重金屬污染土壤的生態治理與示范

摘要：本研究結合廣西酸性土壤特點及主要的重金屬污染種類，以土壤－植物－微生物的自然生態系統為核心，輔助一些土壤改良措施，通過植物吸收重金屬等途徑，篩選適合于生態治理的植物－微生物系統。提出對廣西重金屬污染土壤進行安全高效的生態治理模式，探討建立適合于廣西酸性土壤的生態治理模式。

關鍵詞：重金屬土壤 生態治理 示范

1 概述

土壤是國家最重要的自然資源之一，是人類賴以生存的物質基礎，也是生態環境的重要組成部分。近年來，隨著工礦業的迅速發展，土壤重金屬污染已日益嚴重，危及人類健康，已成為不可忽視的環境問題。

目前我國土壤污染的總體形勢相當嚴峻。一是土壤污染程度加劇。據不完全統計，目前全國受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬畝，固體廢棄物堆存占地和毀田200萬畝，合計約占耕地總面積的1/10以上。二是土壤污染危害巨大。據估算，全國每年遭重金屬污染的糧食達1200萬噸，造成的直接經濟損失超過200億元。土壤污染造成有害物質在農作物中積累，并通過食物鏈進入人體，引發各種疾病，最終危害人體健康。土壤污染直接影響土壤生態系統的結構和功能，最終將對生態安全構成威脅。三是土壤污染防治基礎薄弱，土壤污染尤其是重金屬污染治理成本高且很難徹底根除。

廣西是經濟欠發達地區，特別是山區，人多地少，土地資源非常珍貴，礦區的土壤被污染后給當地的農業生產和人民生活帶來了嚴重影響，要解決歷史遺留的土壤重金屬污染問題，需要大量的資金，地方政府和農民都難以承受。因此以生物修復技術為理論基礎，研究對廣西重金屬污染土壤進行安全高效的生態治理模式，創建適合于廣西經濟和環境條件的生態治理示范基地，為“十二五”廣西重金屬污染防控提供有力的技術支撐十分必要的。

2 系統分析與設計

廣西西南部土壤屬于赤紅壤，呈酸性至強酸性。在酸性條件下重金屬的生物有效性比堿性條件下高，且土壤酸性也不利于植物生長。如何讓土壤中的重金屬最快最多的遷移至植物地上部分，是植物修復生態處理技術的核心和關鍵，其中涉及土壤，土壤微生物和植物三者的相互作用。土壤的重金屬污染種類和程度，土壤的酸堿度，土壤的養分等基本理化性質，包括土壤中的微生物種類等，均對植物吸收和積累重金屬產生直接的影響。對植物來說，植物生長速度和地上部生物量，植物地上部對重金屬的積累機制等直接決定了植物修復的效果。針對廣西典型酸性土壤特征，本研究提出開發一套符合廣西地理氣候特點和經濟發展水平的重金屬污染土壤生態處理技術，并建立示范工程。

主要研究內容包括：示范點的土壤改良措施研究、植物的選定、大田試驗及土壤改良。

總體技術路線如下：

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3 項目實施

根據調查結果，確定項目實施地點定于大新縣鉛鋅礦場區附近某一水稻田。試驗田面積約280m2。將示范地點的土壤采回，通過盆栽和小區試驗，選定重金屬超積累植物、低積累植物主栽品種及套種方式；篩選出合適的土壤改良措施。

大田試驗：在添加土壤改良劑石灰，泥炭，海泡石的基礎上種植東南景天，紅蛋和玉米，研究不同套種方式和不同改良劑對修復效果的影響。

在添加泥炭，有機肥，硫酸銨，尿素等不同N肥的基礎上種植東南景天，玉米和紅麻，研究不同套種方式和不同施肥方式對修復效果的影響。

3.1 土壤重金屬的去除效果：采用收獲植物地上部所帶走的重

金屬質量占40cm表層土壤重金屬質量之比來計算生態系統的清除率。2009年，通過石灰＋泥炭處理土壤，種植東南景天和玉米，該植物生態修復系統對Zn和Cd的清除率分別為1.4%和7.6%。2010年通過石灰＋泥炭處理土壤，種植東南景天和玉米，該植物生態修復系統對Zn和Cd的清除率分別達到2.4%和5.2%。通過兩年兩次實驗，植物生態系統對該示范點的土壤Zn和Cd清除率可達3%以上。

在無進一步污染情況下，通過本項目的實施，預計將土壤Zn降低至農田土壤安全標準需要25-30年，將土壤Cd降低至農田土壤安全標準需要10-15年。

3.2 對生態環境的恢復效果：本項目的示范點原先是當地農民

種水稻的水田。由于重金屬污染嚴重，由國家補貼已不讓繼續種植水稻。在春季雨水多發時節，土地表面有一些雜草生長。到夏季至秋冬季，雨水偏少，當地無其他灌溉措施，土壤干旱時雜草不生，土壤裸露嚴重，對當地生態環境造成很大影響。通過本項目的實施，使植物全部覆蓋裸露的土壤，減少水土流失，防止土壤粉塵進入空氣中，凈化當地空氣，美化環境，保持生態平衡，提高當地居民的生態環境質

量。

3.3 增加農民的經濟收入：由于耕地荒置造成當地農民的經濟收入減少。本項目通過套種紅麻和東南景天，可以在一定程度上增加一些經濟收入。收獲的東南景天可用于提取次生產物－紅麻由于不是食用作物，其纖維中的重金屬積累量較低，不會造成食品安全危害。

4 結論與討論

通過本項目的實施，最終形成了一套適用于廣西酸性土壤特點和廣西經濟發展條件的生態治理模式。

該模式包括以下三個方面：

一是土壤改良措施：受重金屬污染的土壤往往酸性強，土壤嚴重板結，營養成份低，因此在種植植物前必須對土壤進行改良。根據土壤的pH、板結情況及營養成分，添加以石灰、泥炭及有機肥按一定比例混合形成的土壤改良劑，從而改善土壤狀況，提高植物的存活率。將土壤改良劑施到土地上再通過機器深翻，把土壤改良劑與土壤顆粒充分混勻，再適當灌水平衡。

二是植物吸收技術：在土壤改良的基礎上，以東南景天為吸收和積累重金屬的關鍵植物，輔以低積累玉米或紅麻等經濟作物與東南景天間套種，在實現修復功能的同時保證農戶一定的經濟收入。其中東南景天種植密度為15×15cm，玉米種植密度為40×50cm。玉米采用穴播，每穴2粒種子，一年兩季（根據各地實際情況而定）。種植的第一年，屬于東南景天養護期，僅收獲2次（10月及次年3月），第二年起每年可收獲東南景天3次（每年6月和10月及次年3月）。如果東南景天套種玉米，每年玉米可收獲2次（6月及10月），如果東南景天套種紅麻，每年紅麻收獲1次（10月）。生長期間，每次施適當有機肥作為基肥，在生長1-2個月后可追施N肥或復合肥20公斤/畝。

三是收獲及處理方案：東南景天的收獲方式為離地面10公分以上割斷地上部分，曬干，交由相關部門處理。玉米需要做重金屬檢測，達標部分可用于飼料或相關用途；若重金屬含量超出飼料衛生標準，只能用作生產生物燃料。紅麻若檢測達標可用于麻類纖維等相關用途，若重金屬含量超標則需交由相關部門處理。

綜上所述，本項目以廣西典型酸性土壤為研究對象，篩選出最佳的土壤改良措施和植物主栽品種及套種方式，利用土壤－微生物－植物自然生態系統自身的凈化和清除能力，開發一種全生態型治理土壤重金屬污染技術，并進行了大田試驗。通過兩年大田試驗結果證明，該技術可將土壤中Zn和Cd降低3％以上，達到考核指標的要求。

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