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土壤汞(Hg)污染生态研究进展与汞(Hg)污染土壤修复—以贵州为例

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-08-17    浏览:3276

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世界范围内汞矿山的开采冶炼活动对矿区的水体、土壤、大气、植物及水生动物造成了严重的污染。现在中国成为世界最大的汞使用国和排放国,随着汞资源逐渐枯竭,汞矿生产规模日趋缩小,贵州境内的汞矿山,例如万山、务川、丹寨、铜仁、滥木厂和开阳等,已先后停产闭坑,但是长期的工开采及冶炼、生产对周围的生态环境,尤其是农田土壤造成了严重影响。不同于其他重金属,无机汞在进入环境后,特定条件下会转化成毒性更大、生物有效性更强的甲基汞,通过各种途径进入食物链,构成对人类的危害。


土壤污染具有隐蔽性、滞后性、积累性和地域性,难治理,周期长等特点。土壤一旦遭受汞污染,会对人类健康造成潜在危害。因此,土壤汞污染研究近来备受关注,特别是贵州土壤汞污染研究,在许多方面取得进展。

1 污染现状

受矿山活动影响,矿区土壤汞污染具有含量高、变化范围广及表层污染重等特点。气态汞的挥发及受汞污染水体的灌溉等利用,离矿区较远的土壤也收到不同程度的污染。例如万山汞矿污染农田土壤THg含量最高达790mg/kg,部分土壤MeHg含量超过20ug/kg,平均含量为3.14ug/kg,炉渣也显示较强的汞甲基化现象。务川汞矿地区土壤汞含量最高达360mg/kg。而对滥木厂汞矿区地土壤样品的测定数据显示,土壤THg含量最高为850mg/kg。进入土壤中的无机汞在硫酸盐还原菌作用下转化为甲基汞,通过食物链产生生物放大效应而危害人类健康。同一地点不同土地利用类型的土壤中,无论是THg还是MeHg,稻田和菜地的含量均远远高于玉米地和旱田;而旱田的水源主要来自于大气降雨,汞源少且为好养环境,不利于汞甲基化过程的发生;菜地土壤环境类似于旱田,但又有所区别,菜地在蔬菜生长期内会不断被浇灌和施肥,造成土壤有机质含量升高,有机质存在有利于汞的甲基化,故菜地MeHg明显高于旱田。

研究表明,贵州汞矿区大米具有很强的甲基汞积累能力,水稻田土壤中是MeHg的主要来源。甲基汞在水稻植株中分布依次为:稻米>根系>谷壳>茎>叶,相对其他组织,稻米富集甲基汞能力更强,且大米的MeHg含量明显高出玉米机蔬菜类作物,矿区作物中汞含量从高到低依次为辣椒>大米>玉米>红薯。而大米是贵州居民的主食,食用甲基汞污染的大米是人群的主要甲基汞暴露途径,占总暴露的94%-98%。

2 汞污染的来源

土壤母质是土壤汞的主要来源。成土母岩中汞的含量、化学组成特性决定了土壤中汞的数量。原生岩中汞可以通过风化作用,包括物理、化学和生物风化,进入土壤环境;也可以通过人为作用如矿山开发、冶炼进入土壤;另外煤矸石风化也会把汞释放出来而转移到土壤中。

污染源附近土壤剖面汞含量在垂向递减,随污染源距离增加汞含量降低都表明,表层土壤中的汞主要来自大气中的汞,而非地质来源。大气中的汞可通过干湿沉降降落下来,而土壤是大气汞沉降的最大受体。气态汞具有极低的水溶性和干沉降速率,因此很难通过干湿沉降而清除,而占大气总汞份额较少的颗粒态汞极易发生沉降,是大气汞干湿沉降的主要贡献者大气中的汞通过干湿沉降进入土壤环境后,由于土壤中粘土矿物的吸附作用,表层土壤由于存在大量植物根系、枯枝落叶使得有机质更丰富,绝大部分迅速被土壤吸附或固定,富集在土壤表层,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个来源,矿区地表径流是造成下游稻田土壤汞污染的主要途径。水稻田土壤是水稻中甲基汞的主要来源,沿矿区河流分布的大部分稻田土壤受到上游汞污染水源的影响,总汞含量较高,而采用连续化学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对植物的潜在危害要高于地质作用引起的。

此外,来自农药和化学等中的Hg也是土壤Hg污染的主要来源„燃煤发电、燃煤锅炉及其他含汞涉汞行业都会排放大量汞,而含汞废物处理的不理想,会使废物如电池、荧光灯中的汞流失,造成土壤中汞的污染。

3 土壤中汞形态研究

万山汞矿区污染土壤中汞的形态研究表明:残渣态>有机结合态>氧化态>特殊吸附态>溶解态与可交换态,土壤中THg和MeHg都与pH值呈现一定的相关关系,pH介于7.5~9范围时,THg和MeHg含量均较高。土壤中MeHg还与TOC有一定的正相关关系,可能是由于T0C含量较高时,有利于硫酸盐还原菌等微生物存在从而有利于汞甲基化的进行。但对滥木厂THg含量与PH之间没有明显的相关性,其样品土壤介于6.5~8.5之间,其PH较为接近。而MeHg随pH值得升高而增加,两者呈正相关关系。

4 汞污染修复

近年来,植物修复受到广泛关注,为土壤汞的治理提供较好的思路。植物修复是中很有效且廉价的处理方法,包括植物挥发修复、植物固化修复和植物提取修复。研究表明大米草对汞的积累作用和把有机汞转化为无机汞的转化作用,在土壤汞污染的植物修复方面有重要的利用价值。针对植物在汞污染胁迫下,生长缓慢、生物量低,且受杂草竞争威胁等问题,应用现代分子生物学和基因工程等手段将转基因技术运用到汞的土壤修复上。万山汞矿地区稻田土壤研究表明,添加硫代硫酸铵显著增加土壤中汞的生物有效态含量,能提高印度芥菜生物量和印度芥菜对汞污染修复效率。

5 展望

土壤汞污染是贵州省的一个重要环境问题,对汞污染的防治还应进一步探清不同的土壤环境对汞形态转化的影响规律,采取有效措施干预和控制土壤汞的迁移转化。汞污染地区生态系统中汞的迁移转化特别是甲基汞在食物链的富集传递及对人体健康的危害,也是值得广泛关注的;如何解决土壤汞污染的修复问题是解决汞污染问题的关键。汞矿停产闭坑后及煤矸石土壤复垦方式种植的各种作物的食用将大大危及当地居民的健康安全。在土壤汞的植物修复方面,超富集植物及相关富汞耐汞基因的探究值得加强„但是转基因植物是否会给生态环境带来潜在风险也是值得考虑的问题。

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