試析農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的治理及安全利用

賀鵬

（湘鄉(xiāng)市東郊鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，湖南 湘鄉(xiāng) 411400）

在新時(shí)期背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，污水灌溉、施肥不當(dāng)?shù)葐?wèn)題層出不窮，加上自然環(huán)境變化多端，使得農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，在一定程度上降低了土壤自凈能力，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品大幅度減產(chǎn)。對(duì)此，需要相關(guān)部門(mén)構(gòu)建完善的土壤重金屬污染檢測(cè)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展防治工作和安全利用分析工作，盡可能降低土壤污染對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的不利影響。

1 新時(shí)期農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染現(xiàn)狀及不良影響

1.1 農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染現(xiàn)狀

新時(shí)期背景下，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但土壤重金屬污染現(xiàn)象卻越來(lái)越嚴(yán)峻，不僅污染物種類(lèi)大量增加，污染源也逐漸趨于多樣化。重金屬污染物相較于其他污染物而言，在土壤中的遷移速度較慢，并且降解難度較大，因此受到相關(guān)部門(mén)高度關(guān)注。據(jù)有關(guān)部門(mén)調(diào)查分析來(lái)看，農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染源主要有三種，分別為大氣污染、污水灌溉以及固體廢棄物丟棄。其中大氣污染指人們?cè)谏詈凸ぷ髦胁缓侠砼欧拍承┪镔|(zhì)，導(dǎo)致多種類(lèi)型的金屬粉塵與空氣混合在一起，通過(guò)空氣沉降或降雨進(jìn)入農(nóng)業(yè)土壤，最終形成耕地重金屬污染現(xiàn)象[1]。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，位于道路或煤礦周?chē)霓r(nóng)業(yè)土壤，受重金屬污染程度相對(duì)更高，同時(shí)城市郊區(qū)污染情況明顯高于偏遠(yuǎn)山區(qū)。尤其近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程持續(xù)深入，很多企業(yè)為了創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)效益，盡可能減少生產(chǎn)成本，沿用已經(jīng)淘汰的生產(chǎn)工藝和設(shè)施設(shè)備，將未處理或處理不當(dāng)?shù)膹U棄物及污水直接排出，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤遭受大面積污染。我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量好壞關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，這也意味著治理農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染問(wèn)題刻不容緩。

1.2 農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染造成的不良影響

農(nóng)業(yè)土壤污染類(lèi)型復(fù)雜多樣，其中重金屬污染造成的危害最為嚴(yán)重。因?yàn)橹亟饘傥廴疚锉旧砭哂胁豢赡?、降解難等特點(diǎn)，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間滯留在土壤中，也就是說(shuō)，農(nóng)業(yè)土壤一旦存在重金屬污染問(wèn)題，則很難被遷移，甚至?xí)?duì)周邊土壤造成一定損害。另外，部分重金屬污染物會(huì)被植物吸收，而后通過(guò)食物鏈進(jìn)入人類(lèi)或動(dòng)物體內(nèi)，從而威脅著人類(lèi)和動(dòng)物生命健康安全，并且吸收了污染物的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)嚴(yán)重降低，無(wú)法達(dá)到健康安全飲食需求。同時(shí)受重金屬污染的土壤有益菌會(huì)大幅度減少，在一定程度上影響了土壤自凈能力，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，無(wú)法充分滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需求，最終造成農(nóng)作物減產(chǎn)[2]。例如：鎘是農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染中較為常見(jiàn)的一種元素，會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)造成不良影響，如果農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的土壤中鎘含量超標(biāo)，會(huì)直接破壞農(nóng)作物葉綠體結(jié)構(gòu)，同時(shí)制約根系發(fā)展，不利于作物吸收土壤中的養(yǎng)分和水分。再如：農(nóng)業(yè)土壤如果汞元素超標(biāo)，會(huì)被農(nóng)作物吸收，汞元素是一種有毒有害物質(zhì)，一旦人們食用被汞污染的農(nóng)作物，會(huì)引發(fā)急性中毒，使人體出現(xiàn)頭暈、乏力等現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)p害消化道和腎臟[3]。

2 農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的形成原因

2.1 自然因素

自然因素是引發(fā)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的常見(jiàn)原因，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，基巖中含有大量重金屬元素，在風(fēng)化作用下導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤被污染；第二，新時(shí)期背景下，全球變暖現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，多種自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，包括地震、火山爆發(fā)等，使得農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染問(wèn)題愈加嚴(yán)峻。

2.2 人為因素

我國(guó)人口基數(shù)較大，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)土壤造成的危害十分顯著。具體來(lái)說(shuō)：第一，污水灌溉導(dǎo)致的重金屬污染。據(jù)調(diào)查研究來(lái)看，當(dāng)前很多農(nóng)戶直接使用未處理的污水進(jìn)行灌溉，導(dǎo)致污水中的金屬物質(zhì)進(jìn)入土壤，嚴(yán)重降低了土壤質(zhì)量，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成阻礙；第二，施肥不當(dāng)造成的重金屬污染。農(nóng)作物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要消耗大量肥料。當(dāng)前市面上銷(xiāo)售的化學(xué)肥料，大多由磷礦石等原料制作而成[4]。肥料市場(chǎng)缺乏市場(chǎng)監(jiān)管，加上行業(yè)門(mén)檻較低，導(dǎo)致很多不合格化學(xué)肥料流入市場(chǎng)，一旦施加到農(nóng)田中，就會(huì)造成土壤重金屬污染。另外，農(nóng)民群眾普遍文化水平較低，在肥料施加中存在諸多違規(guī)操作，沒(méi)有嚴(yán)格按照化肥標(biāo)準(zhǔn)用量施加肥料，或者在不了解土壤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上隨意施肥，均會(huì)導(dǎo)致土壤產(chǎn)生嚴(yán)重的重金屬污染問(wèn)題。第三，工業(yè)化發(fā)展速度加快。工業(yè)生產(chǎn)排放的廢渣、廢氣、廢水中含有諸多重金屬元素，一旦處理不當(dāng)，便會(huì)污染土壤。例如：汞元素具有熔點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，會(huì)在土壤中不斷沉積和擴(kuò)散，導(dǎo)致土壤中的重金屬大量積累。第四，城市垃圾逐漸增多。我國(guó)城市化進(jìn)程不斷深入，城市垃圾也隨之增加，并與工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物混合在一起。很多城市近郊農(nóng)民在生產(chǎn)過(guò)程中，習(xí)慣使用城市垃圾作為肥料，這些垃圾中含有大量鉛、汞等重金屬元素，長(zhǎng)期使用勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生重金屬污染問(wèn)題。

3 新時(shí)期我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的治理及安全利用技術(shù)

3.1 農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染治理技術(shù)

新時(shí)期，農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染問(wèn)題受到農(nóng)民群眾及相關(guān)部門(mén)高度重視，為了從根源上切斷污染源，同時(shí)快速恢復(fù)土壤能力。需要采用以下兩種手段：第一，結(jié)合土壤重金屬污染實(shí)際情況有針對(duì)性地選擇修復(fù)技術(shù)，盡可能將土壤中的重金屬元素移除；第二，將重金屬元素固定在土壤中，避免被農(nóng)作物吸收。這種方式適用于食用作物或飼用作物種植土壤治理中。當(dāng)前，專(zhuān)家和學(xué)者在研發(fā)土壤重金屬污染治理技術(shù)時(shí)，均按照以上兩種思路進(jìn)行創(chuàng)新?？梢詫⒊Ｒ?jiàn)技術(shù)歸納為三種，分別為化學(xué)治理技術(shù)、生物治理技術(shù)以及物理治理技術(shù)。其中化學(xué)治理技術(shù)，就是基于化學(xué)原理改良和修復(fù)土壤[5]，例如：使用改良劑、抑制劑或淋洗法，有效降低土壤中的重金屬含量；生物治理技術(shù)，就是采用微生物、動(dòng)物、植物等相關(guān)修復(fù)技術(shù)，加快土壤修復(fù)速度，具有環(huán)保、高效等優(yōu)勢(shì)；物理防治技術(shù)，就是采用電動(dòng)修復(fù)、排土法、客土法等技術(shù)，使土壤產(chǎn)生物理反應(yīng)，從而改良土壤。

發(fā)展至今，我國(guó)在農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染治理方面已經(jīng)取得了顯著成就，例如：總結(jié)北京和昆明近郊農(nóng)業(yè)土壤在治理經(jīng)驗(yàn)可以看出，想要有效去除污泥中的Pb（鉛）、Cu（銅）等金屬元素，可以使用相應(yīng)量的粉煤灰，使其產(chǎn)生鈍化效應(yīng)；結(jié)合湖南、廣西等地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬治理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，適當(dāng)施加硅肥，能夠?qū)d（鎘）、As（砷）等重金屬土壤固定在農(nóng)田中，避免水稻、甘蔗等作物吸收；在我國(guó)油菜產(chǎn)區(qū)，通過(guò)層層篩選獲得了兩種超積累油菜品種，分別為川油Ⅱ-10和溪口花籽，在治理Cd（鎘）金屬污染方面發(fā)揮重要作用。除此之外，有專(zhuān)家通過(guò)篩選北京市某前礦場(chǎng)周?chē)寥?，獲得了1株青霉菌，能夠抑制人工培養(yǎng)基中95%以上的Pb（鉛）元素，成為微生物修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新研究的一大里程碑。

3.2 農(nóng)業(yè)重金屬污染土壤安全利用技術(shù)

相關(guān)部門(mén)在提高農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染治理重視程度的同時(shí)，也要安全利用污染程度較低的農(nóng)田。常見(jiàn)安全利用方式有以下幾種：

3.2.1 篩選和利用低富集品種

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，一般來(lái)說(shuō)，一種作物有多個(gè)品種，不同品種對(duì)重金屬元素的富集程度和吸收程度不盡相同，相關(guān)部門(mén)可以結(jié)合國(guó)內(nèi)外出臺(tái)的相關(guān)資料，篩選出富集程度較低的農(nóng)作物品種，盡可能降低土壤重金屬污染對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)造成的損害，避免重金屬進(jìn)入食物鏈中。當(dāng)前，這種安全利用技術(shù)被廣泛應(yīng)用到輕度重金屬污染農(nóng)田生產(chǎn)中。在這一背景下，越來(lái)越多專(zhuān)家投入到低富集品種篩選和利用的相關(guān)研究中[6]。例如：河南地區(qū)以種植小麥為主，涉及到的小麥品種有幾十余種，通過(guò)篩選獲得了2個(gè)Pb（鉛）金屬元素低富集品種。四川以種植玉米為主，專(zhuān)家在21種玉米品種中，篩選出了4個(gè)Hg（汞）低富集品種、5個(gè)As（砷）低富集品種、2個(gè)Hg（汞）和As（砷）低富集品種。結(jié)合實(shí)踐來(lái)看，很多農(nóng)作物品種同時(shí)具備部分重金屬低富集和其他部分重金屬高富集的特點(diǎn)，種植這類(lèi)作物，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)，還能夠修復(fù)重金屬污染的土壤，有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.2.2 調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)

在篩選和利用低富集品種的同時(shí)，可以通過(guò)種植其他作物代替飼用或食用作物，或者種植低富集作物代替高富集作物，這也是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高農(nóng)田利用率的有效措施。例如：如果農(nóng)業(yè)土壤中Cd（鎘）元素超標(biāo)，可以種植西葫蘆、番茄等鎘元素低富集作物，以此來(lái)替代白菜、大豆、萵筍等容易積累Cd（鎘）元素的作物。尤其對(duì)于中度重金屬污染或重度重金屬污染的農(nóng)田，想要在短期內(nèi)種植食用作物和飼用作物難度較大。所以，相關(guān)部門(mén)可以在利用有效治理措施修復(fù)土壤的同時(shí)，合理調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)。例如：浙江某示范基地通過(guò)試驗(yàn)表明，在使用化學(xué)修復(fù)技術(shù)改善重度重金屬污染農(nóng)田土壤的同時(shí)，可以栽種甘蔗等作物，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)。

3.2.3 科學(xué)調(diào)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)

第一，間作、輪作和套作技術(shù)。農(nóng)戶可以結(jié)合地區(qū)土壤條件、氣候環(huán)境、作物品種等要素，合理選擇間作、輪作或套作技術(shù)，以此來(lái)降低重金屬污染程度。這種生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用思路，是將重金屬高富集作物與重金屬低富集作物混合種植，或者先種植重金屬高富集作物，后種植重金屬低富集作物，使土壤中的重金屬元素被高富集作物吸收，從而有效保護(hù)低富集作物[7]。例如，湖南地區(qū)相關(guān)部門(mén)通過(guò)定位試驗(yàn)得出以下結(jié)果：將冬種輪作模式與冬閑模式相比，前者能夠有效減少土壤中的Pb（鉛）、As（砷）、Cd（鎘）等元素，達(dá)到良好的消減效果。其中將水稻與紫云英進(jìn)行輪作，不僅能夠大幅度降低重金屬元素含量，還可以提高作物產(chǎn)量。

第二，施肥技術(shù)。首先，應(yīng)用化肥施用技術(shù)。選擇能降低重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)的肥料施加到農(nóng)田中，能夠有效改善土壤品質(zhì)。另外，將化肥施用技術(shù)與土壤治理技術(shù)聯(lián)合使用，能夠進(jìn)一步強(qiáng)化土壤修復(fù)效果。其次，應(yīng)用氣肥施用技術(shù)，二氧化碳是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為常見(jiàn)的氣肥，成本較低，有利于促進(jìn)作物健康生長(zhǎng)。將氣肥施用技術(shù)與土壤治理技術(shù)聯(lián)合使用，能夠加快重金屬高富集作物生長(zhǎng)速度，同時(shí)增加作物產(chǎn)量。

第三，應(yīng)用生物質(zhì)焦利用技術(shù)。這種技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步發(fā)展而來(lái)的，屬于新型土壤修復(fù)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中獲得了顯著成就，受到業(yè)界高度認(rèn)可。生物質(zhì)焦具備較強(qiáng)的重金屬離子吸附能力，能夠?qū)⑼寥乐械闹亟饘匐x子有效消除。例如：湖南省和福建省先后對(duì)生物質(zhì)焦利用技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠有效降低重金屬污染土壤中油菜對(duì)Pb（鉛）、Cd（鎘）等金屬元素的富集。

3.3 修復(fù)技術(shù)和安全利用技術(shù)的集成

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，尤其信息技術(shù)的廣泛普及，使得重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)和安全利用技術(shù)不斷優(yōu)化和完善，并實(shí)現(xiàn)了集成目標(biāo)。例如：使用GIS系統(tǒng)分析農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的分布特征、污染程度等要素，并在此基礎(chǔ)上對(duì)各種修復(fù)技術(shù)的使用成本進(jìn)行深入分析，確定各區(qū)塊的最佳修復(fù)手段，而后制成圖集，用來(lái)指導(dǎo)修復(fù)工作。完成以上工作后，需要對(duì)治理效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并總結(jié)優(yōu)勢(shì)和不足，而后加以改進(jìn)，或者將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，形成重金屬污染土壤治理復(fù)合技術(shù)，以此來(lái)提高技術(shù)適用范圍和應(yīng)用效果[8]。

4 我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的治理及安全利用的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，我國(guó)有越來(lái)越多的專(zhuān)家和學(xué)者投入到農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染修復(fù)和安全利用等研究活動(dòng)中，并取得了顯著研究成果，已經(jīng)基本可以與發(fā)達(dá)國(guó)家保持同步。為了提高治理能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，還需要國(guó)內(nèi)研究部門(mén)充分借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和研究思路，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，將零散、集成度較低、治理水平較差的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和完善，并將研究結(jié)果轉(zhuǎn)換為實(shí)際運(yùn)用。建議根據(jù)農(nóng)藝運(yùn)籌技術(shù)、生物技術(shù)、農(nóng)田調(diào)控技術(shù)等新興技術(shù)，研發(fā)操作便捷、副作用小、成本較低的技術(shù)，確保滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建健全、完善的重金屬污染土壤修復(fù)體系和機(jī)制，為生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)工作奠定良好基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自然環(huán)境的不斷變化以及人類(lèi)活動(dòng)的頻繁干預(yù)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，不僅制約了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，還無(wú)法滿足人們健康飲食需求。對(duì)此，需要相關(guān)部門(mén)加大農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染治理力度，提高農(nóng)田安全利用水平，為生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)提供保障，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。