聯合修復技術治理重金屬復合污染農田的應用分析

崔培鑫

（廣西博世科環?？萍脊煞萦邢薰?，南寧 530007）

我國部分地區礦業開發早，在長期開采過程中，廢棄尾砂、礦渣未得到妥善處置，導致尾礦中的重金屬污染物隨地表徑流進入周邊土壤和灌溉水源，造成農田土壤重金屬污染，并通過食物鏈危害人體健康。據統計，全世界的礦區廢棄地面積共有6.7×106hm2，我國現有國營礦山企業8 000 多個，礦區破壞地面積達2.88×106hm2，且每年以4.67×104hm2的速度增長[1]。部分居民長期生活在礦區周圍，礦產資源開發對其身體健康產生嚴重的危害[2]。因此，礦區農田重金屬污染是亟待解決的問題。

目前，單一修復技術研究較多，綜合類治理技術應用研究較少。對于多種重金屬復合污染的農田，不宜采用單一的修復技術，而應采用物理修復、化學修復、生物修復等兩種或者兩種以上的土壤修復技術進行風險管控。研究表明，原位鈍化+低積累作物協同修復技術的應用效果明顯優于單一技術措施[3-4]。

1 聯合修復技術應用

1.1 技術模式

項目位于某廢棄鉛鋅礦礦區，通過前期對該礦區周邊農用地土壤環境質量進行類別劃分和空間分布特征數值模擬分析，確定安全利用類土壤修復面積為18.94 hm2，傳統耕作方式均為水田耕種。安全利用類土壤采用水改旱后“土壤原位鈍化+低累積作物種植”的聯合修復模式，治理期間，玉米替代水稻，種植兩季。

具體工作如下：根據施工圖對18.94 hm2安全利用類農田進行測量劃線；開挖排水溝將積水排出并清表除雜；之后向土壤撒播土壤鈍化劑，使用旋耕機翻耕兩遍，使藥劑與土壤混勻，養護10～15 d；開溝起壟后種植玉米，定期進行田間管理，包括間苗、施肥、殺蟲、除草等，保證作物生長良好；作物成熟后進行采樣檢測，合格即可收割，竣工驗收。

1.2 土壤修復目標

兩季土壤修復完成后，土壤中Cd、Hg 兩種重金屬的有效態降低率均達到20%。對比數據為修復前土壤采樣點位數據。

1.3 農作物質量目標

兩季玉米成熟后，籽粒中的重金屬Pb、As、Hg、Cd、Cr 含量合格率均達到90%。

2 數據處理

采用Excel 2016 軟件和SPSS 23.0 軟件對相關試驗數據進行統計與分析，采用SigmaPlot 12.5 軟件、ArcMap 10.2 軟件進行繪圖。采用有效態降低率判定鈍化材料對重金屬的穩定效果，其計算公式如式（1）所示[5]。

式中：K為有效態降低率，%；Ce為污染土壤鈍化平衡后某種金屬元素有效態含量，mg/kg；Ci為污染土壤鈍化前某種金屬元素有效態含量，mg/kg。

3 結果分析

3.1 鈍化劑施加對土壤pH 的影響

與修復前未施鈍化劑相比，修復后的土壤pH 總體波動較小，多數點位的pH 大于6.5，平均值為6.61，高于修復前的6.31。

3.2 鈍化劑施加對重金屬有效態的影響

由圖1、圖2可見，與修復前比較，鈍化劑施加后土壤中有效態Cd、Hg 的含量降低效果顯著，第二季施加效果優于第一季。第一季施加鈍化劑后，土壤中有效態Cd 平均下降48.15%，有效態Hg 平均下降46.16%；第二季施加鈍化劑后，土壤中有效態Cd 平均下降64.89%，有效態Hg 平均下降49.60%。

圖1 修復前后土壤有效態Cd 變化

圖2 修復前后土壤有效態Hg 變化

3.3 籽粒中重金屬含量變化

由圖3至圖7可見，兩季玉米籽粒中Pb、As、Hg、Cd、Cr 的含量均低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）的重金屬標準限值。第一季玉米籽粒中，Pb 含量為0.00～0.16 mg/kg，As 含量未檢出，Hg 含量為0.000～0.018 mg/kg，Cd 含量為0.00～0.08 mg/kg，Cr 含量為0.20～0.98 mg/kg；第二季玉米籽粒中，Pb 含量為0.03～0.18 mg/kg，As 含量為0.015～0.086 mg/kg，Hg 含量為0.000～0.019 mg/kg，Cd 含 量為0.008～0.093 mg/kg，Cr 含量為0.08～0.44 mg/kg。

圖3 玉米籽粒中重金屬Pb 含量分布散點圖

圖4 玉米籽粒中重金屬As 含量分布散點圖

圖5 玉米籽粒中重金屬Hg 含量分布散點圖

圖6 玉米籽粒中重金屬Cd 含量分布散點圖

圖7 玉米籽粒中重金屬Cr 含量分布散點圖

4 結論

研究結果表明，鈍化材料可提高土壤pH，并保持pH 的穩定性，降低礦區農田土壤中重金屬Cd 和Hg 的生物有效性；第二季鈍化土壤中重金屬的有效態降低率明顯高于第一季，說明鈍化劑的作用具有一定的時效性；土壤鈍化后，種植的玉米籽粒中Pb、As、Hg、Cd、Cr 含量均達到相關國家標準[6-7]。因此，礦區重金屬復合污染農田可采用“土壤原位鈍化+低積累作物種植”的協同修復方式，通過“降活性＋低吸收”雙重機制實現安全生產。