生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理農(nóng)田土壤重金屬污染研究

陳文姬 陳院華

1、江西省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究與規(guī)劃院 2、江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所3、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部酸化土改良與利用重點實驗室 4、國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心

前言

農(nóng)田土壤受到重金屬污染的主要原因就是人類的活動導(dǎo)致其土壤當中重金屬的含量嚴重超標，一般來說，重金屬毒性以及污染危害性較強的是鉻、汞、銅等等，土壤受到重金屬污染后人們很難發(fā)現(xiàn)，具有較強的滯后性，農(nóng)田土壤受到重金屬污染，一方面會對農(nóng)作物產(chǎn)生危害，使農(nóng)作物產(chǎn)量出現(xiàn)嚴重下降，另一方面，還會通過食物鏈導(dǎo)致重金屬毒素不斷地累積，嚴重危害人類健康。近些年工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致大量廢水、廢氣等被排放，如果大量的固體廢棄物沒有被妥善處理，將會對我國的農(nóng)田造成非常嚴重的影響，我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)田土壤重金屬污染形勢比較嚴峻，比如我國北方一些較大規(guī)模的城市，某些種植蔬菜的基地以及糧食生產(chǎn)基地都有不同程度的重金屬污染，因此治理這一污染問題勢在必行。

1 治理土壤重金屬污染概述

當前世界各國對于農(nóng)田土壤受到重金屬污染問題的治理主要有三種方式，第一種就是將被重金屬污染的農(nóng)田區(qū)域與沒有受到重金屬污染的農(nóng)田進行隔離，防止重金屬污染問題擴散到其他的農(nóng)田區(qū)域。第二種就是要盡可能地將土壤當中的重金屬元素除去。第三種就是合理地將農(nóng)田土壤中重金屬元素的形態(tài)以及性質(zhì)進行改造，盡量把重金屬在土壤環(huán)境當中會進行擴散的特性以及生物有效性降低，為了能夠達到這一目的，通常會使用工程技術(shù)措施、物理修復(fù)措施、化學(xué)修復(fù)措施、生物修復(fù)措施以及農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)相關(guān)措施。農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)就是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中能夠因地制宜，合理地應(yīng)用一些種植管理制度對農(nóng)田環(huán)境進行改變，以此地盡量降低重金屬對農(nóng)田土壤所造成的污染以及危害。這種修復(fù)方式需要投入的資金成本相對比較低，實際操作難度較小并且基本上不會將需要修復(fù)的區(qū)域原有的種植習(xí)慣以及種植方式改變，這種方法能夠充分將生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)整的能力發(fā)揮到極致，這也種方式更加適合于我國現(xiàn)在的基本情況，農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)常用的有以下兩種，第一種是農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)，第二種是生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

2 農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)有關(guān)的措施

農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)的相關(guān)措施就是根據(jù)所在區(qū)域的實際情況，合理地將耕作的制度進行調(diào)整，利用選擇重金屬含量比較少的化肥以及增加能夠?qū)⒅亟饘龠M行固定的有機肥料，對農(nóng)作物種植的品種進行合理的調(diào)整，盡可能地降低農(nóng)作物吸收重金屬元素的效率。

2.1 合理地進行施肥

隨著社會的發(fā)展，人口數(shù)量不斷增長，糧食的安全問題已經(jīng)成為社會各界較為關(guān)注的話題，耕地面積的不足以及人口壓力的增大導(dǎo)致在農(nóng)作物種植過程當中頻繁地出現(xiàn)過量施肥以及大肆濫用化肥的問題，這些現(xiàn)象將會導(dǎo)致農(nóng)田土壤的結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致土壤質(zhì)量出現(xiàn)較大幅度的下降，甚至?xí)o土壤帶來污染。所以，必須要合理利用并使用化肥，將產(chǎn)量與質(zhì)量、施肥與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系協(xié)調(diào)處理好。不同類型的化肥在重金屬的含量以及化肥自身的化學(xué)性質(zhì)上有著一定的差異，因此對于農(nóng)田土壤所帶來的影響也不盡相同。有一些種類的肥料當中含有較高比例的重金屬，如果長期使用這些類型的化肥將會導(dǎo)致土壤受到重金屬的污染以及破壞，根據(jù)查閱資料能夠看到，國外某地區(qū)長期大量地使用磷肥，導(dǎo)致土壤的pH值已經(jīng)發(fā)生了一定幅度的變化，進而將會導(dǎo)致重金屬的生物有效性質(zhì)出現(xiàn)改變，這將會影響到農(nóng)作物吸收重金屬的效率。經(jīng)過國內(nèi)相關(guān)專家的研究可知，使用不同類型的化肥可以有效地控制農(nóng)作物吸收重金屬的效率。近些年因為很多地區(qū)大量使用化肥并且對于有機肥料的重視程度明顯不足，導(dǎo)致很多地區(qū)的農(nóng)田土壤出現(xiàn)板結(jié)、龜裂、生物活性出現(xiàn)嚴重下降等問題，這些問題將會嚴重影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量以及質(zhì)量。如果能夠較好地將無機肥料與有機肥料進行調(diào)配，能夠有效改善土壤的質(zhì)量，將農(nóng)田土壤當中微生物以及生物活性提高，有效提升土壤對于重金屬的吸附作用，進而能夠改善農(nóng)作物的質(zhì)量以及產(chǎn)量。

2.2 重視對生物有機肥料的使用

生物有機肥料就是指具有特定的功能的微生物以及動植物經(jīng)過無害化處理之后的殘渣等等，生物有機肥料當中有機物質(zhì)含量豐富，能夠有效提高土壤的質(zhì)量，增強土壤肥力，除此之外，有機物質(zhì)能夠有效將重金屬進行吸附，盡量地減少農(nóng)作物以及植物對于重金屬的吸收效率。國內(nèi)專家的研究可知生物有機肥料能夠?qū)⒅亟饘俑患饋?，也就是說生物有機肥料能夠較好地對重金屬進行固定。生物有機肥料當中由于含有大量的有機物質(zhì)，因此其對土壤中的重金屬元素所產(chǎn)生的影響相對復(fù)雜程度比較高，并且有機物質(zhì)種類的差異、土壤特性的差異以及重金屬類別的不同所呈現(xiàn)出來的修復(fù)效果也會有所不同，所以要根據(jù)實際情況合理地選擇最適宜的生物有機肥。

2.3 利用秸稈還田

這一方式是對秸稈進行高效地再利用，秸稈埋到土壤當中之后能夠被微生物分解成為腐殖質(zhì)，這些腐殖質(zhì)能夠有效提高農(nóng)田土壤的質(zhì)量以及肥力，能夠讓土壤更加緊實，不會出現(xiàn)板結(jié)、龜裂等現(xiàn)象，除此之外，還可以有效提高農(nóng)田土壤當中微生物的數(shù)量、微生物的種類以及微生物酶的活力，進而能夠幫助農(nóng)作物根部的生長，有效提高農(nóng)作物種植的產(chǎn)量以及質(zhì)量。埋放到土壤當中的秸稈對于重金屬的吸附以及生物活性的提升有著非常重要的作用，秸稈在腐爛分解的過程當中能夠產(chǎn)生多種類的有機酸、糖類物質(zhì)以及高含氮量的化合物，這些物質(zhì)能夠高效地與金屬氧化產(chǎn)物以及礦物當中的金屬離子產(chǎn)生反應(yīng)，相互作用形成具有穩(wěn)定性質(zhì)的物質(zhì)，這樣就能夠?qū)⑼寥喇斨械慕饘俚男螒B(tài)以及性質(zhì)進行改變，進而降低重金屬對于土壤以及農(nóng)作物的危害。值得注意的是，秸稈在腐爛分解的過程中所產(chǎn)生的不同類型的有機酸也會對農(nóng)作物的根部產(chǎn)生一定程度的負面影響，所以在秸稈還田時還應(yīng)加入一定量的石灰，作用是為了將產(chǎn)生的有機酸進行中和，并且所使用的秸稈必須是沒有受到重金屬污染的土壤中所生長出來的農(nóng)作物，這樣做的目的是為了避免秸稈中可能存在的重金屬擴散到農(nóng)田土壤當中。

2.4 調(diào)整完善種植制度及體系

要合理地對農(nóng)作物種植制度進行調(diào)整，要根據(jù)實際情況合理地改變農(nóng)作物種植的種類，這樣能夠有效降低農(nóng)作物對土壤中重金屬元素的吸收效率。如果是一些被污染程度相對嚴重而且不應(yīng)當種植糧食農(nóng)作物的農(nóng)田區(qū)域，要合理地將種植物調(diào)整為苗木以及花卉，如果是被污染的程度處于輕度以及中度的區(qū)域，可以適當?shù)胤N植一些抗重金屬毒害能力較強的農(nóng)作物，這樣能夠盡量降低重金屬元素對農(nóng)作物質(zhì)量的影響。不同種類的農(nóng)作物所具備的特點有差異，所以對于土壤當中重金屬的吸收效率也有一定的不同。依照不同類型農(nóng)作物對重金屬的吸收效率的特征，根據(jù)不同農(nóng)田區(qū)域受到重金屬污染的程度不同，要合理地選擇能夠種植的農(nóng)作物種類，盡可能地降低土壤中重金屬對于農(nóng)作物的負面影響，這樣才能夠?qū)⑹艿轿廴镜霓r(nóng)田有效地利用起來。

2.5 合理選擇抵抗能力較強的農(nóng)作物品種

不同類型的農(nóng)作物對于重金屬的累積程度存在較大的不同，并且不同類型的農(nóng)作物對重金屬的危害也能夠體現(xiàn)出不同程度的抵抗性，所以可以利用田間試驗的方式選擇對于重金屬累積較少以及對于重金屬危害抵抗能力較強的農(nóng)作物，多種植這種類型的農(nóng)作物能夠有效降低重金屬對于人體健康的危害。除此之外，把土壤不斷地翻松也能夠?qū)⒕奂谕寥辣砻娴闹亟饘僭胤稚⒌礁顚哟蔚耐寥喇斨?，這樣能夠間接地達到將土壤中重金屬含量進行稀釋的目的，并且利用太陽的直射也能夠?qū)⑼寥乐邢x卵、細菌等殺死。根據(jù)國內(nèi)專家的研究可知，將土壤定期進行翻松能夠有效降低土壤的容重，合理地對土壤當中的水含量進行調(diào)整，促進土壤中各類型的有機物不斷腐爛分解。將土壤進行翻松應(yīng)當要與增加有機肥料進行合理的結(jié)合，這樣做不僅僅能夠?qū)ν寥澜Y(jié)構(gòu)進行調(diào)整優(yōu)化，并且還能夠提高土壤中礦物質(zhì)風(fēng)化的速度，確保農(nóng)作物的質(zhì)量以及產(chǎn)量。

3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)有關(guān)措施

生態(tài)修復(fù)技術(shù)相關(guān)的措施就是對土壤中的水分含量、pH值等進行合理的調(diào)整，這樣能夠?qū)⑼寥乐亟饘偎幍沫h(huán)境介質(zhì)進行改變，進而降低重金屬對土壤以及農(nóng)作物的危害。土壤中的重金屬通常情況下都是一些過渡元素，這些重金屬化合價通常情況下極易發(fā)生改變，會因為所處環(huán)境的pH值發(fā)生變化而出現(xiàn)改變，除此之外形狀不同的重金屬穩(wěn)定性以及生物的有效性之間也存在較大的差別。所以要想對被重金屬污染的農(nóng)田土壤進行修復(fù)可以對土壤的pH值進行合理的調(diào)整，盡量降低重金屬的活性以及有效性。

3.1 合理控制土壤當中的水含量

需要注意的是，利用污水對農(nóng)作物進行灌溉是讓土壤以及農(nóng)作物中重金屬含量增加的主要原因之一，因此在對農(nóng)田土壤的水分進行監(jiān)督管理時，首先就是要保證灌溉水源是能夠使用的合格水質(zhì)。因為工業(yè)生產(chǎn)中的污水重金屬、污染物的含量非常高，因此不能將工業(yè)生產(chǎn)污水作為灌溉的水源，除此之外，生活產(chǎn)生的污水要是想用來灌溉農(nóng)田，必須要經(jīng)過無害化處理并且通過質(zhì)量檢測之后才能夠使用。

3.2 利用石灰將土壤的pH值進行合理的調(diào)整

通常情況下農(nóng)田中的重金屬有一部分是以金屬陽離子的形式存在的，金屬陽離子的擴散性相對比較強，并且生物可利用性相對較高，所以其對土壤以及農(nóng)作物所造成的危害也是最大的。在受到重金屬污染的農(nóng)田土壤當中加入一定量的石灰能夠?qū)⑼寥赖膒H值合理地調(diào)高，這樣的環(huán)境能夠加速重金屬不斷形成碳酸鹽以及氫氧化物并且沉淀，這樣做能夠?qū)⑼寥乐兄亟饘僭斐傻奈：Υ蠓档停M而降低農(nóng)作物對于重金屬的吸收效率。國內(nèi)相關(guān)專家利用田間試驗來分析研究鉛、鋅等重金屬污染的土壤中利用石灰對土壤的修復(fù)作用，經(jīng)過試驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)在土壤中加入一定量的石灰之后能夠有效降低白菜對于土壤中鉛、鋅等重金屬的吸收效率，在土壤中加入一定量的石灰來降低農(nóng)作物對于重金屬的吸收效率，這一方法適合用于重金屬輕度以及中度污染的土壤當中；除此之外，專家也對石灰等修復(fù)藥劑對于鉻污染的土壤進行了研究，根據(jù)試驗的結(jié)果能夠明顯地看到，在土壤中添加一定量的石灰能夠有效將土壤的pH值提升，能夠有效降低土壤當中鉻元素的含量，所以能夠認定石灰能夠有效地對受到重金屬污染的土壤進行修復(fù)。值得我們注意的就是，在農(nóng)田土壤當中添加一定量的石灰的時候必須要充分考慮到農(nóng)作物的類型以及土壤的特性，添加的石灰量要合理，不能夠大量并且連續(xù)添加石灰，否則有可能會導(dǎo)致土壤中的有機物質(zhì)分解的速度過快，腐爛分解之后的物質(zhì)無法積聚，進而有可能導(dǎo)致土壤的結(jié)構(gòu)受到較大程度的破壞，還有可能在土壤較深層次的地方產(chǎn)生一定量的碳酸鈣等物質(zhì)，這些物質(zhì)不斷沉淀會對農(nóng)作物的生長造成嚴重的負面影響，并且在土壤中添加一定量的石灰所帶來的副作用也值得我們繼續(xù)研究。

4 結(jié)語

綜上所述，當前我國有一部分農(nóng)田土壤被重金屬污染的程度比較嚴重，但是我國對于土壤的修復(fù)工作起步時間較短，還有很多工作需要開展以及優(yōu)化。對于農(nóng)田土壤重金屬污染的實際情況，要合理地選擇修復(fù)技術(shù)措施對土壤進行修復(fù)，這一工作勢在必行。農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)是一種成本較低、操作過程難度較小的修復(fù)手段，因此各地方農(nóng)業(yè)主管部門應(yīng)對此加以重視。在利用農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)對受到重金屬污染的土壤進行修復(fù)時，要與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作進行有機結(jié)合，這樣一方面能夠有效降低修復(fù)的成本，另一方面操作會更加簡單。但是農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)還存在一些問題，比如修復(fù)化肥的時間較長等等，因此還需要我們進一步進行探索。