農(nóng)田土壤重金屬污染與修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

王 瑩

保定理工學(xué)院，河北保定 071000

作為人類賴以生存和發(fā)展的重要自然資源，土壤雖然自身具備一定的自我凈化能力，但是外來(lái)污染物的逐漸增加，容易造成土壤污染問(wèn)題加劇，產(chǎn)生嚴(yán)重污染，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活造成不利影響。為保障農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，減少農(nóng)田土壤重金屬含量，對(duì)此展開(kāi)具體的分析，提出可操作性的修復(fù)方法和技術(shù)，旨在有效控制和治理農(nóng)田土壤重金屬污染，提高農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量。

1 農(nóng)田土壤重金屬污染

了解農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀，認(rèn)知其污染物的主要物質(zhì)構(gòu)成，分析污染特點(diǎn)，可加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染的全方位了解與認(rèn)知，為污染治理工作的優(yōu)化和創(chuàng)新奠定良好基礎(chǔ)。同時(shí)，著重分析農(nóng)田土壤重金屬污染的主要來(lái)源，分析污染因素和重金屬污染對(duì)環(huán)境與土壤造成的危害，可進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染的重視和關(guān)注，推動(dòng)環(huán)境治理邁向新發(fā)展階段。從多維角度入手，強(qiáng)化對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染的全方位分析，可提升農(nóng)田土壤重金屬污染治理的針對(duì)性和科學(xué)性，既能為農(nóng)作物生長(zhǎng)奠定良好基礎(chǔ)，又能針對(duì)重金屬污染問(wèn)題展開(kāi)科學(xué)化治理，有利于強(qiáng)化對(duì)綠水青山的保護(hù)，還能基于國(guó)家的宏觀環(huán)保政策，強(qiáng)化對(duì)基本農(nóng)田的保護(hù)，進(jìn)而為土壤污染治理工作的優(yōu)化蓄力，助推我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)健康、可持續(xù)發(fā)展。

1.1 農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀與特點(diǎn)分析

我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)施的粗放式經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式造成了較為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，其中最為突出的就是農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題。分析當(dāng)前我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，伴隨農(nóng)藥、化肥種類的增多，重金屬在土壤中的沉降含量也不斷增長(zhǎng)，農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量狀況不穩(wěn)定，土壤污染日漸惡劣，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成較大的影響。

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染物主要由Cr、Zn、Ni、Cu等物質(zhì)構(gòu)成，這些污染物能夠在農(nóng)田灌溉等過(guò)程中，大面積地污染土壤，對(duì)我國(guó)農(nóng)田土壤造成較大破壞。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年因重金屬污染而損失糧食高達(dá)1 200萬(wàn)余t，直接損失達(dá)200億元以上，嚴(yán)重地影響了我國(guó)糧食安全[1]。

分析我國(guó)農(nóng)田土壤污染的特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，其具有地域性、不可識(shí)別性、累積性的特點(diǎn)。地域性主要是指我國(guó)各地區(qū)工業(yè)發(fā)展水平不同，造成的農(nóng)田土壤污染程度也存在較大差異。南方地區(qū)和東北地區(qū)作為重工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，其土壤重金屬污染問(wèn)題較為嚴(yán)重，其中代表性的物質(zhì)鉛、汞、砷污染物含量，呈現(xiàn)出由西北至東南逐漸增加的趨勢(shì)，表明土壤污染有著地域性的特點(diǎn)。不可識(shí)別性主要是指土壤污染與空氣污染相比較，不具有直接的識(shí)別性，往往需要對(duì)土壤物質(zhì)組成進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，才能了解其中各類污染物的存留量，掌握其污染的情況。累積性特點(diǎn)主要是指重金屬污染不容易被稀釋、降解，其污染量不斷累積增加，在生物體中富集，對(duì)土壤造成嚴(yán)重污染。

1.2 農(nóng)田土壤重金屬污染的主要來(lái)源

首先，污水灌溉作為常見(jiàn)的灌溉方式，部分工業(yè)生產(chǎn)廢水、城市污水排放至農(nóng)田，使污水中的污染物通過(guò)農(nóng)田灌溉進(jìn)入土壤，污染農(nóng)作物，不但降低了農(nóng)作物生產(chǎn)的質(zhì)量，還會(huì)通過(guò)對(duì)農(nóng)作物的污染影響人體健康，帶來(lái)不可估量的損失和傷害。其次，農(nóng)資使用也會(huì)造成土壤重金屬污染。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)快速發(fā)展，市面出現(xiàn)了大量的農(nóng)資產(chǎn)品，例如化肥、農(nóng)藥、地膜等，這些產(chǎn)品雖然會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)較大幫助，但一旦控制不好使用量，就會(huì)使農(nóng)資產(chǎn)品中的污染物進(jìn)入土壤，并聚集在農(nóng)田內(nèi)部，產(chǎn)生污染風(fēng)險(xiǎn)。例如，磷肥中重金屬含量較高，伴生鎘就大量聚集在土壤中，對(duì)土壤造成污染。再次，大氣沉降間接造成土壤重金屬污染。人口密度的增長(zhǎng)和工業(yè)生產(chǎn)中廢氣排放量的增加，使大氣中污染物構(gòu)成復(fù)雜，大氣沉降對(duì)土壤帶來(lái)的污染逐步增加，成為造成土壤中重金屬物質(zhì)增加不可忽視的重要因素[2]。最后，固體廢物隨意排放。由于我國(guó)缺少固體垃圾和廢物處理的辦法，因此大多數(shù)生活固體垃圾和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)固體垃圾，仍然在隨意傾倒、焚燒、堆放，這些垃圾中重金屬物質(zhì)含量較高，會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤的堆放方式而對(duì)土壤造成較大的污染。

1.3 農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)環(huán)境造成的危害

農(nóng)田土壤重金屬含量超標(biāo)，容易對(duì)地下水、動(dòng)植物、農(nóng)田造成危害，嚴(yán)重者還會(huì)威脅人體的生命健康，是不可忽視的污染問(wèn)題。首先，土壤重金屬污染物增加，首當(dāng)其沖的便是對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生危害和影響。重金屬進(jìn)入土壤，在土壤中不斷累積，逐步改變土壤特性，使土壤中的生物平衡遭到破壞，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，降低農(nóng)作物產(chǎn)量。還容易使經(jīng)濟(jì)作物中重金屬含量超標(biāo)，嚴(yán)重威脅著食品安全。其次，土壤重金屬污染的擴(kuò)散，會(huì)使地下水、土壤、作物之間形成交叉感染，不但為地下水和地表水的再次利用造成較大的難度，而且交叉感染會(huì)造成污染源難以識(shí)別，為污染物的治理工作增加難度。最后，農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)人體造成不利的影響。雖然土壤重金屬物質(zhì)不會(huì)直接進(jìn)入人體內(nèi)，但可借助農(nóng)作物累積進(jìn)入人體內(nèi)，并大量堆積重金屬物質(zhì)，嚴(yán)重威脅著人體健康。

2 農(nóng)田土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)應(yīng)用探討

農(nóng)田土壤重金屬污染治理，需加強(qiáng)對(duì)多元修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用。首先，可加強(qiáng)對(duì)物理修復(fù)方法的科學(xué)化應(yīng)用，避免土壤受到二次污染。物理修復(fù)方法具備較強(qiáng)的系統(tǒng)性和科學(xué)性，可基于土壤污染狀態(tài)，采用熱脫附技術(shù)、電修復(fù)技術(shù)、工程技術(shù)等展開(kāi)土壤污染修復(fù)。其次，可運(yùn)用生物修復(fù)方法，助力農(nóng)田土壤植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，以此改善土壤重金屬污染問(wèn)題，進(jìn)而形成良性循環(huán)。再次，可利用化學(xué)修復(fù)方法對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)，提高安全、無(wú)害的農(nóng)作物質(zhì)量。最后，可利用聯(lián)合修復(fù)方法實(shí)現(xiàn)3種修復(fù)技術(shù)的融合，以此提升修復(fù)的系統(tǒng)性和綜合性，確保借助優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)方法修復(fù)農(nóng)田，以提高重金屬污染治理效率，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，為農(nóng)作物生長(zhǎng)奠定良好基礎(chǔ)。

2.1 應(yīng)用物理修復(fù)方法，杜絕土壤二次污染現(xiàn)象的發(fā)生

在農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)中應(yīng)用物理修復(fù)方法，可通過(guò)分別運(yùn)用熱脫附技術(shù)、電修復(fù)技術(shù)與工程技術(shù)3種方法，有效改善農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題，杜絕土壤二次污染現(xiàn)象的發(fā)生。

一是利用熱脫附技術(shù)。此種技術(shù)主要是采用加熱的方法，將農(nóng)田土壤中包含的重金屬物質(zhì)以氣態(tài)的形式揮發(fā)出來(lái)，具有工藝簡(jiǎn)單、治理徹底的優(yōu)勢(shì)，但耗能較大，容易導(dǎo)致二次污染，適用于污染較輕、土壤深厚，且污染物容易擴(kuò)散的農(nóng)田土壤。

二是利用電修復(fù)技術(shù)。電修復(fù)技術(shù)主要是將直流電連入受污染的農(nóng)田土壤中，使土壤中污染的重金屬離子在電場(chǎng)作用下，向兩極移動(dòng)并集中在兩極，方便集中處理污染物，處理時(shí)效較快[3]。此種方式見(jiàn)效快、無(wú)毒副作用，但可控性較差，適用于黏土、淤泥土等農(nóng)田土壤。

三是利用工程技術(shù)。利用工程技術(shù)修復(fù)農(nóng)田土壤中的重金屬污染，可通過(guò)在被污染的土壤上方加入其他未被污染的土壤，利用適合的方法祛除已被污染的土壤上層，通過(guò)深翻降低重金屬污染濃度。具有有效祛除重金屬，并增加土壤肥力的優(yōu)勢(shì)，但工程量普遍較大，適用于污染較輕的農(nóng)田土壤。

不同的物理修復(fù)方法適用情況不同，借助其加強(qiáng)土壤修復(fù)時(shí)，需提前強(qiáng)化對(duì)農(nóng)田土壤中重金屬污染物的科學(xué)化分析，既要選擇恰當(dāng)?shù)男迯?fù)方法進(jìn)行修復(fù)，有要實(shí)現(xiàn)多種物理修復(fù)方法的有機(jī)融合，以此實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，爭(zhēng)取取得最佳的修復(fù)效果。

2.2 應(yīng)用生物修復(fù)方法，促進(jìn)農(nóng)田土壤植物的生長(zhǎng)發(fā)育

生物修復(fù)方法，也被稱為生物治理方法，是利用生物對(duì)環(huán)境污染的吸收、代謝、降解等功能，在環(huán)境中對(duì)污染物質(zhì)的降解起到催化作用，即加速去除環(huán)境污染物的過(guò)程。目前的生物修復(fù)技術(shù)主要是針對(duì)自然環(huán)境領(lǐng)域，諸如水污染生物修復(fù)、土壤污染生物修復(fù)等。從某種程度上來(lái)說(shuō)，生物修復(fù)是一個(gè)受控的過(guò)程，或者說(shuō)是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。

應(yīng)用生物修復(fù)方法改善農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題，可通過(guò)利用生物修復(fù)技術(shù)改變農(nóng)田土壤中的生物形態(tài)，吸收部分動(dòng)植物與微生物中的重金屬，減輕重金屬危害。例如，老鼠、蚯蚓等動(dòng)物對(duì)農(nóng)田土壤中的重金屬具有富集作用，可以在新陳代謝過(guò)程中吸收一定的重金屬，改變土壤中的生物形態(tài)。

首先，可通過(guò)利用此種特征，在被污染的農(nóng)田土壤中投放此類動(dòng)物將土壤中的重金屬集中起來(lái)，并妥善予以處理，從而有效修復(fù)重金屬污染的土壤。

其次，利用植物修復(fù)技術(shù)，將一些生命力較強(qiáng)的植物投放在重金屬污染的農(nóng)田土壤中，利用此類技術(shù)降低重金屬濃度，修復(fù)農(nóng)田土壤。此外，還可通過(guò)利用微生物修復(fù)技術(shù)，通過(guò)將真菌、細(xì)菌及放線菌等投放在已感染的農(nóng)田土壤中，將重金屬轉(zhuǎn)化為毒性較低的形式，減輕重金屬對(duì)其他生物的影響。

雖然生物修復(fù)方法見(jiàn)效相對(duì)較慢，但治理成本相對(duì)較低，且修復(fù)效果較佳。因此，應(yīng)用頻率相對(duì)較高。強(qiáng)化對(duì)生物修復(fù)方法的全方位認(rèn)知和了解，有利于促進(jìn)農(nóng)田土壤植物生長(zhǎng)發(fā)育。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，生物修復(fù)方法也在逐漸被優(yōu)化和創(chuàng)新，進(jìn)一步加強(qiáng)研究，有利于農(nóng)田重金屬污染治理工作的持續(xù)性創(chuàng)新。

2.3 應(yīng)用化學(xué)修復(fù)方法，有效提高安全無(wú)害農(nóng)作物質(zhì)量

在農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)過(guò)程中，應(yīng)用化學(xué)修復(fù)方法，可通過(guò)利用穩(wěn)定化技術(shù)、淋洗技術(shù)、固化劑等3種方式，根據(jù)不同重金屬污染情況，科學(xué)選擇修復(fù)技術(shù)，提高農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)效率，提高安全無(wú)害農(nóng)作物質(zhì)量。

首先，利用穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題。穩(wěn)定化技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)已經(jīng)受污染的農(nóng)田土壤中加入一種或多種化學(xué)藥劑，即“鈍化劑”，有效降低重金屬的遷移性，將其轉(zhuǎn)化為不活躍狀態(tài)，從而杜絕重金屬在農(nóng)作物中的侵入。其中，鈍化劑主要分為有機(jī)類和無(wú)機(jī)類2種類型，無(wú)機(jī)類主要包括石灰、工業(yè)副產(chǎn)品、含磷物質(zhì)等，如磷肥、磷礦、粉煤灰、沸石、海泡石等等。此類無(wú)機(jī)類物質(zhì)應(yīng)用于農(nóng)田土壤，能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供生長(zhǎng)必需的磷元素，有效修復(fù)重金屬污染的農(nóng)田，改善土壤酸堿度，有效吸附固定住土壤中的重金屬，防止其遷移進(jìn)入農(nóng)作物。有機(jī)類包括生物碳和有機(jī)肥，能夠?yàn)檗r(nóng)作物生長(zhǎng)提供各類元素，提高土壤肥力。

其次，利用淋洗技術(shù)修復(fù)農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題。此種方式主要是通過(guò)利用化學(xué)沖劑對(duì)土壤中的重金屬污染物質(zhì)進(jìn)行充盈，將液體中含有的污染物分離出來(lái)，以達(dá)到修復(fù)污染的目的。在具體應(yīng)用中，可通過(guò)利用淋洗效果較好的檸檬酸、硝酸和醋酸等淋洗液，最大化減輕淋洗技術(shù)對(duì)土壤和農(nóng)作物的傷害[4]。

再次，利用固化技術(shù)修復(fù)農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題。固化技術(shù)主要是通過(guò)向已污染的農(nóng)田土壤中添加固化劑，如羥基苯磺酸。利用此種固化劑將重金屬形成滲透性較低的固體混合物，降低重金屬元素在土壤中的遷移性。據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定化技術(shù)具有治理效率高優(yōu)勢(shì)，但此種方法難以將重金屬根除，僅適用于受污染面積小的農(nóng)田土壤，具有一定限制；淋洗技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，修復(fù)快，但費(fèi)用相對(duì)較高，容易造成水污染；固化技術(shù)雖不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，但也無(wú)法將重金屬根除。因此，在選擇化學(xué)修復(fù)方法改善農(nóng)田土壤重金屬污染狀況時(shí)，需要根據(jù)不同污染狀況與需求科學(xué)選擇，才能保證治理效果。

2.4 應(yīng)用聯(lián)合修復(fù)方法，取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)修復(fù)農(nóng)田

應(yīng)用聯(lián)合修復(fù)方法改善農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題，主要指的是綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、生物3種修復(fù)技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，改善單一修復(fù)技術(shù)存在的不足之處，發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，綜合解決農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)題。同時(shí)，也可通過(guò)運(yùn)用農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，配合其他3種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，更好地發(fā)揮其修復(fù)效果。其中，利用物理、化學(xué)、生物3種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，主要可通過(guò)運(yùn)用降解菌、真菌、超級(jí)類植物組合修復(fù)技術(shù)；土壤動(dòng)物、植物、微生物組合修復(fù)技術(shù)；化學(xué)氧化、生物降解修復(fù)技術(shù)；生物、蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)等修復(fù)方法，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)聯(lián)合使用修復(fù)農(nóng)田，改善農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)象[5]。

為保證此類修復(fù)方法真正發(fā)揮其作用和價(jià)值，需要針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂?、地?shì)、污染情況，因地制宜，根據(jù)種植作物的種類、污染源、土壤背景、土壤類型以及污染種類等差異問(wèn)題，制定針對(duì)性、差異化的修復(fù)方案，保證修復(fù)的有效性和科學(xué)性。在此基礎(chǔ)上，還需要建立相關(guān)規(guī)定與管理體系，做好聯(lián)合修復(fù)方法的使用知識(shí)與技術(shù)普及，講清在怎樣的污染情況下才可使用聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，以真正提高重金屬污染防治效率。

此外，還可通過(guò)利用近年來(lái)興起的農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，包括農(nóng)業(yè)調(diào)控措施與生態(tài)修復(fù)措施，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田土壤的水分管理、土壤改良、作物育種、植物間套作等農(nóng)業(yè)調(diào)控適當(dāng)添加重金屬螯合劑、土壤改良劑等，改善農(nóng)業(yè)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提升農(nóng)作物生長(zhǎng)水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于農(nóng)資、固體廢料、污水排放量等污染來(lái)源不斷增加，造成我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染海量持續(xù)上升，不但造成較為嚴(yán)重的污染問(wèn)題，對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)造成的不利影響，而且降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，威脅人體的生命健康。為進(jìn)一步做好農(nóng)田土壤重金屬污染防治工作，對(duì)土壤重金屬污染處理方式展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)單一的處理方法難以有效解決復(fù)雜的污染問(wèn)題。對(duì)此，需要污染治理工作選擇物理、生物、化學(xué)修復(fù)結(jié)合的方式，根據(jù)農(nóng)田土壤重金屬物的組成情況，以及污染的程度和特點(diǎn)，選擇合適的修復(fù)和治理手段，保障重金屬海量降低，農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，保障人們的生命健康，促進(jìn)我國(guó)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。