農(nóng)用地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究

楊 偉

（昆明市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)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(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，含有重金屬的污染物進(jìn)入土壤并富集，土壤重金屬污染對(duì)植物生長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類健康影響較大。鄭影怡等人研究表明，重金屬冶煉對(duì)周圍土壤造成嚴(yán)重污染，重金屬污染土壤生產(chǎn)的玉米、甘蔗等農(nóng)作物體內(nèi)鉛、鎘、鉻均超過了《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)性差、滯留時(shí)間長(zhǎng)和微生物降解難等特點(diǎn)，因此，土壤修復(fù)難度大、技術(shù)要求高。農(nóng)用地重金屬污染來源主要有工業(yè)排放、礦產(chǎn)資源開發(fā)、農(nóng)業(yè)投入污染和土壤背景值等方面。通過重點(diǎn)闡述土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展，旨在為農(nóng)用地重金屬污染有效修復(fù)提出科學(xué)技術(shù)路線。

1 農(nóng)用地重金屬污染來源

1.1 污水灌溉

未經(jīng)處理或未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)污水通過灌溉進(jìn)入農(nóng)田。工業(yè)廢水中含有重金屬等有害物質(zhì)，沒有經(jīng)過處理直接用于農(nóng)田灌溉，將污水中有害物質(zhì)帶至農(nóng)田，長(zhǎng)期積累污染土壤，導(dǎo)致農(nóng)用地重金屬超標(biāo)。

1.2 大氣降塵

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

1.3 化肥農(nóng)藥

多年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展，化肥農(nóng)藥大量投入，對(duì)化肥農(nóng)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(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)，生物學(xué)性質(zhì)惡化，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1.4 固體廢物

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)固體廢棄物種類、數(shù)量日益增多。工礦業(yè)金屬礦渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥逐步增多，農(nóng)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(fā)、揮發(fā)，也不易被土壤微生物分解，是長(zhǎng)期滯留土壤的污染物。

2 農(nóng)用地重金屬污染修復(fù)技術(shù)

目前，農(nóng)用地受重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻，迫切需要研發(fā)攻關(guān)修復(fù)技術(shù)，不同的農(nóng)用地土壤重金屬污染有其自身特點(diǎn)，修復(fù)所采用的方法也需要有針對(duì)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(yīng)該不斷的研究具有實(shí)效性的修復(fù)措施。

2.1 客土修復(fù)技術(shù)

客土技術(shù)已被很多國家應(yīng)用，該技術(shù)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(duì)土壤及植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害，從而使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。深耕翻土適用于輕度污染的土壤，它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但工程量大、費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起肥力下降。因此，在土壤污染修復(fù)中，這種方法應(yīng)用較少。

2.2 物理修復(fù)技術(shù)

2.2.1 電動(dòng)修復(fù)

通過電流的作用，土壤中的重金屬離子、無機(jī)離子，以電透滲及電遷移方式向電極運(yùn)輸，然后進(jìn)行集中收集處理。研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值、緩沖性能、土壤組分及重金屬污染種類會(huì)影響修復(fù)的效果。然而傳統(tǒng)的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)能耗大，運(yùn)行成本高，在修復(fù)過程中存在“聚焦現(xiàn)象”，因此，傳統(tǒng)的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)在實(shí)際重金屬污染修復(fù)中應(yīng)用受到很大限制。

2.2.2 電熱修復(fù)

此技術(shù)可以修復(fù)被汞和硒（Se）等重金屬污染的土壤，利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波，產(chǎn)生熱能，對(duì)土壤進(jìn)行加熱，使污染物從土壤顆粒內(nèi)解析出來，加快一些易揮發(fā)性重金屬從土壤中分離，從而達(dá)到修復(fù)的目的。

2.2.3 土壤淋洗

土壤淋洗技術(shù)是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理的土壤修復(fù)方法。該方法的技術(shù)關(guān)鍵是尋找既能提取各種形態(tài)的重金屬，又不破壞土壤結(jié)構(gòu)的淋洗液。但是該技術(shù)需要注意的是含有重金屬的淋洗液會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

2.3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)就是向土壤投入改良劑，通過對(duì)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(diào)節(jié)

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(biāo)風(fēng)險(xiǎn)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(nóng)作物對(duì)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(tài)轉(zhuǎn)化為化學(xué)性質(zhì)不活潑形態(tài)，降低其在土壤環(huán)境中的遷移、植物有效性和生物毒性。大面積應(yīng)用前，必須進(jìn)行該技術(shù)的適應(yīng)性試驗(yàn)研究，做到先小規(guī)模應(yīng)用，精準(zhǔn)把握施用劑量，避免過度鈍化和造成二次污染，評(píng)估鈍化的長(zhǎng)期效應(yīng)與可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。

2.3.3 定向調(diào)控

通過調(diào)節(jié)土壤中的氧化還原、吸附、沉淀等過程，促進(jìn)重金屬污染物由高有效性向低有效性轉(zhuǎn)化、由高毒性向低毒性轉(zhuǎn)化，定向控制土壤中重金屬元素的遷移以及農(nóng)作物的富集。在大面積應(yīng)用前，同樣需要做小規(guī)模應(yīng)用，避免過度調(diào)理和造成二次污染。因此，利用調(diào)理劑開展污染治理應(yīng)建立在完善的試驗(yàn)基礎(chǔ)上。

2.4 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)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(fù)技術(shù)

重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)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(jìn)行集中處理，連續(xù)種植該植物，達(dá)到降低或去除土壤重金屬污染的目的。

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

（3）植物穩(wěn)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(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。

采用植物修復(fù)技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)便，而且經(jīng)濟(jì)成本較低，能顯著改善土壤重金屬污染。但是植物修復(fù)技術(shù)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(nóng)用地。

2.4.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物在修復(fù)被重金屬污染土壤方面具有獨(dú)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(huán)境，從而提高植物對(duì)重金屬的吸收、揮發(fā)或固定效率。但是溫度、pH值等自然因素都會(huì)影響微生物修復(fù)的效果，因此選擇適合的微生物至關(guān)重要。

2.5 農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)

農(nóng)藝調(diào)控是利用農(nóng)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(zhuǎn)移，從而保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)。

2.5.1 優(yōu)化施肥

因地制宜，結(jié)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(xué)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(luò)合重金屬的基團(tuán)、帶入競(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(chǎn)量穩(wěn)定的作物品種，抑制重金屬進(jìn)入食物鏈，有效降低農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。低積累作物品種的選用應(yīng)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(nóng)民的接受程度等因素。

2.5.3 水分調(diào)控

水分調(diào)控技術(shù)，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(zhì)發(fā)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(huán)境，土壤中鎘等重金屬形成穩(wěn)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(duì)鎘等重金屬的吸收。

2.5.4 葉面調(diào)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(zhuǎn)運(yùn)重金屬，降低可食部位重金屬含量。葉面阻控劑對(duì)降低重金屬鎘、鉛向作物可食部位累積的效果較好，對(duì)應(yīng)的農(nóng)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(shù)措施

農(nóng)田作物生長(zhǎng)期間，田間環(huán)境因素復(fù)雜多變，加之土壤污染的復(fù)雜性，措施單一難以保障農(nóng)作物可食部位污染物含量達(dá)標(biāo)時(shí)，結(jié)合耕地污染特征，因地制宜，綜合技術(shù)措施，建立適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的安全利用模式。

2.6.1 “VIP”綜合治理技術(shù)

“VIP”或“VIP+n”是指在低積累作物品種（V）、灌溉優(yōu)化（I）、施用氧化鈣等調(diào)節(jié)土壤酸度（P）的基礎(chǔ)上增施（采用）土壤調(diào)理劑、鈍化劑、葉面調(diào)控劑和有機(jī)肥等降鎘產(chǎn)品或技術(shù)（n）。在不改變?cè)N植習(xí)慣的前提下，遵循大面積施用、銜農(nóng)時(shí)、經(jīng)濟(jì)高效和科學(xué)規(guī)范等基本原則，進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)的組合和排序，并根據(jù)土壤污染程度，適當(dāng)調(diào)整綜合技術(shù)中集成技術(shù)的數(shù)量和單項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施強(qiáng)度。

2.6.2 作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整措施

重污染區(qū)存在可食用農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，因地制宜調(diào)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(jiān)持實(shí)事求是，生態(tài)優(yōu)先，尊重群眾意愿，兼顧社會(huì)和經(jīng)濟(jì)兩方面效益。

2.6.3 休耕輪作措施

實(shí)行“一季休耕、一季種植”，連續(xù)多年實(shí)施休耕，休耕期間，優(yōu)先種植生物量高、吸收積累作用強(qiáng)的植物，不改變耕地性質(zhì)。鼓勵(lì)種植綠肥，減少地表裸露，培肥地力。

3 農(nóng)用地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)攻關(guān)展望

綜上所述，農(nóng)用地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)有其自身特點(diǎn)，因污染源及自然環(huán)境不同，農(nóng)田土壤重金屬類型、濃度和價(jià)態(tài)均有差異。目前，大部分修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)繁雜，有些技術(shù)參數(shù)不完整，實(shí)際應(yīng)用效果有待驗(yàn)證。因地制宜，開展各類農(nóng)用地重金屬污染修復(fù)技術(shù)驗(yàn)證對(duì)比，對(duì)適用于農(nóng)田土壤的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行歸納入庫整理。結(jié)合耕地安全利用特點(diǎn)，加快農(nóng)用地重金屬污染修復(fù)技術(shù)攻關(guān)研究。