世界环境热点问题分析报告.docx
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世界环境热点问题分析报告
到目前为止已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有：
全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染等众多方面。
（1）全球变暖全球变暖是指全球气温升高。
近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动，总得看为上升趋势。
进入八十年代后，全球气温明显上升。
1981～1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃。
导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多种温室气体。
由于这些温室气体对来自太阳辐射的短波具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的温室效应"，导致全球气候变暖。
全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。
（2）臭氧层破坏在地球大气层近地面约20～30公里的平流层里存在着一个臭氧层，其中臭氧含量占这一高度气体总量的十万分之一。
臭氧含量虽然极微，却具有强烈的吸收紫外线的功能，因此，它能挡住太阳紫外辐射对地球生物的伤害，保护地球上的一切生命。
然而人类生产和生活所排放出的一些污染物，如冰箱空调等设备制冷剂的氟氯烃类化合物以及其它用途的氟溴烃类等化合物，它们受到紫外线的照射后可被激化，形成活性很强的原子与臭氧层的臭氧（O3）作用，使其变成氧分子（O2），这种作用连锁般地发生，臭氧迅速耗减，使臭氧层遭到破坏。
南极的臭氧层空洞，就是臭氧层破坏的一个最显著的标志。
到1994年，南极上空的臭氧层破坏面积已达2400万平方公里。
南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的，可是在一个世纪里就被破坏了60％。
北半球上空的臭氧层也比以往任何时候都薄，欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了10～15％，西伯利亚上空甚至减少了35％。
因此科学家警告说，地球上空臭氧层破坏的程度远比一般人想象的要严重的多。
（3）酸雨酸雨是由于空气中二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等酸性污染物引起的pH值小于5.6的酸性降水。
受酸雨危害的地区，出现了土壤和湖泊酸化，植被和生态系统遭受破坏，建筑材料、金属结构和文物被腐蚀等等一系列严重的环境问题。
酸雨在五、六十年代最早出现于北欧及中欧，当时北欧的酸雨是欧洲中部工业酸性废气迁移所至，七十年代以来，许多工业化国家采取各种措施防治城市和工业的大气污染，其中一个重要的措施是增加烟囱的高度，这一措施虽然有效地改变了排放地区的大气环境质量，但大气污染物远距离迁移的问题却更加严重，污染物越过国界进入邻国，甚至飘浮很远的距离，形成了更广泛的跨国酸雨。
此外，全世界使用矿物燃料的量有增无减，也使得受酸雨危害的地区进一步扩大。
全球受酸雨危害严重的有欧洲、北美及东亚地区。
我国在八十年代，酸雨主要发生在西南地区，到九十年代中期，已发展到长江以南、青藏高原以东及盆地的广区。
（4）淡水资源危机地球表面虽然2/3被水覆盖，但是97％为无法饮用的海水，只有不到3％是淡水，其中又有2％封存于极地冰川之中。
在仅有的1％淡水中，25％为工业用水，70％为农业用水，只有很少的一部分可供饮用和其它生活用途。
然而，在这样一个缺水的世界里，水却被大量滥用、浪费和污染。
加之，区域分布不均匀，致使世界上缺水现象十分普遍，全球淡水危机日趋严重。
目前世界上100多个国家和地区缺水，其中28个国家被列为严重缺水的国家和地区。
预测再过20～30年，严重缺水的国家和地区将达46～52个，缺水人口将达28～33亿人。
我国广大的北方和沿海地区水资源严重不足，据统计我国北方缺水区总面积达58万平方公里。
全国500多座城市中，有300多座城市缺水，每年缺水量达58亿立方米，这些缺水城市主要集中在华北、沿海和省会城市、工业型城市。
世界上任何一种生物都离不开水，人们贴切地把水比喻?
quot;生命的源泉"。
然而，随着地球上人口的激增，生产迅速发展，水已经变得比以往任何时候都要珍贵。
一些河流和湖泊的枯竭，地下水的耗尽和湿地的消失，不仅给人类生存带来严重威胁，而且许多生物也正随着人类生产和生活造成的河流改道、湿地干化和生态环境恶化而灭绝。
不少大河如美国的科罗拉多河、中国的黄河都已雄风不再，昔日"奔流到海不复回"的壮丽景象已成为历史的记忆了。
（5）资源、能源短缺当前，世界上资源和能源短缺问题已经在大多数国家甚至全球围出现。
这种现象的出现，主要是人类无计划、不合理地大规模开采所至。
本世纪九十年代初全世界消耗能源总数约100亿吨标准煤，预测到2000年能源消耗量将翻一番。
从目前石油、煤、水利和核能发展的情况来看，要满足这种需求量是十分困难的。
因此，在新能源（如太阳能、快中子反应堆电站、核聚变电站等）开发利用尚未取得较大突破之前，世界能源供应将日趋紧。
此外，其它不可再生性矿产资源的储量也在日益减少，这些资源终究会被消耗殆尽。
（6）森林锐减森林是人类赖以生存的生态系统中的一个重要的组成部分。
地球上曾经有76亿公顷的森林，到本世纪时下降为55亿公顷，到1976年已经减少到28亿公顷。
由于世界人口的增长，对耕地、牧场、木材的需求量日益增加，导致对森林的过度采伐和开垦，使森林受到前所未有的破坏。
据统计，全世界每年约有1200万公顷的森林消失，其中占绝大多数是对全球生态平衡至关重要的热带雨林。
对热带雨林的破坏主要发生在热带地区的发展中国家，尤以巴西的亚马逊情况最为严重。
亚马逊森林居世界热带雨林之首，但是，到九十年代初期这一地区的森林覆盖率比原来减少了11％，相当于70万平方公里，平均每5秒钟就有差不多有一个足球场大小的森林消失。
此外，在亚太地区、非洲的热带雨林也在遭到破坏。
（7）土地荒漠化简单地说土地荒漠化就是指土地退化。
1992年联合国环境与发展大会对荒漠化的概念作了这样的定义：
"荒漠化是由于气候变化和人类不合理的经济活动等因素，使干旱、半干旱和具有干旱灾害的半湿润地区的土地发生了退化。
1996年6月17日第二个世界防治荒漠化和干旱日，联合国防治荒漠化公约秘书处发表公报指出：
当前世界荒漠化现象仍在加剧。
全球现有12亿多人受到荒漠化的直接威胁，其中有1.35亿人在短期有失去土地的危险。
荒漠化已经不再是一个单纯的生态环境问题，而且演变为经济问题和社会问题，它给人类带来贫困和社会不稳定。
到1996年为止，全球荒漠化的土地已达到3600万平方公里，占到整个地球陆地面积的1/4，相当于俄罗斯、加拿大、中国和美国国土面积的总和。
全世界受荒漠化影响的国家有100多个，尽管各国人民都在进行着同荒漠化的抗争，但荒漠化却以每年5～7万平方公里的速度扩大，相当于爱尔兰的面积。
到二十世纪末，全球将损失约1/3的耕地。
在人类当今诸多的环境问题中，荒漠化是最为严重的灾难之一。
对于受荒漠化威胁的人们来说，荒漠化意味着他们将失去最基本的生存基础--有生产能力的土地的消失。
（8）物种加速灭绝物种就是指生物种类。
现今地球上生存着500～1000万种生物。
一般来说物种灭绝速度与物种生成的速度应是平衡的。
但是，由于人类活动破坏了这种平衡，使物种灭绝速度加快，据《世界自然资源保护大纲》估计，每年有数千种动植物灭绝，到2000年地球上10～20％的动植物即50～100万种动植物将消失。
而且，灭绝速度越来越快。
世界野生生物基金会发出警告：
本世纪鸟类每年灭绝一种，在热带雨林，每天至少灭绝一个物种。
物种灭绝将对整个地球的食物供给带来威胁，对人类社会发展带来的损失和影响是难以预料和挽回的。
（9）垃圾成灾全球每年产生垃圾近100亿吨，而且处理垃圾的能力远远赶不上垃圾增加的速度，特别是一些发达国家，已处于垃圾危机之中。
美国素有垃圾大国之称，其生活垃圾主要靠表土掩埋。
过去几十年，美国已经使用了一半以上可填埋垃圾的土地，30年后，剩余的这种土地也将全部用完。
我国的垃圾排放量也相当可观，在许多城市周围，排满了一座座垃圾山，除了占用大量土地外，还污染环境。
危险垃圾，特别是有毒、有害垃圾的处理问题（包括运送、存放），因其造成的危害更为严重、产生的危害更为深远，而成了当今世界各国面临的一个十分棘手的环境问题。
（10）有毒化学品污染市场上约有7～8万种化学品。
对人体健康和生态环境有危害的约有3.5万种。
其中有致癌、致畸、致突变作用的约500余种。
随着工农业生产的发展，如今每年又有1000～2000种新的化学品投入市场。
由于化学品的广泛使用，全球的大气、水体、土壤乃至生物都受到了不同程度的污染、毒害，连南极的企鹅也未能幸免。
自五十年代以来，涉及有毒有害化学品的污染事件日益增多，如果不采取有效防治措施，将对人类和动植物造成严重的危害。
物造成严重的危害。
题目：
铅污染土壤的修复技术
虽然铅在土壤中的溶解度低,且不易移动,但由于人类对自然的不断开发和破坏,加上工业
的发展,造成了日益严重的全球性铅污染。
铅对人体的毒害作用具有潜伏性和长期性的特点[1]。
由于铅中毒事件的不断发生,有关铅污染及铅毒害的研究越来越受到国外学者的重视[1,2]。
有
研究表明,人体血铅水平和土壤铅含量之间存在直接的关系[2]。
要最终解决铅污染问题,一方面
应减少污染的来源;另一方面则要对已被污染的土壤进行治理和修复。
本文就铅对土壤的污染及
其修复技术作一综述,为修复铅污染土壤的研究和实践提供依据。
1土壤的铅污染
铅在地壳中的平均丰度为1215μg/g。
土壤铅含量一般在2～200μg/g,平均变化幅度为13～
42μg/g。
全国土壤背景值基本统计量的结果表明,我国土壤铅含量最高可达到1143μg/g,最低
为0168μg/g,平均可达到26μg/g[3]。
根据来源不同,环境中的铅可分为“原生”和“外源”
两种。
土壤成土过程中保留在土壤母质中的铅称为原生铅,主要来源于岩石矿物。
岩石在风化成
土过程中,大部分铅仍保留在土壤中。
无污染土壤铅含量大都仅略高于母质母岩含量。
除母质母
岩风化保留在土壤中的天然原生铅以外,由于人类活动也可造成污染,引起土壤中铅含量升高。
通过尘埃沉降及各种污染途径进入土壤的铅称为外源铅。
土壤外源铅主要来源于大气传输和沉
降。
铅的密度较大,空气中的含铅颗粒容易沉降下来,不断积累在土壤里。
表170年代～90年代铅的全球产量
1975198019851990
Pb产量/103t/年-1343212344812343112336712
表1列出了70年代到90年代铅的全球产量。
据统计,80年代释放到土壤中的铅达到796×
103t/年[4]。
人类对铅的开采和使用,打破了铅在生物地球化学循环中的平衡,造成严重的污染。
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1923年开始在汽油中加入铅用作抗爆剂以后,更加速了全球性铅的污染。
因此可以说如今世界
上已难找到土壤铅含量不受人类活动影响的一片“净土”。
Kabata-Pendias和Rendias[5]报道在靠
近公路的某一块土壤铅含量高达7000μg/g。
如圭等[6]研究了汽车尾气中铅对公路两侧蔬菜的
污染情况。
试验结果表明:
在公路两侧200m围生长的蔬菜均受到汽车尾气中铅的污染。
管
建国[7]等研究了在金属冶炼厂周围和公路两侧200m围蔬菜的受污染情况,发现所调查的普
通叶菜的铅含量均超过国家食品卫生标准。
珊珊等[8]对我国一些常用茶中Pb进行了测定,结
果表明茶叶中的铅超过一般标准,应引起重视。
土壤中的铅大部分形成PbS,少部分形成PbCO3、PbSO4和PbCrO4等无机化合物,或与有机
物螯合。
铅的无机化合物大多难以溶解,而且因受到下列因素影响,铅在土壤中的迁移能力也很
弱:
（1）土壤有机质对铅的络合作用。
土壤有机质的—SH,—NH2基因能与铅离子形成稳定的
络合物。
（2）土壤粘土矿物对铅的吸附作用。
粘土矿物的阳离子交换位点可对铅离子进行交换性
吸附。
另外,铅离子进入水合氧化物的配位壳,直接通过共价键或配位键结合于固体表面。
由于
铅在土壤中迁移能力弱,而且溶解度低,因而人为因素造成的铅污染大多停留在土壤表层,随土
壤深度的增加其含量急剧降低,20cm以下趋于自然水平。
进入土壤中的铅有可能被植物吸收,或溶解到地表水中,通过食物链和饮用水进入动物和人
体,进而影响人类健康。
近年来的研究发现,铅对人类健康的影响具有不可逆性和远期效应[9]。
Page[2]等研究表明,人体血铅与土壤铅含量存在一定关系:
0112（Pb-B,μg/100mg）=ln（Pb-S,μg/g）-4185
这一关系式仅说明了某一地区的特殊情况,并无广泛适用价值,但它足以表明土壤铅含量与
人体健康有直接关系。
2铅污染土壤的修复技术
由于铅对人体具有很强的毒性,近年来对铅污染土壤的修复引起了人们的普遍关注。
铅污染
土壤的修复技术可以分为两大类:
物理化学修复技术和生物修复技术。
物理化学修复技术又可分
为隔离包埋技术、固化稳定技术、PyrometallurgicalSeparation、化学稳定技术和电动修复技术等。
生物修复技术又可分为微生物修复技术和植物修复技术等。
211隔离包埋技术（isolationandcontainment）
该法采用物理方法将铅污染土壤与其周围环境隔离开来,减少铅对周围环境的污染或增加铅
的土壤环境容量。
具体措施为:
以钢铁、水泥、皂土或灰浆等材料,在污染土壤四周修建隔离
墙,并防止污染地区的地下水流到周围地区。
其中以水泥最为便宜,应用也最为普遍。
为减少地
表水的下渗,还可以在污染土壤上覆盖一层合成膜,或在污染土壤下面铺一层水泥和石块混合
层。
212固化稳定技术（solidificationandstabilization）
固化稳定技术包括两个方面:
采用化学方法降低铅在土壤中的可溶性和可提取性,同时采用
物理方法将污染土壤包埋在一个坚固基质中。
Wheeler报道[10]将水泥、炉渣和石灰混合物加入污
染土壤中,搅拌均匀凝固之后,形成一个大石块,将污染土壤包埋在其中。
也有人采用电导产热
原理给土壤加热升温,当土壤冷却后,土壤凝固成玻璃样块状结构,称之为玻璃化。
该方法包括
三个具体步骤:
（1）在土壤两端插上电极电流通过土壤形成环路,土壤温度上升并熔化。
（2）在
自然冷却过程中,土壤凝固形成玻璃样土块。
（3）在土块上覆盖一层干净土壤。
这一技术已经实
际应用于铅污染土壤的修复。
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213PyrometallurgicalSeparation
在一定温度下,金属就会熔解或升华为气态。
Pyrometallurgicalseparation技术利用这一原理,
将铅等重金属从污染土壤中“蒸发”出来以达到净化土壤的目的。
“蒸发”出来的金属可以再回
收或固定,同时富含金属的剩余炉渣也可用于进一步提炼[11]。
铅污染土壤在高温熔化之前要进
行预处理,以促进铅的熔解。
这一技术主要应用于具有较高回收效率的严重污染土壤（5%～
20%）。
214化学稳定技术（chemicalstabilization）
化学稳定技术就是应用化学反应将污染土壤中的重金属氧化或还原,从而达到降低土壤中重
金属的活性[11]。
对于铅污染土壤,可用还原剂（二氧化硫、亚硫酸盐或硫酸亚铁）将铅离子还
原,以减少土壤中铅的可提取量。
这一技术也可作为其他修复技术（如固化稳定技术）的前处理
步骤。
但必须注意的是,还原剂的施用可能会造成二次污染。
初步研究表明,施用石灰调节土壤
PH7可降低铅在土壤中的溶解度,减少植物对铅的吸收[13]。
研究表明,施用羟基磷灰石[14]、水
合氧化锰[15]、磷灰岩[16,17]也可促进铅的沉淀,减少土壤中的可溶态和可提取态铅。
Vidac和
Pohland[18]已将这一技术运用于地下水的修复。
215电动修复技术（electrokineticetechnology）
在污染土壤两端插上电极,接通电源后,土壤中的带电粒子向电性相反的电极移动,最终积
聚或沉淀在电极上,以达到清除污染土壤中重金属的目的。
在欧洲,这一技术不仅应用于铅污染
土壤[19],同时也应用于铜、锌、铬、镍和镉等污染土壤的修复。
216微生物修复技术（microremediation）
微生物修复主要是借助微生物的生化反应来清除或稳定环境中的有害物质。
根据原理不同可
分为生物还原沉淀、生物甲基化和生物吸附三种。
生物还原沉淀是应用硫酸还原菌（SRB）将硫
酸根还原为HS-再与铅生成不溶性的Pb2S。
生物甲基化是利用微生物将土壤中的重金属甲基化,
甲基化的金属更容易蒸发,可做为PyrometallurgicalSeparation的预处理。
生物吸附是利用细菌细
胞和藻类来吸附地下水或其他污染水体中的有害物质。
Leusch等[20]报道一种海藻（S.fluitans）
对铅的最大吸附量可达到369mg/g。
Rahmani等[21]研究了浮萍（Lemnaminor）对污染水体中铅
的清除能力。
结果表明浮萍在亚致死水平下也能有效清除水体中的铅。
217植物提取修复技术（phytoextration）
植物提取修复技术主要是利用超积累植物,将土壤中各种过量元素或化合物大量转移到植株
体特别是地上部分,从而修复污染土壤[22]。
超积累植物相当于一个太阳能驱动泵将土壤中的
过量元素不断泵到植株体[23]。
植物修复技术可分为两种,Salt等[24]把利用超积累植物来吸收
土壤重金属的方法称之为持续植物提取（continuousphytoextraction）;而把利用螯合剂来促进植物
吸收土壤重金属的方法称之为诱导植物提取（induccedphytoextraction）。
21711持续植物提取（continuousphytoextraction）
运用持续植物提取技术来修复铅污染土壤的关键是植物超积累铅的能力。
一般认为,只有铅
积累量达到1000μg/g（干重）才能称为铅超积累植物[25]。
已见报道的铅超积累植物有Brassica.
nigua[26],Brassica.pekinensis[27],Brassica.juncea[27]和T.rotungifolium[28]。
其中T.rotungi2
folium的铅积累量最大,可达到8200μg/g（干重）[28]。
目前对于植物吸收、运输和积累铅以及耐
铅胁迫的机制研究甚少。
Liu等[29]研究发现印度芥菜（Brassicajuncea）可在根部积累大量的铅
但只有极少部分运输到地上部。
原因一方面可能是由于根部细胞存在高浓度磷酸盐或碳酸盐,
在细胞近中性pH条件下,铅主要以磷酸盐或碳酸盐形式沉淀在根细胞壁或细胞;另一方面
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铅从根部向中柱迁移的过程还会受到皮层凯氏带的阻拦。
Wozny等[30]认为铅进入中柱后随蒸
腾流被动运输到地上部分。
运输过程中铅可能会与中柱的阳离子交换位点结合,从而被固定在
茎部中柱。
研究表明,铅可与多种小分子有机物螯合[31～33]。
推测铅也有可能与各种小分子有
机酸、植物螯合肽结合,减少与阳离子交换位点结合的机会,从而增加进入了叶部的数量。
作者
在对西部的某一铅锌矿土壤进行调查时,发现一种可高浓度积累铅和锌的植物,据初步调查
结果,其地上部分锌和铅的最高积累量分别达到了5000μg/g和1182μg/g。
对于这种植物超积
累锌和铅的生理生化机制,正在进一步的研究中。
21712诱导植物提取（induccedphytoextraction）
对于在土壤中极难移动的铅元素,施用螯合剂可促进植物对其的吸收。
施用螯合剂诱导植物
超富集作用被称为螯合诱导修复技术。
Romheld和Marschner[34]认为螯合物与金属结合后,金属
螯合物可以从皮层裂口处进入根,然后被迅速地转移到茎叶。
在用14C-EDTA-Pb作标记
的试验中,Blaylock等[35]发现,在含这种标记物的介质中生长的植物地上部能快速积累铅,表明
铅与螯合物结合有利于植物对铅的吸收。
Salt等[36]认为金属与螯合物结合后阻止了金属的沉淀
和吸附,从而提高了金属的可提取性。
螯合诱导修复技术既可选用一般植物也可选用超积累植
物。
在土壤铅浓度为2500μg/g的污染土壤上种植玉米和豌豆,加入EDTA后,植物地上部铅的
浓度从500μg/g提高到10000μg/g;而且EDTA还能极大的提高铅从根系向地上部的运输能力,
每千克土中加入110gEDTA,24h后,玉米木质部中铅的浓度是对照的100倍,从根系到地上
部的运输转化量是对照的120倍[37]。
不同螯合剂促进植物对铅吸收的效应与螯合剂促进铅从土
壤解吸的效应相一致:
EDTA>HEDTA>DTPA>EGTA>EDDHA。
螯合诱导技术对超积累植物吸
收金属的强化效应也很明显。
印度芥菜是一种可富集多种金属的植物。
Blaylock等[35]研究了柠檬
酸、苹果酸、乙酸、EDTA、EGTA、CDTA对印度芥菜（Brassicajuncea）吸收Cd和Pb的效应,
发现土壤酸化与施加螯合物相结合可显著增加铅的吸收效率。
Vassil等[38]报道用铅和EDTA共同
处理印度芥菜,其地上部分含量高达55mmol/kg（干重）,相当于培养液铅浓度的75倍。
对印度
芥菜茎部提取液的直接测定证明,茎部的大部分铅是与EDTA结合的形式运输的。
由于螯合剂的
价格一般较贵,Blaylock等[35]指出螯合剂（EDTA和乙酸）将使每吨铅污染土壤修复成本增加
715美元。
此外螯合剂在增加土壤中重金属生物有效性的同时,也增加了重金属离子的移动性。
因而对于螯合诱导修复技术的环境风险应加以系统评价。
由于已发现的铅超积累植物种类极少,而且植物生长慢、生物量小,因而螯合诱导修复技术
比持续提取技术更引人注目。
但不论哪种植物修复技术都具有其它物理化学方法所没有的优点:
（1）成本低。
据估计,如果某种植物的茎部铅积累量达到1%,且每年产量40t/hm2,那么通过
10年种植将土壤铅含量从114%下降
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