土壤重金属污染是指由于人类活动，致使土壤中的重金属(密度大于5g/m3)含量过高，并造成生态环境质量恶化的现象。随着城市化、工业化的发展，化肥与农药的大量施用、矿床的不断开采，工业“三废”、生活污水和汽车尾气的大量排放等，环境问题开始显现，造成了不同程度的污染。而重金属污染是其中危害极大的一类，常见的对土壤造成污染的重金属包括锌、铜、铬、镍、铅、镉、汞等元素，它们不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低，还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并通过直接接触、食物链等途径进入人体，最终危害人体健康。据不完全调查，目前全国受污染的耕地约1000万hm2，污水灌溉污染耕地216．7万hm2，固体废弃物堆存占地和毁田13．3万hm2，三项合计约占全国耕地总面积的1／10以上。耕地污染已经对我国经济社会造成巨大的危害，全国每年被重金属污染的粮食达1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元。在此背景下，土壤的污染越来越受到人们的关注，这已成为全球关注的重大问题，并日益成为环境、土壤科学家们研究的热点问题。 1﹑土壤中重金属危害的特点

土壤是人类赖以生存的物质基础，是生态系统的重要组成部分，同时土壤也是食物链的一个重要环节，与人的健康息息相关。重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，由于其在土壤植物系统中产生污染的过程具有普遍性、隐蔽性、长期性、不可逆性和迁移转化的特点。

随着人们生活水平的提高和环境意识的增强，环境问题越来越受到关注。如土壤中汞污染会导致水俣病的发生，糙米中含镉量超标会引起“骨痛病”的产生。 2﹑植物修复技术

2．1植物修复技术的概念 植物修复技术是指利用植物吸收、分解、挥发或固定土壤中的重金属，降低重金属在土壤中的含量和有效态含量，从而降低其对生物的危害。其实质是将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的忍耐和超量积累能力，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后可将重金属移出土体，以达到治理污染与恢复生态的目的。

2．2超富集植物的研究 超富集植物是指具有一定特异功能、用于环境污

染植物修复的植物，即重金属超积累植物。植物修复的前提是找到对某种(些)重金属具有特殊吸收富集能力的超积累植物。因此，找到合适的物种，并了解其对重金属的吸收、转移和累积规律，对污染土壤的植物修复具有重要意义。超积累植物一般应具有以下特性：(1)在污染物浓度较低时也有较高的积累速率，且具备较高的运输能力。(2)能在体内积累高浓度的污染物，对某种重金属的累积量较普通作物多10—500倍以上。(3)能同时富集几种金属。(4)生长快而旺盛，生物量大。(5)具有抗虫、抗病能力。聂俊华等通过对铅锌矿区的36种植物进行筛选，以叶片叶绿素含量、株高、植株含铅量等为铅富集的筛选指标，筛选出香根草、绿叶苋菜、裂叶荆芥等6个富集铅的植物品种。

富集系数是衡量植物对重金属积累能力大小的一个重要指标，它是指植物体内某种重金属含量与土壤中该种重金属含量的比值。富集系数越大，其富集能力越强。尤其是植物地上部富集系数越大，越利于植物提取修复。因为地上部生物量比较容易收获。植物地上部富集系数大于1，意味着植物地上部某种重金属含量大于所生长土壤中该种重金属的浓度，是超富集植物区别于普通植物对重金属积累的一个重要特征。

2．3植物修复技术的类型 根系是植物直接接触土壤的器官，也是植物吸收重金属的主要器官，重金属到达根的表面主要两条途径：一条是质体流途径，即污染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水分一起达到植物根部；另一条途径是扩散途径，即通过扩散而达到根部的表面。目前，利用植物改良土壤环境的4种方法主要是根部过滤技术、植物萃取技术、植物挥发技术和植物稳定技术。 根部过滤技术根部过滤技术是指将特定的植物种植在重金属污染的水体中，利用植物庞大的根系和巨大的表面积过滤、吸收、富集水体中重金属元素后，将植物收获处理，从而达到治理水体重金属污染的目的。例如水科植物浮萍和水葫芦可有效吸收和清除水体中镉、铜和硒。目前用于根系过滤的植物有印度芥菜、盐地鼠尾粟、宽叶香蒲等。

植物提取技术植物提取技术又称植物萃取技术，是目前研究最多且最有发展前景的植物修复技术。重金属经植物根系吸收后，继而被转移、贮存到植物的地上部分，然后收割植物地上部分，从而达到去除土壤重金属元素的目的。收获植物中的重金属元素还可以回收利用。植物提取技术利用的是一些对重金属具有较

强富集能力的特殊超积累植物。

植物挥发技术植物挥发技术是利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的污染物被植物吸收和转化，以挥发状态排出植物体外，从而去除土壤重金属污染。植物挥发要求污染物被转化后的毒性要小于转化前的污染物质，以减轻对环境危害。目前在这方面研究最多的是金属元素汞和重金属元素硒，如离子态汞(Hg2+)，它在厌氧细菌的作用下可以转化成对环境危害极大的甲基汞(Me—Hg)。利用细菌先在污染位点存活繁衍，然后通过酶的作用将甲基汞和离子态汞转化成毒性小得多、可挥发的单质汞Hg，这已被作为一种降低汞毒性的生物途径之一。

植物稳定技术植物稳定技术是利用植物根际的一些特殊物质使土壤中的污染物转化为相对无害的物质。这些植物通过根系分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程可使污染物惰性化。也有人认为，植物稳定就是指污染物被植物的根吸收、在体内富集，或者被吸附到根的表面，或者在根际区沉淀下来。植物及其根部可防止污染物被风或水侵蚀而迁移，还可防止其在土壤中渗漏或扩散。 3﹑重金属超富集体的生理机制

植物对重金属产生富集的首要条件是该种植物的根和茎叶细胞能够耐受高浓度的相应元素，称作超耐受性。通常情况下，根内的zn、cd和Ni浓度往往比茎叶中相应元素的浓度高10倍以上，但在超富集体中，茎叶中的重金属浓度可以超过根内的元素水平，主要机制是液泡的分室化效应及对重金属的络合作用。

近年来，利用植物修复重金属污染土壤已成为环境生态学中研究的热点，国内外学者对植物修复土壤重金属的机理进行了大量研究。阐述了植物修复的生理学、分子生物学机制，包括超富集植物根分泌物对根际土壤中重金属的生态效应，超量富集植物对土壤重金属的吸收及其解毒机理，并就该领域存在的问题和今后的研究方向进行了探讨。但到目前为止，有关超积累植物大量富集重金属的机理仍不十分清楚，许多问题有待更深入的研究。

从各方面因素综合考虑、采甩植物修复技术治理重金属污染的土壤是一条有效途径，具有很好的发展前景。随着全球污染的加剧，有关植物抗污染的研

究已成为热点。今后，一方面，可以继续寻找和筛选对重金属超富集的植物；另一方面，可以应用分子生物学和基因工程技术，将自然界中超富集基因转移到生物量大、生长速率快的植物体中，从而得到适合人们需求的转基因植物。植物修复技术是一条非常适合我国国情的土壤污染治理途径，我国在这方面的研究仍处于起步阶段，还需深入研究才会逐步走向了实用化

重金属污染物在土壤中的传播特征

重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。 随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万 t、Cu为340万 t、Pb为500万 t、Mn为1500万 t、Ni为100万 t[1]。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地；。 南方相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看，到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2，而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。 本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手，提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。旨在保护环境，提高土壤的环境质量。

1 土壤中重金属污染物来源与分布

土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。此外，人类工农业生产活动，也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。 1.1 大气中重金属沉降

大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。大气中的大多数重金属是经自然沉降[2]和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部Falun市区的铅污染[3]，它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生大量废物,由于风的输送，这些细微颗粒的铅,从工业废物堆扩散至周围地区。南京某生产铬的重工业厂[4]铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍，污染以车间烟囱为中心，范围达1.5 km2，污染范围最大延伸下限1.38 km。俄罗斯的一个硫酸生产厂[5]也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染。 公路、铁路两侧土壤中的重金属污染，主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。它们成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。在宁—杭公路南京段[6]两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染晕带，且沿公路延长方向分布，自公路向两侧污染强度减弱。在宁—连一级公路淮阴段[7]两侧的土壤铅含量增高，向两侧含量逐渐降低，且在地表0~30 cm铅的含量较高。在法国索洛涅地区A71号高速公路[8]沿途严重污染重金属Pb、Zn、Cd，其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2~8倍，而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7~26倍。在斯洛文尼亚[9]从居波加到扎各瑞波公路两侧，铅除了分布在公路两侧以外，还受阶地地貌和盛行风的影响，高铅出现在低地，公路顺风一侧铅含量较高。

经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心，向四周及两侧扩散；由城市—郊区—农区，随距城市的距离加大而降低，特别是城市的郊区污染较为严重。此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关；重工业越发达，污染相对就越严重。