耕地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)探究

呂雯迪

摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷深入發(fā)展，建設(shè)生態(tài)文明已經(jīng)成為全國(guó)范圍內(nèi)的重要共識(shí)。有效治理環(huán)境污染，受到了各方的廣泛關(guān)注。在各類環(huán)境污染中，耕地土壤重金屬污染因其對(duì)農(nóng)作物及人身健康的危害，已經(jīng)被列入重點(diǎn)治理工作內(nèi)容。因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀，研發(fā)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 耕地土壤;重金屬;污染;修復(fù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.21.092

解決耕地土壤重金屬污染問題是當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)耕地土壤受到重金屬污染，污染物將通過食物鏈直接危害人體健康和生命安全，對(duì)人們生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，研究耕地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，對(duì)生態(tài)文明建設(shè)非常重要。

1 耕地土壤重金屬污染概述

1.1 耕地土壤重金屬污染的來源

耕地土壤重金屬污染主要是指銅、錳、汞、鉛等重金屬元素累積到土壤中，達(dá)到一定數(shù)量后污染耕地，并隨食物鏈進(jìn)入植物、動(dòng)物體內(nèi)，最終危害人身健康和生命安全。

耕地土壤被重金屬污染的原因有多種，主要是受自然因素和人類活動(dòng)的影響，這也決定了耕地土壤中重金屬來源的多樣性。從自然因素的角度來看，主要是在土壤形成的過程中，含有重金屬的巖石風(fēng)化、脫落在耕地中，使重金屬元素進(jìn)入土壤。而在地表徑流流經(jīng)周邊的耕地時(shí)，如果上游有重金屬礦區(qū)，重金屬離子則會(huì)通過水體污染土壤。流域越大，可能造成的污染就越嚴(yán)重。而人類活動(dòng)造成的重金屬污染則相對(duì)復(fù)雜，如過量使用化肥、農(nóng)藥，使其中包含的重金屬原料逐漸累積在土壤中，達(dá)到一定濃度后就會(huì)造成土壤的重金屬污染;工業(yè)廢水、廢料隨意放置，其中的重金屬元素也會(huì)通過雨水沖刷、大氣沉降等進(jìn)入土壤，并呈現(xiàn)輻射狀污染擴(kuò)散，使周邊大量耕地受到污染;汽車尾氣中含有重金屬元素，在排放到大氣中后，也會(huì)隨降水進(jìn)入土壤;耕地灌溉水中若重金屬含量超標(biāo)，也會(huì)造成大面積的污染[1]。

1.2 耕地土壤重金屬污染的危害

耕地土壤重金屬污染不僅是生態(tài)環(huán)境的污染，也會(huì)通過食物鏈對(duì)畜禽造成威脅，并最終對(duì)人類的健康和生命造成危害。

1.2.1 對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成危害

重金屬元素進(jìn)入耕地土壤后，會(huì)使土壤微生物和各種酶的活性下降，甚至減少土壤中的微生物數(shù)量，使土壤理化性狀嚴(yán)重惡化，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。同時(shí)，部分重金屬離子會(huì)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)必需的氮、磷、鉀造成影響，降低土壤肥力，威脅糧食安全。此外，耕地土壤中的重金屬元素還會(huì)隨降水、地表徑流進(jìn)入水體，擴(kuò)大環(huán)境污染的范圍和程度[2]。

1.2.2 對(duì)農(nóng)作物和畜禽養(yǎng)殖造成危害

重金屬元素被農(nóng)作物吸收后，會(huì)因脅迫作用降低作物抗性，使農(nóng)作物病蟲害發(fā)生概率增大，導(dǎo)致作物減產(chǎn)或死亡。而糧食作物的葉、稈等飼料作物中，如重金屬含量超標(biāo)，會(huì)隨食物鏈進(jìn)入畜禽體內(nèi)，不僅會(huì)影響畜禽產(chǎn)品的品質(zhì)，還會(huì)威脅人類的健康。

1.2.3 對(duì)人體健康和生命安全造成危害

耕地土壤中的重金屬最終會(huì)隨食物鏈進(jìn)入人體，尤其是鉛、鎘、砷、汞等重金屬，對(duì)人體健康都有十分嚴(yán)重的危害，甚至?xí)?dǎo)致死亡，給人類生命安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來巨大損失。

1.3 耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀

根據(jù)我國(guó)首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果，耕地土壤重金屬污染情況不容樂觀。西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大;鎘、汞、砷、鉛4種無機(jī)污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂。根據(jù)調(diào)查，造成耕地污染的原因，除了長(zhǎng)期依賴農(nóng)藥、化肥、除草劑、農(nóng)膜等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式造成殘留污染以外，還有化工污染、流域污染、采礦挖掘等污染引發(fā)流域灌溉水源的輸入性污染。目前，土壤重金屬超標(biāo)、有毒殘留物富集、土壤板結(jié)和養(yǎng)分不足等狀況是普遍存在的[3]。

雖然我國(guó)于2016年印發(fā)了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，形成了大氣污染、水污染、土壤污染防治一體化格局，有力推動(dòng)了耕地土壤治理與修復(fù)，并不斷取得新的成效，但仍然需要較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期來檢驗(yàn)治理與修復(fù)的實(shí)際效果。

2 耕地土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)

我國(guó)十分重視耕地土壤重金屬污染防治工作，出臺(tái)了相關(guān)政策措施，不斷加強(qiáng)土壤污染防治研究，大力推廣污染治理與修復(fù)技術(shù)，形成了政府、科研、推廣、企業(yè)和農(nóng)民共同參與、全面推進(jìn)的工作格局。當(dāng)前，修復(fù)耕地土壤重金屬污染，主要是轉(zhuǎn)化、清除土壤中的重金屬元素，恢復(fù)耕地土壤的良好理化性狀，提高耕地生產(chǎn)力。目前，常用的修復(fù)技術(shù)主要包括以下3種。

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

2.1.1 客（換）土法

客（換）土法分別指客土法和換土法，適用于土壤重金屬含量較高的耕地。前者是將沒有受到重金屬污染的土壤運(yùn)送至被污染的耕地中，鋪成無污染的耕作層，或?qū)⑼寥阑旌暇鶆蛞越档椭亟饘俸?。采用客土法修?fù)時(shí)，要對(duì)受到污染的土壤進(jìn)行處理，從而使農(nóng)作物根系不接觸或少接觸受到污染的土壤，使作物達(dá)到食品安全的水平。換土法則是先鏟除、運(yùn)出受到污染的土壤并進(jìn)行治理，然后運(yùn)來沒有受到污染的土壤并覆蓋在原耕地之上，形成無污染的耕作土層。這兩種方法均可降低耕地受到的重金屬污染程度，但因土壤中重金屬元素的殘留，仍然可能造成二次污染，難以達(dá)到根本治理的效果[4]。

2.1.2 水洗法

水洗法是指利用無污染的清水，通過灌溉、淋洗的方式降低土壤中的重金屬含量，實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)的目的。通過清水灌溉方式進(jìn)行土壤修復(fù)，需要反復(fù)進(jìn)行沖洗，使耕地土壤中的重金屬逐漸向深層土壤遷移，實(shí)現(xiàn)表層土壤的治理與修復(fù)。這種方法能在短時(shí)間內(nèi)有效降低土壤中的重金屬含量，但可能造成土壤二次污染。而通過淋洗方式進(jìn)行土壤修復(fù)，則需要先挖出被污染的土壤，在固定的場(chǎng)地、設(shè)施內(nèi)對(duì)土壤進(jìn)行重金屬提取、沖洗，達(dá)到修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)后，把土壤運(yùn)回原處，并對(duì)淋洗廢水進(jìn)行重金屬提純和再利用。這種方法需要對(duì)場(chǎng)地建設(shè)、設(shè)備購(gòu)置進(jìn)行大量投資，但修復(fù)效果更好、更持久，且不易形成二次污染[5]。

2.1.3 深耕法

深耕法主要針對(duì)重金屬污染土層并不深厚、污染面積較小的耕地，通過深耕深翻的方式攪動(dòng)上下土層，使被污染和未被污染的土壤充分混合，降低耕作土層內(nèi)的重金屬污染程度。這種方法主要依靠大型深耕機(jī)具進(jìn)行，較易實(shí)施。

2.1.4 其他方法

近年來，隨著對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究的深入，熱脫附技術(shù)、土壤蒸汽浸提技術(shù)、電動(dòng)力修復(fù)法、微波加熱修復(fù)技術(shù)等不斷被投入使用，部分技術(shù)顯現(xiàn)出較為顯著的修復(fù)效果。例如，電動(dòng)力修復(fù)法，利用重金屬離子的遷移屬性，使用電極去除土壤中的銅、鋅等重金屬，成本低、周期短，應(yīng)用效果較好;電熱解吸修復(fù)技術(shù)，因會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)，且投入高、應(yīng)用范圍窄，研究熱度逐漸降低。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.2.1 固化法

固化法是向土壤中加入化學(xué)固化劑，使之與重金屬離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成沉淀物或吸附重金屬離子，使重金屬離子的遷移能力降低，減少對(duì)土壤的污染。為了使重金屬元素發(fā)生沉淀，需要使用固化劑來提高土壤的酸堿度，創(chuàng)造化學(xué)反應(yīng)的土壤環(huán)境。而吸附重金屬則需要使用沸石、柿丹寧等吸附劑，把土壤中的重金屬元素吸出、固定，從而降低污染。

2.2.2 改良劑法

化學(xué)改良劑主要通過石灰類物質(zhì)與重金屬產(chǎn)生氫氧化合物，在土壤堿性提高和土壤氧化環(huán)境下，使重金屬元素生成硫化物沉淀，消除重金屬毒性。目前，重金屬土壤污染改良劑還需要進(jìn)一步研發(fā)，以減少對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的破壞，提高修復(fù)效果。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

2.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的生物修復(fù)技術(shù)，主要是利用對(duì)重金屬具有較強(qiáng)吸附作用的自然植物或人工培育植物，把重金屬?gòu)耐寥乐形盏街参矬w內(nèi)，再對(duì)植株進(jìn)行收割并統(tǒng)一處理。植物修復(fù)不僅可以吸取土壤內(nèi)的重金屬，還可提高土壤肥力。目前，使用較多的植物有蜈蚣草等蕨類植物以及小黃楊、鴨腳木、亮葉忍冬等花卉植物。這些植物對(duì)各種重金屬元素的吸附轉(zhuǎn)移能力各不相同，需要根據(jù)被污染耕地的污染種類進(jìn)行選擇。

2.3.2 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

動(dòng)物修復(fù)技術(shù)主要是使用蚯蚓糞便吸附重金屬的能力及其對(duì)土壤理化性狀的改善能力，作為重金屬污染土壤的修復(fù)劑。此外，蚯蚓能夠把土壤中的有機(jī)質(zhì)分解為氨基酸、聚酚等化合物，并產(chǎn)生腐植酸，對(duì)可溶性重金屬產(chǎn)生吸附作用。綜合兩者的共同作用，蚯蚓可以增加土壤活性，并直接修復(fù)部分重金屬污染。

2.3.3 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)是利用菌根真菌等微生物對(duì)重金屬離子的氧化還原作用和礦化作用，降低重金屬活性，減弱土壤的重金屬毒性，進(jìn)而改善土壤肥力，促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。

3 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，耕地土壤重金屬污染修復(fù)正向著技術(shù)綜合運(yùn)用的方向發(fā)展。根據(jù)各地實(shí)際選用多種修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜合治理，已經(jīng)顯現(xiàn)出更好的適用性和修復(fù)效果。在不久的將來，我國(guó)重金屬污染修復(fù)工作將不斷取得更大的成效。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 周建軍，周桔，馮仁國(guó).我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理戰(zhàn)略[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2014，29（3）：315-320，350，272.

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（責(zé)任編輯：劉昀）