耕地重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究

趙 磊

（陜西省土地工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

0 引言

耕地是人類賴以生存和從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于保障糧食生產(chǎn)和糧食安全具有重要的意義，在經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展過程中，優(yōu)質(zhì)耕地資源減少，具備可利用條件的耕地資源也存在不能滿足生產(chǎn)活動和社會發(fā)展需求的問題[1-3]。此外，有毒害物質(zhì)對耕地土壤造成污染也成為引起耕地質(zhì)量下降的重要因素[4-5]。引起耕地污染的原因眾多，其中土壤重金屬污染由于對土壤中微生物活動、作物生長發(fā)育甚至人類身體健康均能產(chǎn)生損害，已逐漸成為造成耕地污染最主要的途徑[6-7]。在工業(yè)化進程的不斷推動下，廢棄物通過地表水、地下水或大氣循環(huán)排放至自然界，由于廢棄物中含有重金屬污染物，對耕地資源的破壞往往不可逆，同時，重金屬污染物可通過作物生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)進入人體，其危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他污染影響。據(jù)了解，我國每年僅因污水灌溉引發(fā)的重金屬污染面積達(dá)90萬hm2，每年造成的糧食損失超過2 000萬kg[8-9]。2016年我國啟動《土壤污染防治行動計劃》，將土壤重金屬污染物的治理提到了新的高度，也為我國耕地保護和污損耕地土壤修復(fù)提供了重要指引。筆者從植物修復(fù)技術(shù)、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染防治中的應(yīng)用進行綜述，以期為耕地保護和污損耕地修復(fù)提供必要的借鑒。

1 植物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用

相關(guān)研究表明，植物可通過自身根系吸附固定作用降低耕地中重金屬元素含量，對耕地重金屬污染程度的降低十分顯著。張穎等[10]對竹類植物修復(fù)重金屬污染土壤進行了綜述。由于竹類植物對耕地環(huán)境擾動影響較小，且竹類植物生長周期短，生物量較大，應(yīng)用于耕地重金屬污染修復(fù)中成本較低，與其他植物相比具有較大的優(yōu)勢。張治國等[11]研究了6種菊科植物對采煤塌陷區(qū)土壤重金屬污染物吸附作用的效果，結(jié)果表明，6種菊科植物對重金屬污染物Ni、Cr、Pb、Cd具有顯著的吸附效果（P＜0.05），其中洋姜和一年蓬對重金屬污染物Cd的吸附效果最好。王娟等[12]研究了不同農(nóng)作物對5種土壤重金屬污染物的吸附效果，研究結(jié)果表明，水稻對耕地土壤中Cr、Cd和Pb的吸附效果最好，玉米、蔬菜與鳳丹對耕地土壤中Cr的吸附效果最佳。吳興玉等[13]對土荊芥和大葉醉魚草在鉛鋅礦廢渣中土壤污染物的吸附效果進行了研究，結(jié)果表明，土荊芥和大葉醉魚草可有效吸附土壤中的Cu、Pb、Zn。楊丹等[14]研究了綠蘿、吊蘭、吊竹梅和花葉萬年青等園林植物對河道淤泥中重金屬污染物的吸附效果，結(jié)果表明，4種植物對淤泥中重金屬污染物均表現(xiàn)出一定的耐受性，其中綠蘿對重金屬Zn的吸附效果最為顯著（P＜0.05），吊竹梅對重金屬Pb的吸附效果最為顯著（P＜0.05），且對重金屬Zn的修復(fù)效率最高。植物吸附重金屬污染物效果顯著，且較為環(huán)保，但由于植物生長周期較長，對重金屬污染物的吸附時間較長。

2 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用

物理化學(xué)修復(fù)方法是耕地土壤重金屬污染修復(fù)中較為常用的一種方法，羅志遠(yuǎn)[15]應(yīng)用物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對土壤中Pb、Cd、As的修復(fù)效果進行研究，研究表明，物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對>0.074 mm粒級土壤中重金屬污染物的修復(fù)效果較為顯著（P＜0.05），但采用單一修復(fù)方法則無法實現(xiàn)對土壤中重金屬污染物的修復(fù)效果。許中堅等[16]進行了基于淋洗法的檸檬酸與皂素聯(lián)合修復(fù)作用對土壤重金屬污染物的吸附效果。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度為40 mmol·L-1的檸檬酸與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的皂素在體積比達(dá)到1∶5條件下，對土壤中重金屬污染物Pb和Zn的修復(fù)效果最佳，相同條件下，當(dāng)其體積比達(dá)到1∶1時對重金屬污染物Cu的吸附效果最佳。臧曉梅等[17]研究了沸石粉、生物炭和鎘康對重金屬污染物Cu、As、Cd和Pb的修復(fù)效果，研究表明，3種材料對重金屬污染物均有一定的修復(fù)效果，但總體來看，沸石粉和生物炭對重金屬污染物的吸附效果最佳。芮大虎等[18]通過凍融-淋洗土柱試驗研究了EDTA和BCR作為淋洗材料對黏性土中重金屬污染物Cd、Pb的修復(fù)效果，研究結(jié)果表明，EDTA在土體反復(fù)凍融狀態(tài)下更有利于對土壤中重金屬污染物的淋洗，在7次凍融后，對Cd和Pb的吸附效率分別達(dá)到77.24%和37.78%。BCR材料對土壤中Cd和弱酸提取態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了32.32%和41.46%。

3 生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用

生物修復(fù)技術(shù)是一種較為安全且綠色健康的修復(fù)方法，在新常態(tài)下具有較好的應(yīng)用前景。常晨等[19]研究了NTA和微生物共同作用下種植高羊茅對土壤中重金屬污染物Cd、Cu、Zn含量吸附效果的影響，研究表明，濃度為10 mmol·kg-1NTA+菌液聯(lián)合處理條件下，高羊茅地上部分對土壤中Cd的吸附量達(dá)到最大值，當(dāng)濃度達(dá)到15 mmol·kg-1時，高羊茅根部對土壤重金屬Cd的吸附量達(dá)到最大，單獨施加15 mmol·kg-1NTA時，對Cu的吸附效果最佳，以修復(fù)效果和經(jīng)濟成本角度來考慮，10 mmol·kg-1NTA+菌液聯(lián)合修復(fù)性價比最高。周鑫等[20]利用蚯蚓和不同比例的稻殼炭聯(lián)合修復(fù)工業(yè)污泥中的重金屬，研究結(jié)果表明，在兩者共施條件下可顯著降低污泥中Zn、Cu、Pb、Cd含量（P＜0.05），在稻殼比例為4%時，對重金屬污染物Zn、Cu、Pb、Cd的吸附效果和轉(zhuǎn)化能力均最佳。段靖禹等[21]在室內(nèi)試驗條件下研究了不同生物炭和青霉菌梯度對土壤重金屬污染物As的固化吸附效果，結(jié)果表明，與CK相比，添加生物炭和青霉菌后土壤中As含量表現(xiàn)出顯著降低（P＜0.05），重金屬污染物As中微生物多樣性隨施加生物炭濃度的增大表現(xiàn)為先增加后降低的變化規(guī)律，接菌量在10%和20%條件下對As的中生物群落的影響無顯著差異（P＞0.05），2%生物炭+10%青霉菌處理土壤中微生物群落功能多樣性、碳源利用豐度最高。陳任連等[22]分析探究了土壤重金屬Pb和Cd與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，研究表明，土壤中重金屬污染物Pb主要以弱酸可提取態(tài)和可還原態(tài)的形式存在，Cd以弱酸可提取態(tài)為主，結(jié)腸菌群對土壤重金屬污染物Pb、Cd具有較高的耐受性。

4 結(jié)語

耕地資源是保障我國糧食安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類生存和發(fā)展的重要資源，在我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展進程中，更要重視耕地重金屬污染問題。土壤作為耕地資源中最重要的因素，對于重金屬污染土壤的修復(fù)也是污損土地修復(fù)工作的重點。筆者對植物修復(fù)技術(shù)、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染防治中的應(yīng)用進行綜述，以期為耕地保護和污損耕地修復(fù)提供必要的借鑒。