農用地土壤重金屬污染修復技術研究

楊 偉

（昆明市農產品質量安全中心，云南昆明 650032）

耕地是人類賴以生存的基本資源和條件。隨著工業、農業的發展，含有重金屬的污染物進入土壤并富集，土壤重金屬污染對植物生長、農業生產及人類健康影響較大。鄭影怡等人研究表明，重金屬冶煉對周圍土壤造成嚴重污染，重金屬污染土壤生產的玉米、甘蔗等農作物體內鉛、鎘、鉻均超過了《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）標準值。土壤重金屬主要包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、鋅（Zn）、銅（Cu）和鎳（Ni）等元素。由于土壤重金屬種類繁多并伴有移動性差、滯留時間長和微生物降解難等特點，因此，土壤修復難度大、技術要求高。農用地重金屬污染來源主要有工業排放、礦產資源開發、農業投入污染和土壤背景值等方面。通過重點闡述土壤重金屬污染修復技術研究進展，旨在為農用地重金屬污染有效修復提出科學技術路線。

1 農用地重金屬污染來源

1.1 污水灌溉

未經處理或未達到排放標準的工業污水通過灌溉進入農田。工業廢水中含有重金屬等有害物質，沒有經過處理直接用于農田灌溉，將污水中有害物質帶至農田，長期積累污染土壤，導致農用地重金屬超標。

1.2 大氣降塵

工業排放氣體含有二氧化硫、氟化物等有害氣體，形成的酸雨進入土壤，引起土壤酸化，同時，工業排放的粉塵還含有鉻、鉛、銅、鎘等重金屬，降塵后進入土壤造成污染。

1.3 化肥農藥

多年來，農業生產不斷發展，化肥農藥大量投入，對化肥農藥等不合理的使用，不僅使土壤中重金屬含量增加，而且破壞土壤結構，造成土壤板結，生物學性質惡化，影響農作物的產量和質量。

1.4 固體廢物

隨著社會經濟發展，工業固體廢棄物種類、數量日益增多。工礦業金屬礦渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥逐步增多，農用塑料薄膜作為大棚、地膜覆蓋物被廣泛使用。這些固體污染物既不易蒸發、揮發，也不易被土壤微生物分解，是長期滯留土壤的污染物。

2 農用地重金屬污染修復技術

目前，農用地受重金屬污染形勢嚴峻，迫切需要研發攻關修復技術，不同的農用地土壤重金屬污染有其自身特點，修復所采用的方法也需要有針對性，選擇最適宜有效的方式來解決土壤重金屬污染問題。因此應該不斷的研究具有實效性的修復措施。

2.1 客土修復技術

客土技術已被很多國家應用，該技術通過客土、換土和深耕翻土與污土混合，降低土壤中重金屬的含量，減少重金屬對土壤及植物系統產生的毒害，從而使農產品達到食品衛生標準。深耕翻土適用于輕度污染的土壤，它具有徹底、穩定的優點，但工程量大、費用高，破壞土體結構，引起肥力下降。因此，在土壤污染修復中，這種方法應用較少。

2.2 物理修復技術

2.2.1 電動修復

通過電流的作用，土壤中的重金屬離子、無機離子，以電透滲及電遷移方式向電極運輸，然后進行集中收集處理。研究發現，土壤pH值、緩沖性能、土壤組分及重金屬污染種類會影響修復的效果。然而傳統的電動修復技術能耗大，運行成本高，在修復過程中存在“聚焦現象”，因此，傳統的電動修復技術在實際重金屬污染修復中應用受到很大限制。

2.2.2 電熱修復

此技術可以修復被汞和硒（Se）等重金屬污染的土壤，利用高頻電壓產生電磁波，產生熱能，對土壤進行加熱，使污染物從土壤顆粒內解析出來，加快一些易揮發性重金屬從土壤中分離，從而達到修復的目的。

2.2.3 土壤淋洗

土壤淋洗技術是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉移到土壤液相中去，再把富含重金屬的廢水進一步回收處理的土壤修復方法。該方法的技術關鍵是尋找既能提取各種形態的重金屬，又不破壞土壤結構的淋洗液。但是該技術需要注意的是含有重金屬的淋洗液會對環境造成二次污染。

2.3 化學修復技術

化學修復就是向土壤投入改良劑，通過對重金屬的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用，以降低重金屬的生物有效性。

2.3.1 石灰調節

適用于偏酸性鎘污染土壤，土壤pH值4.5～6.5適用，不適用于pH值大于6.5的土壤及存在砷超標風險的土壤。在酸性土壤中適量施用石灰，可以提高土壤pH值，降低土壤中重金屬陽離子活性，減少農作物對重金屬污染物的吸收。

2.3.2 原位鈍化

通過向土壤中添加鈍化材料，將土壤中有毒有害的重金屬離子由有效態轉化為化學性質不活潑形態，降低其在土壤環境中的遷移、植物有效性和生物毒性。大面積應用前，必須進行該技術的適應性試驗研究，做到先小規模應用，精準把握施用劑量，避免過度鈍化和造成二次污染，評估鈍化的長期效應與可能產生的負面影響。

2.3.3 定向調控

通過調節土壤中的氧化還原、吸附、沉淀等過程，促進重金屬污染物由高有效性向低有效性轉化、由高毒性向低毒性轉化，定向控制土壤中重金屬元素的遷移以及農作物的富集。在大面積應用前，同樣需要做小規模應用，避免過度調理和造成二次污染。因此，利用調理劑開展污染治理應建立在完善的試驗基礎上。

2.4 生物修復技術

生物修復是利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性治理污染土壤的一種新方法。

2.4.1 植物修復技術

重金屬污染土壤的植物修復技術可分為植物提取、植物揮發和植物穩定3種類型。

（1）植物提取。即利用重金屬超積累植物從土壤中吸取重金屬污染物，隨后收割地上部并進行集中處理，連續種植該植物，達到降低或去除土壤重金屬污染的目的。

（2）植物揮發。是利用植物根系吸收重金屬，將其轉化為氣態物質揮發到大氣中，以降低土壤污染。

（3）植物穩定。利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴散進一步污染環境的可能性。

采用植物修復技術不僅操作簡便，而且經濟成本較低，能顯著改善土壤重金屬污染。但是植物修復技術不能解決深層土壤的重金屬污染，并且單一富集植物只能有效富集單種重金屬污染，很難解決多種重金屬混合污染的農用地。

2.4.2 微生物修復技術

微生物在修復被重金屬污染土壤方面具有獨特的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金屬的毒性；微生物可以吸附積累重金屬；微生物可以改變根際微環境，從而提高植物對重金屬的吸收、揮發或固定效率。但是溫度、pH值等自然因素都會影響微生物修復的效果，因此選擇適合的微生物至關重要。

2.5 農藝調控技術

農藝調控是利用農藝措施減少重金屬污染物從土壤向作物特別是可食用部分的轉移，從而保障農產品安全生產。

2.5.1 優化施肥

因地制宜，結合耕作制度、氣候、土壤、水分等。選擇適宜的氮、磷、鉀肥料品種和用量，避免化學肥料活化重金屬污染物。通過影響土壤pH值和Eh、提供能沉淀絡合重金屬的基團、帶入競爭性離子影響作物根系和地上部分生理代謝過程等；影響作物對土壤中重金屬的吸收。

2.5.2 作物品種替代

選擇種植可食部分重金屬富集能力較弱、產量穩定的作物品種，抑制重金屬進入食物鏈，有效降低農產品重金屬超標風險。低積累作物品種的選用應充分考慮品種自身的適宜種植范圍、污染的重金屬元素及農民的接受程度等因素。

2.5.3 水分調控

水分調控技術，適用于pH值低于6.5的土壤。酸性土壤在淹水條件下，土壤中溶解氧減少，使氧化性物質發生還原，pH值向中性靠攏，土壤氧化還原電位Eh下降，形成還原環境，土壤中鎘等重金屬形成穩定、難溶的沉淀物，從而降低土壤中鎘等重金屬的活性，減少作物對鎘等重金屬的吸收。

2.5.4 葉面調控

通過葉面噴施硅（Si）、硒、鋅等有益元素，提高作物抗逆性，抑制作物根系向可食部位轉運重金屬，降低可食部位重金屬含量。葉面阻控劑對降低重金屬鎘、鉛向作物可食部位累積的效果較好，對應的農作物主要有小麥、玉米、水稻、蔬菜（葉菜類、莖類）等。

2.6 綜合性技術措施

農田作物生長期間，田間環境因素復雜多變，加之土壤污染的復雜性，措施單一難以保障農作物可食部位污染物含量達標時，結合耕地污染特征，因地制宜，綜合技術措施，建立適合當地實際情況的安全利用模式。

2.6.1 “VIP”綜合治理技術

“VIP”或“VIP+n”是指在低積累作物品種（V）、灌溉優化（I）、施用氧化鈣等調節土壤酸度（P）的基礎上增施（采用）土壤調理劑、鈍化劑、葉面調控劑和有機肥等降鎘產品或技術（n）。在不改變原種植習慣的前提下，遵循大面積施用、銜農時、經濟高效和科學規范等基本原則，進行各項技術的組合和排序，并根據土壤污染程度，適當調整綜合技術中集成技術的數量和單項技術的實施強度。

2.6.2 作物種植結構調整措施

重污染區存在可食用農產品超標風險，因地制宜調整作物種類，改種適于重度污染耕地種植的花卉苗木、纖維作物和能源作物等非食用作物。堅持實事求是，生態優先，尊重群眾意愿，兼顧社會和經濟兩方面效益。

2.6.3 休耕輪作措施

實行“一季休耕、一季種植”，連續多年實施休耕，休耕期間，優先種植生物量高、吸收積累作用強的植物，不改變耕地性質。鼓勵種植綠肥，減少地表裸露，培肥地力。

3 農用地土壤重金屬污染修復技術攻關展望

綜上所述，農用地土壤重金屬污染修復技術有其自身特點，因污染源及自然環境不同，農田土壤重金屬類型、濃度和價態均有差異。目前，大部分修復技術試驗繁雜，有些技術參數不完整，實際應用效果有待驗證。因地制宜，開展各類農用地重金屬污染修復技術驗證對比，對適用于農田土壤的修復技術進行歸納入庫整理。結合耕地安全利用特點，加快農用地重金屬污染修復技術攻關研究。