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土壤汞(Hg)污染生態研究進展與汞(Hg)污染土壤修復—以貴州為例

來源: http://www.edjensen.com/    發表日期:2015-08-17    瀏覽:6474

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世界范圍內汞礦山的開采冶煉活動對礦區的水體、土壤、大氣、植物及水生動物造成了嚴重的污染?,F在中國成為世界最大的汞使用國和排放國,隨著汞資源逐漸枯竭,汞礦生產規模日趨縮小,貴州境內的汞礦山,例如萬山、務川、丹寨、銅仁、濫木廠和開陽等,已先后停產閉坑,但是長期的工開采及冶煉、生產對周圍的生態環境,尤其是農田土壤造成了嚴重影響。不同于其他重金屬,無機汞在進入環境后,特定條件下會轉化成毒性更大、生物有效性更強的甲基汞,通過各種途徑進入食物鏈,構成對人類的危害。


土壤污染具有隱蔽性、滯后性、積累性和地域性,難治理,周期長等特點。土壤一旦遭受汞污染,會對人類健康造成潛在危害。因此,土壤汞污染研究近來備受關注,特別是貴州土壤汞污染研究,在許多方面取得進展。

1 污染現狀

受礦山活動影響,礦區土壤汞污染具有含量高、變化范圍廣及表層污染重等特點。氣態汞的揮發及受汞污染水體的灌溉等利用,離礦區較遠的土壤也收到不同程度的污染。例如萬山汞礦污染農田土壤THg含量最高達790mg/kg,部分土壤MeHg含量超過20ug/kg,平均含量為3.14ug/kg,爐渣也顯示較強的汞甲基化現象。務川汞礦地區土壤汞含量最高達360mg/kg。而對濫木廠汞礦區地土壤樣品的測定數據顯示,土壤THg含量最高為850mg/kg。進入土壤中的無機汞在硫酸鹽還原菌作用下轉化為甲基汞,通過食物鏈產生生物放大效應而危害人類健康。同一地點不同土地利用類型的土壤中,無論是THg還是MeHg,稻田和菜地的含量均遠遠高于玉米地和旱田;而旱田的水源主要來自于大氣降雨,汞源少且為好養環境,不利于汞甲基化過程的發生;菜地土壤環境類似于旱田,但又有所區別,菜地在蔬菜生長期內會不斷被澆灌和施肥,造成土壤有機質含量升高,有機質存在有利于汞的甲基化,故菜地MeHg明顯高于旱田。

研究表明,貴州汞礦區大米具有很強的甲基汞積累能力,水稻田土壤中是MeHg的主要來源。甲基汞在水稻植株中分布依次為:稻米>根系>谷殼>莖>葉,相對其他組織,稻米富集甲基汞能力更強,且大米的MeHg含量明顯高出玉米機蔬菜類作物,礦區作物中汞含量從高到低依次為辣椒>大米>玉米>紅薯。而大米是貴州居民的主食,食用甲基汞污染的大米是人群的主要甲基汞暴露途徑,占總暴露的94%-98%。

2 汞污染的來源

土壤母質是土壤汞的主要來源。成土母巖中汞的含量、化學組成特性決定了土壤中汞的數量。原生巖中汞可以通過風化作用,包括物理、化學和生物風化,進入土壤環境;也可以通過人為作用如礦山開發、冶煉進入土壤;另外煤矸石風化也會把汞釋放出來而轉移到土壤中。

污染源附近土壤剖面汞含量在垂向遞減,隨污染源距離增加汞含量降低都表明,表層土壤中的汞主要來自大氣中的汞,而非地質來源。大氣中的汞可通過干濕沉降降落下來,而土壤是大氣汞沉降的最大受體。氣態汞具有極低的水溶性和干沉降速率,因此很難通過干濕沉降而清除,而占大氣總汞份額較少的顆粒態汞極易發生沉降,是大氣汞干濕沉降的主要貢獻者大氣中的汞通過干濕沉降進入土壤環境后,由于土壤中粘土礦物的吸附作用,表層土壤由于存在大量植物根系、枯枝落葉使得有機質更豐富,絕大部分迅速被土壤吸附或固定,富集在土壤表層,造成土壤汞含量的增加。

污水灌溉及污泥利用也是土壤中汞的一個來源,礦區地表徑流是造成下游稻田土壤汞污染的主要途徑。水稻田土壤是水稻中甲基汞的主要來源,沿礦區河流分布的大部分稻田土壤受到上游汞污染水源的影響,總汞含量較高,而采用連續化學浸取方法分析土壤中汞的存在形式表明由含汞污水灌溉引起的土壤汞污染對植物的潛在危害要高于地質作用引起的。

此外,來自農藥和化學等中的Hg也是土壤Hg污染的主要來源?燃煤發電、燃煤鍋爐及其他含汞涉汞行業都會排放大量汞,而含汞廢物處理的不理想,會使廢物如電池、熒光燈中的汞流失,造成土壤中汞的污染。

3 土壤中汞形態研究

萬山汞礦區污染土壤中汞的形態研究表明:殘渣態>有機結合態>氧化態>特殊吸附態>溶解態與可交換態,土壤中THg和MeHg都與pH值呈現一定的相關關系,pH介于7.5~9范圍時,THg和MeHg含量均較高。土壤中MeHg還與TOC有一定的正相關關系,可能是由于T0C含量較高時,有利于硫酸鹽還原菌等微生物存在從而有利于汞甲基化的進行。但對濫木廠THg含量與PH之間沒有明顯的相關性,其樣品土壤介于6.5~8.5之間,其PH較為接近。而MeHg隨pH值得升高而增加,兩者呈正相關關系。

4 汞污染修復

近年來,植物修復受到廣泛關注,為土壤汞的治理提供較好的思路。植物修復是中很有效且廉價的處理方法,包括植物揮發修復、植物固化修復和植物提取修復。研究表明大米草對汞的積累作用和把有機汞轉化為無機汞的轉化作用,在土壤汞污染的植物修復方面有重要的利用價值。針對植物在汞污染脅迫下,生長緩慢、生物量低,且受雜草競爭威脅等問題,應用現代分子生物學和基因工程等手段將轉基因技術運用到汞的土壤修復上。萬山汞礦地區稻田土壤研究表明,添加硫代硫酸銨顯著增加土壤中汞的生物有效態含量,能提高印度芥菜生物量和印度芥菜對汞污染修復效率。

5 展望

土壤汞污染是貴州省的一個重要環境問題,對汞污染的防治還應進一步探清不同的土壤環境對汞形態轉化的影響規律,采取有效措施干預和控制土壤汞的遷移轉化。汞污染地區生態系統中汞的遷移轉化特別是甲基汞在食物鏈的富集傳遞及對人體健康的危害,也是值得廣泛關注的;如何解決土壤汞污染的修復問題是解決汞污染問題的關鍵。汞礦停產閉坑后及煤矸石土壤復墾方式種植的各種作物的食用將大大危及當地居民的健康安全。在土壤汞的植物修復方面,超富集植物及相關富汞耐汞基因的探究值得加強?但是轉基因植物是否會給生態環境帶來潛在風險也是值得考慮的問題。

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