淺談我國農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究與發(fā)展

李平

摘 要：指出了土壤重金屬污染問題是當(dāng)前主要的環(huán)境問題，分析了當(dāng)前土壤污染現(xiàn)狀，闡述了目前研究與應(yīng)用較多的土壤修復(fù)技術(shù)，即物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三大類，對三種修復(fù)技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了討論，并對今后的研究方向做了展望，以期為國內(nèi)農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬；污染；修復(fù)技術(shù)

1引言

工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，導(dǎo)致土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重。土壤重金屬來源有人為和自然兩種，其中人為因素是造成土壤重金屬污染的最大原因[1]。礦產(chǎn)資源開發(fā)、金屬冶煉、化學(xué)用品生產(chǎn)等工業(yè)活動，產(chǎn)生的含重金屬的“三廢”以堆砌、滲透、沉降等形式進(jìn)入土壤，造成土壤污染；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中污水灌溉、農(nóng)藥及化肥等農(nóng)資用品的不合理使用，導(dǎo)致農(nóng)田土壤中重金屬的含量不斷增加。進(jìn)入土壤中的重金屬不易降解并具有隱蔽性，其毒性會影響作物的生長，同時(shí)鎘、砷等易被作物吸收的重金屬，進(jìn)入食物鏈后構(gòu)成了危害人體健康的風(fēng)險(xiǎn)。

2重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

2.1.1工程措施

工程措施主要是換土法，具體包括換土、客土和翻土3種方法。換土顧名思義就是移走污染土壤，換入干凈土壤；客土是將干凈土壤覆蓋在重金屬污染的土壤表層混勻，達(dá)到降低土壤中重金屬濃度的目的，客土和換土一般適用于重污染區(qū)；翻土是深翻耕層重金屬污染的土壤到更深層，降低耕層重金屬濃度，從而減少植物對重金屬的吸收，翻土常用于污染程度較輕的土壤。工程措施是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施，該方法能有效的將重金屬污染土壤與植物生態(tài)系統(tǒng)隔離，減少重金屬對植物的影響，但工程措施通常實(shí)施工程量較大、投資成本高，換土易導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)的破壞，引起土壤肥力下降。

2.1.2電動修復(fù)

電動修復(fù)的基本原理是利用插入土壤中的兩個(gè)電極，通過在土壤兩端施加低壓直流電場，土壤中的重金屬離子在直流電場作用下以電滲透和電遷移的方式定向遷移，富集在電極區(qū)域，然后通過移土、離子交換、沉淀等方法進(jìn)行集中處理或分離。電動修復(fù)屬于原位修復(fù)技術(shù)，處理成本低、修復(fù)效率高，后處理方便，不必向土壤中加入有害環(huán)境的物質(zhì)，不會引起二次污染。但目前仍存在一些問題需要改進(jìn)：例如電壓引起土體發(fā)熱而導(dǎo)致效率變化，該技術(shù)對于污染物的選擇性不高，陰陽極電解液電解后引起土壤pH值的變化，在實(shí)際工程中治理成本可能會隨著設(shè)備的消耗而升高。

2.1.3熱處理修復(fù)

熱處理是通過加熱土壤的方式，將一些具有揮發(fā)性的重金屬從土壤中解析出來，從而達(dá)到修復(fù)的目的。重金屬污染土壤一般以微波加熱為手段，微波是指頻率為300～300000 MHz的電磁波，介質(zhì)在微波場中主要發(fā)生離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動。熱處理修復(fù)技術(shù)通常應(yīng)用于修復(fù)汞、硒污染的土壤。微波加熱技術(shù)加熱速度極快、熱效率高、適用范圍廣，并且能選擇性加熱，分離回收某些有用的組分。但是熱處理修復(fù)技術(shù)需要消耗大量的能量，容易引起土壤有機(jī)質(zhì)和結(jié)構(gòu)水的破壞，還存在揮發(fā)性的汞蒸氣進(jìn)入大氣造成大氣污染的問題。

2.2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.2.1化學(xué)固化穩(wěn)定化

化學(xué)固化/穩(wěn)定化是指利用向土壤中添加化學(xué)物質(zhì)降低重金屬的水溶性、擴(kuò)散性和生物有效性[13]。固化是向污染土壤加入固化劑，兩者混合后成為低滲透性固體混合物，固化體中的重金屬移動遷移性降低，從而減少了對植物的危害。常用的化學(xué)固化劑有水泥、硅酸鹽和粉煤灰等，固化修復(fù)技術(shù)時(shí)間短、易操作，但會破壞土壤結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定化是向土壤中添加化學(xué)物質(zhì)，包括改良劑、抑制劑等，改變重金屬的形態(tài)或價(jià)態(tài)，降低重金屬的水溶性、擴(kuò)散性和生物有效性。常用的化學(xué)穩(wěn)定劑有石灰、硅酸鹽、納米材料、磷酸鹽、有機(jī)質(zhì)等。

2.2.2化學(xué)琳洗

淋洗法是用清水淋洗液或含有化學(xué)助劑的水溶液，通過水力壓頭推動淋洗液，淋洗被污染的土壤，把含有重金屬的液體從土層中抽取出來，因此又稱洗土法或萃取法。最常用的化學(xué)助劑分為無機(jī)和有機(jī)兩大類，無機(jī)淋洗劑通常為硝酸、鹽酸、弱酸鹽等，有機(jī)淋洗劑通常是螯合劑例如乙二胺四乙酸二鈉鹽（EDTA）和二乙基三胺五乙酸（DTPA），有機(jī)淋洗劑對土壤的就地淋洗更適用，因?yàn)樗鼈儗Νh(huán)境的危害更小?；瘜W(xué)琳洗技術(shù)易操作、費(fèi)用合理、靈活方便，有利于技術(shù)推廣、適合治理的污染物范圍更廣。但淋洗液在應(yīng)用過程中可能會將植物所需的一些微量元素例如Cu、Mg淋洗出根基，造成微量元素缺失，影響植物生長。如果控制不當(dāng)，有些淋洗廢液易造成地下水污染。

2.3生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是利用生物的生命代謝活動減少土壤環(huán)境中重金屬的濃度或使其無害化，從而達(dá)到治理污染土壤的目的，目前生物修復(fù)技術(shù)主要集中在微生物修復(fù)和植物修復(fù)兩方面。

2.3.1微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是指利用微生物的作用對土壤環(huán)境中的重金屬進(jìn)行治理。其主要作用原理有：①微生物通過帶電荷的細(xì)胞表面吸附重金屬離子，以及主動吸收重金屬于細(xì)胞內(nèi)部降低重金屬的移動性；②微生物通過代謝作用產(chǎn)生多種低分子有機(jī)酸，從而直接或間接溶解重金屬；③微生物通過氧化還原作用改變金屬的價(jià)態(tài)，降低土壤中重金屬的毒性和活性。微生物修復(fù)不會破壞土壤環(huán)境，處理費(fèi)用低，效率高，操作簡單。

2.3.2植物修復(fù)

植物修復(fù)是利用某些植物能超累積重金屬的特性來修復(fù)污染土壤的技術(shù)。根據(jù)其作用過程和機(jī)理，農(nóng)田土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)可分為植物穩(wěn)定化、植物揮發(fā)和植物提取3種類型。植物穩(wěn)定是指通過植物根部的吸收、富集、沉淀以及根系表面的吸附作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定化作用。但是植物穩(wěn)定只是暫時(shí)將重金屬固定，在土壤環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，重金屬的生物有效性也可能會發(fā)生變化。

3結(jié)語

在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，農(nóng)田土壤重金屬污染仍將是我國面臨的重要環(huán)境問題。目前，我國在污染修復(fù)方面的理論研究已經(jīng)有了較好的成果，但實(shí)際應(yīng)用過程還存在諸多問題，例如污染修復(fù)資金來源、理論技術(shù)手段的實(shí)踐應(yīng)用、修復(fù)后的效果評估等。

參考文獻(xiàn)：

[1]DGT和化學(xué)提取法評價(jià)貴州赫章土法煉鋅區(qū)污染土壤中鎘的植物吸收有效性[J]. 高慧，宋靜，呂明超，張廈，張強(qiáng)，劉靈飛，龍健. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2017（10）

[2]客觀地看待我國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀——關(guān)于《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中有關(guān)問題的討論和建議[J]. 王玉軍，劉存，周東美，陳懷滿. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2014（08）

[3]重金屬污染對農(nóng)田土壤無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 孫艷芳，王國利，劉長仲. 土壤通報(bào). 2014（01）

[4]當(dāng)前中國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的問題及對策[J]. 黃國勤. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào). 2014（01）

[5]動植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在重金屬復(fù)合污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用[J]. 田偉莉，柳丹，吳家森，王立江，陳昆柏. 水土保持學(xué)報(bào). 2013（05）

[6]“鎘米”背后的土壤污染[J]. 陳能場. 中國經(jīng)濟(jì)報(bào)告. 2013（07）

[7]土壤重金屬污染及防治方法研究綜述[J]. 陳學(xué)永，張愛華. 污染防治技術(shù). 2013（03）

[8]Pb2+、Cd2+脅迫作用下蚯蚓、菌根菌及其聯(lián)合作用對植物修復(fù)的影響[J]. 楊柳，李廣枝，童倩倩，何騰兵. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué). 2010（11）

[9]蚯蚓對土壤中重金屬的富集作用研究[J]. 伏小勇，秦賞，楊柳，陳學(xué)民，黃魁，侯培強(qiáng). 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2009（01）

[10]三葉鬼針草等7種常見菊科雜草植物對重金屬的超富集特征[J]. 魏樹和，楊傳杰，周啟星. 環(huán)境科學(xué). 2008（10）