淺析農田土壤重金屬污染及修復技術

摘要：隨著工農業的迅速發展，隨之引發的土壤重金屬污染也越來越嚴重，并逐漸成為了廣受關注的社會問題，因此土壤重金屬的修復成為亟待解決的問題。本文針對農田土壤重金屬污染問題，從其污染的危害、現狀以及現階段應用廣泛的修復技術進行了分析描述，并對各技術的優缺點進行了闡述，以期對我國農田土壤重金屬污染現狀及修復技術進行簡要分析與展望。

關鍵詞：農田;重金屬;修復技術

中圖分類號：S154.1文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200115044

收稿日期：2019-11-08

作者簡介：張猛（1992-），男，碩士。研究方向：地下水科學與工程。

1我國農田土壤重金屬污染現狀

我國農田土壤環境正面臨著嚴重的挑戰，2014年政府發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示[1]，現階段我國土壤環境狀況不容樂觀，部分地區存在嚴重的土壤污染問題，尤其是農田土壤問題更是嚴重，經土壤污染調查統計，土壤污染點位超標率為16.1%。重金屬經過污水農灌、固體廢棄物堆放及大氣沉降等過程進入土壤，但該過程沒有直接引起人們的重視，更不易開展相應的土壤修復項目，直至諸如“鎘大米”事件的曝光，農田土壤重金屬污染問題才真正引起社會的廣泛關注[2，3]。

2我國農田土壤重金屬來源

農田土壤中重金屬的來源主要有內源與外源[4]。內部來源主要是指該地區土壤地質情況不同，其背景值不同，主要受地形地貌、水文氣象以及當地植被等因素的影響;外部來源主要包括污水灌溉、大氣沉降、農用肥料的使用、工業排放等[5，6]。污灌與化工廠等排污河水的側滲是造成農田土壤中重金屬Cd、Zn、Pb與Cu污染的首要原因，除工業排放外，農業生產中不同化肥的使用對土壤中Hg、Cd、Pb等重金屬的積累也具有一定的影響。

2.1污水灌溉

農田灌溉用水主要來源于地下水，由于地下水資源短缺，部分地區農田采用污水灌溉，雖然污水灌溉能緩解我國水資源短缺問題，但其灌溉后致使重金屬在農業生態系統中積累，導致農田土壤中鎘（Cd）等重金屬嚴重超標。近年來，湖南報出多起鎘污染事件，受到最廣泛關注的為2013年攸縣“鎘大米”事件。黃登峰等以湖南湘東礦區為研究對象，評價了當地鎘污染情況，結果顯示，該區農田鎘含量4.37mg/kg，為湖南省土壤背景值的21.8倍，更是我國土壤背景值的45倍[7]。

2.2大氣沉降

大氣沉降是指大氣中的物質通過沉降作用轉到地面的過程，重金屬作為大氣沉降污染物的重要組成之一，對生態環境具有嚴重的影響。一些研究表明[8-10]，大氣中重金屬來源比較廣泛，涉及到尾氣的排放、燃料的燃燒等。在大氣干濕沉降的作用下，重金屬進入到農田生態系統中，進而進入生物系統，影響人們身體健康。

2.3化肥、農藥等農業物質的使用

農藥、化肥等相關農資用品對于農業的發展具有促進作用，但不合理和過量施用會導致農田重金屬污染。一些農藥中含有鎘、汞、砷、鉛等重金屬，目前砷污染主要來源是農業生產中長期使用含砷的農藥，砷在農田土壤中富集，一些國家現已禁止使用含砷的農藥。肥料的使用也是引起重金屬污染的重要原因，其中磷肥是肥料中重金屬含量最高的，因為其生產原料磷礦石天然伴生鎘，能夠被植物吸收的含量不到20%，其它的就會在土壤中不斷積累。

2.4固廢堆放

固體廢棄物中的重金屬在適當條件下能向周圍土壤及地下水中遷移，如在降雨過程中，棄物中的重金屬會隨著雨水滲入土壤中，導致土壤重金屬污染。在垃圾堆積場和礦區周圍，重金屬污染情況較嚴重。黃登峰[7]等對湖南湘東礦區重金屬污染狀況進行調查發現，調查區鎘含量是湖南省背景值的120倍，是我國表土背景值的241倍。

3農田重金屬污染危害

當農田中重金屬含量富集到一定濃度時，會使農田土壤的活性下降，進而影響植物的生長發育，導致農作物減產甚至絕收。重金屬超標的農作物被人們食用之后，重金屬也隨之進入人體富集，難以排出，致使人們中毒、致癌，影響身體健康。

3.1農田重金屬污染對農作物的危害

重金屬通過各種途徑進入農田土壤，并隨著時間推移逐漸富集，當其富集超過一定濃度時，會對農作物的生長發育產生一定影響，使農作物減產甚至死亡。不同重金屬對農作物產生的毒理性也略有差異，有研究表明，當土壤中Cr6+濃度增大到0.1mg/L時，會抑制水稻種子的萌發[11]。同時水稻的發育受鎘的影響也較大，鎘含量較高會導致水稻產量顯著下降。

3.2農田重金屬污染對人體的危害

重金屬通過食物鏈對人體具有間接毒害性。重金屬能與人體內相關的酶和蛋白質結合，抑制酶的活性，破壞蛋白質結構，影響人體健康。鎘在所有重金屬中毒性是最強的，可損傷肝臟和腎臟，同時，因為其與鈣具有較為相似的生理性質，能夠替代骨骼中部分鈣，造成骨質疏松、骨骼變形，影響骨骼系統，俗稱“痛痛病”[12]。鉛在人體內大量富集后會導致貧血、神經紊亂及腎臟損傷[13]。鉻對皮膚有刺激作用，會引起皮膚潰爛，也能通過呼吸道進入人體，引發呼吸道疾病，鉻還具有“三致”作用（致癌、致畸、致突變）[14]。砷也具有嚴重的致癌危險，中毒表現具有滯后性，通常是長時間的積累導致。

4重金屬污染土壤修復技術

目前，對于農田土壤重金屬污染修復，有以下幾個方面的研究，用物理方法進行修復、利用化學方法修復、以及利用生態農業修復。

4.1物理修復技術

常用措施包括深耕翻土、去土、換土等，該方式優點在于對重金屬去除率較高，缺點是工程量大、成本高、對農田破壞較大，適合污染面較小土壤。相對于深耕翻土、去土、換土，電動修復處理成本低且不會破壞農田結構。修復過程為在重金屬污染土壤中插入電極，重金屬離子在直流電壓下發生遷移、富集，該方法適用于低滲透性的黏土。熱處理是一種把揮發性Se、As、Hg 等從土壤析出的修復技術，其工藝簡單，易實施，但是電熱修復技術能耗大、成本較高，對土壤結構會產生危害，且會對大氣產生污染，故采用并不廣泛。

4.2化學修復技術

化學淋洗技術是指選用合適的淋洗液對受污染土壤進行清洗，使重金屬從土壤中去除。該技術具有操作簡單的優點，但是該技術同時對土壤質地要求也較高，在我國很多地方并不適用，且淋洗液會造成二次污染。穩定固化修復技術是一種非永久性的修復技術，該技術旨在降低土壤中重金屬的釋放，通過鈍化作用，降低重金屬的遷移性，使其較少的向農作物遷移，從而降低重金屬對人體的危害。常用的鈍化劑有石灰、鐵錳氧化物及電廠灰等，該技術成本低且效果顯著，但是該技術并未將重金屬從土壤中根除，滯留在土壤中被鈍化的重金屬仍可能在若干年后產生二次污染，因此穩定固化修復技術仍需長期監測。

4.3農業生態修復技術

農業生態修復技術的主要途徑是在農業生產過程中，通過改變耕作制度，選擇種植難以進入食物鏈并且對重金屬有較強吸收作用的植物，將土壤中重金屬吸收去除。農藝修復主要是通過調整種植農作物，合理施用化肥與有機肥，以達到對土壤重金屬去除的目的。生態修復措施主要是通過改變土壤pH、土壤養分與土壤水分等因子，從而達到調控污染重金屬的目的。該技術相比于其它修復技術，其成本低、實施簡單且技術成熟，但是該技術存在明顯缺點為修復周期較長。

4.4聯合修復技術

土壤重金屬污染的治理采用單一的修復技術雖然能達到一定的效果，但是因其各自的缺點限制了其發展，因此多種技術的聯合使用成為了關注的熱點。且已有研究學者在聯合修復技術方面取得了一定的成果，衛澤斌等[15]利用淋洗技術將重金屬污染土壤先進行淋洗，然后加入固定劑（FeCl3）將重金屬鈍化，可將鉛、鋅等重金屬鈍化于農田深處。魏樹[16]等利用電場和植物的聯合作用處理土壤中的鎘、鉛、鋅等重金屬，結果顯示，電場提高了相應植物對重金屬的吸收能力，通過植物將重金屬從土壤中清除。

5展望

我國目前農田重金屬污染已經比較嚴重，但相應的處理修復技術還不成熟，需要進一步完善。現有的單一農田土壤修復技術很難對重金屬污染土壤進行徹底修復，因此，多種修復技術聯用勢在必行，進一步完善聯合修復技術是必然的發展趨勢。同時，在修復的過程中應遵循因地制宜的原則，合理利用適當的修復技術，達到成本最低化、效果最佳化。

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（責任編輯常陽陽）