淺析農(nóng)田土壤重金屬污染及修復(fù)技術(shù)

摘要：隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，隨之引發(fā)的土壤重金屬污染也越來越嚴(yán)重，并逐漸成為了廣受關(guān)注的社會問題，因此土壤重金屬的修復(fù)成為亟待解決的問題。本文針對農(nóng)田土壤重金屬污染問題，從其污染的危害、現(xiàn)狀以及現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了分析描述，并對各技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述，以期對我國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)進(jìn)行簡要分析與展望。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田;重金屬;修復(fù)技術(shù)

中圖分類號：S154.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200115044

收稿日期：2019-11-08

作者簡介：張猛（1992-），男，碩士。研究方向：地下水科學(xué)與工程。

1我國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀

我國農(nóng)田土壤環(huán)境正面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，2014年政府發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示[1]，現(xiàn)階段我國土壤環(huán)境狀況不容樂觀，部分地區(qū)存在嚴(yán)重的土壤污染問題，尤其是農(nóng)田土壤問題更是嚴(yán)重，經(jīng)土壤污染調(diào)查統(tǒng)計(jì)，土壤污染點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%。重金屬經(jīng)過污水農(nóng)灌、固體廢棄物堆放及大氣沉降等過程進(jìn)入土壤，但該過程沒有直接引起人們的重視，更不易開展相應(yīng)的土壤修復(fù)項(xiàng)目，直至諸如“鎘大米”事件的曝光，農(nóng)田土壤重金屬污染問題才真正引起社會的廣泛關(guān)注[2，3]。

2我國農(nóng)田土壤重金屬來源

農(nóng)田土壤中重金屬的來源主要有內(nèi)源與外源[4]。內(nèi)部來源主要是指該地區(qū)土壤地質(zhì)情況不同，其背景值不同，主要受地形地貌、水文氣象以及當(dāng)?shù)刂脖坏纫蛩氐挠绊?外部來源主要包括污水灌溉、大氣沉降、農(nóng)用肥料的使用、工業(yè)排放等[5，6]。污灌與化工廠等排污河水的側(cè)滲是造成農(nóng)田土壤中重金屬Cd、Zn、Pb與Cu污染的首要原因，除工業(yè)排放外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不同化肥的使用對土壤中Hg、Cd、Pb等重金屬的積累也具有一定的影響。

2.1污水灌溉

農(nóng)田灌溉用水主要來源于地下水，由于地下水資源短缺，部分地區(qū)農(nóng)田采用污水灌溉，雖然污水灌溉能緩解我國水資源短缺問題，但其灌溉后致使重金屬在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中積累，導(dǎo)致農(nóng)田土壤中鎘（Cd）等重金屬嚴(yán)重超標(biāo)。近年來，湖南報(bào)出多起鎘污染事件，受到最廣泛關(guān)注的為2013年攸縣“鎘大米”事件。黃登峰等以湖南湘東礦區(qū)為研究對象，評價(jià)了當(dāng)?shù)劓k污染情況，結(jié)果顯示，該區(qū)農(nóng)田鎘含量4.37mg/kg，為湖南省土壤背景值的21.8倍，更是我國土壤背景值的45倍[7]。

2.2大氣沉降

大氣沉降是指大氣中的物質(zhì)通過沉降作用轉(zhuǎn)到地面的過程，重金屬作為大氣沉降污染物的重要組成之一，對生態(tài)環(huán)境具有嚴(yán)重的影響。一些研究表明[8-10]，大氣中重金屬來源比較廣泛，涉及到尾氣的排放、燃料的燃燒等。在大氣干濕沉降的作用下，重金屬進(jìn)入到農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)而進(jìn)入生物系統(tǒng)，影響人們身體健康。

2.3化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)物質(zhì)的使用

農(nóng)藥、化肥等相關(guān)農(nóng)資用品對于農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有促進(jìn)作用，但不合理和過量施用會導(dǎo)致農(nóng)田重金屬污染。一些農(nóng)藥中含有鎘、汞、砷、鉛等重金屬，目前砷污染主要來源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期使用含砷的農(nóng)藥，砷在農(nóng)田土壤中富集，一些國家現(xiàn)已禁止使用含砷的農(nóng)藥。肥料的使用也是引起重金屬污染的重要原因，其中磷肥是肥料中重金屬含量最高的，因?yàn)槠渖a(chǎn)原料磷礦石天然伴生鎘，能夠被植物吸收的含量不到20%，其它的就會在土壤中不斷積累。

2.4固廢堆放

固體廢棄物中的重金屬在適當(dāng)條件下能向周圍土壤及地下水中遷移，如在降雨過程中，棄物中的重金屬會隨著雨水滲入土壤中，導(dǎo)致土壤重金屬污染。在垃圾堆積場和礦區(qū)周圍，重金屬污染情況較嚴(yán)重。黃登峰[7]等對湖南湘東礦區(qū)重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)查區(qū)鎘含量是湖南省背景值的120倍，是我國表土背景值的241倍。

3農(nóng)田重金屬污染危害

當(dāng)農(nóng)田中重金屬含量富集到一定濃度時(shí)，會使農(nóng)田土壤的活性下降，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。重金屬超標(biāo)的農(nóng)作物被人們食用之后，重金屬也隨之進(jìn)入人體富集，難以排出，致使人們中毒、致癌，影響身體健康。

3.1農(nóng)田重金屬污染對農(nóng)作物的危害

重金屬通過各種途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤，并隨著時(shí)間推移逐漸富集，當(dāng)其富集超過一定濃度時(shí)，會對農(nóng)作物的生長發(fā)育產(chǎn)生一定影響，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡。不同重金屬對農(nóng)作物產(chǎn)生的毒理性也略有差異，有研究表明，當(dāng)土壤中Cr6+濃度增大到0.1mg/L時(shí)，會抑制水稻種子的萌發(fā)[11]。同時(shí)水稻的發(fā)育受鎘的影響也較大，鎘含量較高會導(dǎo)致水稻產(chǎn)量顯著下降。

3.2農(nóng)田重金屬污染對人體的危害

重金屬通過食物鏈對人體具有間接毒害性。重金屬能與人體內(nèi)相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)結(jié)合，抑制酶的活性，破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，影響人體健康。鎘在所有重金屬中毒性是最強(qiáng)的，可損傷肝臟和腎臟，同時(shí)，因?yàn)槠渑c鈣具有較為相似的生理性質(zhì)，能夠替代骨骼中部分鈣，造成骨質(zhì)疏松、骨骼變形，影響骨骼系統(tǒng)，俗稱“痛痛病”[12]。鉛在人體內(nèi)大量富集后會導(dǎo)致貧血、神經(jīng)紊亂及腎臟損傷[13]。鉻對皮膚有刺激作用，會引起皮膚潰爛，也能通過呼吸道進(jìn)入人體，引發(fā)呼吸道疾病，鉻還具有“三致”作用（致癌、致畸、致突變）[14]。砷也具有嚴(yán)重的致癌危險(xiǎn)，中毒表現(xiàn)具有滯后性，通常是長時(shí)間的積累導(dǎo)致。

4重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)

目前，對于農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)，有以下幾個(gè)方面的研究，用物理方法進(jìn)行修復(fù)、利用化學(xué)方法修復(fù)、以及利用生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)。

4.1物理修復(fù)技術(shù)

常用措施包括深耕翻土、去土、換土等，該方式優(yōu)點(diǎn)在于對重金屬去除率較高，缺點(diǎn)是工程量大、成本高、對農(nóng)田破壞較大，適合污染面較小土壤。相對于深耕翻土、去土、換土，電動修復(fù)處理成本低且不會破壞農(nóng)田結(jié)構(gòu)。修復(fù)過程為在重金屬污染土壤中插入電極，重金屬離子在直流電壓下發(fā)生遷移、富集，該方法適用于低滲透性的黏土。熱處理是一種把揮發(fā)性Se、As、Hg 等從土壤析出的修復(fù)技術(shù)，其工藝簡單，易實(shí)施，但是電熱修復(fù)技術(shù)能耗大、成本較高，對土壤結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生危害，且會對大氣產(chǎn)生污染，故采用并不廣泛。

4.2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)淋洗技術(shù)是指選用合適的淋洗液對受污染土壤進(jìn)行清洗，使重金屬從土壤中去除。該技術(shù)具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是該技術(shù)同時(shí)對土壤質(zhì)地要求也較高，在我國很多地方并不適用，且淋洗液會造成二次污染。穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)是一種非永久性的修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)旨在降低土壤中重金屬的釋放，通過鈍化作用，降低重金屬的遷移性，使其較少的向農(nóng)作物遷移，從而降低重金屬對人體的危害。常用的鈍化劑有石灰、鐵錳氧化物及電廠灰等，該技術(shù)成本低且效果顯著，但是該技術(shù)并未將重金屬從土壤中根除，滯留在土壤中被鈍化的重金屬仍可能在若干年后產(chǎn)生二次污染，因此穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)仍需長期監(jiān)測。

4.3農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的主要途徑是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，通過改變耕作制度，選擇種植難以進(jìn)入食物鏈并且對重金屬有較強(qiáng)吸收作用的植物，將土壤中重金屬吸收去除。農(nóng)藝修復(fù)主要是通過調(diào)整種植農(nóng)作物，合理施用化肥與有機(jī)肥，以達(dá)到對土壤重金屬去除的目的。生態(tài)修復(fù)措施主要是通過改變土壤pH、土壤養(yǎng)分與土壤水分等因子，從而達(dá)到調(diào)控污染重金屬的目的。該技術(shù)相比于其它修復(fù)技術(shù)，其成本低、實(shí)施簡單且技術(shù)成熟，但是該技術(shù)存在明顯缺點(diǎn)為修復(fù)周期較長。

4.4聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬污染的治理采用單一的修復(fù)技術(shù)雖然能達(dá)到一定的效果，但是因其各自的缺點(diǎn)限制了其發(fā)展，因此多種技術(shù)的聯(lián)合使用成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。且已有研究學(xué)者在聯(lián)合修復(fù)技術(shù)方面取得了一定的成果，衛(wèi)澤斌等[15]利用淋洗技術(shù)將重金屬污染土壤先進(jìn)行淋洗，然后加入固定劑（FeCl3）將重金屬鈍化，可將鉛、鋅等重金屬鈍化于農(nóng)田深處。魏樹[16]等利用電場和植物的聯(lián)合作用處理土壤中的鎘、鉛、鋅等重金屬，結(jié)果顯示，電場提高了相應(yīng)植物對重金屬的吸收能力，通過植物將重金屬從土壤中清除。

5展望

我國目前農(nóng)田重金屬污染已經(jīng)比較嚴(yán)重，但相應(yīng)的處理修復(fù)技術(shù)還不成熟，需要進(jìn)一步完善?，F(xiàn)有的單一農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)很難對重金屬污染土壤進(jìn)行徹底修復(fù)，因此，多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)用勢在必行，進(jìn)一步完善聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢。同時(shí)，在修復(fù)的過程中應(yīng)遵循因地制宜的原則，合理利用適當(dāng)?shù)男迯?fù)技術(shù)，達(dá)到成本最低化、效果最佳化。

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（責(zé)任編輯常陽陽）