基于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的重金屬污染耕地土壤修復(fù)技術(shù)集成體系研究

王進(jìn)進(jìn)，楊行健，胡 崢，張玉龍，徐會(huì)娟，李永濤*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州510642；2.中英環(huán)境科學(xué)研究中心，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510642）

當(dāng)前世界各國對(duì)土壤污染修復(fù)技術(shù)均進(jìn)行了廣泛的研究，但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國土地污染研究起步較晚，且一般為單一的物理、化學(xué)與工程方法，缺乏基于不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的控制技術(shù)、分級(jí)管理和治理體系，難以應(yīng)對(duì)污染日益嚴(yán)重的不利局面，不足以支撐農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和產(chǎn)地環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，難以成為保障農(nóng)田農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的主導(dǎo)技術(shù)，而且大部分研究成果尚未進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)踐。我國地域遼闊，不同地區(qū)土壤類型、氣候、水文等有較大差異，耕地污染類型多樣，生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不等，因此我國耕地土壤污染防控技術(shù)的研究是一項(xiàng)長期、復(fù)雜、艱巨且極其迫切的任務(wù)。

由于土壤環(huán)境的復(fù)雜性，用原有的物理、化學(xué)、植物及微生物等單一的方法對(duì)復(fù)合污染進(jìn)行修復(fù)，都很難達(dá)到較好的效果，因此需要將各種單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行合理的集成，形成污染耕地過程控制技術(shù)體系。耕地土壤修復(fù)技術(shù)的集成需要基于不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的控制技術(shù)，綜合考慮各個(gè)單項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)、資金投入、分級(jí)管理和治理模式。根據(jù)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)資源實(shí)際問題，針對(duì)不同類型農(nóng)田污染開展安全利用技術(shù)研究，形成相應(yīng)的技術(shù)體系與模式，使這部分耕地的持續(xù)安全利用成為可能，是應(yīng)對(duì)人口迅速增長、耕地面積減少、環(huán)境日趨惡化局面的必然選擇，其生態(tài)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益將十分巨大。

1 適用于耕地土壤修復(fù)的單項(xiàng)技術(shù)入庫

重金屬污染耕地修復(fù)的技術(shù)集成首先需要對(duì)現(xiàn)有的、適用于農(nóng)田土壤修復(fù)的單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)、歸納和入庫。我們選取了植物修復(fù)技術(shù)、農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)、間套種技術(shù)、土壤淋洗技術(shù)和土壤鈍化技術(shù)等幾大類技術(shù)，通過國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研、相關(guān)國家環(huán)境保護(hù)部門門戶網(wǎng)站查閱以及專家咨詢、研討等方式，系統(tǒng)收集和整理現(xiàn)行的耕地土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行入庫。根據(jù)現(xiàn)有的各項(xiàng)重金屬單項(xiàng)控制技術(shù)的研究及工程應(yīng)用案例，我們凝練出適用于農(nóng)田土壤修復(fù)的單項(xiàng)技術(shù)推薦及其相應(yīng)的技術(shù)特性，具體如表1～表6。

2 不同污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)農(nóng)田土壤的單項(xiàng)修復(fù)治理技術(shù)歸納

現(xiàn)階段污染修復(fù)項(xiàng)目資金投入較大，試驗(yàn)技術(shù)繁雜，鑒于有些技術(shù)的投資與運(yùn)行參數(shù)不完整、實(shí)際應(yīng)用時(shí)間不長、推廣價(jià)值有待檢驗(yàn)等原因，試點(diǎn)選取的技術(shù)可偏向于植物修復(fù)、微生物修復(fù)、電化學(xué)修復(fù)等原位修復(fù)技術(shù)。經(jīng)濟(jì)條件寬裕的省區(qū)，可因地制宜地開展各類修復(fù)技術(shù)的試點(diǎn)示范。表7 歸納了適用于不同污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)農(nóng)田土壤的修復(fù)治理技術(shù)。

3 重金屬污染耕地修復(fù)技術(shù)集成總體思路及篩選步驟

依據(jù)農(nóng)田污染的生態(tài)凈化功能與機(jī)制建立農(nóng)田污染的分級(jí)分類管控技術(shù)模式具有重要意義。根據(jù)污染源和污染物情況，確定污染農(nóng)田風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，基于各項(xiàng)單項(xiàng)過程控制技術(shù)進(jìn)行不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)耕地過程控制技術(shù)的組合集成，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的污染耕地需要因地制宜地選取合適的過程控制組合技術(shù)體系。耕地土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)管控模式和技術(shù)集成體系的選擇需要考慮污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、污染源、污染途徑、污染土壤特性、單項(xiàng)技術(shù)體系特性五個(gè)影響因素。在修復(fù)技術(shù)的選擇上需要確保污染農(nóng)田的修復(fù)效果以及農(nóng)田安全利用和風(fēng)險(xiǎn)控制的要求，優(yōu)先選擇能夠降低污染物毒性、遷移性和含量的技術(shù)。

表1 植物修復(fù)技術(shù)推薦及技術(shù)特性Table 1 Recommendation and technical characteristics of phytoremediation technology

表2 低累積作物技術(shù)推薦及其技術(shù)特性Table 2 Recommendation and technical characteristics of low accumulation crop technology

表3 間作套種技術(shù)推薦及其技術(shù)特性Table 3 Recommendation and technical characteristics of intercropping technology

表4 水肥管理技術(shù)推薦及技術(shù)特性Table 4 Recommendation and technical characteristics of water and fertilizer management technology

表5 土壤淋洗技術(shù)推薦及技術(shù)特性Table 5 Recommendation and technical characteristics of soil leaching technology

表6 鈍化技術(shù)推薦與技術(shù)特征Table 6 Recommendation and technical characteristics of immobilization technology

表7 不同污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)農(nóng)田土壤修復(fù)治理技術(shù)匯總Table 7 Summary of soil remediation techniques for farmland of different pollution risk levels

在選取的單項(xiàng)過程控制技術(shù)入庫后，需要建立單項(xiàng)過程控制技術(shù)的篩選機(jī)制。根據(jù)耕地污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合影響區(qū)域耕地土壤環(huán)境質(zhì)量的因素，并考慮耕地土壤污染修復(fù)的單項(xiàng)過程控制技術(shù)主要受土壤特性、單項(xiàng)技術(shù)的適用性等方面因素的影響。在兩個(gè)影響因素中選取特征因子如土壤pH、土壤機(jī)械組成等，開展典型案例分析、專家經(jīng)驗(yàn)論證，將各個(gè)單項(xiàng)過程控制技術(shù)的特點(diǎn)與特征因子對(duì)應(yīng)。構(gòu)建單項(xiàng)過程控制修復(fù)技術(shù)體系中單項(xiàng)技術(shù)的篩選機(jī)制，以為后續(xù)土壤環(huán)境保護(hù)和綜合管控模式和技術(shù)集成體系做基石鋪墊。

技術(shù)選取的基本原則是：（1）短期效果；（2）長期效果；（3）對(duì)污染物毒性、遷移性和數(shù)量減少的程度；（4）可操作性；（5）成本；（6）符合應(yīng)用與其他相關(guān)要求；（7）全面保護(hù)人體健康與環(huán)境；（8）政府的接受程度；（9）公眾接受程度。

上述內(nèi)容中推薦了一些可行的技術(shù)，而技術(shù)的選擇需要結(jié)合具體的農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量特征來進(jìn)行。因此，重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)的篩選步驟應(yīng)如圖1進(jìn)行。

（1）基于污染風(fēng)險(xiǎn)篩選：根據(jù)第2 部分提到的待修復(fù)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，提取出污染農(nóng)田土壤污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和重金屬等信息，在表1～表5中初步篩選出符合污染等級(jí)和重金屬類型的技術(shù)群1。

（2）基于土壤理化性質(zhì)篩選：在技術(shù)群1 中，按照技術(shù)開展所對(duì)應(yīng)的農(nóng)田土壤相關(guān)性質(zhì)指標(biāo)（如土壤pH、土壤傳導(dǎo)系數(shù)、土壤污染的深度等），篩選出技術(shù)群2。

（3）基于技術(shù)特性篩選：在技術(shù)群2 中，依據(jù)小類技術(shù)的技術(shù)特性（如開發(fā)程度、可維護(hù)性、修復(fù)效率等），篩選出技術(shù)群3。

圖1 重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)的篩選步驟Figure 1 Screening steps of remediation techniques for heavy metal contaminated farmland soils

（4）基于人為因素篩選：在技術(shù)群3 中，按照修復(fù)過程進(jìn)度安排、資金成本等因素，篩選出技術(shù)群4，即潛在備選技術(shù)，相關(guān)人員可在本技術(shù)群中選出合適的技術(shù)。若技術(shù)群4 中包含兩種以上的技術(shù)，則需要進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)論證。

4 重金屬污染農(nóng)田集成修復(fù)技術(shù)展望

綜上可知，單項(xiàng)修復(fù)治理技術(shù)都有各自的技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍，它們在重金屬類型相對(duì)單一的農(nóng)田土壤上可以發(fā)揮良好的效果。然而，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，投入農(nóng)田中的污染物類型日趨復(fù)雜。不同污染源作用下，農(nóng)田土壤中重金屬的類型、濃度和價(jià)態(tài)均有差異。因此，很難僅靠單項(xiàng)技術(shù)完成大面積的農(nóng)田修復(fù)。在單項(xiàng)技術(shù)無法達(dá)到修復(fù)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)行有效的技術(shù)集成?？筛鶕?jù)污染源、污染物類型和濃度，確定農(nóng)田污染等級(jí)，并基于各單項(xiàng)修復(fù)治理技術(shù)進(jìn)行合理的技術(shù)集成，形成幾套針對(duì)于不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的且具有潛在推廣價(jià)值的組合技術(shù)。