一、土壤復合汙染的概念和內涵
土壤復合汙染通常定義為2 種或2 種以上的汙染物在土壤中同時存在，並且每種汙染物的濃度均超過國家土壤環境質量標準或已經達到影響土壤環境質量水平的土壤汙染。
復合汙染應該同時具有以下3 個基本條件:
1) 一種以上的化學汙染物同時或先後進入同一環境介質或生態系統同一分室;
2) 化學汙染物之間、化學汙染物與生物體之間發生互動作用;
3) 經歷化學的和物理化學的過程、生理生化過程、生物體發生中毒過程或解毒適應過程等3 個階段.
（重點是重金屬的復合汙染）
土壤重金屬汙染是指由於人類活動將重金屬引入到土壤中，致使土壤中重金屬含量明顯高於原有含量，並造成生態環境惡化的現象，其汙染源主要是由採礦、冶煉、電鍍、化工、電子和製革染料等工業生產的「三廢」以及汙灌、農藥、化肥的農業上不合理施用等引起的。土壤中的重金屬汙染往往是以某一重金屬元素為主，並伴隨有其他元素的存在，即多重金屬並存的復合汙染。例如在廢蓄電池加工**處理場地，土壤pb 的濃度高達12 000 mg /kg，而cu 和zn 也嚴重超標( 1 800 ～ 2 200 mg /kg) ; 在一些工礦區或汙灌區的土壤也常受cd、pb、cu 的復合汙染。
二、復合汙染發生的主要型別
1、重金屬元素之間構成的復合汙染
重金屬復合汙染現有的研究以下兩點是明確的:
1) 重金屬在復合汙染條件下對植物的毒害及其在土壤中的遷移轉化,要比單一元素的汙染複雜得多;
2) 重金屬元素之間的互動作用各型別的表現,與各種重金屬在環境中的濃度及其組合關係、作物的種類、作物的部位和暴露方式等因素密切相關,但有關的生態過程及其微觀機理並不清楚.
2、有機汙染物之間構成的復合汙染
有機汙染物在土壤環境中的毒性效應往往是非單一性的行為,如各種殺蟲劑、除草劑、石油烴、多環芳烴、多氯聯苯、有機染料等之間的相互作用,由於能夠形成毒性更大的降解產物或中間體,因此要比無機汙染物之間的相互作用更為複雜,其結果也更難以**. 在我國,土壤植物系統的有機汙染物所構成的復合汙染,主要以有機農藥之間構成的復合汙染為主
3、重金屬與有機汙染物所構成的復合汙染
例如汙水處理廠的汙泥、城市生活垃圾、各種農藥(殺蟲劑、除草劑和殺真菌劑等) 的施用以及工業廢水等造成的汙染 ,同一環境介質中往往同時存在一些難降解的有機汙染物和重金屬.
4、有機汙染物與病原微生物構成的復合汙染
有機汙染物與病原微生物的復合汙染是乙個重要的復合汙染型別. 隨著汙水處理事業的發展,大量的汙泥產生並應用於農業土壤或在林地、休閒地進行堆置,都會產生有機汙染物-病原微生物的復合汙染. 而對那些沒有進行處理的生活或工業汙水,隨著灌溉農田進入土壤,容易產生這種型別的復合汙染.
同時土壤歷來是作為廢物的堆放、處置和處理的場所,使大量的有機汙染物和病原微生物隨之進入土壤-植物系統而發生這種型別的復合汙染. 農業化學物質和有機肥的施用,也會帶入某些病原微生物,與農藥本身及其分解殘留物或者其他有機汙染物也能構成這種型別的復合汙染。
三、土壤重金屬復合汙染
3. 1 重金屬的復合作用
重金屬之間相互作用影響生物對某種金屬的累積過程或不同層次上的生物毒性，一般表現為加和效應、拮抗效應和協同效應3 種( 表1) 。
拮抗作用是指一種金屬元素阻礙或抑制另一種金屬元素的吸收、生理效應的現象。從某種程度上可以將位點競爭視作重金屬之間產生拮抗作用的直接原因，這些位點包括細胞及代謝系統的活性部位和存在介質中的吸附點，如金屬硫蛋白、特定組織器官上的結合位點，植物螯合素、細胞壁的結合點，植物根系的吸附位點、土壤吸附點等。
協同作用是指一種金屬元素促進另一種或多種金屬元素的吸收，且2 種或多種金屬元素的聯合效應超過各自效應之和的現象。協同作用的產生和強度與重金屬加入的順序和比例有關，重金屬混合物的組成及各組分( 元素) 的比例也是決定混合物毒性的重要因素。
當然有些重金屬並不存在兩者之間相互作用，即通常所說的加合作用。另外在土壤重金屬復合汙染中既存在協同作用又存在拮抗作用。
在土壤介質中，多重金屬之間不僅發生相互作用，而且它們與土壤顆粒也發生複雜的介面反應。appel 等利用吸附-解吸與連續萃取相結合的方法測定重金屬pb、cd 以不同順序加入土壤沿著土壤的特殊吸附點上的相互作用，結果表明: pb 與cd之間存在著競爭吸附作用; pb 對cd 的吸附有較強的抑制作用，反之，相對較小; cd 在pb 之後加入土壤相對於cd 在pb 之前加入具有更強的活性，因此在一定的條件之下，pb 的存在會增加cd 在土壤中的活性。
通過觀察類似cd 和pb 這種競爭作用得出結論: 如果有2 種或更多的金屬競爭相同的結合位點，強吸附能力的金屬會促使吸附能力相對較弱的金屬留在弱的位點。
3. 2 土壤重金屬復合汙染的生態效應
重金屬復合汙染所導致的生態效應，主要是通過土壤生物表現出來的。首先表現為植物反應。植物根部具有非常大的表面積和高親和性，在吸收營養元素的過程中，根表面結合許多化學汙染物質，因此，植物的根部是吸收汙染物最初受體。
宋玉芳等研究表明，土壤重金屬cu、zn、pb、cd復合汙染對西紅柿種子發芽和根伸長在較低濃度下表現為拮抗作用，高濃度表現為協同作用。復合汙染物可以通過影響生物的細胞結構特別是膜結構而發生相互作用，有些金屬離子還可以改變細胞膜的滲透性，對植物根系造成傷害。另外，重金屬還能通過影響植物體內酶的活性而產生毒性效應。
相關研究表明在復合條件下，重金屬脅迫使植物體內的超氧化物歧化酶( sod) 、過氧化氫酶( cat) 和過氧化物酶( pod) 等主要保護酶活性比例失調，導致清除植物體內活性氧的能力降低，造成植物代謝紊亂，加速植物衰老，在重金屬達到一定含量時，將會使抗氧化酶系統功能失去，導致植物死亡。重金屬復合汙染對生物大分子的結構和功能方面的影響也有少量報道。例如，通過盆栽實驗研究表明:
cd和pb 復合汙染對小麥植物的生長表現出協同效應，顯著增加了小麥根系植物絡合素( pcs) 的合成水平，而穀胱甘肽( gsh) 的合成受到抑制; 小麥根部pcs 的含量與小麥地上部分的生物量抑制存在明顯的線性關係，進一步研究表明，pcs 的誘導水平可作為生物標記物用於土壤環境cd 和pb 復合汙染的生態毒性評價。另外，土壤動物對重金屬的暴露也表現一定的復合效應。如蚯蚓對重金屬cu、zn、pb 和cd 復合汙染的毒性響應遠比單一汙染條件下敏感，復合汙染具有極強的協同效應。
重金屬復合汙染對土壤微生物的生態效應主要表現在影響微生物的群落結構和微生物活性。趙祥偉等研究了長期受重金屬cd、cu、pb 和zn 復合汙染的農田土壤的微生物群落遺傳多樣性變化，指出:
( 1) 土壤微生物對重金屬復合汙染所做出的反應是基於種群的群體性反應，重金屬復合汙染對群落遺傳多樣性的脅迫作用主要通過影響了群落中的一部分敏感種群來實現。
( 2) 重金屬復合汙染不僅導致微生物生物量碳降低，而且能明顯改變土壤微生物群落的遺傳多樣性。滕應等研究了ag、pb和zn 重金屬復合汙染對土壤微生物群落功能多樣性動力學特徵，結果表明，重金屬復合汙染降低了供試土壤的微生物群落代謝剖面。土壤重金屬汙染能引起微生物生物量的下降從而引起土壤呼吸量的變化。
另外土壤微生物直接參與土壤氨化、硝化、固氮及纖維素分解作用的強度等生化過程，因此重金屬的復合汙染還能會引起土壤生化作用強度降低。gogolev 等發現分別單獨加入cd、cu、pb 和zn 不引起土壤呼吸改變，而這些元素聯合投加將顯著產生抑制效應。
重金屬復合汙染對土壤酶的影響也存在顯著差異。國內外關於單一汙染物對土壤酶活性影響的研究已有報道，但對復合汙染與土壤酶活性關係及影響的研究則較少。楊志新等研究了cd、zn 和pb復合汙染對4 種土壤酶活性( 過氧化氫酶、脲酶、鹼性磷酸酶和轉化酶) 的影響，結果表明，在復合效應影響中，重金屬對土壤酶活性的抑制效應依次為cd＞ zn ＞ pb; 同時，cd、zn、pb 復合汙染對4 種土壤酶活性的影響效應存在著明顯差異。
其復合汙染對脲酶表現出協同抑制負效應的特徵，對過氧化氫酶表現出一定的遮蔽作用; 對轉化酶和鹼性磷酸酶活性。影響則主要隨著cd 濃度的增加而顯著降低。
3． 3 復合汙染生態效應的定量表徵
土壤復合汙染表徵主要是通過一些引數來表達其化學和生物效應等，包括鋅當量、毒性汙染指數、元素比、離子衝量、多元回歸分析法以及其他表徵方法。目前使用較多的是離子衝量、內梅羅汙染指數及汙染綜合指數法。
azpiazu 等首先採用離子衝量來評價重金屬的復合汙染效應。
其中ci為重金屬在土壤中濃度( mmol /g) ; ni 為相應元素的氧化數) 。
以此為基礎評價土壤的汙染指數為:
式中: i 為土壤金屬離子的衝量; ic為使植物中毒( 表現為產量降低) 土壤金屬離子臨界離子衝量;i0為無毒栽培時，對照土壤的離子衝量。
該方法由於綜合了各種離子的綜合影響，能比較客觀地反映土壤中重金屬復合汙染的綜合效應，因此具有較大的發展前途。
內梅羅汙染指數法可以用於重金屬復合汙染的評價，可表示為:
其中max pi為最大單項汙染指數，而mean pi為所有單項汙染指數的平均值。綜合汙染指數小於或者等於1 表示未受汙染，大於1 則表示已受汙染，計算出的綜合汙染指數的值越大表示所受的汙染越嚴重。內梅羅汙染指數反映了各汙染物對土壤的作用，同時突出了高濃度汙染物對環境質量的影響。
近年來，chen 等進一步完善了重金屬復合汙染的綜合指數的表徵方法:
汙染綜合指數：
其中，rpe 為相對汙染當量; ddmb 為土壤重金屬濃度偏離背景值的程度; ddsb 為土壤重金屬濃度標準偏離背景值的程度; x 為超過標準值元素個數; y 為超過背景值元素個數; z 是用於評價的元素個數。當y = 0，i = 0 為背景條件; 當y ＞ 0; x =0; i = 0 ～ 1 為未汙染; 當x ＞ 1，i ＞ 1 時為汙染。
四、土壤重金屬汙染的修復方法
從根本上說，汙染土壤修復的技術原理可概括為:
( 1) 以降低汙染風險為目的，即通過改變汙染物在土壤中的存在形態或同土壤的結合方式，降低其在環境中的可遷移性與生物可利用性;
( 2) 以削減汙染總量為目的，即通過處理將有害物質從土壤中去除，以降低土壤中有害物質的總濃度。
基於這2種基本原理，人們提出物理、化學和生物3 種修復型別。
其中物理方法主要包括物理分離法、新土置換法、固化穩定法、蒸氣抽提、空氣噴射、熱解吸以及電動力法等; 化學方法主要包括溶劑萃取法、化學淋洗、氧化法、還原法以及鈍化技術等; 生物修復方法可分為微生物修復、植物修復與動物修復3 種，其中植物修復主要有根部過濾技術、植物提取技術、植物揮發技術和植物穩定化技術; 微生物修復主要包括原位修復的投菌法、生物培養法以及生物通氣法和異位修復的預製床技術、生物反應器技術、厭氧處理以及常規的堆肥法。動物修復主要是利用土壤中的某些低等動物( 如蚯蚓和鼠類) 吸收土壤中的重金屬，從而在一定程度上降低汙染土壤中重金屬的含量。
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