生態修復技術治理農田土壤重金屬污染研究

陳文姬 陳院華

1、江西省生態環境科學研究與規劃院 2、江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所3、農業農村部酸化土改良與利用重點實驗室 4、國家紅壤改良工程技術研究中心

前言

農田土壤受到重金屬污染的主要原因就是人類的活動導致其土壤當中重金屬的含量嚴重超標，一般來說，重金屬毒性以及污染危害性較強的是鉻、汞、銅等等，土壤受到重金屬污染后人們很難發現，具有較強的滯后性，農田土壤受到重金屬污染，一方面會對農作物產生危害，使農作物產量出現嚴重下降，另一方面，還會通過食物鏈導致重金屬毒素不斷地累積，嚴重危害人類健康。近些年工業的發展導致大量廢水、廢氣等被排放，如果大量的固體廢棄物沒有被妥善處理，將會對我國的農田造成非常嚴重的影響，我國是農業大國，農田土壤重金屬污染形勢比較嚴峻，比如我國北方一些較大規模的城市，某些種植蔬菜的基地以及糧食生產基地都有不同程度的重金屬污染，因此治理這一污染問題勢在必行。

1 治理土壤重金屬污染概述

當前世界各國對于農田土壤受到重金屬污染問題的治理主要有三種方式，第一種就是將被重金屬污染的農田區域與沒有受到重金屬污染的農田進行隔離，防止重金屬污染問題擴散到其他的農田區域。第二種就是要盡可能地將土壤當中的重金屬元素除去。第三種就是合理地將農田土壤中重金屬元素的形態以及性質進行改造，盡量把重金屬在土壤環境當中會進行擴散的特性以及生物有效性降低，為了能夠達到這一目的，通常會使用工程技術措施、物理修復措施、化學修復措施、生物修復措施以及農業生態修復技術相關措施。農業生態修復技術就是指在農業生產的過程中能夠因地制宜，合理地應用一些種植管理制度對農田環境進行改變，以此地盡量降低重金屬對農田土壤所造成的污染以及危害。這種修復方式需要投入的資金成本相對比較低，實際操作難度較小并且基本上不會將需要修復的區域原有的種植習慣以及種植方式改變，這種方法能夠充分將生態系統自我調整的能力發揮到極致，這也種方式更加適合于我國現在的基本情況，農業生態修復技術常用的有以下兩種，第一種是農藝修復技術，第二種是生態修復技術。

2 農藝修復技術有關的措施

農藝修復技術的相關措施就是根據所在區域的實際情況，合理地將耕作的制度進行調整，利用選擇重金屬含量比較少的化肥以及增加能夠將重金屬進行固定的有機肥料，對農作物種植的品種進行合理的調整，盡可能地降低農作物吸收重金屬元素的效率。

2.1 合理地進行施肥

隨著社會的發展，人口數量不斷增長，糧食的安全問題已經成為社會各界較為關注的話題，耕地面積的不足以及人口壓力的增大導致在農作物種植過程當中頻繁地出現過量施肥以及大肆濫用化肥的問題，這些現象將會導致農田土壤的結構被破壞，導致土壤質量出現較大幅度的下降，甚至會給土壤帶來污染。所以，必須要合理利用并使用化肥，將產量與質量、施肥與生態環境之間的關系協調處理好。不同類型的化肥在重金屬的含量以及化肥自身的化學性質上有著一定的差異，因此對于農田土壤所帶來的影響也不盡相同。有一些種類的肥料當中含有較高比例的重金屬，如果長期使用這些類型的化肥將會導致土壤受到重金屬的污染以及破壞，根據查閱資料能夠看到，國外某地區長期大量地使用磷肥，導致土壤的pH值已經發生了一定幅度的變化，進而將會導致重金屬的生物有效性質出現改變，這將會影響到農作物吸收重金屬的效率。經過國內相關專家的研究可知，使用不同類型的化肥可以有效地控制農作物吸收重金屬的效率。近些年因為很多地區大量使用化肥并且對于有機肥料的重視程度明顯不足，導致很多地區的農田土壤出現板結、龜裂、生物活性出現嚴重下降等問題，這些問題將會嚴重影響到農作物的產量以及質量。如果能夠較好地將無機肥料與有機肥料進行調配，能夠有效改善土壤的質量，將農田土壤當中微生物以及生物活性提高，有效提升土壤對于重金屬的吸附作用，進而能夠改善農作物的質量以及產量。

2.2 重視對生物有機肥料的使用

生物有機肥料就是指具有特定的功能的微生物以及動植物經過無害化處理之后的殘渣等等，生物有機肥料當中有機物質含量豐富，能夠有效提高土壤的質量，增強土壤肥力，除此之外，有機物質能夠有效將重金屬進行吸附，盡量地減少農作物以及植物對于重金屬的吸收效率。國內專家的研究可知生物有機肥料能夠將重金屬富集起來，也就是說生物有機肥料能夠較好地對重金屬進行固定。生物有機肥料當中由于含有大量的有機物質，因此其對土壤中的重金屬元素所產生的影響相對復雜程度比較高，并且有機物質種類的差異、土壤特性的差異以及重金屬類別的不同所呈現出來的修復效果也會有所不同，所以要根據實際情況合理地選擇最適宜的生物有機肥。

2.3 利用秸稈還田

這一方式是對秸稈進行高效地再利用，秸稈埋到土壤當中之后能夠被微生物分解成為腐殖質，這些腐殖質能夠有效提高農田土壤的質量以及肥力，能夠讓土壤更加緊實，不會出現板結、龜裂等現象，除此之外，還可以有效提高農田土壤當中微生物的數量、微生物的種類以及微生物酶的活力，進而能夠幫助農作物根部的生長，有效提高農作物種植的產量以及質量。埋放到土壤當中的秸稈對于重金屬的吸附以及生物活性的提升有著非常重要的作用，秸稈在腐爛分解的過程當中能夠產生多種類的有機酸、糖類物質以及高含氮量的化合物，這些物質能夠高效地與金屬氧化產物以及礦物當中的金屬離子產生反應，相互作用形成具有穩定性質的物質，這樣就能夠將土壤當中的金屬的形態以及性質進行改變，進而降低重金屬對于土壤以及農作物的危害。值得注意的是，秸稈在腐爛分解的過程中所產生的不同類型的有機酸也會對農作物的根部產生一定程度的負面影響，所以在秸稈還田時還應加入一定量的石灰，作用是為了將產生的有機酸進行中和，并且所使用的秸稈必須是沒有受到重金屬污染的土壤中所生長出來的農作物，這樣做的目的是為了避免秸稈中可能存在的重金屬擴散到農田土壤當中。

2.4 調整完善種植制度及體系

要合理地對農作物種植制度進行調整，要根據實際情況合理地改變農作物種植的種類，這樣能夠有效降低農作物對土壤中重金屬元素的吸收效率。如果是一些被污染程度相對嚴重而且不應當種植糧食農作物的農田區域，要合理地將種植物調整為苗木以及花卉，如果是被污染的程度處于輕度以及中度的區域，可以適當地種植一些抗重金屬毒害能力較強的農作物，這樣能夠盡量降低重金屬元素對農作物質量的影響。不同種類的農作物所具備的特點有差異，所以對于土壤當中重金屬的吸收效率也有一定的不同。依照不同類型農作物對重金屬的吸收效率的特征，根據不同農田區域受到重金屬污染的程度不同，要合理地選擇能夠種植的農作物種類，盡可能地降低土壤中重金屬對于農作物的負面影響，這樣才能夠將受到污染的農田有效地利用起來。

2.5 合理選擇抵抗能力較強的農作物品種

不同類型的農作物對于重金屬的累積程度存在較大的不同，并且不同類型的農作物對重金屬的危害也能夠體現出不同程度的抵抗性，所以可以利用田間試驗的方式選擇對于重金屬累積較少以及對于重金屬危害抵抗能力較強的農作物，多種植這種類型的農作物能夠有效降低重金屬對于人體健康的危害。除此之外，把土壤不斷地翻松也能夠將聚集在土壤表面的重金屬元素分散到更深層次的土壤當中，這樣能夠間接地達到將土壤中重金屬含量進行稀釋的目的，并且利用太陽的直射也能夠將土壤中蟲卵、細菌等殺死。根據國內專家的研究可知，將土壤定期進行翻松能夠有效降低土壤的容重，合理地對土壤當中的水含量進行調整，促進土壤中各類型的有機物不斷腐爛分解。將土壤進行翻松應當要與增加有機肥料進行合理的結合，這樣做不僅僅能夠對土壤結構進行調整優化，并且還能夠提高土壤中礦物質風化的速度，確保農作物的質量以及產量。

3 生態修復技術有關措施

生態修復技術相關的措施就是對土壤中的水分含量、pH值等進行合理的調整，這樣能夠將土壤重金屬所處的環境介質進行改變，進而降低重金屬對土壤以及農作物的危害。土壤中的重金屬通常情況下都是一些過渡元素，這些重金屬化合價通常情況下極易發生改變，會因為所處環境的pH值發生變化而出現改變，除此之外形狀不同的重金屬穩定性以及生物的有效性之間也存在較大的差別。所以要想對被重金屬污染的農田土壤進行修復可以對土壤的pH值進行合理的調整，盡量降低重金屬的活性以及有效性。

3.1 合理控制土壤當中的水含量

需要注意的是，利用污水對農作物進行灌溉是讓土壤以及農作物中重金屬含量增加的主要原因之一，因此在對農田土壤的水分進行監督管理時，首先就是要保證灌溉水源是能夠使用的合格水質。因為工業生產中的污水重金屬、污染物的含量非常高，因此不能將工業生產污水作為灌溉的水源，除此之外，生活產生的污水要是想用來灌溉農田，必須要經過無害化處理并且通過質量檢測之后才能夠使用。

3.2 利用石灰將土壤的pH值進行合理的調整

通常情況下農田中的重金屬有一部分是以金屬陽離子的形式存在的，金屬陽離子的擴散性相對比較強，并且生物可利用性相對較高，所以其對土壤以及農作物所造成的危害也是最大的。在受到重金屬污染的農田土壤當中加入一定量的石灰能夠將土壤的pH值合理地調高，這樣的環境能夠加速重金屬不斷形成碳酸鹽以及氫氧化物并且沉淀，這樣做能夠將土壤中重金屬造成的危害大幅降低，進而降低農作物對于重金屬的吸收效率。國內相關專家利用田間試驗來分析研究鉛、鋅等重金屬污染的土壤中利用石灰對土壤的修復作用，經過試驗能夠發現在土壤中加入一定量的石灰之后能夠有效降低白菜對于土壤中鉛、鋅等重金屬的吸收效率，在土壤中加入一定量的石灰來降低農作物對于重金屬的吸收效率，這一方法適合用于重金屬輕度以及中度污染的土壤當中；除此之外，專家也對石灰等修復藥劑對于鉻污染的土壤進行了研究，根據試驗的結果能夠明顯地看到，在土壤中添加一定量的石灰能夠有效將土壤的pH值提升，能夠有效降低土壤當中鉻元素的含量，所以能夠認定石灰能夠有效地對受到重金屬污染的土壤進行修復。值得我們注意的就是，在農田土壤當中添加一定量的石灰的時候必須要充分考慮到農作物的類型以及土壤的特性，添加的石灰量要合理，不能夠大量并且連續添加石灰，否則有可能會導致土壤中的有機物質分解的速度過快，腐爛分解之后的物質無法積聚，進而有可能導致土壤的結構受到較大程度的破壞，還有可能在土壤較深層次的地方產生一定量的碳酸鈣等物質，這些物質不斷沉淀會對農作物的生長造成嚴重的負面影響，并且在土壤中添加一定量的石灰所帶來的副作用也值得我們繼續研究。

4 結語

綜上所述，當前我國有一部分農田土壤被重金屬污染的程度比較嚴重，但是我國對于土壤的修復工作起步時間較短，還有很多工作需要開展以及優化。對于農田土壤重金屬污染的實際情況，要合理地選擇修復技術措施對土壤進行修復，這一工作勢在必行。農業生態修復技術是一種成本較低、操作過程難度較小的修復手段，因此各地方農業主管部門應對此加以重視。在利用農業生態修復技術對受到重金屬污染的土壤進行修復時，要與農業生產操作進行有機結合，這樣一方面能夠有效降低修復的成本，另一方面操作會更加簡單。但是農業生態修復技術還存在一些問題，比如修復化肥的時間較長等等，因此還需要我們進一步進行探索。