農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

楊小敏，何 文，簡(jiǎn)紅忠，高 鵬，姚 遠(yuǎn)

(陜西省漢中市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 漢中 723000)

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農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

楊小敏，何 文，簡(jiǎn)紅忠，高 鵬，姚 遠(yuǎn)

(陜西省漢中市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 漢中 723000)

指出了土壤重金屬污染問題是當(dāng)前主要的環(huán)境問題，分析了當(dāng)前土壤污染現(xiàn)狀，闡述了目前研究與應(yīng)用較多的土壤修復(fù)技術(shù)，即物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三大類，對(duì)三種修復(fù)技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了討論，并對(duì)今后的研究方向做了展望，以期為國(guó)內(nèi)農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究提供參考。

土壤重金屬；污染；修復(fù)技術(shù)

1　引言

工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，導(dǎo)致土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重。土壤重金屬來源有人為和自然兩種，其中人為因素是造成土壤重金屬污染的最大原因[1]。礦產(chǎn)資源開發(fā)、金屬冶煉、化學(xué)用品生產(chǎn)等工業(yè)活動(dòng)，產(chǎn)生的含重金屬的“三廢”以堆砌、滲透、沉降等形式進(jìn)入土壤，造成土壤污染；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中污水灌溉、農(nóng)藥及化肥等農(nóng)資用品的不合理使用，導(dǎo)致農(nóng)田土壤中重金屬的含量不斷增加[2，3]。進(jìn)入土壤中的重金屬不易降解并具有隱蔽性，其毒性會(huì)影響作物的生長(zhǎng)，同時(shí)鎘、砷等易被作物吸收的重金屬，進(jìn)入食物鏈后構(gòu)成了危害人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。2014年環(huán)保部公布了《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，報(bào)告指出，我國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，土壤總污染的超標(biāo)率為16.1%，污染類型以無機(jī)型重金屬為主，占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%。土壤重金屬污染已經(jīng)對(duì)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境、食品安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4]，因此，如何減輕日益嚴(yán)重的土壤重金屬污染，進(jìn)而修復(fù)還原利用已迫在眉睫。

與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)雖然在重金屬污染土壤修復(fù)方面起步較晚，但近年來在該領(lǐng)域的研究上也取得了一定發(fā)展。重金屬污染土壤的修復(fù)原理主要概括為兩類：一是將重金屬?gòu)耐寥乐谐5]，使重金屬濃度達(dá)到或接近土壤背景值，達(dá)到清潔土壤的目的；二是將重金屬穩(wěn)定在土壤中，限制重金屬在土壤環(huán)境中的遷移流動(dòng)，減少其生物可利用性。目前國(guó)內(nèi)外農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)技術(shù)主要分為三類：包括物理修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法[6]。本文系統(tǒng)介紹了不同修復(fù)技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行展望，旨在對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)工作提供參考意見。

2　重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)

2.1物理修復(fù)技術(shù)

2.1.1工程措施

工程措施主要是換土法，具體包括換土、客土和翻土3種方法。換土顧名思義就是移走污染土壤，換入干凈土壤；客土是將干凈土壤覆蓋在重金屬污染的土壤表層混勻，達(dá)到降低土壤中重金屬濃度的目的，客土和換土一般適用于重污染區(qū)；翻土是深翻耕層重金屬污染的土壤到更深層，降低耕層重金屬濃度，從而減少植物對(duì)重金屬的吸收，翻土常用于污染程度較輕的土壤[7]。工程措施是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施，該方法能有效的將重金屬污染土壤與植物生態(tài)系統(tǒng)隔離，減少重金屬對(duì)植物的影響，但工程措施通常實(shí)施工程量較大、投資成本高，換土易導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的破壞，引起土壤肥力下降[8，9]。

2.1.2電動(dòng)修復(fù)

電動(dòng)修復(fù)的基本原理是利用插入土壤中的兩個(gè)電極，通過在土壤兩端施加低壓直流電場(chǎng)，土壤中的重金屬離子在直流電場(chǎng)作用下以電滲透和電遷移的方式定向遷移，富集在電極區(qū)域，然后通過移土、離子交換、沉淀等方法進(jìn)行集中處理或分離。電動(dòng)修復(fù)屬于原位修復(fù)技術(shù)，處理成本低、修復(fù)效率高，后處理方便，不必向土壤中加入有害環(huán)境的物質(zhì)，不會(huì)引起二次污染。但目前仍存在一些問題需要改進(jìn)：例如電壓引起土體發(fā)熱而導(dǎo)致效率變化[10]，該技術(shù)對(duì)于污染物的選擇性不高，陰陽(yáng)極電解液電解后引起土壤pH值的變化，在實(shí)際工程中治理成本可能會(huì)隨著設(shè)備的消耗而升高。

2.1.3熱處理修復(fù)

熱處理是通過加熱土壤的方式，將一些具有揮發(fā)性的重金屬?gòu)耐寥乐薪馕龀鰜恚瑥亩_(dá)到修復(fù)的目的[11]。重金屬污染土壤一般以微波加熱為手段，微波是指頻率為300～300000 MHz的電磁波，介質(zhì)在微波場(chǎng)中主要發(fā)生離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)。熱處理修復(fù)技術(shù)通常應(yīng)用于修復(fù)汞、硒污染的土壤。微波加熱技術(shù)加熱速度極快、熱效率高、適用范圍廣，并且能選擇性加熱，分離回收某些有用的組分[12]。但是熱處理修復(fù)技術(shù)需要消耗大量的能量，容易引起土壤有機(jī)質(zhì)和結(jié)構(gòu)水的破壞，還存在揮發(fā)性的汞蒸氣進(jìn)入大氣造成大氣污染的問題。

2.2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.2.1化學(xué)固化穩(wěn)定化

化學(xué)固化/穩(wěn)定化是指利用向土壤中添加化學(xué)物質(zhì)降低重金屬的水溶性、擴(kuò)散性和生物有效性[13]。固化是向污染土壤加入固化劑，兩者混合后成為低滲透性固體混合物，固化體中的重金屬移動(dòng)遷移性降低，從而減少了對(duì)植物的危害。常用的化學(xué)固化劑有水泥、硅酸鹽和粉煤灰等，固化修復(fù)技術(shù)時(shí)間短、易操作，但會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定化是向土壤中添加化學(xué)物質(zhì)，包括改良劑、抑制劑等，改變重金屬的形態(tài)或價(jià)態(tài)，降低重金屬的水溶性、擴(kuò)散性和生物有效性。常用的化學(xué)穩(wěn)定劑有石灰、硅酸鹽、納米材料、磷酸鹽、有機(jī)質(zhì)等。化學(xué)穩(wěn)定并不是一種徹底的修復(fù)措施，因?yàn)樗桓淖兞酥亟饘僭谕寥乐械拇嬖谛螒B(tài)，降低其生物有效性，但金屬元素仍保留在土壤中，土壤條件改變下容易再度活化危害植物[14]。

2.2.2化學(xué)琳洗

淋洗法是用清水淋洗液或含有化學(xué)助劑的水溶液，通過水力壓頭推動(dòng)淋洗液，淋洗被污染的土壤，把含有重金屬的液體從土層中抽取出來，因此又稱洗土法或萃取法。最常用的化學(xué)助劑分為無機(jī)和有機(jī)兩大類，無機(jī)淋洗劑通常為硝酸、鹽酸、弱酸鹽等，有機(jī)淋洗劑通常是螯合劑例如乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)和二乙基三胺五乙酸(DTPA)，有機(jī)淋洗劑對(duì)土壤的就地淋洗更適用，因?yàn)樗鼈儗?duì)環(huán)境的危害更小?；瘜W(xué)琳洗技術(shù)易操作、費(fèi)用合理、靈活方便，有利于技術(shù)推廣、適合治理的污染物范圍更廣。但淋洗液在應(yīng)用過程中可能會(huì)將植物所需的一些微量元素例如Cu、Mg淋洗出根基，造成微量元素缺失，影響植物生長(zhǎng)。如果控制不當(dāng)，有些淋洗廢液易造成地下水污染。

2.3生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是利用生物的生命代謝活動(dòng)減少土壤環(huán)境中重金屬的濃度或使其無害化，從而達(dá)到治理污染土壤的目的，目前生物修復(fù)技術(shù)主要集中在微生物修復(fù)和植物修復(fù)兩方面。

2.3.1微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是指利用微生物的作用對(duì)土壤環(huán)境中的重金屬進(jìn)行治理。其主要作用原理有：①微生物通過帶電荷的細(xì)胞表面吸附重金屬離子，以及主動(dòng)吸收重金屬于細(xì)胞內(nèi)部降低重金屬的移動(dòng)性；②微生物通過代謝作用產(chǎn)生多種低分子有機(jī)酸，從而直接或間接溶解重金屬；③微生物通過氧化還原作用改變金屬的價(jià)態(tài)，降低土壤中重金屬的毒性和活性[15]。微生物修復(fù)不會(huì)破壞土壤環(huán)境，處理費(fèi)用低，效率高，操作簡(jiǎn)單。但微生物修復(fù)修復(fù)技術(shù)容易受到土壤環(huán)境因素例如土壤溫度、水分、pH值、孔隙度等的影響，在具體實(shí)踐中也有一定的局限性。

2.3.2植物修復(fù)

植物修復(fù)是利用某些植物能超累積重金屬的特性來修復(fù)污染土壤的技術(shù)。根據(jù)其作用過程和機(jī)理，農(nóng)田土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)可分為植物穩(wěn)定化、植物揮發(fā)和植物提取3種類型[16]。植物穩(wěn)定是指通過植物根部的吸收、富集、沉淀以及根系表面的吸附作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定化作用。但是植物穩(wěn)定只是暫時(shí)將重金屬固定，在土壤環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，重金屬的生物有效性也可能會(huì)發(fā)生變化。植物揮發(fā)是指被植物吸收的污染物，在植物體內(nèi)代謝，然后以可揮發(fā)的氣態(tài)形式向大氣釋放的過程，通常應(yīng)用于汞和硒污染的土壤，但存在大氣污染的風(fēng)險(xiǎn)。植物提取是通過植物根系吸收重金屬并將其富集于植物體內(nèi)，而后將植物體收獲、集中處置。植物提取技術(shù)被認(rèn)為是最為有效的植物修復(fù)策略之一，但在研究和實(shí)踐應(yīng)用中還存在選擇合適的超累積植物以及科學(xué)合理的處置收獲的重金屬富集植物生物質(zhì)兩類科學(xué)問題[17]。

3　結(jié)語(yǔ)

在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，農(nóng)田土壤重金屬污染仍將是我國(guó)面臨的重要環(huán)境問題。目前，我國(guó)在污染修復(fù)方面的理論研究已經(jīng)有了較好的成果，但實(shí)際應(yīng)用過程還存在諸多問題，例如污染修復(fù)資金來源、理論技術(shù)手段的實(shí)踐應(yīng)用、修復(fù)后的效果評(píng)估等。未來對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)的研究與應(yīng)用需從幾個(gè)方面考慮，①重金屬污染防治極為重要，這就需要不斷完善國(guó)家環(huán)境政策以及落實(shí)工礦企業(yè)技術(shù)革新，確保我國(guó)農(nóng)田總體土壤環(huán)境問題不再惡化；②依托于環(huán)境保護(hù)法律政策，堅(jiān)決執(zhí)行“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則，引導(dǎo)更多的企業(yè)參與進(jìn)來；③在修復(fù)技術(shù)方面繼續(xù)探索高效、易于操作、因地制宜的修復(fù)方法，包括采用物理/化學(xué)、化學(xué)/生物等復(fù)合修復(fù)技術(shù)，篩選適宜污染區(qū)的超富集植物，尋找合理處置收獲的重金屬富集植物生物質(zhì)技術(shù)，研發(fā)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小的納米材料修復(fù)劑等；④從污染生態(tài)毒理學(xué)或保護(hù)人體健康的角度，逐步確立國(guó)家或區(qū)域水平上的污染土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，用以評(píng)估修復(fù)效果。

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Reviewof Remediation Technologies of Heavy Metal Contaminated Farmland Soil

Yang Xiaomin3, He Wen, Jian Hongzhong, Gao Peng, Yao Yuan2

(HanzhongAgriculturalTechnologyExtensionCenter,Hanzhong,Shanxi，723000，China)

Heavy metal pollution of soil is a major environmental problem today. Combining the fact that China has large number of people but less arable land, our country faces more severe soil environmental safety issues. Base on the analysis of the current soil pollution status, this paper reviewed the recent domestic and foreign researches about the technologies of remediation on heavy metal pollution of soil. The current remediation technologies include physical repair, chemical repair and bioremediation. The paper discussed the principles, applications, advantages and disadvantages of every methods, moreover put forward the prospectof the future research direction, in order to supply reference for the farmland soil remediation.

soil heavy metal; pollution; remediation technology

2016-05-16

楊小敏(1989—)，女，農(nóng)藝師，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染控制方面的工作。

X53

A

1674-9944(2016)14-0140-03