蔬菜重金属污染现状和利用生物炭减轻污染潜力

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1、蔬菜重金属污染现状和利用生物炭减轻污染潜力摘要：作为一种新兴的环境功能材料，生物炭以其优良的特性在土壤改良和污染修复上表现出极大应用潜力。综述了陆生和水生蔬菜重金属污染的现状、重金属修复方法、生物炭的特性及生物炭降低重金属污染有效性的作用机制和影响因素，总结了其对蔬菜产量产生的有益效应，指明了一些尚未解决的关键问题，为利用生物炭减轻蔬菜重金属污染的可行性提供理论依据和实践参考，为蔬菜的安全生产提供新的思路和方法。关键词：生物炭；蔬菜；重金属污染；环境污染；食品安全近年来，由于采矿冶炼、污水灌溉、塑料薄膜的大量使用、农药和化肥的过量施用、汽车

2、尾气及生活垃圾的不断排放，土壤和水体中的重金属污染日益加剧。环境中的重金属可以通过各种途径进入作物和人体内并富集，使人产生头晕、贫血、精神错乱、代谢紊乱等症状，且重金属有致癌作用，对人类的健康有极大威胁。目前，我国一些蔬菜、粮食种植区正遭受着重金属污染的威胁，农产品重金属超标事件屡见不鲜。研究如何净化土壤和水体，减少重金属元素在陆生和水生植物体内的累积愈来愈成为国内外的科研热点。当前，国内外都在积极寻找有效的重金属修复方法，如卓有成效的电动修复、植物修复、生物降解法等，但是各种措施也都有各自的局限性。生物炭是生物质通过热裂解的方法在缺氧或者

3、低氧条件下制备的一种富含孔隙结构、含碳量高的碳化物质[1],其性质优良，具有较好的农用效益和环境污染修复潜力，已有研究表明，生物炭能够直接或者间接地降低土壤中重金属的生物有效性，因此有关将生物炭应用于重金属污染土壤的生态修复引起了广泛的关注。制备生物炭的原料来源广泛，农林业废弃物如木材、秸秆、果壳及有机废弃物等都可以作为原料[2,3],同时，其具有碳封存的潜力，因而生物炭的应用可作为我国农林废弃物资源化利用的有效途径。全球已举办过多次有关生物炭的会议，并成立了许多生物炭协会、学会、相关企业与研究机构，其中最著名的机构是国际生物炭协会(Int

4、ernationalBiocharInitiative,IBI)O总之,作为一种新型环境功能材料，生物炭在作物安全生产方面正展现出广泛的应用潜能。本文概括性地介绍了蔬菜重金属污染的现状和目前用于治理重金属污染的各项措施，通过综述生物炭的特性及其在重金属污染治理上的研究应用进展，展望了生物炭在减少蔬菜重金属污染、提高蔬菜产量、质量和安全性方面的应用潜力以及尚待解决的关键问题，为生物炭应用于蔬菜的安全生产提供有力的理论支持和实践参考。1蔬菜重金属污染现状重金属在化学上是指密度大于4.5g/cm3的约46种金属元素。环境污染上所说的重金属是指钻（

5、Cr）.镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）以及类金属碑（As）等生物毒性显著的金属，即重金属“五毒”。重金属或其化合物造成的环境污染称为重金属污染。近年来，随着工农业的快速发展，大量重金属污染物通过各种途径进入土壤、水体和大气中，土壤和水体重金属污染引起的蔬菜及其他农作物重金属超标问题日益成为影响人类生活质量、威胁人类健康的环境和社会问题。研究结果表明，蔬菜重金属污染主要是人为因素所致,重金属可经由各种路径进入人体内（图1）。随着生活水平的提高，人们对无公害蔬菜、绿色食品的呼声越来越高。为使蔬菜产业向着高产优质的方向发展，很多设施菜地、无土

6、栽培技术、有机生态农业等已在全国各地蓬勃发展。其中，作为无公害蔬菜和绿色蔬菜的评价指标之一，重金属含量在生产基地、生产过程和产品中都有严格的限定标准。无土栽培基质也较容易受到重金属污染，如李静等［4］发现煤渣是引起基质重金属含量超标的主要因素，通过寻找理想的无土栽培基质来解决重金属超标问题，也是无公害蔬菜生产的重要任务。1.1蔬菜重金属污染为害及研究现状世界各国都存在不同程度的重金属污染，如日本20世纪50年代发生的水俣病（汞污染）、骨痛病（镉污染），防治重金属环境污染已成为一个刻不容缓的世界性课题［5］。我国的重金属污染问题较为严峻，国家

7、环保部数据显示，2009年重金属污染事件致使4035人血铅超标、182人镉超标，引发32起群体性事件［6］,其中的典型案例有陕西宝鸡市凤翔县长青镇的血铅超标事件、湖南浏阳市湘和化工厂镉污染事件等［7］。仲维科等［8］研究发现，按食品卫生标准，我国各主要大中城市郊区的蔬菜都存在一定的重金属超标现象，其中Cd、Hg.Pb的污染尤为明显。迄今为止，国内已对北京、上海、天津、贵阳、大同、蚌埠、成都、寿光、哈尔滨、福州、长沙等大中城市郊区菜园土壤及蔬菜中重金属污染状况进行过较为系统的调查研究。蔬菜农药残留和重金属超标问题已成为我国发展蔬菜出口中的忧中

8、之忧。随着中国加入WT0,蔬菜出口面临着巨大的绿色壁垒［9］。国内外众多学者对蔬菜的重金属污染问题进行了研究，其中对十多种陆生和水生蔬菜的镉、铜、锌、铅、汞、鎳、裕及碑等重金属的