農(nóng)田土壤重金屬污染的危害及修復技術

閆曉強 李漢杰 周輝 楊澤明 張亞利 陳曉光

摘 要 隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的顯著提升，農(nóng)田土壤重金屬污染問題逐漸加重，不僅降低了農(nóng)作物的生產(chǎn)質量及產(chǎn)量，還危及人們的身體健康，因此合理處理農(nóng)田土壤重金屬污染成為當前社會發(fā)展的首要任務。為確保農(nóng)田土壤重金屬污染能夠得到有效治理，在農(nóng)田土壤重金屬污染處理時，應該因地制宜，結合污染的程度及來源，針對性地選擇物理修復技術、化學修復技術、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復技術、聯(lián)合修復技術及生物修復技術等進行修復。

關鍵詞 農(nóng)田土壤;重金屬污染;修復技術

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.02.008

在我國農(nóng)業(yè)、工業(yè)等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展背景下，國民經(jīng)濟與科技水平得到有效提升，但同時也產(chǎn)生了一系列的污染問題，農(nóng)田重金屬污染就是其中最具代表性的污染問題。農(nóng)田重金屬污染不僅污染源繁雜、危害大，而且持續(xù)時間長、治理難度大，因此相關管理部門應加大對農(nóng)田重金屬污染的重視度，對其進行深入研究，不斷創(chuàng)新并優(yōu)化修復技術，最大程度解決農(nóng)田重金屬污染問題，從而實現(xiàn)我國社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標。

1 危害

1.1 對農(nóng)作物的危害

在日常的生產(chǎn)生活中會產(chǎn)生大量的重金屬，這些重金屬可謂無孔不入，它們通過各種途徑進入農(nóng)田土壤中，并在農(nóng)田土壤中逐漸富集，當富集濃度超過土壤的承載力時，就會對農(nóng)作物的質量及產(chǎn)量產(chǎn)生巨大的影響，進而降低農(nóng)民經(jīng)濟收益。此外，重金屬的屬性不同，對農(nóng)作物造成的危害也不同，根據(jù)相關調查，當Cr2+的濃度達到0.1 mg·L-1時，將嚴重影響水稻種子的發(fā)芽。

1.2 對人體健康的危害

農(nóng)作物通過生產(chǎn)加工成為食品供人們食用，如果農(nóng)作物生長在重金屬超標的土壤中，那么重金屬就會通過食品進入人體，對人們的身體健康造成不利的影響，相關分析發(fā)現(xiàn)，土壤及農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染對居民身體健康具有明顯的健康風險，其中87.5%的健康風險來自于農(nóng)產(chǎn)品攝入[1]。重金屬可以與人體內(nèi)的酶和蛋白質結合，從而抑制酶的活性，破壞蛋白質結構，危及人們的生命安全。其中，鎘是一種毒性較強的重金屬，會對人體的肝臟、腎臟功能造成巨大的破壞。鎘與鈣的生理性質相似，因此能夠替代骨骼中部分鈣，進而導致人們出現(xiàn)骨質疏松、骨骼變形等不良現(xiàn)象，不利于骨骼系統(tǒng)的正常運行。另外，人體中鉛的富集濃度超標會引發(fā)貧血、神經(jīng)紊亂等疾病。人體中鉻的富集濃度超標會損害表皮組織，導致皮膚潰爛;鉻也能通過呼吸道進入人體，誘發(fā)呼吸道疾病;同時，鉻具有致癌、致畸、致突變的不良作用。砷也具有一定的致癌危險，砷中毒主要是通過長時間富集產(chǎn)生的，因此其致病作用具有一定的滯后性。

2 來源

2.1 農(nóng)資不規(guī)范使用

在我國農(nóng)業(yè)與科技快速發(fā)展背景下，農(nóng)資用品得到了優(yōu)化升級，農(nóng)藥、化肥等被廣泛應用于農(nóng)作物生產(chǎn)過程中。農(nóng)藥、化肥等相關農(nóng)資用品對于農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有促進作用，可有效提高農(nóng)作物質量及產(chǎn)量，但如果使用方法不合理或過量會引發(fā)農(nóng)田重金屬污染。通過對農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，當前我國遭受重金屬污染的耕地面積已經(jīng)超過了10%，每年因此而減產(chǎn)的糧食數(shù)量高達1 000萬t，甚至還有

1 200萬t的糧食因重金屬含量超標出現(xiàn)了不能食用的情況，所造成的經(jīng)濟損失高達200億元[2]。因此，在使用這些農(nóng)資用品時一定要嚴格把控用量，并采用正確的使用方法，保證農(nóng)資用品的有效性和生態(tài)環(huán)保性。

2.2 污水農(nóng)灌

污水農(nóng)灌是將一些工業(yè)廢水、城市中污染嚴重的地下水及部分污染物超標的地表水用于農(nóng)作物灌溉，既有利于提高污水的再利用率，也有利于解決農(nóng)作物的干旱問題。對污水農(nóng)灌的農(nóng)田土壤進行研究發(fā)現(xiàn)，土壤中含量最多的金屬元素為鋅、鎘、銅及砷，土壤中的鹽分堆積也較多。由此可知，如果長時間采用污水灌溉的方式進行農(nóng)田澆灌，會導致農(nóng)田土壤重金屬污染加重并擴散，進而影響農(nóng)作物的正常生長。近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的增長，居民用水需求不斷提升，為滿足居民的用水需求，一些地區(qū)的農(nóng)民利用污水進行農(nóng)田澆灌，污水中的重金屬也由此進入農(nóng)田土壤中，長時間的污水農(nóng)灌致使土壤重金屬含量超標，進而降低農(nóng)作物的質量，影響人們的身體健康。

2.3 固廢傾倒

如果將固體廢棄物傾倒在土壤上，會導致其內(nèi)部重金屬遷移擴散到周圍土壤和河流中，對土壤造成嚴重的重金屬污染。此外，由于我國當前電子固廢垃圾傾倒法規(guī)不健全，缺少科學合理的關于電子垃圾和生活垃圾焚燒、傾倒等指導文件，導致大量電子垃圾和生活垃圾進入農(nóng)田，加劇農(nóng)田重金屬污染[3]。

2.4 廢氣飄塵

汽車尾氣排放、工業(yè)氣體排放及煤炭燃燒是導致農(nóng)田土壤重金屬污染的重要因素。在汽車行駛、工業(yè)生產(chǎn)及煤炭燃燒過程中會產(chǎn)生許多有害氣體，這些氣體含有大量重金屬元素，它們漂浮在空氣中，然后隨著降水進入農(nóng)田，對農(nóng)田土壤造成污染，最后使得土壤重金屬含量超標。例如，有關研究人員對某市不同類型大氣中PM10顆粒中11種重金屬含量進行分析，結果發(fā)現(xiàn)，Pb、Co、Ni、Mn、Cr、Cu和Zn分別是其土壤本底值的39、312、6、291、56、135和777倍。汽車尾氣還會對道路兩側的農(nóng)田土壤造成一定污染，通常道路兩側農(nóng)田土壤中Co、Pb、Cu、Cd、Cr、Ni、As、Hg、Zn、Se和Mn等重金屬元素含量要高于遠離道路兩側的農(nóng)田[4]。此外，重金屬冶煉和礦山開采產(chǎn)生的有害氣體也是造成農(nóng)田污染的因素之一。

3 修復技術

3.1 物理修復技術

常見的物理工程措施主要包括深耕翻土、去土、換土等，這些工程措施是通過擴大重金屬覆蓋面積，降低重金屬濃度等修復土壤，這種方法一般適用于小面積污染土壤，目前被英、美等發(fā)達國家廣泛使用。對于污染程度嚴重、污染面積較大的砂質土壤，可以根據(jù)污染土壤的性質與污染程度，選擇最佳的淋濾液，從土壤中成功分離出重金屬。電熱修復法是常見的物理修復技術，該方法通過將電極插入重金屬污染土壤中，使重金屬離子在直流電壓下進行遷移、富集并修復，并利用高頻電壓產(chǎn)生的熱能加熱重金屬污染土壤，從土壤中分離出具有揮發(fā)性的硒、砷和汞等重金屬。玻璃化技術是在高溫高壓條件下，通過在重金屬污染土壤中形成玻璃狀結構來固定和穩(wěn)定重金屬的一種技術。冰凍土壤技術是將管道垂直放置在污染源附近，將無害的冷凍溶劑放置在管內(nèi)形成凍土屏障，避免污染物擴散。由于電熱修復技術和玻璃化技術的應用成本較高，目前并未被廣泛應用于土壤重金屬

污染處理中。

3.2 化學修復技術

1）淋洗絡合技術。通過將淋洗劑注入到污染土壤中，對污染土壤進行有效的洗脫與清洗，在完成上述工作后，要對其產(chǎn)生的廢液進行科學處理，避免出現(xiàn)二次污染現(xiàn)象。淋洗絡合技術具有效率高、速度快等特點，常用的淋洗劑包括活性劑、螯合劑及無機溶劑。2）固化/穩(wěn)定化技術。固化/穩(wěn)定化技術是將化學藥劑注入污染土壤中，并結合土壤污染的實際情況，配制合理的固化藥劑與穩(wěn)定藥劑，對污染物起到良好的抑制作用，使土壤處于一個平穩(wěn)的狀態(tài)，防止重金屬擴散?；瘜W藥劑會阻礙重金屬進入農(nóng)作物，保證農(nóng)作物的產(chǎn)量及質量，進而為人們的身體健康提供有利的保障。當前，市場上固化劑、穩(wěn)定化藥劑種類眾多、價格優(yōu)惠，石灰、蒙脫石使用率相對較高，修復效果明顯，維持時間長久，且不會產(chǎn)生二次污染。但是，固化劑穩(wěn)定化技術也具有一定的不足，該技術治標不治本，重金屬仍殘留在土壤內(nèi)部，如果藥劑失效，仍會再次面臨土壤重金屬污染問題，因此要合理應用固化/穩(wěn)定化技術，并做好后續(xù)的跟蹤及維護工作。3）離子拮抗技術。重金屬離子之間具有一定的拮抗作用，因此在進行土壤重金屬污染處理時，可以對重金屬離子的拮抗作用進行有效的加工與利用，即把對農(nóng)作物有利的金屬添加到污染土壤中，然后利用拮抗作用，降低農(nóng)作物中重金屬的含量。

3.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復技術

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復技術主要是通過改變農(nóng)業(yè)耕作方式，并利用難以進入食物鏈、且對重金屬具有吸收作用的植物，從土壤中吸收和去除重金屬。與其他農(nóng)田土壤重金屬污染修復技術相比，農(nóng)業(yè)生態(tài)修復技術具有低成本、易操作與高效率等一系列優(yōu)勢，但農(nóng)業(yè)生態(tài)修復技術的修復周期較長，不適用于重金屬污染嚴重、急需修復的土壤。

3.4 聯(lián)合修復技術

單一的農(nóng)田土壤重金屬污染修復技術雖然具有一定的治理效果，但其發(fā)展受到各自缺點的限制，因此聯(lián)合修復技術成為農(nóng)田土壤重金屬污染處理的必然選擇。當前，我國科研人員已經(jīng)在聯(lián)合修復技術方面取得了顯著成果，衛(wèi)澤斌等首先采用淋洗技術對重金屬污染土壤進行淋洗，然后利用固定劑（FeCl3）使鉛、鋅等重金屬鈍化于農(nóng)田深處[5];張猛將電場和植物進行有效聯(lián)合，并利用其聯(lián)合作用處理土壤中的鎘、鉛、鋅等重金屬，實驗數(shù)據(jù)顯示，電場能夠有效提高相應植物對重金屬的吸收能力，并借助植物成功去除土壤中的重金屬[6]。

3.5 生物修復技術

生物修復技術是農(nóng)田土壤修復的重要手段之一，是一種利用生物吸收、轉化、消解環(huán)境污染物的技術方法[7]。例如，老鼠或蚯蚓可以富集土壤中的重金屬。按所利用的生物種類，可分為微生物修復技術與植物修復技術。

1）微生物修復技術。土壤中的微生物可以吸附重金屬，微生物修復技術可以降低土壤重金屬含量，改善土壤性質。但微生物修復技術也有一定的局限性，例如，微生物遺傳穩(wěn)定性差、易發(fā)生變異，一般不能將污染物全部去除;微生物對重金屬的吸附和累積容量有限，而且須與土壤原始菌株競爭，受環(huán)境影響

顯著。

2）植物修復技術。植物修復技術通過采用耐重金屬植物降低重金屬在土壤中的移動性，減輕農(nóng)田土壤重金屬污染程度。植物修復具有操作簡單、成本低、不破壞土壤理化性質等優(yōu)點[8]，植物一般利用其根系積累和沉淀重金屬，以此改變重金屬的形態(tài)，還可利用根系對重金屬進行吸附固定，最大限度降低重金屬對土壤、周邊農(nóng)田及地下水的污染程度。此外，植物根系在生長過程中會分泌一些物質，對土壤的根際環(huán)境具有積極的改善作用。現(xiàn)階段，麻風樹、蘆葦、蘆竹、纖維大麻及紅麻等經(jīng)濟植物被廣泛應用于我國某些地區(qū)的農(nóng)田土壤重金屬污染修復過程中。

3.6 工程措施

工程措施也是當前普遍采用的降低農(nóng)田重金屬污染的一種手段。例如，通過向被污染土壤中加入清潔土壤并混合，以達到稀釋重金屬的效果，降低單位土壤中的重金屬含量;同時，利用清潔土壤覆蓋被污染土壤表層，為農(nóng)作物提供一個相對健康的生長環(huán)境。但是，工程措施不能從根本上解決農(nóng)田土壤重金屬污染問題，也不適用于污染較嚴重的土壤。

4 結語

通常情況下，土壤環(huán)境可以將進入其內(nèi)部的污染物慢慢分解，在一定程度上具有自凈功能，但當重金屬富集過多，嚴重超出土壤本身的承受力時就會將土壤環(huán)境的平衡打破，致使土壤受到大量污染，極大地改變土壤本身的性質，使其功能漸漸消失，土壤肥力下降，而農(nóng)作物也會因此出現(xiàn)減產(chǎn)甚至死亡。在這種環(huán)境下生長出的農(nóng)作物對人體健康會造成很大影響。因此，對土壤重金屬污染問題及其修復技術要給予高度重視。

參考文獻：

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[3] 楊啟豪.農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復技巧探討[J].科學技術創(chuàng)新，2019（31）：5-6.

[4] 張曉藝.農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復技術研究[J].中國資源綜合利用，2019，37（4）：86-88.

[5] 衛(wèi)澤斌，郭曉方，吳啟堂.化學淋洗和深層土壤固定聯(lián)合技術修復重金屬污染土壤[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29（2）：407-408.

[6] 張猛.淺析農(nóng)田土壤重金屬污染及修復技術[J].農(nóng)業(yè)與技術，2020，40（1）：114-116.

[7] 周成銘.研究農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復技術[J].花卉，2017（14）：216-217.

[8] 王爍.我國農(nóng)田土壤重金屬污染修復技術、問題及對策的探討[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，31（1）：57-58.

（責任編輯：張春雨）

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