農(nóng)田重金屬鎘污染現(xiàn)狀和修復(fù)技術(shù)淺析

周自強(qiáng)

（蕪湖格豐環(huán)?？萍佳芯吭河邢薰?，安徽 蕪湖 241000）

城市化進(jìn)程加快的同時，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的大量污染物與廢棄物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥化肥的過量使用，水資源污染問題等導(dǎo)致土壤重金屬污染問題出現(xiàn)了日益加劇的情況。土壤不僅是農(nóng)作物正常生長的基礎(chǔ)，更是保證生態(tài)平衡的關(guān)鍵。如果土壤出現(xiàn)了嚴(yán)重的重金屬污染問題，必然會對生態(tài)環(huán)境、農(nóng)作物的正常生長造成嚴(yán)重的破壞和影響。相關(guān)部門經(jīng)過深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國土壤重金屬污染中，鎘污染是影響農(nóng)作物生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量的重要因素之一。由于鎘屬于一種有毒物質(zhì)，如果人一次性大量吸入鎘煙塵的話，就會出現(xiàn)急性肺炎或肺水腫等嚴(yán)重的不良反應(yīng)。另外，如果人在日常生活工作中長期接觸鎘元素，也會因為出現(xiàn)慢性中毒問題，導(dǎo)致人腎臟發(fā)生病變，影響人體的健康。

1.農(nóng)田鎘污染現(xiàn)狀和危害

我國環(huán)境保護(hù)部門于2014年公布的《全國土壤污染情況調(diào)查公報》中顯示，在各種重金屬污染調(diào)查中，鎘超標(biāo)率最高，數(shù)值達(dá)到了7.0%。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國大約有10余個省市共25個地區(qū)的近1.33萬hm2農(nóng)田都出現(xiàn)了不同程度的鎘污染問題。由于鎘具有分解難度大且不易從土壤中遷出的特點，一旦農(nóng)田發(fā)生了鎘污染問題，必然會因為土壤出現(xiàn)營養(yǎng)元素匱乏的情況，危害到農(nóng)作物的正常生長。比如，土壤中的鎘對農(nóng)作物吸收土壤中的營養(yǎng)元素產(chǎn)生了極大的負(fù)面作用，威脅到了農(nóng)作物的正常生長發(fā)育，影響了農(nóng)作物種植產(chǎn)量和質(zhì)量的提升。研究人員通過對玉米和小麥種植特點的分析發(fā)現(xiàn)，如果土壤中鎘含量達(dá)到一定數(shù)值后，就會對農(nóng)作物產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用，導(dǎo)致玉米或小麥出現(xiàn)嚴(yán)重減產(chǎn)的情況。由于我國農(nóng)田的鎘污染具有范圍大、面積廣且污染程度嚴(yán)重的特點，所以相關(guān)部門必須深刻認(rèn)識到開展農(nóng)田鎘污染修復(fù)工作的重要性，避免因為農(nóng)田鎘污染問題日益嚴(yán)重影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

1.1 自然來源

巖石風(fēng)化和火山噴發(fā)等自然活動是造成土壤出現(xiàn)重金屬鎘數(shù)值嚴(yán)重超標(biāo)問題出現(xiàn)的重要因素之一。大氣中的鎘隨著自然降雨沉降并進(jìn)入到土壤中，就會導(dǎo)致土壤中鎘含量數(shù)值出現(xiàn)大幅度增長的情況。比如，我國安徽省池州市，地處皖南丘陵山區(qū)，該區(qū)域不僅有著儲量豐富的礦產(chǎn)資源，且地勢南高北低，南部群峰錯落，中部丘陵，北部則以平原為主。該區(qū)域內(nèi)的泥質(zhì)巖、石灰?guī)r、紫色砂礫等含有的大量鎘，對水稻種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了非常嚴(yán)重的影響。

1.2 工業(yè)污染

金屬礦產(chǎn)開采、冶煉、電鍍等生產(chǎn)環(huán)節(jié)是產(chǎn)生重金屬的主要來源。鎘通過工業(yè)廢水、廢氣、廢渣等排放至環(huán)境中，經(jīng)過一段時間的自然沉降以及雨淋后，就會滲透至生產(chǎn)企業(yè)周邊的土壤中。如果采礦企業(yè)的生產(chǎn)廢水直接排放至地面或深入地下水中，不僅會導(dǎo)致水資源出現(xiàn)嚴(yán)重的污染問題，而且使用受到污染的水源灌溉農(nóng)作物，就會導(dǎo)致農(nóng)作物在生長過程中出現(xiàn)重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)的問題，影響農(nóng)作物種植的產(chǎn)量和質(zhì)量。

1.3 農(nóng)業(yè)污染

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，無機(jī)肥和有機(jī)肥料、農(nóng)藥的使用以及污水灌溉等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動都是重金屬產(chǎn)生的重要來源。如果農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，化肥使用不合理或長期使用含鎘的農(nóng)藥，都是造成土壤出現(xiàn)鎘污染問題的重要因素?；适褂貌缓侠砭蜁?dǎo)致土壤出現(xiàn)板結(jié)或酸化的情況。此外，畜禽養(yǎng)殖過程中畜禽糞便的隨意排放、汽車行駛過程中產(chǎn)生的大量尾氣以及居民日常生活中產(chǎn)生的大量生活污水和垃圾等也是重要的重金屬產(chǎn)生來源。

2.農(nóng)田鎘污染修復(fù)技術(shù)

物理、化學(xué)以及生物等是傳統(tǒng)的農(nóng)田鎘污染修復(fù)方法，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，這些農(nóng)田鎘污染修復(fù)技術(shù)，已經(jīng)無法滿足農(nóng)田鎘污染問題修復(fù)工作的要求。首先，物理方法。該方法主要是通過去除或分離等方式，將土壤中的鎘分離出來，從而達(dá)到修復(fù)農(nóng)田鎘污染的目的。其次，化學(xué)方法。化學(xué)方法實際上就是借助改良劑或其他化學(xué)試劑，改變土壤的pH值、氧化，還原電位與鎘的形態(tài)，促使土壤中鎘活性與生物有效性的下降，提高農(nóng)田鎘污染修復(fù)效果。最后，生物修復(fù)。農(nóng)田鎘污染修復(fù)中采用的生物修復(fù)法，也就是充分利用動植物、微生物等轉(zhuǎn)化、固定、吸附、講解農(nóng)田中土壤中的鎘，確保農(nóng)田鎘污染修復(fù)工作的有序開展。

2.1 物理修復(fù)

目前，我國農(nóng)田鎘污染修復(fù)中常用的物理修復(fù)方法主要有客土法、換土法、電修復(fù)法、深耕法等幾種。2.1.1客土法。這種方法作為一種工程治理方法，主要是通過在被污染土壤中添加無污染土壤的方式，確保農(nóng)作物根系與無污染土壤緊密結(jié)合在一起，阻止農(nóng)作物吸收被污染土壤中的鎘，從而達(dá)到有效修復(fù)農(nóng)田的目的。2.1.2換土法。換土法在實際應(yīng)用過程中存在著工程量大且適用范圍有限等缺點，所以該方法僅適用于鎘污染面積較小的土壤修復(fù)。相關(guān)部門經(jīng)過長期實踐研究后發(fā)現(xiàn)，客土法與換土法的合理應(yīng)用雖然有助于農(nóng)田土壤中鎘含量的有效降低，但是由于這些物理修復(fù)法在實際應(yīng)用過程中，需要投入大量的時間、人力和物力，而且還會破壞土壤的原有結(jié)構(gòu)，增加了土壤二次鎘污染問題的發(fā)生率。

2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)實際上就是在農(nóng)田土壤中施加化學(xué)藥劑等相應(yīng)材料，從而達(dá)到改變農(nóng)田土壤中鎘存在形態(tài)以及降低鎘的生物有效性的目的，抑制植物生長過程中的鎘吸收量。目前，常用的農(nóng)田土壤鎘化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要有以下幾種：首先，原位化學(xué)穩(wěn)定法。這一方法在實際應(yīng)用過程中，要求種植戶應(yīng)該根據(jù)農(nóng)田土壤鎘污染的實際情況，向被污染土壤中添加化學(xué)改良劑，優(yōu)化和改變土壤的pH值以及氧化還原電位，確保農(nóng)田土壤中鎘的有效沉淀，弱化農(nóng)田土壤中鎘的生物有效性。其作為一種操作簡單且價格低廉的方法被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田土壤鎘污染的修復(fù)工作中。其次，化學(xué)淋洗劑。農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)中常用的化學(xué)淋洗劑主要包括了無機(jī)類淋洗劑、螯合劑、表面活性劑等幾種。在這其中以水、無機(jī)鹽、無機(jī)酸等為主要成分的無機(jī)類淋洗劑在實際應(yīng)用過程中，存在著淋洗效果不佳、效率偏低且破壞了農(nóng)田土壤品質(zhì)等缺點，無法滿足農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)工作的要求。螯合劑與無機(jī)類淋洗劑相比與重金屬產(chǎn)生的奧和作用，不但有助于穩(wěn)定金屬化合物的形成，而且起到了降解和去除農(nóng)田土壤中鎘的作用，確保農(nóng)田土壤中的鎘在氫離子的作用下，將鎘以離子形體遷移至淋洗液中，從而達(dá)到降解螯合劑活性基團(tuán)的目的，提高農(nóng)田土壤鎘修復(fù)的效果?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)作為目前應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)性土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)之一，該技術(shù)經(jīng)過長期的實踐應(yīng)用不僅滿足了土壤污染綜合治理的要求，而且保證了土壤結(jié)構(gòu)的完整性，避免了植物種植過程中二次污染問題的發(fā)生。雖然相關(guān)專家學(xué)者針對土壤鎘污染修復(fù)問題，提出的各種具有高吸附性能的材料大多仍然停留在實驗室模擬實驗的階段，不僅未能應(yīng)用于真實農(nóng)田環(huán)境中檢驗，而且其對于環(huán)境產(chǎn)生的影響也是未知數(shù)。所以，研究部門在開展農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)的研究時，應(yīng)該將新興高效改良劑、淋洗劑的研究和應(yīng)用作為今后土壤鎘污染修復(fù)研究的方向，充分發(fā)揮化學(xué)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，促進(jìn)農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)效果的有效提升。

2.3 生物修復(fù)

常見的農(nóng)田土壤鎘污染生物修復(fù)法主要有植物、動物、微生物修復(fù)等幾種。2.3.1植物修復(fù)。植物修復(fù)主要是借助提取、揮發(fā)、降解等方法，修復(fù)農(nóng)田土壤的鎘污染問題。比如，超富集植物是當(dāng)前農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)中應(yīng)用效果最顯著的植物修復(fù)法之一，目前，我國發(fā)現(xiàn)的可用于農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)的超富集植物已經(jīng)超過了20種，這些超富集植物的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)效果的穩(wěn)步提升。2.3.2動物修復(fù)。所謂動物修復(fù)也就是借助低等動物在土壤中開展的代謝活動吸收、轉(zhuǎn)化、分解土壤中的鎘，從而達(dá)到修復(fù)鎘污染土壤的目的。相關(guān)專家學(xué)者經(jīng)過長期研究后發(fā)現(xiàn)，通過在鎘含量嚴(yán)重超標(biāo)的土壤中添加蚯蚓的方式，不僅土壤中的鎘含量顯著下降，而且農(nóng)作物種植產(chǎn)量較之以往相比也更高。2.3.3微生物修復(fù)。利用特定微生物產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)降低土壤中的鎘含量，從而達(dá)到有效提升土壤鎘污染修復(fù)效果的目的。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，將高抗性微生物投入到污染嚴(yán)重的礦區(qū)中，微生物分泌出的聚合物，不僅起到了吸附固定重金屬的作用，而且達(dá)到了降低土壤中有毒離子的遷移性與生物可利用性，提高了土壤鎘污染修復(fù)的效果。研究部門經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加銅綠芽孢桿菌加快了被污染土壤中鈣、鎂等離子的浸出速度，增強(qiáng)了植物的鎘吸收能力，最大限度的降低了農(nóng)作物中的鎘含量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)治理過程中，植物提取方法的合理應(yīng)用，不但促進(jìn)了土壤重金屬污染修復(fù)效果的有效提升，而且防止了二次污染問題的發(fā)生。由于植物提取修復(fù)法與其他土壤鎘污染修復(fù)方法相比具有污染治理效果更加徹底且穩(wěn)定的特點。所以，該方法的應(yīng)用已經(jīng)引起了社會各界的高度關(guān)注。此外，相關(guān)部門在開展農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)工作時，采取的在土壤中添加環(huán)境友好型改良劑的方式，有效降低了鎘污染修復(fù)對土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境造成的影響，所以，相關(guān)部門在開展土壤鎘污染修復(fù)工作時，應(yīng)該合理應(yīng)用該方法，才能達(dá)到促進(jìn)土壤鎘污染重金屬綜合治理和修復(fù)效果的目的。

2.4 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)也就是在農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)過程中，同時采用兩種或兩種以上的修復(fù)技術(shù)開展農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)工作，不僅有效提升了土壤鎘污染的修復(fù)效率，而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)單一農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用過程中存在的不足和缺陷，提高了農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)工作的效果。比如，近年來農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)中，植物化學(xué)、植物微生物、微生活化學(xué)、動植物等聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅在土壤鎘污染修復(fù)方面取得了顯著的效果，同時也達(dá)到了保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。比如，電修復(fù)與化學(xué)修復(fù)發(fā)的聯(lián)合應(yīng)用，土壤表層鎘去除率達(dá)到了9.38%；采用1%氯化鉀+EK聯(lián)合修復(fù)法土壤中鎘的去除率更是高達(dá)84.06%，先進(jìn)的土壤鎘污染組合修復(fù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有效降低了蔬菜種植過程中的鎘污染問題，提高了農(nóng)作物種植的質(zhì)量。另外，研究部門經(jīng)過長期研究后發(fā)現(xiàn)，植物修復(fù)與化學(xué)修復(fù)的結(jié)合使用，促進(jìn)了土壤中鎘去除效果的有效提升。

2.5 新材料修復(fù)

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，為介孔材料、功能膜材料、石墨烯材料、功能單分子等新型材料在農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)中的應(yīng)用，為我國農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)工作的研究指明了方向。比如，研究人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，納米零價鐵不僅具有活性反應(yīng)強(qiáng)、還原速度快、吸附能力強(qiáng)以及表面積大等特點，借助這種新型材料開展農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)，不僅降低了鎘污染修復(fù)對土壤產(chǎn)能是的擾動，而且減輕了鎘污染修復(fù)工作對農(nóng)作物正常生長產(chǎn)生的影響，提高了農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)工作的效果。此外，研究人員經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，某功能單分子土壤調(diào)理劑在全國南方各省市農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)大面積的應(yīng)用，促進(jìn)了農(nóng)田鎘污染修復(fù)效率的有效提升，降低了農(nóng)作物籽實中的鎘含量，為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的安全高效開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。所以，加強(qiáng)農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)研究的力度，對于我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展有著極為重要的意義。

3.結(jié)語

總而言之，農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)和防治工作是人類所面臨的一個世界性難題。雖然國內(nèi)外專家學(xué)者針對土壤鎘污染治理工作的研究已經(jīng)取得了非常顯著的成效，但是相關(guān)技術(shù)在實際應(yīng)用過程中仍然存在著土壤中鎘的二次污染治理、大面積復(fù)合重金屬污染區(qū)域系統(tǒng)化治理等急需解決的問題。所以，相關(guān)部門在后期開展農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)工作時，應(yīng)該充分發(fā)揮微生物與動植物等修復(fù)技術(shù)的協(xié)同性，根據(jù)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際情況，選擇和使用科學(xué)合理的修復(fù)方法，才能在有效修復(fù)土壤鎘污問題的同時，優(yōu)化和完善生態(tài)環(huán)境，營造人與自然和諧發(fā)展的環(huán)境，推動社會的可持續(xù)發(fā)展。