閆曉強(qiáng) 李漢杰 周輝 楊澤明 張亞利 陳曉光

摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)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(zhì)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(dāng)前社會發(fā)展的首要任務(wù)。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(shí)，應(yīng)該因地制宜，結(jié)合污染的程度及來源，針對性地選擇物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)、聯(lián)合修復(fù)技術(shù)及生物修復(fù)技術(shù)等進(jìn)行修復(fù)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田土壤;重金屬污染;修復(fù)技術(shù)

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)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(jì)與科技水平得到有效提升，但同時(shí)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(shí)間長、治理難度大，因此相關(guān)管理部門應(yīng)加大對農(nóng)田重金屬污染的重視度，對其進(jìn)行深入研究，不斷創(chuàng)新并優(yōu)化修復(fù)技術(shù)，最大程度解決農(nóng)田重金屬污染問題，從而實(shí)現(xiàn)我國社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

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(jìn)入農(nóng)田土壤中，并在農(nóng)田土壤中逐漸富集，當(dāng)富集濃度超過土壤的承載力時(shí)，就會對農(nóng)作物的質(zhì)量及產(chǎn)量產(chǎn)生巨大的影響，進(jìn)而降低農(nóng)民經(jīng)濟(jì)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(guān)調(diào)查，當(dāng)Cr2+的濃度達(dá)到0.1 mg·L-1時(shí)，將嚴(yán)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(biāo)的土壤中，那么重金屬就會通過食品進(jìn)入人體，對人們的身體健康造成不利的影響，相關(guān)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(fēng)險(xiǎn)，其中87.5%的健康風(fēng)險(xiǎn)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(zhì)結(jié)合，從而抑制酶的活性，破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，危及人們的生命安全。其中，鎘是一種毒性較強(qiáng)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(zhì)相似，因此能夠替代骨骼中部分鈣，進(jìn)而導(dǎo)致人們出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、骨骼變形等不良現(xiàn)象，不利于骨骼系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，人體中鉛的富集濃度超標(biāo)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(biāo)會損害表皮組織，導(dǎo)致皮膚潰爛;鉻也能通過呼吸道進(jìn)入人體，誘發(fā)呼吸道疾病;同時(shí)，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(xiǎn)，砷中毒主要是通過長時(shí)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(yīng)用于農(nóng)作物生產(chǎn)過程中。農(nóng)藥、化肥等相關(guān)農(nóng)資用品對于農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有促進(jìn)作用，可有效提高農(nóng)作物質(zhì)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(dāng)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(dá)1 000萬t，甚至還有

1 200萬t的糧食因重金屬含量超標(biāo)出現(xiàn)了不能食用的情況，所造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億元[2]。因此，在使用這些農(nóng)資用品時(shí)一定要嚴(yán)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(yán)重的地下水及部分污染物超標(biāo)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(jìn)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(shí)間采用污水灌溉的方式進(jìn)行農(nóng)田澆灌，會導(dǎo)致農(nóng)田土壤重金屬污染加重并擴(kuò)散，進(jìn)而影響農(nóng)作物的正常生長。近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)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(jìn)行農(nóng)田澆灌，污水中的重金屬也由此進(jìn)入農(nóng)田土壤中，長時(shí)間的污水農(nóng)灌致使土壤重金屬含量超標(biāo)，進(jìn)而降低農(nóng)作物的質(zhì)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(dǎo)致其內(nèi)部重金屬遷移擴(kuò)散到周圍土壤和河流中，對土壤造成嚴(yán)重的重金屬污染。此外，由于我國當(dāng)前電子固廢垃圾傾倒法規(guī)不健全，缺少科學(xué)合理的關(guān)于電子垃圾和生活垃圾焚燒、傾倒等指導(dǎo)文件，導(dǎo)致大量電子垃圾和生活垃圾進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(biāo)。例如，有關(guān)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(jìn)行分析，結(jié)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(cè)的農(nóng)田土壤造成一定污染，通常道路兩側(cè)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(yuǎn)離道路兩側(cè)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(fù)技術(shù)

3.1 物理修復(fù)技術(shù)

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(kuò)大重金屬覆蓋面積，降低重金屬濃度等修復(fù)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(dá)國家廣泛使用。對于污染程度嚴(yán)重、污染面積較大的砂質(zhì)土壤，可以根據(jù)污染土壤的性質(zhì)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(fù)法是常見的物理修復(fù)技術(shù)，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(jìn)行遷移、富集并修復(fù)，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(shù)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(jié)構(gòu)來固定和穩(wěn)定重金屬的一種技術(shù)。冰凍土壤技術(shù)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(kuò)散。由于電熱修復(fù)技術(shù)和玻璃化技術(shù)的應(yīng)用成本較高，目前并未被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬

污染處理中。

3.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

1）淋洗絡(luò)合技術(shù)。通過將淋洗劑注入到污染土壤中，對污染土壤進(jìn)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(jìn)行科學(xué)處理，避免出現(xiàn)二次污染現(xiàn)象。淋洗絡(luò)合技術(shù)具有效率高、速度快等特點(diǎn)，常用的淋洗劑包括活性劑、螯合劑及無機(jī)溶劑。2）固化/穩(wěn)定化技術(shù)。固化/穩(wěn)定化技術(shù)是將化學(xué)藥劑注入污染土壤中，并結(jié)合土壤污染的實(shí)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(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)，防止重金屬擴(kuò)散?；瘜W(xué)藥劑會阻礙重金屬進(jìn)入農(nóng)作物，保證農(nóng)作物的產(chǎn)量及質(zhì)量，進(jìn)而為人們的身體健康提供有利的保障。當(dāng)前，市場上固化劑、穩(wěn)定化藥劑種類眾多、價(jià)格優(yōu)惠，石灰、蒙脫石使用率相對較高，修復(fù)效果明顯，維持時(shí)間長久，且不會產(chǎn)生二次污染。但是，固化劑穩(wěn)定化技術(shù)也具有一定的不足，該技術(shù)治標(biāo)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(yīng)用固化/穩(wěn)定化技術(shù)，并做好后續(xù)的跟蹤及維護(hù)工作。3）離子拮抗技術(shù)。重金屬離子之間具有一定的拮抗作用，因此在進(jìn)行土壤重金屬污染處理時(shí)，可以對重金屬離子的拮抗作用進(jìn)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(fù)技術(shù)

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要是通過改變農(nóng)業(yè)耕作方式，并利用難以進(jìn)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(fù)技術(shù)相比，農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)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(fù)技術(shù)的修復(fù)周期較長，不適用于重金屬污染嚴(yán)重、急需修復(fù)的土壤。

3.4 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

單一的農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)雖然具有一定的治理效果，但其發(fā)展受到各自缺點(diǎn)的限制，因此聯(lián)合修復(fù)技術(shù)成為農(nóng)田土壤重金屬污染處理的必然選擇。當(dāng)前，我國科研人員已經(jīng)在聯(lián)合修復(fù)技術(shù)方面取得了顯著成果，衛(wèi)澤斌等首先采用淋洗技術(shù)對重金屬污染土壤進(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，電場能夠有效提高相應(yīng)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(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是農(nóng)田土壤修復(fù)的重要手段之一，是一種利用生物吸收、轉(zhuǎn)化、消解環(huán)境污染物的技術(shù)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(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)。

1）微生物修復(fù)技術(shù)。土壤中的微生物可以吸附重金屬，微生物修復(fù)技術(shù)可以降低土壤重金屬含量，改善土壤性質(zhì)。但微生物修復(fù)技術(shù)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(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)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(fù)具有操作簡單、成本低、不破壞土壤理化性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[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(jìn)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(zhì)，對土壤的根際環(huán)境具有積極的改善作用?，F(xiàn)階段，麻風(fēng)樹、蘆葦、蘆竹、纖維大麻及紅麻等經(jīng)濟(jì)植物被廣泛應(yīng)用于我國某些地區(qū)的農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)過程中。

3.6 工程措施

工程措施也是當(dāng)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(dá)到稀釋重金屬的效果，降低單位土壤中的重金屬含量;同時(shí)，利用清潔土壤覆蓋被污染土壤表層，為農(nóng)作物提供一個(gè)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(yán)重的土壤。

4 結(jié)語

通常情況下，土壤環(huán)境可以將進(jìn)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(dāng)重金屬富集過多，嚴(yán)重超出土壤本身的承受力時(shí)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(zhì)，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(fù)技術(shù)要給予高度重視。

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（責(zé)任編輯：張春雨）

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