t、Mn約1500萬t、Ni約100萬t。數量巨大的重金屬進入土壤對生態環境，給人類健康帶來嚴重危害，特別是重金屬污染土壤上種植的農作物產品，通過飲食進入人體，使重金屬在體內逐漸富集，可能造成人體制畸制癌的風險。因而，人們對重金屬污染的土壤采取了一系列修復措施。如易操作的客土、異位等物理修復方法，但其工程量大而且沒有真正解決土壤的重金屬污染；添加化學物質調節土壤理化性質或pH的化學修復方法，但費用高而且存在二次污染。相比較而言，利用超富集植物吸收土壤中重金屬的特性，對重金屬污染的土壤進行修復具有更好的應用前景。
1植物修復原理
植物修復這個概念的提出距今已有幾十年的歷史。它在20世紀80年代初發展起來，是一種利用自然生長或遺傳培育植物修復重金屬污染土壤的技術總稱。植物在去除土壤中重金屬的過程中發生了復雜的多相反應，其反應機理也十分復雜。學者們經過大量研究發現，植物修復的機理主要依靠植物的萃取作用、根系過濾作用、植物揮發作用和植物固定化作用。而植物修復作用途徑有兩個：一是改變土壤中重金屬的化學狀態，使其由有效態轉變為固定態；二是通過植物吸收、代謝從而降低土壤中重金屬含量。第一個途徑通過固定土壤中的重金屬從而降低了重金屬進入農作物內進而危害人體的潛在風險。第二個途徑通過降低土壤中重金屬含量從而使其慢慢降低到土壤中重金屬的本底值，進而減輕甚至消除其危害。
2 超富集植物
通常認為特定植物積累某種或多種重金屬元素含量，如Cr、Co、Ni、Cu、Pb等含量達到1000mg/kg以上，積累的Mn、Zn含量在10000mg/kg以上，積累的Cd含量在100mg/kg以上，我們成稱這樣的植物為超富集植物。經過多年研究發現了有的植物只能富集一種重金屬，而有的能富集兩種或多種重金屬，如Cd/Zn超富集的東南景天。然而，能夠富集多種重金屬的超富集植物很少，而土壤污染往往是多種重金屬污染，其余重金屬的存在會對植物的生長和富集帶來不利影響。因此，發現或培育能夠富集多種重金屬且富集能力強、修復效率高的超富集植物成為了當前植物修復研究的熱點。從超富集植物這個概念的提出到超富集植物的陸續發現，乃至進行盆栽試驗和實驗田的種植經歷了漫長的時間，科研工作者做出來大量的努力，取得了一定的成果。然而，超富集植物往往只對一種重金屬有吸收能力，且植物的生物量小、生長速度緩慢。此時，強化超富集植物的修復效率就具有必要性。
3植物修復強化
植物修復的缺陷使得它治理重金屬污染土壤的修復效果往往并不理想。此時，通過添加外來物質提高其生物量或者吸收能力就顯得十分必要。常用的措施有添加螯合劑、添加表面活性劑和調節pH。當螯合劑投加到土壤后，和土壤重金屬發生螯合作用，能夠形成水溶性的金屬-螯合劑絡合物，改變重金屬在土壤中的賦存形態，提高重金屬的生物有效性，進而可以強化植物對目標重金屬的吸收。常用的人工合成螯合劑有EDTA，EDDS等，常用的天然螯合劑有小分子酸如檸檬酸等。表面活性劑具有親水親脂的特性，表面活性劑經土壤界面吸附和重金屬締合后，通過降低表面張力和增流作用， 解吸被吸附的重金屬。從而增加植物對重金屬的吸收，增大其吸收能力，提高其修復效率；重金屬的溶解濃度與其所處環境的pH密切相關，同時所處環境的pH也會對植物生長帶來重大影響。所以，通過人工調控控制其pH在一個適宜范圍內亦可以增加其修復效率。除此之外，添加根際促生菌或者進行電動修復也是強化植物修復效果的方法，亦有很多學者做了大量研究并取得了一定成果。
4結論與展望
植物修復在治理重金屬污染上具有的優勢使得植物修復的研究日趨深入，克服其存在的缺點，具有廣闊的應用前景。通過添加外來物質，克服超富集植物具有生物量小、生長慢等缺點。同時，考慮到成本和二次污染的問題，開發出高效價廉且環保的物質，應用于植物修復的過程，培育或者尋找能夠富集多種重金屬的超富集植物具有十分重要的意義。
參考文獻
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關鍵詞：土壤污染 重金屬 危害 修復方法
土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態環境的重要組成部分[1-2]。隨著近年來經濟發展，工農業生產不斷擴大，所產生的廢水和廢渣也不斷增多，不但破壞地表植被，而且其中有毒有害重金屬還隨廢水的排放及廢渣堆的風化和淋濾進入周邊土壤環境[3-6]。目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染耕地面積近2，000萬公頃，約占總耕地面積的1/5，其中工業“三廢”污染耕地1，000萬公頃，污水灌溉的農田面積已達330多萬公頃。
1. 土壤重金屬污染的定義
在自然界，重金屬以各種形態存在，常見的金屬元素有銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鉬、金、銀等；其中既有對生命活動所需要的微量元素，如錳、銅、鋅等；但大多數重金屬元素在環境中對環境都會有一定的污染作用，主要包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等對生物體具有顯著毒害作用的元素[7]。重金屬的密度一般在4.0以上，約60種元素。但是由于不同的重金屬在土壤中的毒性差別很大，所以在環境科學中人們通常關注鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩、汞、鎘、鉛、鉻、鈷等。砷、硒是非金屬，但是它的毒性及某些性質與重金屬相似，所以將砷、硒列入重金屬污染物范圍內。由于土壤中鐵和錳含量較高，因而一般不太注意它們的污染問題，但在強還原條件下，鐵和錳所引起的毒害亦應引起足夠的重視。
土壤重金屬污染是指由于人類在生產活動中將重金屬帶入到土壤中，致使土壤中重金屬累積到一定程度，含量明顯高于背景，并可造成土壤質量的退化、生態與環境的惡化現象[8]。土壤本身含有一定量的重金屬元素，如植物生長所必需的Mn、Cu、Zn等。因此，只有當疊加進入土壤的重金屬元素累積的濃度超過了作物需要和忍受程度，作物才表現出受毒害癥狀，或作物生長并未受害但產品中某種金屬的含量超過標準，造成對人畜的危害時，才能認為土壤已被重金屬污染[9]。如土壤環境質量標準值（GB15618-1995）[10]。
2. 土壤中重金屬的來源、種類
土壤重金屬污染主要是由工業產生的“三廢”以及污水灌溉、農藥和化肥的不合理施用等農業措施引起的。隨著工農業生產的發展，重金屬對土壤和農作物的污染問題越來越突出，部分地區土壤重金屬污染現象十分嚴重。總體來講，土壤重金屬污染源較廣泛，即有自然來源，又有包括人類活動帶入土壤的部分，目前主要來源為人為因素。主要包括大氣塵降、污水灌溉、工業廢棄物得不當堆放、采礦及冶煉活動、農藥和化肥的過多施用等[11-12]。
2.1 污水灌溉
污水灌溉通常指的是使用經過一定處理的城市污水灌溉農田、森林和草地。中國水資源較為緊缺，部分灌區常把污水作為灌溉水源來利用。污水的種類按其來源可分為城市生活污水、石油化工污水、工業礦山污水和城市混合污水等。城市生活污水中重金屬含量雖然不多，但由于我國工業發展迅速，許多工礦企業污水未經分流處理而排入下水道與生活污水混合排放，從而造成污灌區土壤Hg、As、Cr、Pb、Cd、Zn等重金屬含量逐年累積[15-16]。在分布上，往往是靠近污染源頭和城市工業區土壤污染嚴重，遠離污染源頭和城市工業區，土壤幾乎不受污水中的重金屬污染。
污灌在北方比較嚴重，因為我國北方比較干旱，水資源短缺嚴重，并且許多大城市都是重工業大城市，所以農業用水更加緊張，污水灌溉在這些地區較為普遍。據統計，我國北方旱作地區污灌面積約占全國90%以上。南方地區相對較小，僅占6%，其余則在西北地區。污灌不僅導致土壤中重金屬元素含量的增加，而且還會在人體內富集。研究顯示我國沈陽、溫州和遂昌等地由于污水灌溉引發了人體鎘中毒；鞍山宋三污灌區土壤中Hg、Cd的累積顯著，污染嚴重；用處理過的污水灌溉是解決干旱地區作物需水問題的一條可行途徑。但由此導致的土壤污染特別是重金屬污染必須引起重視。
2.2 農藥和化肥污染
農藥和化肥是重要的農用物資，對農業生產發展起到重要的推動作用，但如果不合理施用，則可導致土壤中重金屬污染。部分農藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬元素，過量或不合理使用將會造成土壤重金屬污染。肥料中含有大量的重金屬元素，其中氮、鉀肥料含量相對較低，而磷肥中則含有較多的有害重金屬，另外復合肥的重金屬含量也相對較高。施用含有重金屬元素的農藥和化肥，都可能導致土壤中重金屬的污染。
2.3 礦山開采和冶煉加工
我國重金屬礦產相對豐富，在金屬礦山的開采、冶煉過程中，會產生大量廢渣及廢水，而這些廢渣和廢水隨著礦山排水和降雨進入土壤環境中，便可直接地造成土壤重金屬污染，這在我國南方地區表現得尤為突出。
3. 重金屬污染的特點及危害
3.1 重金屬元素污染土壤的主要特點
在土壤環境中重金屬污染特點可以分為兩部分：一是土壤環境中重金屬自身的特點，二是重金屬元素在不同介質中所表現的特點。具體特點如下：（1）形態變換較為復雜，重金屬多為過渡元素，有著較多的價態變化，且隨環境Eh，pH配位體的不同呈現不同的價態、化合態和結合態。重金屬形態不同則其毒性也不同；（2）有機態比無機態的毒性大；（3）毒性與價態和化合物的種類有關；（4）環境中的遷移轉化形式多樣化；（5）生物毒性效應的濃度較低；（6）在生物體內積累和富集；（7）在土壤環境中不易被察覺；（8）在環境中不會降解和消除；（9）在人體內呈慢性毒性過程。（10）土壤環境分布呈區域性；
過量的重金屬會引起動植物生理功能紊亂、營養失調、發生病變，重金屬不易被土壤微生物降解，可在土壤中累積，也可通過食物鏈在人體內積累，危害人體健康。土壤一旦遭受重金屬污染，就很難徹底消除，污染物還會向地下水和地表水中遷移，從而擴大其污染。因此重金屬對土壤的污染是一類后果非常嚴重的環境問題。
3.2人類因土壤重金屬污染而遭受的危害[25]
（1）土壤污染使本來就緊張的耕地資源更加短缺；（2）土壤污染給農業發展帶來很大的不利影響；（3）土壤污染中的污染物具有遷移性和滯留性，有可能繼續造成新的土地污染；（4）土壤污染嚴重危及后代人的利益，不利于可持續發展；（5）土壤污染造成嚴重的經濟損失；（6）土壤污染給人民的身體健康帶來極大的威脅；（7）土壤污染也是造成其他污染的重要原因。
4. 對重金屬污染的防治及修復
4.1 對土壤污染的預防
目前，仍未找到可廣泛應用且行之有效的重金屬污染治理方法，但控制污染源，是防止土壤污染的根本措施之一，同時利用土壤的自凈作用對污染物凈化具有一定的預防作用。控制土壤重金屬污染源，即控制進入土壤中的重金屬污染物的數量和速度，通過土體自身的凈化作用，降低污染。
（1）控制和消除工業“三廢”
盡量利用循環無毒工藝，減少和消除重金屬污染物的排放，對工業“三廢”進行回收改善，使其化害為利，并嚴格控制工業生產中污染物排放量和濃度，使之符合排放標準。
（2）土壤污灌區的監測和管理
在污灌區對灌溉污水的重金屬元素進行控制，監測水中重金屬污染物質的成分、含量及其變化，避免引起土壤污染。
（3）合理施用化肥和農藥
對于農藥和化肥的施用，應以環保無毒為準則，禁止或限制使用高殘留農藥，大力發展高效、低毒、低殘留農藥，發展生物防治措施。為保證農業的增產，合理施用化學肥料和農藥是必需的，但需控制好施用量，否則會造成土壤或地下水的污染。
（4）土壤容量和土壤凈化能力的提高
在農業生產過程中，施用有機肥，改良松散型沙土，改善土壤膠體的種類和數量，增加土壤對有害重金屬的吸附能力和吸附量，從而減少重金屬在土壤中的生物有效性。利用微生物品降解土壤中的重金屬，提高土壤凈化能力。
4.2 土壤中重金屬污染的修復方法
（1）工程措施
工程治理措施是指在土壤環境中，用物理或物理化學的原理來減少重金屬污染物的措施。主要包括客土，換土，翻土，淋洗液熱處理以及電解等方法。以上方法措施的治理效果相對徹底，但實工過程復雜、所需治理費用較高且比較容易引起土壤肥力效果降低。
（2）生物措施
生物治理是指利用能夠在土壤中生存的生物的某些習性來抑制和改良土壤重金屬污染。Nanda Kumar P B A等發現某些特殊植物對土壤中的重金屬元素具有富集作用。寇冬梅等研究認為食用菌對重金屬具有吸附作用。所用方法有動物治理，微生物治理，植物治理等。生物措施的優點是實施較為簡便易行、投資較少且對環境破壞小，而缺點是在短期內不易得到治理效果。
（3）化學措施
化學治理方法是利用化學物質和天然礦物對重金屬污染進行的原位修復技術，目前，在許多區域得到應用。化學治理措施主要包括利用土壤改良劑、抑制劑，增加土壤有機質、陽離子代換量和粘粒的含量，改變pH、Eh和電導等理化性質，使土壤重金屬發生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金屬的生物有效性。化學治理措施優點是治理效果相對較明顯，而缺點是容易再度活化。
（4）農業措施
農業治理措施是通過改變耕作方式和管理制度來達到降低土壤重金屬危害的方法。M.Puschenreiter等探討了利用農業耕作措施治理土壤重金屬的方法，得出在不同污染地區種植不同的農作物可有效降低重金屬的污染。治理方法主要包括控制土壤水分，選擇合適的農藥、化肥，增施有機肥，選擇農作物品種等。農業治理措施的優點在于操作簡單、費用不高，而缺點是需要較長治理周期卻治理效果不顯著。
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關鍵詞 土壤；重金屬污染；來源；對策
中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）17-0241-01
1 土壤污染概念
1.1 土壤污染
有關學者有不同觀點：一是土壤中的污染物超過背景值稱之為“污染”；二是土壤中污染物超過《土壤環境質量標準》就判定為土壤“污染”；三是土壤中污染物超過環境容量，并對農產品的產量和安全質量造成威脅才稱之為“污染”[1]，此理解較為全面。
1.2 有害重金屬
有些重金屬攝入微量就會出現病態或中毒癥狀，常稱為有害重金屬或有毒重金屬，如鉛、鎘、汞等。鉛是重金屬污染中較大的一種，一旦進入人體將很難排除，能直接傷害人的腦細胞，特別是胎兒的神經系統，可造成先天智力低下；對老年人造成癡呆等，還有致癌、致突變作用。鎘易導致高血壓，引起心腦血管疾病，破壞骨骼和肝腎，并能引起腎功能衰竭。汞是重金屬污染中毒性最大的元素，食入后直接進入肝臟，對大腦、神經、視力破壞很大；天然水中含0.01 mg/L，就會導致人中毒[2]。
1.3 污染特點
重金屬污染在土壤等環境中具有隱蔽性、滯后性、累積性、不可逆轉性和難治理性等特點[2-3]。土壤一旦被污染，通過自凈能力完全復元周期長達1 000年[4]。
2 土壤污染概況
2.1 污染面積
曾有報道，我國土壤污染面積達0.1 億hm2，甚至有的說是0.2 億hm2 [1]，這是一個很驚人的數字。
2.2 污染趨勢
重金屬元素在土壤表層明顯富集與人口密集區、工礦業區存在密切相關性。與1994—1995年采樣相比，土壤重金屬污染分布面積顯著擴大并向東部人口密集區擴散，長江中下游某些區域普遍存在鎘、汞、鉛、砷等異常。我國土壤正出現越來越多本來沒有或微不足道的危險元素[4]。目前，日益嚴重的土壤重金屬污染等問題已引起人們的廣泛關注。
2.3 污染狀況
目前在全國逾30個省份中，至少有15 個地區土壤嚴重污染[5]。工廠排放的鉛和重金屬以及農民過度使用殺蟲劑和化肥，使土地和食物鏈受到威脅[6]。不少地方成為皮膚病、肝病、癌癥高發區[2]。全國有1/10的大米鎘含量超標[7]。每年受重金屬污染的糧食高達1 200萬t，造成直接經濟損失超過200億元[6]。
3 土壤污染來源
3.1 固體廢棄物污染
固體廢棄物污染成分復雜，其危害方式和污染程度也不盡相同。以礦業和工業固體廢棄物在堆放或處理過程中，在日曬、雨淋、水洗的作用下，以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤、水體擴散，從而形成土壤重金屬污染[2-3，8]。
3.2 污水灌溉、污泥施肥污染
城市生活污水、石油化工污水、工業礦山污水和城鎮混合污水，造成污灌區土壤汞、砷、鉻、鉛、鎘等重金屬含量逐年增加。有些污泥重金屬含量高，如采用污泥施肥可帶入土中[2-3，8]。此外，還有隨大氣沉降進入土壤的重金屬污染以及農藥、化肥、地膜等隨農用物質進入土壤的重金屬污染。
4 預防對策
4.1 加大法規執行力度、問責制度
加大環保法及有關農業環境保護條例、農產品基地保護條例等法規執行力度和問責制度。盡快制定土壤保護有關法規，促進以法治農、依法護土上臺階。
4.2 盡快繪制土壤重金屬元素“人類污染圖”
加快全國土壤污染狀況調查步伐，盡快繪制土壤重金屬元素“人類污染圖”。對已被污染的土地，要把污染源搞清楚并加以切斷。農業、國土、地質、環保、水利、交通等部門要通力合作為大地“排毒”[4]。
4.3 建立健全和完善土壤污染防治資金保障機制
建立由個體賠償到責任保險再到補償基金救濟的正金字塔型體系，通過建立健全和完善土壤污染防治資金保障機制來切實落實土壤侵權損害賠償與補救。
4.4 確保糧食供應安全關
嚴禁生產和使用部分有毒有害化學品，嚴把農田過度使用化肥和殺蟲劑以及工廠、冶煉廠和礦井向地面排放重金屬關，確保糧食供應安全[5]。
4.5 確保農產品生產安全關
建立農產品產地監測評價、產地分等定級及種植業結構調整和選擇合適品種、產地安全管理、產地污染防治等農產品產地安全管理技術體系，進行農產品產地安全質量普查，確保農產品生產安全[1-2]。
4.6 推行生物修復綜合技術
研究和推行以植物修復為主、輔以化學、微生物及農業生態措施的生物修復綜合技術[2-3]。
4.7 提倡清潔生產
提倡清潔生產，慎用污水灌溉，嚴格控制渣肥、污泥施用，增施有機肥料，全面推廣配方施肥技術。科學地使用土壤改良劑，全面加強土壤治污工作，逐步提高土壤質量水平[2，8]。
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[6] 中國土壤污染構成大威脅[N].參考消息，2012-06-14（16）.
（江西省蠶桑茶葉研究所，南昌330203）
摘要：重金屬污染修復已成為當前國際環境科學研究的熱點問題，利用桑樹修復土壤重金屬污染也是一種有效的植物修復技術。筆者簡單介紹了土壤重金屬與植物修復技術的概念，并闡述了桑樹的生長特性，桑樹生長與土壤中鎘、鉛、鋅、砷等重金屬元素的關系，并結合江西省土壤重金屬污染的形勢，探討了桑樹作為江西省土壤重金屬污染修復樹種的潛力。
關鍵詞 ：桑樹；土壤重金屬；污染；植物修復；江西
中圖分類號：X-1 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0350
Research Progress of Remedying the Heavy Metal Contaminated Soils with Mulberry
Xu Ning, Yu Yanfang, Mao Pingsheng, Du Xianming, Peng Xiaohong, Shi Xuping
(Jiangxi Sericulture and Tea Research Institute, Nanchang 330203, Jiangxi, China)
Abstract: Remediation of heavy metals has become a hot topic of international environmental science, andremedying the heavy metal contaminated soils with mulberry was an effective phytoremediation technology.This paper briefly introduced the concept of heavy metals in soil and phytoremediation technology, describedthe growth characteristics of mulberry, and mulberry growing relationship with Cd, Pb, Zn, As and other heavymetals pollution. Combined with the heavy metals pollution situation in Jiangxi Province, and discussed thepotential of repair tree in soil heavy metal pollution with mulberry.
Key words: Mulberry; the Heavy Metal Soils; Contamination; Phytoremediation; Jiangxi
0 引言
江西省擁有全國最好的生態環境，具備大力發展綠色農業的潛力，但礦山開發、資源消耗、農用化學品投入等給江西留下較大的重金屬污染區域，成為江西綠色崛起進程中繞不過的坎。江西作為綠色資源大省，在生態環境良好的條件下，堅持以人為本，在經濟發展的同時，將重金屬污染治理作為民生工程的一件大事來抓，并積極探索重金屬污染區域環境修復新路，切實保護好江西的一草一木，讓全省人民都能享受到一流的生態環境，讓青山綠水永存。筆者以近年來桑樹用于修復土壤重金屬領域的研究報道為基礎，系統總結了重金屬元素鎘、鉛、鋅、砷與桑樹生長關系的研究現狀，并分析了利用桑樹進行土壤重金屬污染修復的潛力以及可行性，以期為未來該領域的研究提供參考。
1 土壤重金屬污染與植物修復
土壤重金屬污染是指由于人類活動，導致土壤中的重金屬含量過高，通常是密度大于5 g/m3，并對生態環境質量產生不良的影響[1-2]。常見對土壤造成污染的重金屬包括鉛、鋅、鎳、銅、鉻、鎘、汞等元素[3-6]。重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性、長期性和后果嚴重性的特點。植物修復技術是指通過超富集植物的根系部分吸收固定重金屬元素，并轉移到地面部分，然后采用收割植物的方式去除土壤中重金屬元素[7-8]。植物修復技術是一種環境親和性修復技術，以其有效、非破壞、經濟等特點，正成為土壤重金屬污染修復的主要手段之一[9]。
2 桑樹的特性
桑，桑科桑屬，落葉喬木或灌木，屬速生木本植物。桑樹的生命力極其旺盛，適應性很強，分布范圍廣泛。桑樹能在-35~40℃的溫度范圍內存活。桑樹喜歡深厚、疏松、肥沃的土壤，同時也能適應土層瘠薄、養分貧乏的土地[10-11]。桑樹在pH 4.5~8.5、土壤含鹽量0.2%的條件下都能正常生長[10,12]，可以看出桑樹對土壤酸堿度的適應性較強。
桑樹生長迅速，生物產量高，有固碳放氧，凈化大氣的功效。桑林1年吸收固定CO2的量為4929117 kg/hm2，折合成純碳為1346717 kg/hm2，1 年釋放的O2 為3628814 kg/hm2[11]。桑樹還可以對有害氣體如硫化物、氟化氫等進行部分吸收，對粉塵也有阻擋、過濾和吸附作用[13-15]。
桑樹的根系極其發達，桑樹的根垂直分布可達4 m以上，根系水平分布達7m2，其地下根系分布的面積通常為樹冠投影面積的4~5 倍，有的甚至高達10 倍以上，桑樹根系分布近地面部分是水平根，深土層是垂直根，水平根和垂直根構成一個貯水功能極強的立體交叉的吸水貯水網絡，具有強大的吸水固土能力[12]，可以改變土壤的理化性狀和土壤結構，提高土壤肥力和保持水土，減少土壤侵蝕，有極強的抗干旱、遏制風沙能力。
桑樹極其發達的根系利于吸收土壤的營養成分，同時在一定程度上也能促進土壤中重金屬元素的吸收。桑樹對鎘、鉛、鉛、鋅、砷等有一定的耐受性，桑樹吸收的重金屬離子會有一定的量被運輸并積累于莖干和葉片中，而后通過伐條可以移除，起到去除土壤重金屬的作用。
3 土壤重金屬污染與桑樹生長關系
3.1 土壤鎘污染與桑樹生長
鎘是一種有毒的重金屬，也是自然界的一種主要污染源，鎘脅迫嚴重影響植物的生長發育，降低作物的產量和質量[16]。鎘元素對桑樹的影響已有比較深入的研究，桑樹對鎘有比較強的耐性和富集轉運能力[16-21]。陳朝明[17,20]對桑樹Cd 耐受性的試驗研究表明，當土壤Cd 濃度小于22.3 mg/kg 時，桑葉產量、可溶性糖和含氯化合物含量都高于或接近對照處理；當土壤Cd濃度大于22.3 mg/kg 時，Cd對桑葉產量、營養物質含量、生理生化作用的影響明顯，并表現其毒害作用，當濃度高于145 mg/kg 時，分支較少而纖細，葉黃而小，接近死亡狀態；而桑樹根部當Cd 濃度達到75 mg/kg 時，才出現大小不等的瘤狀結節和菌絲狀絨毛，根表皮皺裂，根尖分叉，并有明顯的木質。土壤Cd 濃度為8.49~75.8 mg/kg 時，桑樹各器官對土壤Cd 均有富集作用，各器官Cd 含量大小順序為：須根>主根>主莖>葉片>分支。桑樹根部對鎘有較高的富集能力，約40%的鎘富集在根部，須根的Cd 含量是其他器官Cd 含量的1.63~4.6 倍，主根的Cd含量是其他器官（除須根外）Cd含量的1.41~49.7 倍。轉到桑樹主莖和分枝的量約占總累積量的41%，而運轉到葉片的鎘量相對較少，約占總累積量的16%，這對利用鎘污染土壤栽桑養蠶具有實際意義。萬飛[21]認為桑樹是具有一定耐Cd 性的經濟作物之一，在一定的Cd濃度下不會影響家蠶的生長發育和蠶繭的質量。當土壤Cd含量為8.48 mg/kg 時，不會影響桑樹的生長發育和桑葉的產量，反而會有一定的刺激作用，當土壤含Cd 量在20~50 mg/kg 之間時，桑葉的產出量降低10%~30%；當土壤含Cd量超過140 mg/kg 時，桑樹的生長發育受到不良影響，葉片小黃，養分和水分的吸收受到阻礙，1~2 年后整株桑樹死亡；另外，Cd含量主要集中在桑樹的根系部分，其次是莖桿部分，最后進入葉片的Cd 含量很少，當土壤中的含Cd量達到145 mg/kg時，即桑樹致死濃度，桑葉中的含Cd量并沒有超過2.5 mg/kg。
3.2 土壤鉛污染與桑樹生長
近年來，由于工業“三廢”的亂排和大量機動車輛的使用，使用污水灌溉農田以及濫用農藥、除草劑和化肥，已嚴重地污染了土壤、水體和大氣的質量，導致環境中Pb的含量明顯增加[22]。任立研等[23]研究了土壤不同濃度鉛污染對桑樹生長及桑葉品質的影響，結果表明在50~600 mg/kg 試驗范圍內，低濃度鉛[<200 mg/(kg·干土)]處理使桑樹的株高呈現上升趨勢，中、高濃度鉛[>300 mg/(kg·干土)]處理使桑樹的株高呈現下降趨勢；而桑葉中葉綠素總量、可溶性糖含量、淀粉含量均隨著外加鉛濃度梯度的增加呈先上升后下降的趨勢，轉折點為200 mg/(kg·干土)（土壤一級標準）。土壤中的鉛濃度超過200 mg/(kg·干土)后，桑樹生長及桑葉品質開始受到明顯脅迫。在含Pb 50、125、250、500 mg/kg 的土壤中生長的桑樹植株生長緩慢、葉柄下垂、葉片失綠，有的葉片上出現褐色斑，這些情況隨著土壤中金屬含量的增加而趨于嚴重[24]。桑葉的葉綠素含量和單位面積重量與土壤中Pb 的含量呈顯著負相關，在高Pb含量土壤，桑葉Pb含量隨土壤Pb濃度的增大而顯著增大，在低Pb 含量土壤中嫩桑葉吸收Pb 優于老桑葉。覃勇榮等[25]研究表明，在相同的重金屬Pb2 +脅迫背景下，加入0.55 mmol/L EDTA 的桑樹對Pb2+的吸收量比不添加EDTA的對照組明顯增高。桑樹具有較強的重金屬Pb 耐性，可作為修復植物應用于重金屬污染地區。
3.3 土壤砷污染與桑樹生長
砷雖不屬于重金屬，但因其來源以及危害都與重金屬相似，故通常列入重金屬。被As污染的農田土壤生態系統，不僅作物產量降低，質量變差，而且會通過食物鏈危害人體健康。吳浩東等[26]運用盆栽試驗和實驗分析的方法，研究了土壤砷污染對桑樹品質的影響，結果表明，在一定的含量范圍內(≤300 mg/kg)，隨著砷質量濃度增加，桑葉葉綠素含量先降后升，影響不明顯，而可溶性糖含量先上升后下降，砷含量＞160 mg/kg時桑樹可溶性糖含量顯著下降。
3.4 土壤重金屬復合污染與桑樹生長
桑樹對土壤重金屬復合污染金屬也有很強的耐性。譚勇壁[27]調查了廣西環江受尾礦污染的桑園情況，明顯看出，桑樹在Pb、Zn、As 含量分別高達734、1194、53 mg/kg 的污染土壤上仍然可以正常生長發育，并且在外觀上沒有表現出明顯的受脅迫現象[28]。桑葉Zn、As的積累量隨桑葉生長周期的延長而增加。張興等[29]在湖南瀏陽七寶山礦區污染土壤上Cu(593.56mg/kg)、Pb(825.41 mg/kg)、Cd(8.11 mg/kg)、Zn(705.41mg/kg)，以‘湖桑一號’為試驗材料，分別測定植物各部分和土壤中Cu、Pb、Cd、Zn 4 種重金屬元素的含量。結果表明：桑樹總體生長情況為第3 季（5 個月）>第2季（3 個月）>第1 季（1 個月）。桑樹各部位單位重量中Cu 的含量的趨勢為根(33.13 mg/kg)> 葉(13.38 mg/kg)>皮(7.51 mg/kg)> 骨(4.93 mg/kg)，Pb 的含量的趨勢為根(33.13mg/kg)> 葉(10.32 mg/kg)> 皮(3.35 mg/kg)> 骨(1.73 mg/kg)，Cd 的含量的趨勢為根(4.53 mg/kg)> 葉(1.90 mg/kg)> 皮(1.57 mg/kg)> 骨(1.03 mg/kg)，Zn 的含量的趨勢為根(317.72 mg/kg)> 葉(186.53 mg/kg)>皮(105.07 mg/kg)> 骨(89.16 mg/kg)。每平方米耕作層土壤上桑樹對Cu 的修復年限為2.01 年，遷移總量為12116.1 mg，對Pb 的修復年限為15.45 年，遷移總量為7409.83 mg，對Cd 的修復年限為1.26 年，遷移總量為2056.4 mg，對Zn 的修復年限為0.39 年，遷移總量為254532.8 mg。唐翠明等[30]對廣東韶關市大寶山礦區周邊重金屬污染農田桑園進行了調查，調查結果表明，土壤中鉛、鋅、銅、鎘及砷的含量遠遠超過了土壤環境二級標準值，但是桑樹的生長不受影響，桑葉產量也能達到正常水平。
4 桑樹應用于土壤重金屬污染修復的潛力
重金屬污染土壤植物修復技術的關鍵是修復植物的選擇。已知的重金屬超積累植物絕大多數為野生型稀有植物，分布具有較強的區域性，且生物量小，生長緩慢，根圈范圍有限，只能對淺層土壤起到修復作用，修復速率較緩慢；超富集植物往往只能富集某種重金屬，而土壤重金屬污染大多是復合污染，修復周期較長，很難實際應用[31-32]。桑樹耐重金屬復合污染，而且栽培技術成熟，對土壤和環境適應性強、生長快、根系發達、生物量大、耐剪伐，相對于目前使用的修復植物具有明顯優勢。
江西省具有豐富的礦產資源，如贛南鎢礦、稀土礦、贛西北銅金礦、贛東北銅業及多金屬開發區，以及煤礦、瓷土礦等，礦山的開發給社會經濟發展做出了巨大貢獻，但同時帶來的礦產廢棄物造成礦區周圍土壤Cu、Cd、Pb、Zn、As等重金屬富集污染，大片田地荒蕪，生態環境惡劣，而且隨著社會經濟的發展，重金屬污染有加重的趨勢，防治土壤重金屬污染的形勢十分嚴峻。以重金屬污染嚴重的贛州市大余縣為例，其土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、As 分別超過污染起始值的3.78、3.04、2.95、1.16 和8.66 倍[33]，桑樹在這些土壤重金屬毒性劑量范圍之內，可以正常生長，而且桑樹適應性強，在礦區土壤修復上有其獨特的優勢。栽植桑樹能在保持水土、防風固沙、綠化荒山、凈化空氣、美化環境等方面起到良好的作用，對構建生態景觀、改善生活環境具有較高的實用價值[34]。王凱榮等[35]也表示種桑養蠶是治理鎘污染農田的一種成功的經濟生態模式。因此，將桑樹應用于重金屬污染土壤的修復具有廣闊的前景。
5 展望
重金屬污染土壤修復方法的選擇需要考慮到土壤現狀、修復成本，以及修復技術成熟可靠等因素，需要對不同類型的土壤進行實驗，確定處置工藝和參數，以達到污染土壤修復到目標值。從目前的研究成果來看，桑樹作為修復樹種，相對于目前所使用的修復植物，具有明顯的優勢，但是也存在一些問題，主要表現為以下幾個方面：（1）采用桑樹修復中度污染土壤3~5年可達到復耕標準或稍微超標，所需費用大致在1 萬元每畝左右，需要時間較長，經濟負擔較大。（2）由于受勞動力緊缺和蠶桑產業整體發展趨勢影響，栽桑不一定會用于養蠶，桑樹經濟效益得不到有效實現。（3）桑樹本身對土壤重金屬并沒有修復去除的功能，積累重金屬的桑樹如果處理不當會造成“二次污染”，目前也沒有簡便有效的處理技術，應當尋求一種高效的植物產后處理技術，在污染桑樹剪伐后，以及采用栽桑養蠶方法治理重金屬污染土壤時，合理處理養蠶過程中含重金屬的蠶沙及蠶蛹，真正將污染物永久去除，真正實現“變廢為寶”的目的。（4）目前關于桑樹修復重金屬土壤研究大都停留在試驗階段，在野外示范時受氣候地理環境以及外界持續的污染源等因素影響，修復效果與實驗室試驗研究結果會有較大差距。（5）在栽植桑樹方面，要充分考慮當地的地貌及土壤特征，盡量推廣種植適生型桑樹品種，以提高桑樹的成活率，并以植被恢復、修復土壤為主要任務，合理選擇桑樹品種，在今后的育種工作中，對桑樹品種進行篩選，篩選生物量大、生長效率快、生長周期短、抗性強并能對某一種或幾種重金屬污染物具有超級吸附潛力的桑樹，以更大地實現桑樹的生態價值。
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專家把脈青島農田
青島農業大學教授王凱榮指出，現在全中國有20%的農田受到了污染；去年的鎘大米危機、今年的龍江鎘污染事件，讓人們對“重金屬污染”更加關注。重金屬污染究竟是由什么造成的？青島農田有沒有受到過重金屬污染？青島農科界的專家學者們早已開始針對這些問題進行調查研究。
據青島農科院中心實驗室主任、高級農藝師陳建美介紹，一般農田受到重金屬污染有兩個原因：農田周圍的化工廠排放廢水廢渣，或者農田曾經施肥不當、導致有機肥中重金屬含量殘留土壤中。
陳建美所在的青島農科院曾在2010年對青島市蔬菜種植較集中的地區土壤重金屬含量進行了調查分析，最后調查顯示，青島市的土壤質量基本安全。“萊西、即墨、平度等監測點土壤綜合污染指數均處于清潔安全狀態，適宜蔬菜種植。但萊西和即墨有4個監測點的土壤樣品重金屬鎘含量超標，且污染主要集中在土壤表層。”陳建美表示，實際上，青島的農田重金屬污染在全國來說并不算嚴重，因為沒有太明顯的污染源。
青島科技大學環境與安全工程學院錢翌教授也曾經做過類似調查，他按照不同的土地利用類型將青島市分為五大功能區：工業區、商業區、居民區、農業區和旅游區，調查結果表明，鎘(Cd)在各功能區含量均高于國家土壤環境質量二級標準，其他重金屬如鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鋅(Zn)等濃度均低于國家二級標準。
錢翌教授還對青島市兩個重要蔬菜批發市場的24種常見蔬菜分季節進行過抽樣檢測，結果表明青島市冬季蔬菜重金屬污染情況較春季蔬菜嚴重，且以鉛(Pb)、鎘(Cd)污染為主；蔥蒜類鉛(Pb)、鎘(Cd)含量高，其中大蒜受到中度污染。幸好，健康風險評價最后表明，青島市蔬菜中的Pb、Cd含量未對市民的健康產生顯著風險。
居民區污染多緣于電池
“鎘在自然界中分布并不廣泛，土壤中的鎘主要來源于鋅礦、鉛鋅的冶煉，合金、電鍍 、化工廠等廢水的排放，工業固廢堆放以及化肥農藥(磷肥、復合肥)的濫用等等。”錢翌解釋說，他的調查選擇的功能區一般是受污染時間比較長的代表性地段 ，例如鋼鐵業、堿業、水泥制造業企業所在的工業區。
居民區也有可能因為電池等生活垃圾而受到污染。“生活用品中很多都是重金屬的污染源，煤炭顆粒、涂料、油漆中也都含有重金屬，這也會導致土壤的表層重金屬含量會高。”
2009年至今，我國已發生30多起重特大重金屬污染事件 ，嚴重影響群眾健康，政府部門和學界也在研究對策，希望盡快凈化受污染農田、將損失降到最低。不過，土壤修復花費動輒上千萬元，誰來負責修復、又有誰埋單等問題，一直困擾著各級政府部門。
大豆、花生易“吃”重金屬
王凱榮介紹，土壤中重金屬污染很容易使植物中的重金屬含量超標，尤其對于含蛋白量比較高的植物來說，比如大豆、花生、小白菜等，最容易受到重金屬污染的侵襲，而且不同的植物品種對重金屬的吸收不一樣。
青島農科院高級農藝師陳建美表示，此前花生出口時曾經被檢查出重金屬超標，這也使很多專家開始研究吸收重金屬含量比較少的品種。
吸收重金屬的差異，在不同水稻品種身上也體現得非常明顯。南京農業大學潘根興教授的團隊曾做過一項實驗，發現雜交稻、超級稻的鎘超標風險比普通水稻更為嚴重。專家們采集了種植南方水稻的兩種土壤，并在部分土壤里特意添加了鎘元素，結果專家發現，在未加鎘的土壤中，超級稻對鎘的親和力是常規稻的2.4倍，其籽粒中鎘的含量是普通雜交稻的1倍多。潘根興對此解釋說，超級稻之所以鎘污染超標更為嚴重，是因為它的根系發達，對土壤中的鎘具有更強的吸收力。
種桑養蠶凈化土地
農作物重金屬超標讓人們備受困擾，但也為農田土壤污染治理提供了思路。“土壤污染修復技術包括土壤清洗法、化學氧化法、植物修復法等，一般來說，農田中重金屬修復采用的植物修復法，作業周期長，而且想要完全清理土壤是不可能的。”王凱榮以自己參與的湖南某鈾礦區農田污染修復為例，“這個修復工作上世紀90年代就開始做了，前后做了大約有七八年的時間才完成。”
那么湖南的農田鎘污染是怎么治理的呢？答案是種桑樹。王凱榮曾經詳細論述了桑樹在治理鎘污染方面的功效：通過采用桑蠶生產模式替代糧作生產模式，杜絕了污灌污染，消除了食物鏈中鎘的危害，使土壤生產力得到恢復，農田年均產值比水稻模式提高2880元/公頃，比種玉米提高8880元/公頃，利稅增加1980元/公頃，耕層土壤鎘含量年平均下降1.33mg/公斤。“種桑養蠶是治理和利用我國鎘污染農田的一種成功的經濟生態模式，更多的模式有待于進一步去探索。”
不過，七八年是個很長的周期，有沒有更快捷的方法呢？如果用物理化學方法修復農田土壤污染，是可以縮短周期，但動輒上千萬的費用又是一個問題。“所以說，農田污染的快速修復，從技術上來說是可行的，但經濟上不可行。”王凱榮表示。
工業用地也需要“消毒”
相比較而言，近年來城市工業用地的土壤修復案例成果更多。工廠搬遷后，遺留土地很有可能由政府牽頭引進環保公司進行土壤修復，不過費用動輒上千萬。
青島新天地環境修復有限公司市場總監吳濤正在忙著進行一家化工廠的土壤修復準備工作，由于這家化工廠的生產部門已經陸續搬往其他地方，當地政府希望能利用這塊空間新建一個產業園，但在此之前，這塊土地必須先“消毒”。“3月份，我們將會對這塊化工廠的污染狀況進行更詳細的調查，比如土壤污染的類型，重金屬濃度高低，是否污染到了地下水等等，然后上報給政府，由政府上報立項，審批后就可以啟動修復工程。”2月16日，在新天地的辦公室，公司相關負責人吳濤向記者介紹了土壤修復的大體流程。
據吳濤介紹，城市里搬遷走的化工廠、印刷廠、農藥廠、電鍍廠等地塊是最容易遺毒的。“比如印刷廠的鉻渣、電鍍廠的鎘污水排放等。”
新天地環境修復有限公司，是山東省第一家從事土壤修復的專業公司，據其相關負責人介紹，就行業前景來看，土壤修復是一塊巨大的市場。“一般來說，土壤修復的花費一次都是在千萬元級別 ，僅僅以北京為例，一些搬遷的化工廠需要進行修復的土地，市場就有300到500個億。”
高額的土地修復費用，在我國該由誰來承擔？吳濤表示，一般來說，目前市場上土地修復的項目以工業用地居多，開發價值比較高，但是因為目前很多遺留的企業用地都是曾經的國有化工企業，這些企業出現了產權轉換甚至倒閉等情況，所以土地修復的主體還得由國家來牽頭，“修復資金由政府支持，如果這塊地未來用作商業開發，那么其受益者也可以參與。”
土壤重金屬污染調查有望艱難出爐
2006年7月18日，國家環保總局和國土資源部聯合啟動了經費預算達10億元的全國首次土壤污染狀況調查，不過直到今天，這次污染調查報告的詳細內容并沒有披露。
據青島農業大學教授王凱榮透露，這個報告將于今年二季度。“實際上，這份報告早在去年年底就已經完成了各地數據的匯總工作，但有些地方重金屬污染比較嚴重，有關部門要認真核對，數據相對來說也比較敏感，因此比較謹慎。”王凱榮解釋道，這份報告能七到八成反映目前我國的土壤污染情況，“因為這次調查是抽樣調查，是環保部和國土資源總局制訂一個總的調查方案，委托下面各省市的環保單位去做的，而有些省市可能因為財力或方法的限制，因此不能完全反映當前的土壤污染情況。”王凱榮還透露，土壤污染防治法也將在“十二五”期間推出。
青島科技大學教授錢翌也對土壤污染防治法律的出臺充滿了信心。“去年年初，國務院就已正式批復《重金屬污染綜合防治‘十二五’規劃》(簡稱《規劃》)，這是我國出臺的第一個‘十二五’專項規劃。”
據了解，“十二五”期間，山東將建立土壤污染環境監管制度，對糧食、蔬菜基地等重要敏感區進行風險評估，禁止利用重污染土壤種植、生產農副產品。開展受污染土壤環境修復，未經評估和無害化治理的土地不得進行流轉和二次開發。
資料鏈接
江西等省或試點開征環境稅
環保專家根據國土資源部公布的數據估算，全國每年因被重金屬污染的糧食高達1200萬噸，相當于廣東一年的糧食總產量，可以養活常住珠三角的4000萬人口。
為了抑制污染，業內人士曾提議學習部分發達國家征收環境稅的做法。環境保護部副部長張力軍也曾公開表示，關于環境稅的問題，財政部、稅務總局和環境部一直在進行研究，目前已經有了一些基本的考慮。據悉，2010年7月，環境稅征收方案初稿已經出爐，2013年開征的時間表也已經初步確定。但是，環境稅最終是否能如期開征還是個未知數。
關鍵詞：城市土壤；污染；重金屬；植物修復
收稿日期：2012-02-02
作者簡介：周鳳蓉（1976―），女，四川彭州人，農藝師，主要從事農產品檢測工作。
中圖分類號：X703.1
文獻標識碼：A
文章編號：1674-9944(2012)02-0129-03
1 引言
隨著城市化進程的加快,城市環境正經歷著巨大的考驗。交通工具排放的廢氣、工礦企業的污染、居民的生活垃圾,都成為了城市環境惡化的直接或間接的原因。尤其是城市土壤,遭到不可逆轉的生態破壞，因此如何有效地修復和利用被污染土壤是城市建設中不可回避的現實問題。
2 城市土壤污染現狀
2.1 城市土壤污染的主要成分
土壤污染物降低了土壤的可利用性,當土壤中的有毒污染物濃度超過一定界限,就會造成植物的死亡或生命的強度降低。20世紀中期以來,人們開始對城市土壤的污染物來源、主要成分等進行研究。土壤污染物包括了有機污染物和無機污染物,無機污染物的主要種類是重金屬、硝酸鹽類、磷酸鹽類、酸、堿、鹽類、鹵化物等。
交通污染對城市的表層土壤,尤其是干道兩側土壤的有機污染和重金屬污染是顯著的。Fe、Co兩種元素的含量主要受成土母質的影響,而無論公園還是道路兩側,土壤中鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鉻(Cr)的量除了受到交通污染的影響外,還受城市工業粉塵等其它污染的影響。
2.2 重金屬污染研究進展
重金屬是指比重在4.0～5.0以上約45種金屬元素,如Cu、Pb、Zn、Hg、Cd等。由于As和Se的毒性和某些性質與重金屬相似,所以將As、Se也列入重金屬范圍內。城市中的交通、工礦業、燃煤、生活垃圾等一系列因素構成了城市土壤污染物的主要來源,就無機污染物的重金屬而言,主要集中于Cu、Pb、Zn、Hg、Cd等。
城市土壤鉛污染的成因,可以分為兩部分,一部分來源于成土母質,另一部分則為外源的人為輸入。成土母質是城市土壤中鉛含量的重要來源,是決定城市土壤中鉛含量與分布特征的重要因素之一。通常條件下,自然土壤(受人為活動影響較小的土壤) 中鉛的濃度較低,外源人為輸入才是城市土壤鉛污染的主要成因。Pb污染主要來自汽車廢氣、冶煉、制造及使用鉛制品的工礦企業。汽車使用的含鉛汽油中常加入四乙基鉛作為防爆劑,在汽油燃燒中四乙基鉛絕大部分分解成無機鉛鹽及鉛的氧化物,隨汽車尾氣排出。城市的交通污染因此也成為城市表層土壤中鉛污染的主要來源。汽車尾氣中的Pb在距離道路邊緣320m附近的地方還能夠在表層土壤中被檢測到,相關數據顯示Pb在表層土壤中的含量高于Cd,并且Pb與Hg在城市表層土壤中含量具有一定的相關性。從重金屬在土壤中的賦存形態來看,有研究發現,南京市城市表層土壤Pb以殘渣態和鐵錳氧化物結合態為主,各形態所占比例為殘渣態>鐵錳氧化物結合態>有機結合態>碳酸鹽結合態>交換態。鉛是有害元素,人體鉛中毒可以引起多種癥狀,主要累及造血系統、消化道,晚期則累及神經系統,以致腦受到損害,即使低濃度吸收,對兒童智力也有潛在的不良影響。
鎘(Cd2+)是一種生物毒性極強的重金屬元素,在自然界中以化合物的形式存在。主要礦物為硫鎘礦(CdS),與鋅礦、鉛鋅礦、銅鉛鋅礦共生。土壤中鎘的來源主要有兩個方面:一是來源于土壤的母質,而鎘在石灰巖中的含量最高,在河湖沖擊物中次之,其他的母質中居中,而且質量分數變化不大；二是人為污染導致環境中Cd的富集,如有色金屬礦產開發和冶煉排出的廢氣、廢水和廢渣；煤和石油燃燒排出的煙氣也是Cd污染源之一。此外,含Cd肥料、殺蟲劑、塑料、電池等都可能引起Cd污染。鎘非人體的必需元素,其對人體健康的危害主要來源于工農業生產所造成的環境污染。鎘對腎、肺、肝、、腦、骨骼及血液系統均可產生毒性,被美國毒物管理委員會(ATSDR)列為第6位危害人體健康的有毒物質。20世紀60年代初期,日本富山神通川流域發生了“骨痛病”公害事件,其患病原因就是由于當地居民長期食用了含Cd廢水污染土壤所生產的“鎘米”所致。Cd是植物生長的非必需元素,環境中Cd含量過高會影響植物的生長發育,對植物產生毒害作用。在許多植物中已經發現,Cd影響植物對大量元素K、P吸收和利用,如干擾冰花(Mesembry anthemum crystallinum)對K吸收和利用。Cd等重金屬降低了椰子(Cocos nucifera)葉P含量,也會引起植物對Zn、Mn、Cu和Fe等礦質微量元素吸收的紊亂。
重金屬污染的嚴重性及重金屬在土壤中的環境行為并不完全取決于其總量,而是取決于其化學形態,而且,在不同土壤條件下,其毒性有一定差別。在對城市土壤飽和離心液的研究發現,59%以上的溶解態Cd是以自由離子形式存在,溶解態的Pb則主要以有機結合態的形式存在。此外,有研究表明,重金屬污染脅迫下,植物體內的保護酶(如SOD、POD、CAT)的活性可能表現為低濃度水平下的上升和高濃度水平的抑制現象,同時也會影響可溶性蛋白、糖及脯氨酸的含量,導致膜脂過氧化物(MDA)的累積。
3 植物在土壤修復中的應用
1983年美國科學家Chaney首次提出了植物修復技術的概念。 廣義的植物修復技術包括利用植物修復重金屬污染土壤，利用植物凈化水體和空氣，利用植物清除放射性核素和利用植物及其根際微生物共存體系凈化環境中有機污染物等。通常所說的植物修復是指將某種特定植物種植在重金屬污染的土壤上,而該種植物對土壤中污染元素具有特殊的吸收富集能力,將植物收獲并進行妥善處理后即可將該種金屬移出土體,達到污染治理與生態修復的目的。
對于重金屬污染的土壤,現行的修復技術有氣提法、生物修復法、淋洗法、客土法等,但這些技術容易造成二次污染、破壞自然生境,而且成本也較高。通過綠色植物對重金屬的富集來進行污染土壤的修復理論上是可行的,利用積聚、絡合、揮發、降解、去除、轉化或者固定等機制來處理污染物,相對于常規微生物修復,除了可以通過植物過程固定積聚污染物,阻止污染物隨水流和風塵而擴散外,植物本身作為天然自養系統,也能夠向根際微生物提供營養,保證微生物生長和一定的微生物群落,從而能夠進一步使污染物脫毒。歐美等一些國家通過柳樹短輪伐矮林化栽培模式修復Cd等重金屬污染,生物質用作生物能源,把可再生能源生產和植物修復結合起來,取得顯著的生態效益與經濟效益。
植物修復是植物、土壤和根際微生物相互作用的綜合效果,涉及土壤化學、植物生理生態學、土壤微生物學和植物化學等多學科研究領域。對于重金屬污染土壤和水體的植物修復技術主要包括了植物固定、植物提取、植物揮發和植物過濾4種類型。植物提取是植物修復的主要途徑,利用超積累植物將土壤中的有毒金屬提取出來,轉移并富集到植物地上可收割部位,從而減少土壤中污染物的量,另一方面,改善植物礦質營養狀況也可以促進植物對重金屬的忍耐和吸收,提高植物修復效率。超富集植物是指那些能夠超量富集重金屬的植物,也稱超積累植物,通常是一些古老的物種,在長期環境脅迫下誘導、馴化的一種適應變突體,生長緩慢,生物量小。同時超富集植物具備以下3個特征:植物地上部分(莖和葉)重金屬含量是普通植物在同一生長條件下的100倍；植物地上部分重金屬含量大于根部該種重金屬含量；植物的生長沒有出現明顯的受害癥狀且地上部富集系數(Bioaccumulation factor),即植物體內某種元素含量/土壤中該種元素濃度)大于1。從已報道的修復植物來看,大部分采取野外采樣法,即到重金屬污染較為嚴重的礦區及周圍地區采集仍能正常生長的植物(耐性較強的植物),并分析其各部位的重金屬含量,涉及藻類植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物,既有草本植物,也有木本植物。
植物修復技術也有一定的局限性,主要體現在以下幾個方面:超積累植物的生長速度緩慢和生物量小；土壤中重金屬的生物有效性低,重金屬一旦進入土壤,將通過沉淀、老化、專性吸附等物理、化學過程成為難溶態,而溶解態和易溶態才是植物吸收的主要形態，因此,重金屬的生物有效性往往是植物修復效率的限值因素；植物修復具有專一性,一種植物往往只作用于1種或2種特定的重金屬元素,對土壤中其他濃度較高的重金屬則表現出中毒癥狀；植物修復具有耗時長和修復范圍有限的缺點。
Pb具有較高的負電性,被認為是弱Lewis酸,易與土壤中的有機質和鐵錳氧化物等形成共價鍵,不易被植物吸收,加入到土壤中的螯合物與Pb結合后阻止了Pb的沉淀和吸附,從而提高了Pb的可提取性,但隨之帶來的潛在環境風險問題也不容忽視。在以野胡蘿卜(Daucus carota)和野生高粱(Sorghum bicolor)為試驗材料,對Cd污染土壤的植物修復研究表明,不同植物對重金屬的耐受能力是不同的,受Cd毒害的程度也是不同的。此外,土壤中Cd有效性與土壤pH有密切關系,隨著土壤pH的降低,植物體內的Cd含量也會增加。在盆栽試驗Cd污染土壤的研究中認為,低水平Cd處理對油菜的株高、干質量、葉綠素含量等有輕微的促進作用,而高水平Cd則表現出抑制作用。
4 結語
土壤是人類賴以生存、發展的主要自然資源之一,是生態環境的主要組成部分。土壤具有重要的生態、經濟及戰略意義。然而這些年來隨著我國經濟建設的迅速發展、農業化進程的加快、化學制品在農業生產中的集約使用,對土壤的開發強度越來越大,向土壤排放污染物也越來越嚴重。當前,我國的耕地、工礦區、城市都存在較嚴重的土壤污染問題。土壤污染不但直接導致農作物的污染減產,而且降低了生物品質,危害人畜健康。土壤中的污染物還會在水力和風力的作用下分別進入大氣和水體惡化人類的生存環境,引發其他生態環境問題。因此,防治土壤污染,保護有限的土地資源,確保土地安全已成為當務之急。
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關鍵詞:無公害蔬菜;重金屬污染;生物防治;生物農藥
1、引言
從世界范圍來看,對于無公害蔬菜的基本概念,先后出現過許多相似的提法,諸如清潔蔬菜、健康蔬菜、無農藥污染蔬菜、天然食品等等,至今尚未對無公害蔬菜的概念形成統一的說法。筆者認為:以國家頒布的《食品衛生標準》為衡量尺度,農藥、重金屬、硝酸鹽、有害生物(包括有害微生物、寄生蟲卵等)等多種對人體有毒物質的殘留量均在限定的范圍以內的蔬菜產品,可統稱為無公害蔬菜。[4]
早在20世紀20年代,國外就開始發展無公害蔬菜,其主要生產方式是無土栽培。據不完全統計,世界上單用營養液膜法(NFT)栽培無公害蔬菜的國家就達76個。在新西蘭,半數以上的番茄、黃瓜等果菜類蔬菜是無土栽培的。日本、荷蘭、美國等發達國家,采用現代化的水培溫室,常年生產無公害蔬菜。工業高度發達的日本,其許多城市郊區的蔬菜良田被工業廢氣、廢水、廢渣所污染,良田耕作層內的鎘、銅等重金屬大量富集、積累,致使蔬菜產品內的重金屬含量嚴重超標,消費者重金屬慢性中毒現象時有發生,引起日本政府的高度重視和社會各界的廣泛關注。政府曾撥給大量的專項資金,動員廣大科技工作者對“重金屬污染”問題進行攻關。通過多年的努力,探索出客土換層、地底暗灌、配方施肥、生物固定等綜合農藝措施。[1]
我國無公害蔬菜的研究和生產始于1982年,全國23個省、市開展了無公害蔬菜的研究、示范與推廣工作。通過幾年的研究實踐,探索出一套綜合防治病蟲害、減少農藥污染的無公害蔬菜生產技術。1985年全國推廣無公害蔬菜生產面積60萬畝。
2、無公害蔬菜研究與生產現狀
(1)研制開發了一批高效、無毒生物農藥,總結出一套以生物防治為重點的蔬菜病蟲害綜合防治技術
所謂生物防治,籠統地講,是指病蟲草等有害生物的生物學防治或植物保護的生物學防治方法;確切地說,生物防治是利用生物或其代謝產物來控制有害動、植物種群或減輕危害程度的方法。我國廣大的蔬菜科技工作者和蔬菜種植示范戶在長期的研究與生產實踐中,探索總結出一套以生物防治為重點的蔬菜病蟲害綜合防治技術,即:在加強農業防治的前提下,在蔬菜病蟲害發生期使用高效、無毒生物農藥,并設法保護天敵;萬一上述措施不奏效時,科學合理地選用高效低毒低殘留化學農藥,并嚴格控制農藥的安全間隔期,盡量減少施藥次數和降低用藥濃度。[2]
(2)初步探索出治理菜田土壤重金屬污染的辦法,蔬菜產品中的重金屬污染問題獲得有效的解決途徑
蔬菜產品的重金屬污染問題早就引起我國蔬菜科技工作者的重視,同時對重金屬在土壤中的存在狀態、環境容量、遷移規律以及在植物體內的富集狀況等做了大量的研究。實踐表明,增施有機肥,可明顯改善土壤理化性狀,增加土壤環境容量,提高土壤還原能力,從而可以使銅、鎘、鉛等重金屬在土壤中呈固定狀態,蔬菜對這些重金屬的吸收量相應地減少。另外,根據菜園土地的環境條件,利用排土工程法和就地表底土翻換工程法等工程措施,對各種重金屬污染,均不失為良好的治理對策。[2]
(3)對蔬菜中的硝酸鹽污染問題進行了系統研究,蔬菜產品中的硝酸鹽污染得到有效控制
從1979年開始,中國農科院蔬菜花卉所的科研人員就對蔬菜中硝酸鹽的分布水平、累積規律和控制途徑等進行了系統研究,得出北京地區常見蔬菜品種中硝酸鹽的大致含量,指出蔬菜中的硝酸鹽含量除與蔬菜的種類、品種及蔬菜的生長部位有關外,還受外界光照、施肥等環境條件的影響。利用蔭棚遮光栽培菠菜,與露地栽培相比,其產品中的硝酸鹽含量明顯降低;施用化肥,大白菜葉片中的NO3含量明顯提高。上述研究成果廣泛應用于蔬菜生產實踐中,從蔬菜品種選擇、施肥技術、栽培環境控制等多途徑綜合控制蔬菜產品中的硝酸鹽污染,效果明顯。[2]
3、無公害蔬菜的發展對策
(1)加強對無公害蔬菜生產的行政、組織與協調工作,建立和完善產前、產中、產后一條龍服務體系。
強有力的行政領導,加上優質的產、供、銷一體化服務,是我國無公害蔬菜生產健康、持續、穩定發展的根本保證。建議在全國各大、中城市設立兩類機構,即無公害蔬菜領導機構和無公害蔬菜服務機構。強化科研投入,增加科研力量,加強與無公害蔬菜有關的基礎理論和開發技術研究。建議設立國家無公害蔬菜工程專項研究基金,成立國家無公害蔬菜工程技術研究協作小組,從財力、人力上給予重點扶持。著重加強微生物對土壤中有機污染物(薄膜、農藥、垃圾等)的生物降解機理、高效無毒生物農藥的研制、高抗病蟲害蔬菜品種的選育等與無公害蔬菜有關的基礎理論與開發技術研究。[3]
(2)建立一套規范化的無公害蔬菜生產技術體系
無公害蔬菜的生產,需要一套規范化的技術體系(或規程)加以指導。無公害蔬菜生產技術體系,主要應把握以下三關:一是生產基地選址關。首先對無公害生產基地進行生態環境本底狀況調查,在對大氣、水質、土壤等主要環境因素進行多種污染項目檢測的基礎上,選擇諸環境要素綜合指標較好的地域作為試驗基地。二是種植過程無害化關。采取控制農藥、化肥、生物和重金屬污染的綜合技術病蟲害的蔬菜優良品種;采取施有機肥為主、化肥為輔,化肥中又以氮、磷、鉀平衡配方的施肥技術等等。三是蔬菜殘留毒物檢測關。在蔬菜上市前,由質量檢測部門對蔬菜中重金屬、化學農藥、化學肥料等有毒物質殘留狀況進行全面檢測,保證產品的各項指標符合國內(或參照國際)的食品衛生標準或相應地區的有關標準。[5]
參考文獻
[1]閆曉波.無公害蔬菜青翠碧綠.中國環境報,2007.06
[2]無公害蔬菜標準的探討.《食品研究與開發》雜志,2007.11
[3]加強無公害蔬菜標準化建設.農民日報,2006.03
關鍵詞：無公害蔬菜；重金屬污染；生物防治；生物農藥
一、引言
從世界范圍來看，對于無公害蔬菜的基本概念，先后出現過許多相似的提法，諸如清潔蔬菜、健康蔬菜、無農藥污染蔬菜、天然食品等等，至今尚未對無公害蔬菜的概念形成統一的說法。筆者認為：以國家頒布的《食品衛生標準》為衡量尺度，農藥、重金屬、硝酸鹽、有害生物(包括有害微生物、寄生蟲卵等)等多種對人體有毒物質的殘留量均在限定的范圍以內的蔬菜產品，可統稱為無公害蔬菜。
早在20世紀20年代，國外就開始發展無公害蔬菜，其主要生產方式是無土栽培。據不完全統計，世界上單用營養液膜法(NFT)栽培無公害蔬菜的國家就達76個。在新西蘭，半數以上的番茄、黃瓜等果菜類蔬菜是無土栽培的。日本、荷蘭、美國等發達國家，采用現代化的水培溫室，常年生產無公害蔬菜。工業高度發達的日本，其許多城市郊區的蔬菜良田被工業廢氣、廢水、廢渣所污染，良田耕作層內的鎘、銅等重金屬大量富集、積累，致使蔬菜產品內的重金屬含量嚴重超標，消費者重金屬慢性中毒現象時有發生，引起日本政府的高度重視和社會各界的廣泛關注。政府曾撥給大量的專項資金，動員廣大科技工作者對“重金屬污染”問題進行攻關。通過多年的努力，探索出客土換層、地底暗灌、配方施肥、生物固定等綜合農藝措施。
我國無公害蔬菜的研究和生產始于1982年，全國23個省、市開展了無公害蔬菜的研究、示范與推廣工作。通過幾年的研究實踐，探索出一套綜合防治病蟲害、減少農藥污染的無公害蔬菜生產技術。1985年全國推廣無公害蔬菜生產面積60萬畝。
二、無公害蔬菜研究與生產現狀
(1)研制開發了一批高效、無毒生物農藥，總結出一套以生物防治為重點的蔬菜病蟲害綜合防治技術
所謂生物防治，籠統地講，是指病蟲草等有害生物的生物學防治或植物保護的生物學防治方法；確切地說，生物防治是利用生物或其代謝產物來控制有害動、植物種群或減輕危害程度的方法。我國廣大的蔬菜科技工作者和蔬菜種植示范戶在長期的研究與生產實踐中，探索總結出一套以生物防治為重點的蔬菜病蟲害綜合防治技術，即：在加強農業防治的前提下，在蔬菜病蟲害發生期使用高效、無毒生物農藥，并設法保護天敵；萬一上述措施不奏效時，科學合理地選用高效低毒低殘留化學農藥，并嚴格控制農藥的安全間隔期，盡量減少施藥次數和降低用藥濃度。
(2)初步探索出治理菜田土壤重金屬污染的辦法，蔬菜產品中的重金屬污染問題獲得有效的解決途徑
蔬菜產品的重金屬污染問題早就引起我國蔬菜科技工作者的重視，同時對重金屬在土壤中的存在狀態、環境容量、遷移規律以及在植物體內的富集狀況等做了大量的研究。實踐表明，增施有機肥，可明顯改善土壤理化性狀，增加土壤環境容量，提高土壤還原能力，從而可以使銅、鎘、鉛等重金屬在土壤中呈固定狀態，蔬菜對這些重金屬的吸收量相應地減少。另外，根據菜園土地的環境條件，利用排土工程法和就地表底土翻換工程法等工程措施，對各種重金屬污染，均不失為良好的治理對策。
(3)對蔬菜中的硝酸鹽污染問題進行了系統研究，蔬菜產品中的硝酸鹽污染得到有效控制
從1979年開始，中國農科院蔬菜花卉所的科研人員就對蔬菜中硝酸鹽的分布水平、累積規律和控制途徑等進行了系統研究，得出北京地區常見蔬菜品種中硝酸鹽的大致含量，指出蔬菜中的硝酸鹽含量除與蔬菜的種類、品種及蔬菜的生長部位有關外，還受外界光照、施肥等環境條件的影響。利用蔭棚遮光栽培菠菜，與露地栽培相比，其產品中的硝酸鹽含量明顯降低；施用化肥，大白菜葉片中的NO3含量明顯提高。上述研究成果廣泛應用于蔬菜生產實踐中，從蔬菜品種選擇、施肥技術、栽培環境控制等多途徑綜合控制蔬菜產品中的硝酸鹽污染，效果明顯。
三、無公害蔬菜的發展對策
(1)加強對無公害蔬菜生產的行政、組織與協調工作，建立和完善產前、產中、產后一條龍服務體系。
強有力的行政領導，加上優質的產、供、銷一體化服務，是我國無公害蔬菜生產健康、持續、穩定發展的根本保證。建議在全國各大、中城市設立兩類機構，即無公害蔬菜領導機構和無公害蔬菜服務機構。強化科研投入，增加科研力量，加強與無公害蔬菜有關的基礎理論和開發技術研究。建議設立國家無公害蔬菜工程專項研究基金，成立國家無公害蔬菜工程技術研究協作小組，從財力、人力上給予重點扶持。著重加強微生物對土壤中有機污染物(薄膜、農藥、垃圾等)的生物降解機理、高效無毒生物農藥的研制、高抗病蟲害蔬菜品種的選育等與無公害蔬菜有關的基礎理論與開發技術研究。
(2)建立一套規范化的無公害蔬菜生產技術體系
無公害蔬菜的生產，需要一套規范化的技術體系(或規程)加以指導。無公害蔬菜生產技術體系，主要應把握以下三關：一是生產基地選址關。首先對無公害生產基地進行生態環境本底狀況調查，在對大氣、水質、土壤等主要環境因素進行多種污染項目檢測的基礎上，選擇諸環境要素綜合指標較好的地域作為試驗基地。二是種植過程無害化關。采取控制農藥、化肥、生物和重金屬污染的綜合技術病蟲害的蔬菜優良品種；采取施有機肥為主、化肥為輔，化肥中又以氮、磷、鉀平衡配方的施肥技術等等。三是蔬菜殘留毒物檢測關。在蔬菜上市前，由質量檢測部門對蔬菜中重金屬、化學農藥、化學肥料等有毒物質殘留狀況進行全面檢測，保證產品的各項指標符合國內(或參照國際)的食品衛生標準或相應地區的有關標準。
參考文獻：
[1]閆曉波.無公害蔬菜青翠碧綠.中國環境報，2007.06
[2]無公害蔬菜標準的探討.《食品研究與開發》雜志，2007.11
[3]加強無公害蔬菜標準化建設.農民日報，2006.03
