農(nóng)用地土壤重金屬污染修復(fù)研究

方雁雄

（廣州草木蕃環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

農(nóng)用地土壤受到人類活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)的影響，一部分農(nóng)用地土壤中含有大量的重金屬元素，會(huì)對(duì)農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)造成極為嚴(yán)重的不良影響。同時(shí)，重金屬造成的土壤污染問(wèn)題，還會(huì)對(duì)土壤中的微生物造成影響，從而間接影響農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)狀態(tài)[1]。此外，如果這些重金屬通過(guò)植物介質(zhì)或者呼吸等渠道進(jìn)入人體內(nèi)部，還會(huì)對(duì)人體健康造成直接威脅，對(duì)人們的正常生活和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成嚴(yán)重干擾[2]。因此，我們需要針對(duì)農(nóng)用地土壤重金屬污染問(wèn)題展開更加深入的研究，并通過(guò)有效的修復(fù)手段，恢復(fù)農(nóng)用地土壤的健康狀態(tài)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地質(zhì)信息

某實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目位于我國(guó)華北平原南部，該地區(qū)交通便利，春秋季節(jié)干旱少雨、冬季少雪、夏季炎熱多雨，為半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)，年平均氣溫為13.5 ℃。受到太平洋東南季風(fēng)的影響，年降水量差異較大，降水一般會(huì)集中在6～9月，這一階段的降水量占全年總降水量的70%以上。經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)此地區(qū)的主要種植物為水稻、玉米、小麥和各種時(shí)令蔬菜[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品采集與分析

在實(shí)驗(yàn)正式開始前，為保證實(shí)驗(yàn)研究具備針對(duì)性，各項(xiàng)研究資料具備真實(shí)性，實(shí)驗(yàn)組在此區(qū)域內(nèi)專門采集了33份實(shí)驗(yàn)土壤樣品，每份樣品均采用隨機(jī)抽取法，在將整塊土壤劃分成多個(gè)區(qū)塊后，在每個(gè)區(qū)塊內(nèi)隨機(jī)攫取部分土壤作為樣品，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)后，得出土壤中污染物的具體含量。重金屬超標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 土壤中重金屬污染物超標(biāo)參數(shù)

針對(duì)表1的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析，為保證被污染的土壤能夠恢復(fù)到安全使用狀態(tài)，需要對(duì)土壤污染程度和治理經(jīng)費(fèi)等多項(xiàng)因素加以綜合分析，確保劃定的土壤修復(fù)范圍的合理性。基于此，本次實(shí)驗(yàn)劃定了200畝種植地，針對(duì)重金屬含量過(guò)高的耕作層土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)治理。

首先，修復(fù)人員針對(duì)現(xiàn)有的各類重金屬污染修復(fù)手段進(jìn)行類比篩選，在對(duì)成本參數(shù)、可持續(xù)性特征以及技術(shù)實(shí)用性進(jìn)行綜合考量后，以本項(xiàng)目中的受污染土壤特點(diǎn)為基礎(chǔ)，設(shè)定了“客土+農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)+鈍化/穩(wěn)定化”的修復(fù)方式，希望可以通過(guò)復(fù)合形式的修復(fù)技術(shù)達(dá)到修復(fù)效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間中試實(shí)驗(yàn)

在本次實(shí)驗(yàn)開始前，需要保證實(shí)驗(yàn)的對(duì)比效果，在保證各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件一致的基礎(chǔ)上，進(jìn)行針對(duì)性實(shí)驗(yàn)作業(yè)，即可保證最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具備實(shí)際參考價(jià)值，可以作為后續(xù)修復(fù)的主要參考要素。

修復(fù)人員首先對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行劃分，設(shè)為A組和B組，A組區(qū)域內(nèi)的土壤是以純粉煤灰土壤為主的農(nóng)田，與之相對(duì)應(yīng)的B組則是由少量粉煤灰覆蓋的農(nóng)田，（即農(nóng)田中的粉煤灰土層厚度在3～5 cm之間）。此后，在設(shè)定好的兩組實(shí)驗(yàn)組中再次進(jìn)行劃分，各分成9塊新的實(shí)驗(yàn)田區(qū)塊，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)田使用客土移植修復(fù)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)，通過(guò)復(fù)合修復(fù)方式，設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，并以此為基礎(chǔ)，分別對(duì)A、B兩塊農(nóng)田采取針對(duì)性修復(fù)處理手段。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所有參與種植測(cè)試的作物種子均在所在地直接采購(gòu)，確保種子等其他因素不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成直接影響。

在田間中試實(shí)驗(yàn)期間，相關(guān)人員對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的A、B兩組實(shí)驗(yàn)田信息在進(jìn)行統(tǒng)一整理，土壤中攜帶的Pb、Cd和Hg三種重金屬含量走勢(shì)如圖1所示。

圖1 中試實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到的Pb、Cd與Hg含量走勢(shì)圖

在本次實(shí)驗(yàn)中，以保證土壤重金屬治理效果為基礎(chǔ)，即保證土壤中攜帶的Pb、Cd和Hg可以被成功治理。在此基礎(chǔ)上，出苗4 d后，修復(fù)人員記錄和分析了兩塊實(shí)驗(yàn)田內(nèi)的玉米作物生長(zhǎng)信息，詳情如表2所示。其中，A0為本次實(shí)驗(yàn)田的A組對(duì)照組作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)、BO對(duì)應(yīng)本次實(shí)驗(yàn)田中的B組對(duì)照組作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)。

表2 不同土壤改良措施對(duì)玉米作物產(chǎn)生的影響

針對(duì)表2內(nèi)容進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：將A3與A0的株高參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，上升了14.20%，每株干重上升65.38%；將A5與A0進(jìn)行對(duì)比，株高參數(shù)上升了13.34%，每株干重上升80.70%；將B5與B0進(jìn)行對(duì)比，株高上升了7.18%，每株干重上升194.44%。

綜上，在保證實(shí)驗(yàn)處理水平不存在過(guò)大差異的前提下，針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)手段的成本支出情況進(jìn)行分析，結(jié)論如下：（1）對(duì)純粉煤灰地質(zhì)土壤而言，在對(duì)其進(jìn)行改良處理的過(guò)程中，客土比例參數(shù)為20%～30%黃土，為土壤增添G2類型的土壤改良劑，施行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為900 kg/畝即可，對(duì)于部分重金屬含量過(guò)高的田塊，可以上升到120 kg/畝，應(yīng)確保化肥材料的使用能夠達(dá)到理想的修復(fù)效果并實(shí)現(xiàn)改良目標(biāo)。（2）針對(duì)粉煤灰含量較低的土壤改良，使用的客土比例為黃土20%，然后再次增添類型為G2的專業(yè)土壤改良劑即可，具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為900 kg/畝即可，在土壤重金屬含量較高時(shí)，可以上調(diào)至120 kg/畝，確保化肥材料可以達(dá)到理想的修復(fù)效果并順利達(dá)成改良目標(biāo)。

2.2 炭基鈍化劑應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)對(duì)炭基鈍化劑在土壤改良中的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，本次實(shí)驗(yàn)特將田間作物不同情況下的生長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。詳情如下：首先，配制出重量為18 kg、客土比例為20%的實(shí)驗(yàn)土壤樣，并將其均勻分裝至準(zhǔn)備好的6個(gè)專用實(shí)驗(yàn)盆內(nèi)，然后再依次在實(shí)驗(yàn)盆中按照設(shè)計(jì)比例添加炭基鈍化劑材料，比例為：0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%以及0.25%，將其攪拌均勻后再次以常規(guī)方式進(jìn)行管理，即按照種植-管護(hù)-間苗等普通種植程序完成雞毛菜的種植任務(wù)，經(jīng)過(guò)15 d時(shí)間，開始對(duì)雞毛菜作物的平均生物量參數(shù)和Cd元濃度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和記錄。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 炭基鈍化劑對(duì)土壤重金屬含量的影響

針對(duì)表3內(nèi)容進(jìn)行分析，可以了解到如下信息：本次實(shí)驗(yàn)未對(duì)實(shí)驗(yàn)田土塊采取其他治理手段，在編號(hào)B01的測(cè)試中，農(nóng)業(yè)生物的平均產(chǎn)量在所有實(shí)驗(yàn)組中處于最低水平，實(shí)際產(chǎn)量?jī)H為13.49 g/株，該比例已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)雞毛菜（即莖類蔬菜）設(shè)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（Cd限值標(biāo)準(zhǔn)為：0.1 mg/kg）。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為B02～B06實(shí)驗(yàn)土壤添加不同量的專業(yè)炭基鈍化劑材料，最終這幾塊實(shí)驗(yàn)土壤中的雞毛菜實(shí)際產(chǎn)量均有一定程度的提升。在此期間，B05樣品對(duì)應(yīng)的平均生物產(chǎn)量提升最高，將其與B01進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)量上升比例達(dá)到42.03%。除上述內(nèi)容外，雞毛菜作物中的Cd比例有明顯降低，最高值僅有0.016 mg/kg（即B04實(shí)驗(yàn)土壤），由此可證明，該組實(shí)驗(yàn)具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

綜上，通過(guò)炭基鈍化劑測(cè)試可以了解到，在土壤中添加適量的炭基鈍化劑，可以對(duì)土壤中的重金屬比例產(chǎn)生良好的調(diào)節(jié)作用。在這樣的情況下，后續(xù)階段的土壤修復(fù)工程可以借助添加炭基鈍化劑材料的方式提升土壤質(zhì)量，按照濃度為600 kg/畝的比例添加治理藥劑，可以保證土壤重金屬治理效果達(dá)到預(yù)期要求標(biāo)準(zhǔn)，為土壤的后續(xù)使用奠定良好基礎(chǔ)。

2.3 工程修復(fù)流程

首先，修復(fù)人員將待修復(fù)土壤進(jìn)行統(tǒng)一劃分，劃分出100個(gè)獨(dú)立修復(fù)單元，經(jīng)過(guò)這樣的劃分，可以將所有修復(fù)單元的待治理面積控制在1畝左右。在此期間，還需要在所有修復(fù)單元中再次加入比例為20%的客土，此時(shí)可以使用挖掘機(jī)設(shè)備對(duì)土壤進(jìn)行充分混合，保證其質(zhì)地均勻。在完成客土混合任務(wù)后，具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)需要以不同修復(fù)單元的重金屬含量為基礎(chǔ)，有針對(duì)性地進(jìn)行治理。

完成上述操作任務(wù)后，還需要對(duì)所有經(jīng)過(guò)改良處理的農(nóng)田進(jìn)行種植，主要作物為：玉米、白菜或胡蘿卜等比較常見(jiàn)的農(nóng)作物，并在這些作物成熟后，對(duì)其進(jìn)行采樣檢測(cè)；農(nóng)田土壤同樣需要進(jìn)行專門的采樣檢測(cè)，借此判定最終的治理修復(fù)效果是否可以達(dá)到預(yù)期水平。

2.4 重金屬污染區(qū)的修復(fù)情況

經(jīng)過(guò)修復(fù)處理后的土壤樣品含有的Pb、Cd和Hg的比例發(fā)生變化，在16和18號(hào)測(cè)試樣品中，重金屬Pb、Cd與Hg的含量相對(duì)較高。造成上述情況的主要原因?yàn)椋簩?shí)驗(yàn)田部分地塊土壤重金屬含量不一致，同時(shí)，部分田塊存在客土混合均勻度不足的情況，再加上一部分實(shí)驗(yàn)田塊的原始粉煤灰土壤污染程度較高，重金屬比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)前的檢測(cè)數(shù)值，所以會(huì)對(duì)最終治理效果造成直接影響，這三方面原因是導(dǎo)致16和18兩塊實(shí)驗(yàn)田治理效果受到影響的核心因素。

在得出上述結(jié)論后，排除16與18號(hào)測(cè)試樣品，其他測(cè)試樣品中攜帶的Pb、Cd和Hg元素比例為：27.74 mg/kg、0.16 mg/kg和0.064 mg/kg，此項(xiàng)參數(shù)證明本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具備修復(fù)效果，可以達(dá)到理想的土壤修復(fù)水平。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在本次土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，修復(fù)人員首先針對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的待改良土壤進(jìn)行合理選擇，然后將取得的樣本土壤進(jìn)行分組處理，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)樣品采取統(tǒng)一規(guī)格的處理方式，并在中試環(huán)節(jié)對(duì)所有實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，判斷各種修復(fù)手段之間的效果差異，最后再通過(guò)實(shí)際應(yīng)用對(duì)土壤修復(fù)方案的具體效果進(jìn)行檢驗(yàn)。最終結(jié)果證明，除少部分地塊受到土壤污染信息不準(zhǔn)確因素影響外，其余大部分土壤的最終改良效果顯著，均可達(dá)到理想的處理水平，因此本次實(shí)驗(yàn)具備研究和應(yīng)用價(jià)值。