耕地重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究

趙 磊

（陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

0 引言

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存和從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)于保障糧食生產(chǎn)和糧食安全具有重要的意義，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展過(guò)程中，優(yōu)質(zhì)耕地資源減少，具備可利用條件的耕地資源也存在不能滿足生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展需求的問(wèn)題[1-3]。此外，有毒害物質(zhì)對(duì)耕地土壤造成污染也成為引起耕地質(zhì)量下降的重要因素[4-5]。引起耕地污染的原因眾多，其中土壤重金屬污染由于對(duì)土壤中微生物活動(dòng)、作物生長(zhǎng)發(fā)育甚至人類(lèi)身體健康均能產(chǎn)生損害，已逐漸成為造成耕地污染最主要的途徑[6-7]。在工業(yè)化進(jìn)程的不斷推動(dòng)下，廢棄物通過(guò)地表水、地下水或大氣循環(huán)排放至自然界，由于廢棄物中含有重金屬污染物，對(duì)耕地資源的破壞往往不可逆，同時(shí)，重金屬污染物可通過(guò)作物生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入人體，其危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他污染影響。據(jù)了解，我國(guó)每年僅因污水灌溉引發(fā)的重金屬污染面積達(dá)90萬(wàn)hm2，每年造成的糧食損失超過(guò)2 000萬(wàn)kg[8-9]。2016年我國(guó)啟動(dòng)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，將土壤重金屬污染物的治理提到了新的高度，也為我國(guó)耕地保護(hù)和污損耕地土壤修復(fù)提供了重要指引。筆者從植物修復(fù)技術(shù)、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染防治中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為耕地保護(hù)和污損耕地修復(fù)提供必要的借鑒。

1 植物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用

相關(guān)研究表明，植物可通過(guò)自身根系吸附固定作用降低耕地中重金屬元素含量，對(duì)耕地重金屬污染程度的降低十分顯著。張穎等[10]對(duì)竹類(lèi)植物修復(fù)重金屬污染土壤進(jìn)行了綜述。由于竹類(lèi)植物對(duì)耕地環(huán)境擾動(dòng)影響較小，且竹類(lèi)植物生長(zhǎng)周期短，生物量較大，應(yīng)用于耕地重金屬污染修復(fù)中成本較低，與其他植物相比具有較大的優(yōu)勢(shì)。張治國(guó)等[11]研究了6種菊科植物對(duì)采煤塌陷區(qū)土壤重金屬污染物吸附作用的效果，結(jié)果表明，6種菊科植物對(duì)重金屬污染物Ni、Cr、Pb、Cd具有顯著的吸附效果（P＜0.05），其中洋姜和一年蓬對(duì)重金屬污染物Cd的吸附效果最好。王娟等[12]研究了不同農(nóng)作物對(duì)5種土壤重金屬污染物的吸附效果，研究結(jié)果表明，水稻對(duì)耕地土壤中Cr、Cd和Pb的吸附效果最好，玉米、蔬菜與鳳丹對(duì)耕地土壤中Cr的吸附效果最佳。吳興玉等[13]對(duì)土荊芥和大葉醉魚(yú)草在鉛鋅礦廢渣中土壤污染物的吸附效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，土荊芥和大葉醉魚(yú)草可有效吸附土壤中的Cu、Pb、Zn。楊丹等[14]研究了綠蘿、吊蘭、吊竹梅和花葉萬(wàn)年青等園林植物對(duì)河道淤泥中重金屬污染物的吸附效果，結(jié)果表明，4種植物對(duì)淤泥中重金屬污染物均表現(xiàn)出一定的耐受性，其中綠蘿對(duì)重金屬Zn的吸附效果最為顯著（P＜0.05），吊竹梅對(duì)重金屬Pb的吸附效果最為顯著（P＜0.05），且對(duì)重金屬Zn的修復(fù)效率最高。植物吸附重金屬污染物效果顯著，且較為環(huán)保，但由于植物生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，對(duì)重金屬污染物的吸附時(shí)間較長(zhǎng)。

2 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用

物理化學(xué)修復(fù)方法是耕地土壤重金屬污染修復(fù)中較為常用的一種方法，羅志遠(yuǎn)[15]應(yīng)用物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤中Pb、Cd、As的修復(fù)效果進(jìn)行研究，研究表明，物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)>0.074 mm粒級(jí)土壤中重金屬污染物的修復(fù)效果較為顯著（P＜0.05），但采用單一修復(fù)方法則無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中重金屬污染物的修復(fù)效果。許中堅(jiān)等[16]進(jìn)行了基于淋洗法的檸檬酸與皂素聯(lián)合修復(fù)作用對(duì)土壤重金屬污染物的吸附效果。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度為40 mmol·L-1的檸檬酸與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的皂素在體積比達(dá)到1∶5條件下，對(duì)土壤中重金屬污染物Pb和Zn的修復(fù)效果最佳，相同條件下，當(dāng)其體積比達(dá)到1∶1時(shí)對(duì)重金屬污染物Cu的吸附效果最佳。臧曉梅等[17]研究了沸石粉、生物炭和鎘康對(duì)重金屬污染物Cu、As、Cd和Pb的修復(fù)效果，研究表明，3種材料對(duì)重金屬污染物均有一定的修復(fù)效果，但總體來(lái)看，沸石粉和生物炭對(duì)重金屬污染物的吸附效果最佳。芮大虎等[18]通過(guò)凍融-淋洗土柱試驗(yàn)研究了EDTA和BCR作為淋洗材料對(duì)黏性土中重金屬污染物Cd、Pb的修復(fù)效果，研究結(jié)果表明，EDTA在土體反復(fù)凍融狀態(tài)下更有利于對(duì)土壤中重金屬污染物的淋洗，在7次凍融后，對(duì)Cd和Pb的吸附效率分別達(dá)到77.24%和37.78%。BCR材料對(duì)土壤中Cd和弱酸提取態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了32.32%和41.46%。

3 生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用

生物修復(fù)技術(shù)是一種較為安全且綠色健康的修復(fù)方法，在新常態(tài)下具有較好的應(yīng)用前景。常晨等[19]研究了NTA和微生物共同作用下種植高羊茅對(duì)土壤中重金屬污染物Cd、Cu、Zn含量吸附效果的影響，研究表明，濃度為10 mmol·kg-1NTA+菌液聯(lián)合處理?xiàng)l件下，高羊茅地上部分對(duì)土壤中Cd的吸附量達(dá)到最大值，當(dāng)濃度達(dá)到15 mmol·kg-1時(shí)，高羊茅根部對(duì)土壤重金屬Cd的吸附量達(dá)到最大，單獨(dú)施加15 mmol·kg-1NTA時(shí)，對(duì)Cu的吸附效果最佳，以修復(fù)效果和經(jīng)濟(jì)成本角度來(lái)考慮，10 mmol·kg-1NTA+菌液聯(lián)合修復(fù)性價(jià)比最高。周鑫等[20]利用蚯蚓和不同比例的稻殼炭聯(lián)合修復(fù)工業(yè)污泥中的重金屬，研究結(jié)果表明，在兩者共施條件下可顯著降低污泥中Zn、Cu、Pb、Cd含量（P＜0.05），在稻殼比例為4%時(shí)，對(duì)重金屬污染物Zn、Cu、Pb、Cd的吸附效果和轉(zhuǎn)化能力均最佳。段靖禹等[21]在室內(nèi)試驗(yàn)條件下研究了不同生物炭和青霉菌梯度對(duì)土壤重金屬污染物As的固化吸附效果，結(jié)果表明，與CK相比，添加生物炭和青霉菌后土壤中As含量表現(xiàn)出顯著降低（P＜0.05），重金屬污染物As中微生物多樣性隨施加生物炭濃度的增大表現(xiàn)為先增加后降低的變化規(guī)律，接菌量在10%和20%條件下對(duì)As的中生物群落的影響無(wú)顯著差異（P＞0.05），2%生物炭+10%青霉菌處理土壤中微生物群落功能多樣性、碳源利用豐度最高。陳任連等[22]分析探究了土壤重金屬Pb和Cd與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，研究表明，土壤中重金屬污染物Pb主要以弱酸可提取態(tài)和可還原態(tài)的形式存在，Cd以弱酸可提取態(tài)為主，結(jié)腸菌群對(duì)土壤重金屬污染物Pb、Cd具有較高的耐受性。

4 結(jié)語(yǔ)

耕地資源是保障我國(guó)糧食安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要資源，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展進(jìn)程中，更要重視耕地重金屬污染問(wèn)題。土壤作為耕地資源中最重要的因素，對(duì)于重金屬污染土壤的修復(fù)也是污損土地修復(fù)工作的重點(diǎn)。筆者對(duì)植物修復(fù)技術(shù)、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染防治中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為耕地保護(hù)和污損耕地修復(fù)提供必要的借鑒。