我国农田土壤重金属污染修复技术研究
摘要：污染物的肆意排放导致土壤的重金属污染不断加剧，农田土壤重污染的面积进一步扩大，直接影响农作物的产量以及品质，对人身健康造成严重的威胁。然而，所处地区不同，污染程度也不尽相同。对程度不同的农田土壤重金属进行修复，一方面能够有效提升修复效率，另一方面能够节省资金成本。因此，对不同程度农田土壤重金属技术进行深入探究，具有重要的意义。
关键词：污染程度；农田土壤；重金属；修复技术
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0103-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.060
Study on remediation technology of heavy metal pollution in farmland soil in China
Zou Tongjing
（Zigong City Environmental Monitoring Center Station， Zigong Sichuan 643000，China）
Abstract： Bulk contaminants have been intentionally discharged but no preventive measures have been implemented. This has led to an increase in soil heavy metal pollution and an increase in the area of heavily polluted farmland soil. Based on this situation， our country has begun to focus on the management of soil pollution. However， the pollution varies from location to location. Rehabilitating heavy metals in agricultural soils of varying degrees can， on the one hand， effectively improve the efficiency of rehabilitation and， on the other hand， save money. Therefore， it is of great significance to in-depth exploration of soil heavy metal technologies in different degrees of farmland.
Keywords： Pollution degree； Farmland soil； Heavy metals； Repair technology
隨着城镇化、工业化、农业的集约化发展，环境问题越来越受到人们关注，重金属引起的土壤污染也日益成为环境、土壤科学工作者们研究的热点问题。土壤一方面为人类提供丰富的生活和生产资源，另一方面也成为人类排放各种污染物的承载者。尽管土壤有一定的自净作用，但这种净化能力是有一定限度的，当进入土壤中污染物质的数量超过其本身承载力时，土壤就会被污染，其功能就会发生质的变化，进而严重威胁着人类生产和身体健康[1-2]。尤其当前农田土壤重金属污染日益严重，但农田重金属污染修复技术还不够完善，针对农田土壤重金属污染程度不同，应采取不同的修复技术。
1 当前我国农田重金属污染情况以及危害
1.1 农田土壤重金属污染现状分析
伴随着化肥、农药等化学产品的大批量使用，重金属大气沉降不断增多，工业废水、污泥脏水等污染物的肆意排放等，导致农田土壤重金属的污染情况日渐恶劣。农田土壤重金属污染物主要有Cr、Pb、Ni、Cd、Cu、Hg、As、Zn等金属，这些污染物在污水灌溉、大气沉降以及固体废弃物等使用农用物质灌溉的过程中污染农田[3]。我国现阶段重金属污染问题较为严重，受污染的耕地面积占全部耕地的1/5，每年因重金属污染而损失的粮食约1200万t，直接经济损失200亿元以上，严重影响了我国粮食安全生产[4]。
1.2 土壤污染破坏食品安全
当前阶段，我国诸多的城市周边土壤受到严重污染，一些地方的水果、粮食以及蔬菜等农作物中含有的重金属已经严重超标。近年来，我国一些地区开始对郊区农作物种植地中的重金属含量展开调查，例如我国辽宁省沈阳市的蔬菜，被检测出受Hg、Zn、Pb、Cd等重金属污染较为严重，其中蔬菜的综合超标率已经高达36%左右[5-6]。
1.3 重金属威胁人体安全
Cd与Pd含有毒素物质较重，一旦在肾脏或者肝脏内累积过量，就会对人体器官造成一定的伤害。日本釜山市就曾因为食用超量的Cd超标食品，导致“痛痛病”的发生。Cd过量，还会引发贫血、肠胃病、肺气肿以及高血压等疾病，对人体造成严重损害。若食用含铅过量的食品，也会导致人体智力发育受阻以及行为异常等问题。
2 农田土壤重金属轻度污染修复的对策
针对当前未受到污染的农用地，应强化保护力度，安置污染阻控设施，隔断污染源。针对中轻度农田重金属污染，可按照“生产-修复-监测-评价”的基本思路进行 [7]。
2.1 采用植物阻控—富集移除修复法
经过相关的研究发现，作物之间对重金属的积累与吸附存在一定的差异。根据Cd积累量不同，可将作物分为：高富集型，如菊类、茄科、十字花科以及黎类等；中等富集型，伞形科、百合科等；低富集型，豆科类等。将超富集型植物与低积累作物进行间套作，主要用于对农田重金属污染修复，能够提高食品的安全与质量，并且能够实现生产与修复同时进行的目的。利用超富集植物与农作物间作，是一种具有经济适用的种植方式，能够强化修复的效果，并确保农产品的安全。
2.2 采用土壤钝化—植物阻控修复法
2.2.1 运用钝化剂进行修复
采用钢渣对Cd、Cu、Pb、Zn等重金属污染的土壤进行处理后发现，土壤pH值和钢渣添加量不断增加的同时，土壤重金属生物的有效生态量也在持续减少。如果采用单调的钝化剂对复合型重金属的修复相对较差，因此可将钝化剂配合使用，既可以强化修复重金属污染，又能提高修复效率[8]。
2.2.2 运用微生物进行修复
微生物通常生长在相对极端的环境当中，在重金属污染修复中，有效利用微生物技术，具有重要的作用[9]。可将微生物修复技术与其他方法进行结合，提升微生物技术的应用效率。例如，将微生物原位修复与化学固定配合的重金属污染修复技术（即MICP）进行有效结合，可以提升土壤中Pb的固定率。
2.3 采用农艺措施强化修复法
经过实践显示，秸秆还田、喷洒农药以及施肥等举措，可以强化土壤的理化性质，并有效提升土壤的肥沃度，在一定程度上缓解重金属对植物的破坏，并且强化土壤重金属的活跃度，促进植物吸收养分，进而不断提升植物修复的整体效率。在当前阶段，我国化肥使用技术发展越发成熟，实际使用的成本较低，并且对土壤的扰动相对较小，是一种实用性较强的修复方法。
3 农田土壤重金属重度污染修复的对策
3.1 采用植物阻控—高效钝化修复法
针对我国一些污染地区，可将农产品更换为对重金属抗性较强的非食用農产品，例如花卉、绿化植物、苗木以及桑麻等。有效运用复合钝化剂、微生物修复剂以及纳米材料等高效钝化法，能够极大降低农田内的重金属含量。例如，陶瓷纳米材料，本身具备沙粒结构较为特殊，缓释性较强，可以有效修复重金属污染。对于一些正常生产农产品的地区，应按照当地的环境，选取高耐性经济作物或者适宜生长的低积累产品等，结合施肥或者农药等农艺措施，与高效钝化剂共同修复污染。
3.2 超积累植物—化学螯合剂强化法
螯合剂的活化作用主要是通过螯合剂与土壤溶液中的重金属离子结合，降低土壤液相中的金属离子浓度，活化土壤中的金属，使重金属从土壤颗粒表面解析，由难移动态转变为可移动态，提高了重金属的植物有效性，进而提高超积累植物对重金属的提取能力，达到修复污染土壤的目的。目前，常用的螯合剂主要有两种类型：一类是天然螯合剂，主要为一些低分子有机酸；另一类为人工合成螯合剂，如EDTA、DTPA等。
3.3 物理修复法
物理修复法主要包括深耕翻土法、隔离包埋法、热力恢复法以及客土法等。对于面积较小的金属重度污染土壤，可以采用热力恢复法以及换土法等。对灌区土壤重金属研究后发现，将含有镉污染的土层换土以后种植水稻，可使水稻中的镉含量减少一半左右。而热力恢复法，主要用于对挥发性重金属污染进行治理，并且经过此方法治理后的土壤仍然可以正常耕作。
物理修复法能够高效去除重金属，修复效果彻底，但存在不足之处就是，所用费用较高，工程量大，并且只能治理面积较小的污染田块。除此之外，经物理修复法修复后的土壤，虽然金属含量有所降低，然而却仍然与我国规定的标准不符合，因此应采用如植物修复或者化学修复等技术进行修复。
4 结束语
综上所述，治理人员应从根源开始对重金属污染进行全面控制，并且对未被污染的土壤应加以保护。与此同时，对已经被污染的土壤，应深入探究重金属污染的情况，强化勘察工作、监测工作以及评估工作等。可借助互联网平台，针对不同污染程度的农田土壤重金属进行合理划分，并且制定相应的治理计划，分层次进行科学治理，保证农田土壤的安全性。
参考文献
[1]李文一，徐卫红，李仰锐等.重金属污染土壤植物修复机理研究[J].广东农业科学，2006（4）：79-81.
[2]金修齐.小尺度农田土壤重金属空间分布、来源解析及污染评价[D].昆明：昆明理工大学，2017.
[3]麦麦提吐尔逊·艾则孜，阿吉古丽·马木提，艾尼瓦尔·买买提，马国飞.博斯腾湖流域绿洲农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价[J].地理学报，2017，72（09）：1680-1694.
[4]Wu，G.，Kang，H.B.，Zhang，X.Y.，Shao，H.B.，and Chu，L.（2010）A Critical Review on the Bio-removal of Hazardous Heavy Metals from Contaminated Soils： Issues， Progress Eco-Environmental Concerns and Opportunities. Journal of Hazardous Materials，174，1-8.
[5]周建利，陈同斌.我国城郊菜地土壤和蔬菜重金属污染研究现状与展望[J].湖北农学院学报，2002，22（5）：476-480.
[6]孙崇玉.吉林省典型黑土区农田土壤重金属环境风险研究[D].中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所），2013.
[7]陈亮妹，马友华，王陈丝丝，李江遐，叶文玲，吴林春，崔俊义.不同污染程度农田土壤重金属修复技术研究[J].中国农学通报，2016，32（32）：94-99.
[8]胡红青，黄益宗，黄巧云，刘永红，胡超.农田土壤重金属污染化学钝化修复研究进展[J].植物营养与肥料学报，2017，23（6）：1676-1685.
[9]韩文辉，党晋华，赵颖.污灌区重金属和多环芳烃复合污染及其对农田土壤微生物数量的影响[J].生态环境学报，2016，25（09）：1562-1568.
收稿日期：2018-05-28
作者简介：邹同静（1985-），女，硕士，工程师，研究方向为环境保护、环境监测。
关键词：污染程度；农田土壤；重金属；修复技术
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0103-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.060
Study on remediation technology of heavy metal pollution in farmland soil in China
Zou Tongjing
（Zigong City Environmental Monitoring Center Station， Zigong Sichuan 643000，China）
Abstract： Bulk contaminants have been intentionally discharged but no preventive measures have been implemented. This has led to an increase in soil heavy metal pollution and an increase in the area of heavily polluted farmland soil. Based on this situation， our country has begun to focus on the management of soil pollution. However， the pollution varies from location to location. Rehabilitating heavy metals in agricultural soils of varying degrees can， on the one hand， effectively improve the efficiency of rehabilitation and， on the other hand， save money. Therefore， it is of great significance to in-depth exploration of soil heavy metal technologies in different degrees of farmland.
Keywords： Pollution degree； Farmland soil； Heavy metals； Repair technology
隨着城镇化、工业化、农业的集约化发展，环境问题越来越受到人们关注，重金属引起的土壤污染也日益成为环境、土壤科学工作者们研究的热点问题。土壤一方面为人类提供丰富的生活和生产资源，另一方面也成为人类排放各种污染物的承载者。尽管土壤有一定的自净作用，但这种净化能力是有一定限度的，当进入土壤中污染物质的数量超过其本身承载力时，土壤就会被污染，其功能就会发生质的变化，进而严重威胁着人类生产和身体健康[1-2]。尤其当前农田土壤重金属污染日益严重，但农田重金属污染修复技术还不够完善，针对农田土壤重金属污染程度不同，应采取不同的修复技术。
1 当前我国农田重金属污染情况以及危害
1.1 农田土壤重金属污染现状分析
伴随着化肥、农药等化学产品的大批量使用，重金属大气沉降不断增多，工业废水、污泥脏水等污染物的肆意排放等，导致农田土壤重金属的污染情况日渐恶劣。农田土壤重金属污染物主要有Cr、Pb、Ni、Cd、Cu、Hg、As、Zn等金属，这些污染物在污水灌溉、大气沉降以及固体废弃物等使用农用物质灌溉的过程中污染农田[3]。我国现阶段重金属污染问题较为严重，受污染的耕地面积占全部耕地的1/5，每年因重金属污染而损失的粮食约1200万t，直接经济损失200亿元以上，严重影响了我国粮食安全生产[4]。
1.2 土壤污染破坏食品安全
当前阶段，我国诸多的城市周边土壤受到严重污染，一些地方的水果、粮食以及蔬菜等农作物中含有的重金属已经严重超标。近年来，我国一些地区开始对郊区农作物种植地中的重金属含量展开调查，例如我国辽宁省沈阳市的蔬菜，被检测出受Hg、Zn、Pb、Cd等重金属污染较为严重，其中蔬菜的综合超标率已经高达36%左右[5-6]。
1.3 重金属威胁人体安全
Cd与Pd含有毒素物质较重，一旦在肾脏或者肝脏内累积过量，就会对人体器官造成一定的伤害。日本釜山市就曾因为食用超量的Cd超标食品，导致“痛痛病”的发生。Cd过量，还会引发贫血、肠胃病、肺气肿以及高血压等疾病，对人体造成严重损害。若食用含铅过量的食品，也会导致人体智力发育受阻以及行为异常等问题。
2 农田土壤重金属轻度污染修复的对策
针对当前未受到污染的农用地，应强化保护力度，安置污染阻控设施，隔断污染源。针对中轻度农田重金属污染，可按照“生产-修复-监测-评价”的基本思路进行 [7]。
2.1 采用植物阻控—富集移除修复法
经过相关的研究发现，作物之间对重金属的积累与吸附存在一定的差异。根据Cd积累量不同，可将作物分为：高富集型，如菊类、茄科、十字花科以及黎类等；中等富集型，伞形科、百合科等；低富集型，豆科类等。将超富集型植物与低积累作物进行间套作，主要用于对农田重金属污染修复，能够提高食品的安全与质量，并且能够实现生产与修复同时进行的目的。利用超富集植物与农作物间作，是一种具有经济适用的种植方式，能够强化修复的效果，并确保农产品的安全。
2.2 采用土壤钝化—植物阻控修复法
2.2.1 运用钝化剂进行修复
采用钢渣对Cd、Cu、Pb、Zn等重金属污染的土壤进行处理后发现，土壤pH值和钢渣添加量不断增加的同时，土壤重金属生物的有效生态量也在持续减少。如果采用单调的钝化剂对复合型重金属的修复相对较差，因此可将钝化剂配合使用，既可以强化修复重金属污染，又能提高修复效率[8]。
2.2.2 运用微生物进行修复
微生物通常生长在相对极端的环境当中，在重金属污染修复中，有效利用微生物技术，具有重要的作用[9]。可将微生物修复技术与其他方法进行结合，提升微生物技术的应用效率。例如，将微生物原位修复与化学固定配合的重金属污染修复技术（即MICP）进行有效结合，可以提升土壤中Pb的固定率。
2.3 采用农艺措施强化修复法
经过实践显示，秸秆还田、喷洒农药以及施肥等举措，可以强化土壤的理化性质，并有效提升土壤的肥沃度，在一定程度上缓解重金属对植物的破坏，并且强化土壤重金属的活跃度，促进植物吸收养分，进而不断提升植物修复的整体效率。在当前阶段，我国化肥使用技术发展越发成熟，实际使用的成本较低，并且对土壤的扰动相对较小，是一种实用性较强的修复方法。
3 农田土壤重金属重度污染修复的对策
3.1 采用植物阻控—高效钝化修复法
针对我国一些污染地区，可将农产品更换为对重金属抗性较强的非食用農产品，例如花卉、绿化植物、苗木以及桑麻等。有效运用复合钝化剂、微生物修复剂以及纳米材料等高效钝化法，能够极大降低农田内的重金属含量。例如，陶瓷纳米材料，本身具备沙粒结构较为特殊，缓释性较强，可以有效修复重金属污染。对于一些正常生产农产品的地区，应按照当地的环境，选取高耐性经济作物或者适宜生长的低积累产品等，结合施肥或者农药等农艺措施，与高效钝化剂共同修复污染。
3.2 超积累植物—化学螯合剂强化法
螯合剂的活化作用主要是通过螯合剂与土壤溶液中的重金属离子结合，降低土壤液相中的金属离子浓度，活化土壤中的金属，使重金属从土壤颗粒表面解析，由难移动态转变为可移动态，提高了重金属的植物有效性，进而提高超积累植物对重金属的提取能力，达到修复污染土壤的目的。目前，常用的螯合剂主要有两种类型：一类是天然螯合剂，主要为一些低分子有机酸；另一类为人工合成螯合剂，如EDTA、DTPA等。
3.3 物理修复法
物理修复法主要包括深耕翻土法、隔离包埋法、热力恢复法以及客土法等。对于面积较小的金属重度污染土壤，可以采用热力恢复法以及换土法等。对灌区土壤重金属研究后发现，将含有镉污染的土层换土以后种植水稻，可使水稻中的镉含量减少一半左右。而热力恢复法，主要用于对挥发性重金属污染进行治理，并且经过此方法治理后的土壤仍然可以正常耕作。
物理修复法能够高效去除重金属，修复效果彻底，但存在不足之处就是，所用费用较高，工程量大，并且只能治理面积较小的污染田块。除此之外，经物理修复法修复后的土壤，虽然金属含量有所降低，然而却仍然与我国规定的标准不符合，因此应采用如植物修复或者化学修复等技术进行修复。
4 结束语
综上所述，治理人员应从根源开始对重金属污染进行全面控制，并且对未被污染的土壤应加以保护。与此同时，对已经被污染的土壤，应深入探究重金属污染的情况，强化勘察工作、监测工作以及评估工作等。可借助互联网平台，针对不同污染程度的农田土壤重金属进行合理划分，并且制定相应的治理计划，分层次进行科学治理，保证农田土壤的安全性。
参考文献
[1]李文一，徐卫红，李仰锐等.重金属污染土壤植物修复机理研究[J].广东农业科学，2006（4）：79-81.
[2]金修齐.小尺度农田土壤重金属空间分布、来源解析及污染评价[D].昆明：昆明理工大学，2017.
[3]麦麦提吐尔逊·艾则孜，阿吉古丽·马木提，艾尼瓦尔·买买提，马国飞.博斯腾湖流域绿洲农田土壤重金属污染及潜在生态风险评价[J].地理学报，2017，72（09）：1680-1694.
[4]Wu，G.，Kang，H.B.，Zhang，X.Y.，Shao，H.B.，and Chu，L.（2010）A Critical Review on the Bio-removal of Hazardous Heavy Metals from Contaminated Soils： Issues， Progress Eco-Environmental Concerns and Opportunities. Journal of Hazardous Materials，174，1-8.
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[8]胡红青，黄益宗，黄巧云，刘永红，胡超.农田土壤重金属污染化学钝化修复研究进展[J].植物营养与肥料学报，2017，23（6）：1676-1685.
[9]韩文辉，党晋华，赵颖.污灌区重金属和多环芳烃复合污染及其对农田土壤微生物数量的影响[J].生态环境学报，2016，25（09）：1562-1568.
收稿日期：2018-05-28
作者简介：邹同静（1985-），女，硕士，工程师，研究方向为环境保护、环境监测。
