張小胖，羅賢冬

（安徽省勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230031）

1 背景

1.1 農(nóng)用地土壤重金屬污染現(xiàn)狀

土壤是人類活動的基本場所，為人類生存發(fā)展提供重要資源，也是污染物重要的源與匯。隨工業(yè)化與城市化的發(fā)展，越來越多的有毒有害物質(zhì)伴隨人類活動進(jìn)入土壤，使得主壤污染問題日益突出。我國耕地土壤超標(biāo)率為19.4%，其中Cd、Ni、Cu、As等重金屬為主要污染物。全國每年因重金屬污染而導(dǎo)致糧食減產(chǎn)達(dá)100多萬噸，此外被重金屬污染的糧食也超過1200萬噸，造成經(jīng)濟(jì)損失200億元。農(nóng)田土壤重金屬污染可影響農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量，還會危害人類健康，己引起公眾和政府廣泛的關(guān)注。

1.2 土壤重金屬污染修復(fù)發(fā)展情況

在切斷污染源的基礎(chǔ)上對重金屬污染農(nóng)田土壤進(jìn)行修復(fù)，目前主要有兩種思路：一種思路是通過各種修復(fù)技術(shù)，將重金屬污染物從土壤中移除（活化）；另一種是使重金屬盡可能固定在土壤中，而不是進(jìn)入作物，特別是食用和飼用作物的可利用部分（鈍化）。現(xiàn)有的重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)基本技術(shù)都是基于這兩種思路進(jìn)行研發(fā)的，可分為物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)3個大類，見下表1。常見的物理技術(shù)方法包括深耕法、排土法、客土法、電動修復(fù)法和熱處理法等；化學(xué)技術(shù)方法主要有施用改良劑或抑制劑法、化學(xué)淋洗法等；生物技術(shù)方法主要包括植物修復(fù)技術(shù)、動物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。截至到目前，已經(jīng)有一些運用修復(fù)技術(shù)取得顯著成效的實例，如對來自北京市區(qū)和云南省昆明市郊區(qū)土壤的污泥堆肥試驗表明，粉煤灰對污泥中的 Cu、Zn、Pb 有一定的鈍化效果[1]。在湖南省、廣西省等南方省份的研究證實，施用硅肥可顯著降低水稻[2]、甘蔗[3]等作物對Cd、As 等重金屬的吸收。我國油菜產(chǎn)區(qū)通過篩選得到 2 種優(yōu)良的 Cd 超積累油菜品種溪口花籽和川油Ⅱ-10[4]，在利用植物修復(fù)技術(shù)防治 Cd污染方面具有很大潛力。從北京市延慶區(qū)某鉛礦廠周邊土壤中篩選得到的1株青霉菌對人工培養(yǎng)基中有效Pb的去除率超過 95%[5]，為利用微生物修復(fù)技術(shù)防治重金屬污染開辟了新途徑。

2 有效態(tài)重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究思路

（1）了解農(nóng)用地有效態(tài)重金屬污染的土壤質(zhì)量狀況及其空間分布。以銅陵某地為研究區(qū)域，通過野外調(diào)查和室內(nèi)綜合研究相結(jié)合的方法，研究表層農(nóng)田土壤中有效態(tài)重金屬含量、評價土壤質(zhì)量；查明農(nóng)田土壤有效態(tài)重金屬空間分布情況及不同土壤類型質(zhì)量的分布情況，進(jìn)而解析有效態(tài)重金屬污染源的來源。

（2）探尋農(nóng)用地表層土壤中度污染有效態(tài)重金屬控制技術(shù)。在上述土壤質(zhì)量評價的基礎(chǔ)上，以中度重金屬污染農(nóng)田為對象，選擇中度污染的水田、旱地，研究土壤改良、鈍化劑施用等措施與農(nóng)田表層土壤中有效態(tài)重金屬含量的相關(guān)性研究，獲得適用于銅陵某地主要農(nóng)田土壤以及耕作模式的表層土壤的有效態(tài)重金屬控制技術(shù)。

（3）探尋農(nóng)用地中度重金屬污染糧食作物安全生產(chǎn)技術(shù)。基于表層土壤有效態(tài)重金屬控制技術(shù)，通過選擇不同糧食作物品種、不同水肥管理措施等，獲得低吸收、低積累、質(zhì)量安全的糧食（水稻、小麥、玉米、豆類等）生產(chǎn)技術(shù)。

表1 現(xiàn)有重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)基本技術(shù)

（4）探尋農(nóng)用地中-重度重金屬污染非糧作物生產(chǎn)技術(shù)。結(jié)合表層土壤有效態(tài)重金屬控制技術(shù)，以中-重度重金屬污染農(nóng)田為對象，通過篩選耐性水生或旱生非糧作物類（飼料作物、纖維作物、花卉類等）、改變種植結(jié)構(gòu)等措施，以提高農(nóng)田利用率、增加農(nóng)民收入為目標(biāo)，獲得中-重度重金屬污染農(nóng)田非糧作物生產(chǎn)技術(shù)。

3 修復(fù)技術(shù)研究方案

在收集以往1:25萬多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查、1:5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價成果等資料的基礎(chǔ)上，選擇銅陵某地作為修復(fù)研究工作區(qū)，針對該區(qū)的污染狀況按照上述研究思路，提出相應(yīng)的方案。該處由于礦業(yè)開采和冶煉導(dǎo)致該處農(nóng)田土壤中重金屬（Cu、Zn、Pb、Cd等）升高，引起不同程度的農(nóng)田土壤污染。

圖1 研究區(qū)域簡圖

選擇具有多重金屬污染特點的銅陵某處農(nóng)田作為研究區(qū)域，該區(qū)域部分農(nóng)田土壤主要受酸性礦業(yè)廢水污染，檢測表明該研究區(qū)域表層農(nóng)田土壤中Cu、Zn和Pb的含量分別為48.2mg/kg～205.8 mg/kg土 壤、180.2mg/kg～229.9 mg/kg土壤和101.7mg/kg～201.9 mg/kg土壤整體而言，所選擇區(qū)域以中度污染為主，兼具部分具有重度污染的農(nóng)田（靠近溪流的部分農(nóng)田）。

目前常用的表層農(nóng)田土壤有效態(tài)重金屬控制技術(shù)主要包括調(diào)節(jié)pH（如施加石灰等堿性材料）、施加鈍化劑（如施用有機(jī)肥、施加人工合成的螯合劑、使用吸附天然或人工合成的吸附材料等）、調(diào)整水肥管理等。多數(shù)情況下往往采用多措施聯(lián)用技術(shù)。依據(jù)之前所述的土壤修復(fù)研究思路，提出該區(qū)的土壤修復(fù)研究工作方案，采用小試→中試→示范的方案。

3.1 農(nóng)田表層土壤有效態(tài)重金屬控制技術(shù)研發(fā)（室內(nèi)小試）

為了獲得更為合理實用的農(nóng)田表層土壤有效態(tài)重金屬控制技術(shù)（以下簡稱“控制技術(shù)”），擬在所選定的試驗區(qū)域開展“pH調(diào)節(jié)”、“鈍化劑篩選”、“pH調(diào)節(jié)+鈍化劑施用”以及“pH調(diào)節(jié)+鈍化劑施加+水肥管理”等技術(shù)研發(fā)工作，具體方案如下：

“pH調(diào)節(jié)”技術(shù)研究方案——通過室內(nèi)盆栽試驗，選擇石灰、生物質(zhì)碳等堿性材料，通過單一施加、混合施加等方法以及調(diào)整施加比例、施加頻次等手段，采樣測定供試土壤中的有效態(tài)重金屬含量，估算投入成本等，最終獲得操作簡單、成本合理的pH調(diào)節(jié)技術(shù)。

“鈍化劑篩選”技術(shù)研究方案——通過室內(nèi)盆栽試驗，選擇生物有機(jī)肥、天然或人工合成螯合劑、黏土礦物或人工合成吸附材料、市售鈍化劑等，通過單一施加、混合施加等方法以及調(diào)整施加比例、施加頻次等手段，采樣測定供試土壤中的有效態(tài)重金屬含量，估算投入成本等，最終篩選出2～3種價格低廉、施用方便的鈍化材料。

“pH調(diào)節(jié)+鈍化劑施用”技術(shù)研究方案——通過室內(nèi)盆栽試驗，融合上述所獲得的“pH調(diào)節(jié)”和“鈍化劑篩選”技術(shù)，采樣測定供試土壤中的有效態(tài)重金屬含量，估算投入成本等，最終獲得1～2種價格低廉、施用方便的“pH調(diào)節(jié)+鈍化劑施用”技術(shù)。

“pH調(diào)節(jié)+鈍化劑施加+水肥管理”技術(shù)研究方案——利用“pH調(diào)節(jié)+鈍化劑施用”技術(shù)研究所獲得成果，施以不同是水肥管理措施（如長期淹水、自然降水、間歇灌溉，一次施肥、多次施肥，施用有機(jī)肥、施用化學(xué)肥料、施用有機(jī)肥+化學(xué)肥料等），在不同時間采集盆內(nèi)土壤樣本，測定有效態(tài)重金屬含量，通過評價土壤中有效態(tài)重金屬含量變化、pH變化、養(yǎng)分變化及其持續(xù)性等，最終獲得3～4套適用于提升中度重金屬污染區(qū)農(nóng)田土壤質(zhì)量的“中度污染控制技術(shù)”。

3.2 原位試驗（野外中試）

在選定的試驗地內(nèi)，將試驗地劃分成若干長×寬=3m×5m（面積15m2）的試驗小區(qū)，試驗小區(qū)用塑料擋板隔開，各試驗小區(qū)間相隔1m，防止試驗小區(qū)之間的相互干擾。

利用前述所獲得的“中度污染控制技術(shù)”應(yīng)用于試驗小區(qū)內(nèi)，開展中試試驗，驗證前述所獲得的“中度污染控制技術(shù)”的實用性；即時監(jiān)測土壤中有效態(tài)重金屬含量變化，及時調(diào)整中試試驗過程中的相關(guān)參數(shù)，最終獲得1～2套可用于田間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“中度污染控制技術(shù)”。

3.3 農(nóng)用地中度重金屬污染糧食作物安全生產(chǎn)技術(shù)方案

首先，將前述獲得的1～2套“中度污染控制技術(shù)”，在選定的試驗地區(qū)域，選擇5～6個水稻品種、3～5個小麥品種、3～5個油菜品種，進(jìn)行現(xiàn)場種植試驗，每一品種種植面積為：5重復(fù)×100m2/重復(fù)，同時設(shè)置相應(yīng)的、未實施“中度污染控制技術(shù)”區(qū)域?qū)φ諈^(qū)。

然后，按照作物生長規(guī)律，在不同生長階段采集試驗區(qū)和對照區(qū)的土壤和作物樣本，測定土壤中有效態(tài)重金屬含量和作物樣本中重金屬含量，測定作物的生理生態(tài)特征。最終，以農(nóng)作物產(chǎn)量、食用部分重金屬含量、土壤有效態(tài)重金屬含量等指標(biāo)為評價依據(jù)，獲得1～2套“中度重金屬污染農(nóng)田糧食作物安全生產(chǎn)技術(shù)”。

3.4 農(nóng)用地中-重度重金屬污染非糧作物生產(chǎn)技術(shù)方案

糧食作物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重點種植的農(nóng)作物，但在常見栽培的農(nóng)作物中尚有許多非糧農(nóng)作物，例如蔬菜作物、纖維作物、牧草作物、花卉類等，這些作物的種植同樣能夠獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，甚至高于糧食作物。

研究發(fā)現(xiàn)，某些非糧作物不僅能夠在重金屬污染農(nóng)田土壤上生長，有時還生長較好、產(chǎn)量較高。某些非糧作物通過排斥吸收或拒絕吸收等機(jī)制，使得其體內(nèi)的重金屬含量較低，它們能夠滿足某些特定的生產(chǎn)、生活需要。為了充分利用某些作物的這一特點、減少農(nóng)田土壤修復(fù)成本、提高農(nóng)田利用率，本研究中專門開展“中-重度重金屬污染農(nóng)田非糧作物生產(chǎn)技術(shù)”研發(fā)。具體研發(fā)方案如下：

（1）適用于農(nóng)用地土壤中-重度污染生長的非糧作物的選擇：①蔬菜作物：茭白（受污染水田）、芋（受污染旱地）、茄果蔬菜（受污染旱地）；②旱作牧草：狼尾草、紫花苜蓿；③水生花卉：黃菖蒲、梭魚草、美人蕉、再力花、千屈菜；④其他作物：紅豆、黃香草木樨、大豬屎豆、粉莢決明、決明。

（2）適用于農(nóng)用地土壤中-重度污染生長的非糧作物的栽培：在所選擇的試驗區(qū)內(nèi)，進(jìn)行現(xiàn)場種植試驗，每一種作物種植面積為：5重復(fù)×100m2/重復(fù)，同時在未污染或輕度污染區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的對照區(qū)。按照作為生長規(guī)律，在不同生長階段采集試驗區(qū)和對照區(qū)的土壤和作物樣本，測定土壤中有效態(tài)重金屬含量和作物樣本中重金屬含量，測定作物的生理生態(tài)特征。最終，以農(nóng)作物產(chǎn)量、植物體內(nèi)重金屬含量、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)為評價依據(jù)，獲得1～2套“中-重度重金屬污染農(nóng)田非糧作物生產(chǎn)技術(shù)”，提高土地利用率。

4 結(jié)語

本文主要闡述了目前農(nóng)用地土壤重金屬污染的現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)的發(fā)展情況，著重針對農(nóng)用地有效態(tài)重金屬污染修復(fù)提出了研究思路，并以銅陵某處作為研究工作區(qū)為例，針對該區(qū)污染的特點，詳細(xì)提出該區(qū)的土壤修復(fù)研究工作方案，即采用小試→中試→示范的方案。利用上述研究所獲得的各項技術(shù)，可為具有相似區(qū)域有效態(tài)重金屬污染農(nóng)田的高效、合理、安全利用提供技術(shù)支撐，為政府決策及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)。