螯合剂在重金属污染土壤中的应用
摘要螯合剂在重金属污染土壤修复中具有重要的作用，结合国内外的研究成果和最新研究进展，阐述了螯合剂的常见种类及其在重金属污染土壤修复中的应用，提出了螯合剂在修复重金属污染土壤中存在的问题及展望。
AbstractChelants play an important role in the remediation of heavy metal-contaminated soil. Common kinds and recent research on the application of chelants to the remediation of heavy metal-polluted soil were reviewed and the disadvantages and future research trends of the methods were put forward.
Key wordschelants；heavy metal；soil remediation；application
随着经济的发展，城市污染加剧，农用化学药品的种类和数量增加，土壤重金属的污染也日益严重。
大多数重金属在土壤中具有相对稳定、难以迁出土体的特点，严重影响土壤的理化以及生物学特性，土壤微生物群落结构随之改变，土壤生态结构和功能的稳定性受到威胁，造成农作物、农产品和地下水等污染，甚至通过食物链危害人类健康。
据统计，我国近2 000万hm2的土壤受重金属污染，占总耕地面积的1/5，其中因工业三废污染的农田近700万hm2，使粮食每年减产1 000万t [1]。
因此，重金属污染土壤的修复已成为我国农业和环境保护工作的重要内容。
螯合剂能够与土壤溶液中的多价金属离子结合形成螯合物，改变重金属在土壤中的存在形态，使重金属从土壤颗粒表面解析，由不溶态转化为可溶态，从而大大活化土壤中的重金属[2]。
螯合剂在重金属污染土壤应用中，具有见效快、周期短的特点，在生理、生化、农业等科学领域起着十分重要的作用。
1螯合剂种类
不同的分类标准，螯合剂种类有所不同，目前常见的分类方式有按照作用机理与效果分类及化学组成分类。
根据螯合剂作用机理与效果可分为活化和稳定或固化的重金属螯合剂[3]；根据螯合剂的化学组成，可分为氨基多羧酸类和天然的低分子有机酸[2]。
常见螯合剂如表1所示。
2螯合剂在重金属污染土壤修复中的应用
土壤重金属污染直接关系到农产品的安全，进而威胁生态系统和人类健康，已经成为全球性环境问题之一。
重金属在土壤中的生物有效性较低，植物难以吸收，螯合剂能改变土壤重金属的移动性，即活化或钝化土壤重金属，显著提高重金属土壤修复的效率，因此广泛应用于重金属污染土壤的修复中。
2.1氨基多羧酸类
目前，氨基多羧酸类螯合剂具有活化效率高的特点，在各种重金属污染的土壤修复中报道较多。
郑永红等[4]以国家亿吨煤建设基地、已有百年开采历史的淮南矿区为例，介绍了煤矿区铅污染土壤的现状与危害，并介绍了解决煤矿区土壤铅污染问题的最新技术、植物修复的机理、技术特点以及在煤矿区土壤生态修复中的应用。
李晶等[5]采用HCl、EDTA及DTPA作为化学螯合剂，发现3种浸提剂中，HCl对4种重金属铜、镉、锌、铅的浸提效果好于EDTA 和DTPA。
沈莉萍等[6]研究了螯合剂和泥炭对苎麻吸收土壤镉的影响，结果表明，泥炭和柠檬酸配施处理更有利于植物生长，就植物吸收镉能力来说，螯合剂（EDTA、柠檬酸）和泥炭的配施处理能更好地促进苎麻对镉的吸收。
朱雅兰[7]研究了小白菜对镉污染土壤的植物修复，通过盆栽试验，研究了小白菜在不同水平镉污染土壤中的耐受性以及富集指标，并施加不同水平螯合剂对修复效果进行强化。
周海霞等[8]通过土培盆栽试验，研究了甘蓝和油菜对土壤中重金属镉的吸收及生物净化作用，同时研究了添加螯合剂对油菜富集镉的影响，结果发现甘蓝对于高浓度镉污染土壤的修复作用并不明显，油菜对于镉污染土壤的净化作用较显著，但添加螯合剂EDTA对于提高修复水平效果并不显著，认为油菜较适宜作为镉污染土壤的修复植物，螯合剂添加要视情况而定。
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2.2低分子有机酸
相对氨基多羧酸类而言，低分子有机酸对重金属污染土壤的修复研究报道相对少见。
周建利等[9]进行了活化土壤重金属天然植物螯合剂的筛选研究，认为不同种类的植物汁液对土壤镉、铅和锌的活化能力不同，依次为：酸藤果>湿地松>马尾松。
Huang等[10]利用柠檬酸处理铅污染的土壤。
陈玉成等[11]对柠檬酸（CTA）、EDTA及表面活性剂复合处理污泥中的镉、铬研究表明，CTA与SDS、EDTA与SDS复合，无论是顺序处理还是共同处理，对去除污泥中铬都表现为拮抗效应或独立效应，而对镉的去除则表现出复杂的复合效应。
3存在问题及展望
螯合剂对重金属污染土壤修复受螯合剂种类的效应、螯合剂浓度效应、金属种类、螯合剂溶液pH值的效应、土壤基本性质的效应、植物种类的效应等影响[2]。
如EDTA能在较大范围内的pH值内与很多金属形成稳定的复合物，既能解吸被土壤吸附的金属，也能溶解不溶性的金属化合物，但是pH值、电解质、土壤与提取液的比、土壤中金属结合形态、土壤性质影响EDTA清除土壤重金属的效果，而且由于EDTA价格昂贵以及其回收还存在未解决的技术问题而影响其广泛应用[12]。
螯合剂修复重金属污染的土壤是一项低耗费的污染修复技术，具有进行大范
围修复污染土壤的潜能，目前还缺乏对螯合物在植物根际周围土壤中与金属的络合作用和其在植物体内迁移、累积的机制的研究。
而且螯合剂可以用于治理中、低浓度重金属污染土壤，也可以与其他修复技术联合使用作为土壤修复的最后一个步骤，但是不能处理所有重金属污染的土壤。
对于天然螯合剂的研究，目前大多停留在对野外品种的筛选阶段，多集中在植物对重金属的积累量、耐性及积累机理研究，如何有效地将其应用到实践当中将是未来的一个发展方向。
如作为天然螯合剂来源的植物要对多种重金属有较高的耐性，可将基因工程技术用于培育超富集植物品种，培育出具有生物量大、重金属累积量大的超富集植物，也可改善已发现的超富集植物栽培措施，提高超富集植物的生物量，从而提高超富集植物的修复效果[13]。
4参考文献
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[4] 郑永红，姚多喜，张治国.煤矿区铅污染土壤的植物修复[J].安徽农业科学，2008，36（20）：8798-8800.
[5] 李晶，许蕾，王道涵.不同螯合剂对土壤中重金属释放特征的影响[J].辽宁大学学报：自然科学版，2008，35（3）：283-285.
[6] 沈莉萍，宗良纲，蒋培，等.螯合剂和泥炭对苎麻吸收土壤镉的影响[J].环境科学，2009，30（9）：2767-2772.
[7] 朱雅兰.小白菜对镉污染土壤的植物修复[J].广东农业科学，2010（2）：68-72.
[8] 周海霞，单爱琴，孙晓菲，等.甘蓝和油菜对镉污染土壤的修复研究[J].江苏环境科技，2008，21（1）：17-19.
[9] 周建利，郭晓方，吴启堂，等.活化土壤重金属天然植物螯合剂的筛选[J].生态学报，2010，30（5）：1390-1396.
[10] HUANG J W，CHEN J，BERTI W R，et al.Phytoremediation of lead-contaminated soils：role of synthetic chelates in lead phytoextraction[J].Envir Sci Techn，1997，31（3）：800-805.
[11] 陈玉成，郭颖，魏沙平.螯合剂与表面活性剂复合去除城市污泥中Cd、Cr [J].中国环境科学，2003，24（1）：100-104.
[12] 龙新宪，杨肖娥，倪吾钟.重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望[J].应用生态学报，2002，13（6）：757-762.
[13] 魏巧，李元，祖艳群.修复重金属污染土壤的超富集植物栽培措施研究进展[J].云南农业大学学报，2008，23（1）：103-107.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。