農田重金屬鎘污染現狀和修復技術淺析

周自強

（蕪湖格豐環保科技研究院有限公司，安徽 蕪湖 241000）

城市化進程加快的同時，工業生產產生的大量污染物與廢棄物，農業生產中農藥化肥的過量使用，水資源污染問題等導致土壤重金屬污染問題出現了日益加劇的情況。土壤不僅是農作物正常生長的基礎，更是保證生態平衡的關鍵。如果土壤出現了嚴重的重金屬污染問題，必然會對生態環境、農作物的正常生長造成嚴重的破壞和影響。相關部門經過深入調查發現，我國土壤重金屬污染中，鎘污染是影響農作物生產質量和產量的重要因素之一。由于鎘屬于一種有毒物質，如果人一次性大量吸入鎘煙塵的話，就會出現急性肺炎或肺水腫等嚴重的不良反應。另外，如果人在日常生活工作中長期接觸鎘元素，也會因為出現慢性中毒問題，導致人腎臟發生病變，影響人體的健康。

1.農田鎘污染現狀和危害

我國環境保護部門于2014年公布的《全國土壤污染情況調查公報》中顯示，在各種重金屬污染調查中，鎘超標率最高，數值達到了7.0%。根據相關統計數據，我國大約有10余個省市共25個地區的近1.33萬hm2農田都出現了不同程度的鎘污染問題。由于鎘具有分解難度大且不易從土壤中遷出的特點，一旦農田發生了鎘污染問題，必然會因為土壤出現營養元素匱乏的情況，危害到農作物的正常生長。比如，土壤中的鎘對農作物吸收土壤中的營養元素產生了極大的負面作用，威脅到了農作物的正常生長發育，影響了農作物種植產量和質量的提升。研究人員通過對玉米和小麥種植特點的分析發現，如果土壤中鎘含量達到一定數值后，就會對農作物產生嚴重的毒副作用，導致玉米或小麥出現嚴重減產的情況。由于我國農田的鎘污染具有范圍大、面積廣且污染程度嚴重的特點，所以相關部門必須深刻認識到開展農田鎘污染修復工作的重要性，避免因為農田鎘污染問題日益嚴重影響我國農業生產的安全進行。

1.1 自然來源

巖石風化和火山噴發等自然活動是造成土壤出現重金屬鎘數值嚴重超標問題出現的重要因素之一。大氣中的鎘隨著自然降雨沉降并進入到土壤中，就會導致土壤中鎘含量數值出現大幅度增長的情況。比如，我國安徽省池州市，地處皖南丘陵山區，該區域不僅有著儲量豐富的礦產資源，且地勢南高北低，南部群峰錯落，中部丘陵，北部則以平原為主。該區域內的泥質巖、石灰巖、紫色砂礫等含有的大量鎘，對水稻種植產業的發展造成了非常嚴重的影響。

1.2 工業污染

金屬礦產開采、冶煉、電鍍等生產環節是產生重金屬的主要來源。鎘通過工業廢水、廢氣、廢渣等排放至環境中，經過一段時間的自然沉降以及雨淋后，就會滲透至生產企業周邊的土壤中。如果采礦企業的生產廢水直接排放至地面或深入地下水中，不僅會導致水資源出現嚴重的污染問題，而且使用受到污染的水源灌溉農作物，就會導致農作物在生長過程中出現重金屬含量嚴重超標的問題，影響農作物種植的產量和質量。

1.3 農業污染

農業生產過程中，無機肥和有機肥料、農藥的使用以及污水灌溉等農業生產活動都是重金屬產生的重要來源。如果農戶在農業生產過程中，化肥使用不合理或長期使用含鎘的農藥，都是造成土壤出現鎘污染問題的重要因素。化肥使用不合理就會導致土壤出現板結或酸化的情況。此外，畜禽養殖過程中畜禽糞便的隨意排放、汽車行駛過程中產生的大量尾氣以及居民日常生活中產生的大量生活污水和垃圾等也是重要的重金屬產生來源。

2.農田鎘污染修復技術

物理、化學以及生物等是傳統的農田鎘污染修復方法，隨著科學技術的不斷發展和進步，這些農田鎘污染修復技術，已經無法滿足農田鎘污染問題修復工作的要求。首先，物理方法。該方法主要是通過去除或分離等方式，將土壤中的鎘分離出來，從而達到修復農田鎘污染的目的。其次，化學方法。化學方法實際上就是借助改良劑或其他化學試劑，改變土壤的pH值、氧化，還原電位與鎘的形態，促使土壤中鎘活性與生物有效性的下降，提高農田鎘污染修復效果。最后，生物修復。農田鎘污染修復中采用的生物修復法，也就是充分利用動植物、微生物等轉化、固定、吸附、講解農田中土壤中的鎘，確保農田鎘污染修復工作的有序開展。

2.1 物理修復

目前，我國農田鎘污染修復中常用的物理修復方法主要有客土法、換土法、電修復法、深耕法等幾種。2.1.1客土法。這種方法作為一種工程治理方法，主要是通過在被污染土壤中添加無污染土壤的方式，確保農作物根系與無污染土壤緊密結合在一起，阻止農作物吸收被污染土壤中的鎘，從而達到有效修復農田的目的。2.1.2換土法。換土法在實際應用過程中存在著工程量大且適用范圍有限等缺點，所以該方法僅適用于鎘污染面積較小的土壤修復。相關部門經過長期實踐研究后發現，客土法與換土法的合理應用雖然有助于農田土壤中鎘含量的有效降低，但是由于這些物理修復法在實際應用過程中，需要投入大量的時間、人力和物力，而且還會破壞土壤的原有結構，增加了土壤二次鎘污染問題的發生率。

2.2 化學修復

化學修復技術實際上就是在農田土壤中施加化學藥劑等相應材料，從而達到改變農田土壤中鎘存在形態以及降低鎘的生物有效性的目的，抑制植物生長過程中的鎘吸收量。目前，常用的農田土壤鎘化學修復技術主要有以下幾種：首先，原位化學穩定法。這一方法在實際應用過程中，要求種植戶應該根據農田土壤鎘污染的實際情況，向被污染土壤中添加化學改良劑，優化和改變土壤的pH值以及氧化還原電位，確保農田土壤中鎘的有效沉淀，弱化農田土壤中鎘的生物有效性。其作為一種操作簡單且價格低廉的方法被廣泛應用于農田土壤鎘污染的修復工作中。其次，化學淋洗劑。農田土壤鎘污染修復中常用的化學淋洗劑主要包括了無機類淋洗劑、螯合劑、表面活性劑等幾種。在這其中以水、無機鹽、無機酸等為主要成分的無機類淋洗劑在實際應用過程中，存在著淋洗效果不佳、效率偏低且破壞了農田土壤品質等缺點，無法滿足農田土壤鎘污染修復工作的要求。螯合劑與無機類淋洗劑相比與重金屬產生的奧和作用，不但有助于穩定金屬化合物的形成，而且起到了降解和去除農田土壤中鎘的作用，確保農田土壤中的鎘在氫離子的作用下，將鎘以離子形體遷移至淋洗液中，從而達到降解螯合劑活性基團的目的，提高農田土壤鎘修復的效果。化學修復技術作為目前應用廣泛的基礎性土壤鎘污染修復技術之一，該技術經過長期的實踐應用不僅滿足了土壤污染綜合治理的要求，而且保證了土壤結構的完整性，避免了植物種植過程中二次污染問題的發生。雖然相關專家學者針對土壤鎘污染修復問題，提出的各種具有高吸附性能的材料大多仍然停留在實驗室模擬實驗的階段，不僅未能應用于真實農田環境中檢驗，而且其對于環境產生的影響也是未知數。所以，研究部門在開展農田土壤鎘污染修復技術的研究時，應該將新興高效改良劑、淋洗劑的研究和應用作為今后土壤鎘污染修復研究的方向，充分發揮化學修復技術的優勢，促進農田土壤鎘污染修復效果的有效提升。

2.3 生物修復

常見的農田土壤鎘污染生物修復法主要有植物、動物、微生物修復等幾種。2.3.1植物修復。植物修復主要是借助提取、揮發、降解等方法，修復農田土壤的鎘污染問題。比如，超富集植物是當前農田土壤鎘污染修復中應用效果最顯著的植物修復法之一，目前，我國發現的可用于農田土壤鎘污染修復的超富集植物已經超過了20種，這些超富集植物的廣泛應用，促進了農田土壤鎘污染修復效果的穩步提升。2.3.2動物修復。所謂動物修復也就是借助低等動物在土壤中開展的代謝活動吸收、轉化、分解土壤中的鎘，從而達到修復鎘污染土壤的目的。相關專家學者經過長期研究后發現，通過在鎘含量嚴重超標的土壤中添加蚯蚓的方式，不僅土壤中的鎘含量顯著下降，而且農作物種植產量較之以往相比也更高。2.3.3微生物修復。利用特定微生物產生的氧化還原反應降低土壤中的鎘含量，從而達到有效提升土壤鎘污染修復效果的目的。根據相關研究數據，將高抗性微生物投入到污染嚴重的礦區中，微生物分泌出的聚合物，不僅起到了吸附固定重金屬的作用，而且達到了降低土壤中有毒離子的遷移性與生物可利用性，提高了土壤鎘污染修復的效果。研究部門經過長期研究發現，在土壤中添加銅綠芽孢桿菌加快了被污染土壤中鈣、鎂等離子的浸出速度，增強了植物的鎘吸收能力，最大限度的降低了農作物中的鎘含量。隨著科學技術的不斷發展和進步，農田土壤鎘污染修復治理過程中，植物提取方法的合理應用，不但促進了土壤重金屬污染修復效果的有效提升，而且防止了二次污染問題的發生。由于植物提取修復法與其他土壤鎘污染修復方法相比具有污染治理效果更加徹底且穩定的特點。所以，該方法的應用已經引起了社會各界的高度關注。此外，相關部門在開展農田土壤鎘污染修復工作時，采取的在土壤中添加環境友好型改良劑的方式，有效降低了鎘污染修復對土壤結構和生態環境造成的影響，所以，相關部門在開展土壤鎘污染修復工作時，應該合理應用該方法，才能達到促進土壤鎘污染重金屬綜合治理和修復效果的目的。

2.4 聯合修復技術

聯合修復技術也就是在農田土壤鎘污染修復過程中，同時采用兩種或兩種以上的修復技術開展農田土壤鎘污染修復工作，不僅有效提升了土壤鎘污染的修復效率，而且彌補了傳統單一農田土壤鎘污染修復技術在實際應用過程中存在的不足和缺陷，提高了農田土壤鎘污染修復工作的效果。比如，近年來農田土壤鎘污染修復中，植物化學、植物微生物、微生活化學、動植物等聯合修復技術的推廣和應用，不僅在土壤鎘污染修復方面取得了顯著的效果，同時也達到了保護生態環境的目的。比如，電修復與化學修復發的聯合應用，土壤表層鎘去除率達到了9.38%；采用1%氯化鉀+EK聯合修復法土壤中鎘的去除率更是高達84.06%，先進的土壤鎘污染組合修復技術的廣泛應用，有效降低了蔬菜種植過程中的鎘污染問題，提高了農作物種植的質量。另外，研究部門經過長期研究后發現，植物修復與化學修復的結合使用，促進了土壤中鎘去除效果的有效提升。

2.5 新材料修復

科學技術的迅速發展，為介孔材料、功能膜材料、石墨烯材料、功能單分子等新型材料在農田土壤重金屬修復中的應用，為我國農田土壤重金屬污染修復工作的研究指明了方向。比如，研究人員經過研究發現，納米零價鐵不僅具有活性反應強、還原速度快、吸附能力強以及表面積大等特點，借助這種新型材料開展農田土壤鎘污染修復，不僅降低了鎘污染修復對土壤產能是的擾動，而且減輕了鎘污染修復工作對農作物正常生長產生的影響，提高了農田土壤鎘污染修復工作的效果。此外，研究人員經過長期研究發現，某功能單分子土壤調理劑在全國南方各省市農田土壤鎘污染修復大面積的應用，促進了農田鎘污染修復效率的有效提升，降低了農作物籽實中的鎘含量，為我國農業生產活動的安全高效開展奠定了堅實的基礎。所以，加強農田土壤鎘污染修復技術研究的力度，對于我國農業產業的健康可持續發展有著極為重要的意義。

3.結語

總而言之，農田土壤鎘污染修復和防治工作是人類所面臨的一個世界性難題。雖然國內外專家學者針對土壤鎘污染治理工作的研究已經取得了非常顯著的成效，但是相關技術在實際應用過程中仍然存在著土壤中鎘的二次污染治理、大面積復合重金屬污染區域系統化治理等急需解決的問題。所以，相關部門在后期開展農田土壤鎘污染修復工作時，應該充分發揮微生物與動植物等修復技術的協同性，根據我國農業生產的實際情況，選擇和使用科學合理的修復方法，才能在有效修復土壤鎘污問題的同時，優化和完善生態環境，營造人與自然和諧發展的環境，推動社會的可持續發展。