鎳汙染土壤修複技術研究進展

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-05-22 03:05:29
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北極星環境修複網訊:摘要: 鎳是引起我國土壤汙染的八大重金屬之一,農田土壤鎳超標影響了農作物的產量和品質,對人體健康造成嚴重威脅。本文綜述了近年來國內外土壤鎳的汙染現狀和汙染來源,鎳對農田生態係統(植物、微生物和動物)的影響,鎳汙染土壤的各種修複技術,包括物理/化學修複技術、微生物修複技術、植物修複技術和農業生態修複技術,介紹了目前為止發現的鎳超富集植物,為鎳汙染土壤植物萃取技術研發提供植物種類。最後提出了鎳汙染土壤修複需要加強的幾個方麵。

中國是一個人口眾多的農業大國,農田安全關係到國民的長遠生計。當前,我國人均耕地麵積僅約0.1 hm2,在農田資源緊缺的基礎上,更要保證農業生產的安全性,確保國家糧食安全。我國城市化和工業化的迅速發展加劇了土壤重金屬汙染,工業生產所產生的廢水、廢氣、廢渣等帶來了一係列重金屬汙染問題,重金屬一旦進入土壤環境中便難以遷移和降解,這種長期性及持久性使得土壤重金屬汙染修複一直以來都是國內外研究的重點與難點。土壤中的重金屬可被生物體吸收積累,當農田土壤環境中重金屬濃度過高時,會對作物生長帶來不利影響,降低作物產量和質量,重金屬被植物吸收後能在作物的可食用部分累積,通過食物鏈進入人體,從而危害人體健康。

鎳(Ni)是生物體內必不可缺的微量元素之一,它影響著某些酶的活性,對維持細胞的氧化還原狀態十分重要,同時還參與各種生理、生化和生長反應。但是生物體對Ni的需求量是有限的,超出了一定的範圍就會對生物體產生多種毒害作用。Al Chami等認為當Ni的濃度高於10 mg·kg-1時,高粱和紅花就不能生長了。劉仕翔等對水稻施加高濃度的Ni脅迫後表現出水稻根係生長受阻、過氧化氫酶活性(CAT)和可溶性蛋白降低、O2-·產生速率和相對電導率提高等現象,表明Ni脅迫下水稻生長受到了明顯的抑製。Ni長期在土壤中累積,不易遷移、難以降解,會導致土壤中的Ni濃度越來越高,直接造成經濟損失以及損害人體健康。

土壤重金屬汙染受到了人們的廣泛關注,但多是對Cd、Zn、Cu、Pb等其他重金屬的研究,對Ni汙染土壤的關注度相對較少,並且關於Ni汙染土壤修複技術的研究綜述報道比較少。本文綜述了近年來Ni汙染土壤的各種修複技術,為以後Ni汙染農田修複及保障農產品安全提供技術支持。

1 鎳汙染現狀

Ni是引起土壤重金屬汙染的八大元素之一,根據《全國土壤汙染狀況調查公報》顯示,我國Ni汙染超標率為4.8%,僅次於鎘(Cd)。楊國義等研究了珠江三角洲地區的農用地土壤,結果顯示有24.9%的土樣中Ni含量超過國家土壤環境二級標準。劉春早等研究了資江和湘江流域的土壤重金屬汙染,結果顯示Ni超標率分別為4.5%和9.71%。關卉等研究表明雷州半島的土壤Ni均值為49.81 mg·kg-1,超標樣品在25%以上。Doabi等對伊朗克爾曼沙汗省的167份農業土壤的研究結果表明,當地土壤樣本Ni濃度為131.46 mg·kg-1,高於其土壤背景值,汙染達到了中度至重度汙染水平。Shallari等研究了阿爾巴尼亞蛇紋石和工業用地的土壤與植物中的重金屬,結果表明,土壤幹物質(DM)中最高Ni濃度為3579mg· kg-1,生長在蛇紋石上的植物DM中Ni濃度達到了808mg·kg-1。Solgi和Parmah對伊朗東北部薩卜澤瓦爾蛇綠岩帶鉻鐵礦周邊不同距離的土壤進行了Ni濃度分析,結果表明,礦區周邊土壤Ni汙染達到了(321.7±133.27)mg·kg-1,各種指數顯示出鉻鐵礦周邊土壤受到嚴重的Ni汙染。Ameh表明,尼日利亞的伊塔克佩鐵礦周圍的土壤受到不同重金屬的汙染,Ni濃度以及Ni富集係數僅次於Fe。

人類每天對Ni的需求大約在5~50 μg之間,長期暴露在Ni環境下會導致皮膚過敏,出現化膿、潰爛等現象,過量的Ni還可能會誘導多種癌症。Ni汙染土壤對農產品的質量也會產生不利的影響。土壤中高濃度的Ni會抑製種子萌發及根芽生長、減少生物量、致使植物各種部位變形、擾亂根尖有絲分裂、阻礙根係對營養元素的吸收轉運、誘導葉片病變或壞死、削弱植物新陳代謝、抑製光合作用和蒸騰作用、並產生Fe缺乏症等。Ashraf等研究表明,Ni脅迫下向日葵的發芽率、鮮重和幹重、根和莖的長度以及α-澱粉酶活性均顯著降低,導致蛋白質水解及轉化為氨基酸延遲,這是Ni脅迫使向日葵種子中蛋白酶活性受抑製的結果。Espen等認為,高濃度的Ni還會影響K和Mg的含量、氧的再活化、糖和磷有機化合物的變化等。Haimi等發現在芬蘭某Cu-Ni冶煉廠周邊0.5~2 km範圍內植被稀少,鬆樹的生長出現了阻滯,在距廠區8 km處植被的生長得到了恢複。

2 鎳汙染來源

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