孫文博

摘 要：我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到農(nóng)田土壤重金屬污染的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。闡述了污染的根源及其波及范圍，提出了生物修復(fù)及物理化學(xué)修復(fù)等策略，實例剖析了植物與微生物修復(fù)手段在實際操作中的功效，探討了修復(fù)技術(shù)的發(fā)展動向及所遇挑戰(zhàn)，為我國農(nóng)田土壤污染技術(shù)的應(yīng)用提供一定參考。

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文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

農(nóng)田土壤的重金屬污染難題已上升為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。這種污染起源于工業(yè)、農(nóng)業(yè)行為以及城市化發(fā)展，土壤質(zhì)量、作物生長及人體健康均可能受到影響。針對這一難題，深入研究我國農(nóng)田土壤重金屬污染治理技術(shù)的應(yīng)用、方法及成效，并研究其未來走向十分重要，有利于推動農(nóng)田土壤生態(tài)健康、確保農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和安全，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀分析

1.1 探討我國農(nóng)田土壤重金屬污染的來源及特性

我國農(nóng)田土壤重金屬污染來源主要包括工業(yè)排放、農(nóng)藥施用、化肥施用、廢棄物填埋以及生活污水等。工業(yè)進(jìn)程常常導(dǎo)致多種重金屬的排放，例如，鉛、鎘和汞等重金屬會透過大氣降落與水體流轉(zhuǎn)途徑進(jìn)入土壤。這些工業(yè)廢氣和廢水可能對土壤產(chǎn)生直接或間接的影響，進(jìn)而引發(fā)環(huán)境污染。不恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)行為可能導(dǎo)致土壤重金屬污染。農(nóng)藥與化肥內(nèi)含金屬成分，銅、鋅等金屬長期使用會使土壤中的含量升高。城市垃圾中的廢棄物包含各類金屬元素，這些廢棄物填埋后也可能會入侵土壤。

上述途徑帶來的重金屬會在土壤中持久沉積，久而久之便會引發(fā)土壤品質(zhì)下降。重金屬元素過量會導(dǎo)致土壤生態(tài)及植物生長受損，可能沿食物鏈蔓延至人體內(nèi)，誘發(fā)人體健康的潛在風(fēng)險。因此，重塑土壤重金屬污染的治理與修復(fù)成效至關(guān)重要，有利于確保農(nóng)田土壤健康，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1.2 關(guān)鍵金屬元素種類及分布狀況

我國農(nóng)田土壤主要的重金屬元素有鉛、鎘、汞、鉻等，它們的分布狀況受地域及各類污染源的制約。重金屬元素，如鉛、鎘，在工業(yè)集聚地帶含量通常較高。工業(yè)廢水與廢氣可能釋放出大量鉛、鎘等重金屬，歷經(jīng)長期工業(yè)污染的影響，這些元素在土壤中易于沉積[1]。農(nóng)業(yè)區(qū)的土壤重金屬元素主要受農(nóng)藥和化肥長期施用所誘發(fā)，一般農(nóng)藥與化肥內(nèi)皆含銅、鋅等金屬成分，它們隨著農(nóng)業(yè)活動的頻繁進(jìn)行逐漸在土壤中沉積。廢棄物填埋可能是部分區(qū)域污染的源頭，多種金屬元素或許存在于其中，最終影響土壤質(zhì)量。

1.3 污染物對農(nóng)作物壯大及食品安全的影響

重金屬污染會對農(nóng)作物生長發(fā)育帶來負(fù)面作用，會全方位地影響植物的生理活動和生長環(huán)境。重金屬過量積累可能會影響植物對其他必需營養(yǎng)元素的吸收和利用，例如，氮、磷、鉀等元素會導(dǎo)致植物的生理機能失調(diào)和生長受阻。這些重金屬有可能直接抑制根部的發(fā)育，并影響了根部生長及養(yǎng)分?jǐn)z取，致使植物全面發(fā)展受限。同時，重金屬會影響植物光合作用，使其葉綠素生成受阻，葉片生理作用受損，從而制約其光合作用，引發(fā)植物生長受限。此外，植物攝取部分重金屬后會在植物體內(nèi)積累，民眾食用含重金屬的農(nóng)作物時，容易發(fā)生疾病而導(dǎo)致健康受損，如毒素侵染、持久性疾病等。

鑒于土壤重金屬污染可能影響食品安全，相關(guān)部門務(wù)必運用高效的修復(fù)技巧及管理策略以降低其對農(nóng)產(chǎn)品的損害。相關(guān)部門應(yīng)采用適當(dāng)?shù)耐寥乐卫矸椒ǎ缟镄迯?fù)、化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)等，減少土壤重金屬含量，從而降低農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染概率。同時，要調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤利用的監(jiān)測與管理策略，保障食品質(zhì)量。

2 農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)技術(shù)

2.1 生物治理方法

植物修復(fù)是通過植物吸收土壤中的重金屬，以降低土壤重金屬含量的一種生態(tài)修復(fù)手段。選用特定植物的原因是它們具備較強的重金屬吸收和適應(yīng)性。在此過程中，植物根部會汲取土壤中的重金屬元素，并將其植入植物體內(nèi)，囤積于根部與地表層。植物修復(fù)的優(yōu)勢在于操作簡便，費用較小，修繕過程還能提升環(huán)境品質(zhì)。然而，植物修復(fù)能力有限，修復(fù)進(jìn)度稍顯滯后，且對于某些重金屬的攝取量也較為受限。

微生物修復(fù)技術(shù)可以借助微生物的代謝功能，對土壤中的重金屬污染物進(jìn)行分解或轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低毒性或不易溶解的狀態(tài)。此策略采納了具備抗逆性和轉(zhuǎn)化潛力的微生物菌種，受污染土壤納入其中。這些微生物通過代謝能力，重金屬分解或改變，從而降低其毒性和生物學(xué)效應(yīng)[2]。相較于植物修復(fù)，微生物修復(fù)在效率和特異性方面表現(xiàn)更為優(yōu)異。然而，微生物修復(fù)技術(shù)在應(yīng)對微生物生存環(huán)境的復(fù)雜性和修復(fù)效果的可預(yù)測性方面仍存在挑戰(zhàn)。

值得注意的是，生物修復(fù)技術(shù)在實際操作中通常會混合應(yīng)用，各自發(fā)揮優(yōu)勢，規(guī)避單一方法不足。制定適宜的修復(fù)策略需兼顧土壤性質(zhì)、污染程度、修復(fù)成效及經(jīng)濟投入等多方面因素，以適應(yīng)各種環(huán)境的需求。

2.2 理化修復(fù)方法

物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)是一種通過物理和化學(xué)方式解決土壤重金屬污染問題的技術(shù)手段，旨在降低對生態(tài)和生物的負(fù)面影響。該技術(shù)涉及多種方法，包括特定物質(zhì)注入、化學(xué)還原、離子交換技術(shù)以及電滲析工藝等。

特定物質(zhì)注入是通過向土壤中引入特定修復(fù)劑來實現(xiàn)修復(fù)的方法。這些修復(fù)劑包括石灰、泥土和有機成分等，有利于優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)和特性，增強土壤對重金屬的吸附能力。常見修復(fù)劑會顯著降低重金屬的活性，減少對土壤中生物活性的影響，從而減輕對周邊環(huán)境和生物的負(fù)面影響。這一方法的優(yōu)勢在于簡便易行，且能夠在較短時間內(nèi)見到效果。

化學(xué)還原方法是指通過使用還原劑，將土壤中的重金屬離子轉(zhuǎn)化為不易溶解或難溶狀態(tài)，從而降低其毒性。常見的還原劑包括亞硫酸鹽和硫酸亞鐵，它們可以與金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡y以溶解的固體物質(zhì)，從而減輕毒性及遷移效應(yīng)。這一方法在處理重金屬污染土壤時能夠有效地改變重金屬的形態(tài)，使其更難對周圍環(huán)境造成危害。

離子交換技術(shù)依賴于土壤本身的離子交換屬性，可以通過重金屬離子替換土壤膠體表面吸附的其他離子，從而降低重金屬的活性。采用鈣、鎂等離子替代土壤內(nèi)的有毒金屬，有利于減少土壤中重金屬的釋放速度與生物利用率。這一技術(shù)有助于改變土壤中的離子平衡，減緩重金屬的遷移和生物富集。

電滲析工藝主要是依托電場力量，采用電泳技術(shù)和溶質(zhì)輸送手段，收集并處理土壤中的有毒金屬。通過電場的作用，驅(qū)使土壤中的重金屬離子移向電極，完成收集或轉(zhuǎn)移至指定地點進(jìn)行處理。這一方法可以高效地提取土壤中的有毒金屬，降低其濃度，進(jìn)而減輕對生態(tài)環(huán)境的危害。

3 農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 案例一：植物修復(fù)在某地區(qū)農(nóng)田的應(yīng)用

在某地區(qū)農(nóng)田，由于長期受到工業(yè)排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行為的共同影響，土壤中的重金屬含量已經(jīng)過高，對生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成了威脅。為了應(yīng)對這一問題，工作人員選擇采用植物修復(fù)手段，通過引入適應(yīng)本地生態(tài)環(huán)境且具備重金屬吸收功能的植物來處理土壤污染。以下將詳細(xì)闡述該植物修復(fù)計劃的執(zhí)行過程及取得的成果。

在實施植物修復(fù)計劃前，工作人員進(jìn)行了深入的土壤調(diào)研，以準(zhǔn)確辨別土壤中重金屬污染的種類和程度。這一調(diào)研為后續(xù)修復(fù)工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確保了修復(fù)計劃的科學(xué)性和有效性。為了適應(yīng)當(dāng)?shù)厍闆r，選用柳樹和夏枯草等生態(tài)適應(yīng)性強、具備對重金屬的吸收和富集能力的植物。同時，在污染農(nóng)田環(huán)境中實施了全面的種植與管理措施。監(jiān)測團(tuán)隊對土壤樣本及修復(fù)植被的發(fā)展情況進(jìn)行了定期搜集，并對周圍狀況進(jìn)行了留意和記錄。這一系統(tǒng)的監(jiān)測機制有助于及時發(fā)現(xiàn)問題，保障修復(fù)計劃的順利進(jìn)行。

隨著修復(fù)計劃的執(zhí)行，經(jīng)過一段時間的監(jiān)測，土壤中的重金屬被修復(fù)植物累積并逐漸減少，尤其在植物的根部發(fā)現(xiàn)了較多的污染物質(zhì)累積。數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果表明，修復(fù)后土壤中的重金屬含量有所減少，而修復(fù)植物呈現(xiàn)出茁壯的成長態(tài)勢，其株高和葉綠素含量等生長指標(biāo)保持在正常范圍內(nèi)。這表明植物修復(fù)策略在該地農(nóng)田土壤重金屬污染治理上取得了顯著的成果。通過對修復(fù)區(qū)域與對照區(qū)域的比對研究，可以明顯看到修復(fù)地帶土壤重金屬含量減少以及修復(fù)植物的生長狀況。這一對比驗證了植物修復(fù)技術(shù)在農(nóng)田土壤重金屬污染治理上的高效性和實際可行性。修復(fù)后的土壤環(huán)境顯示出良好的恢復(fù)趨勢，證實了植物修復(fù)作為一種環(huán)保治理手段的有效性。這一案例切實展示了植物修復(fù)技術(shù)在環(huán)保治理領(lǐng)域的應(yīng)用價值。通過引入適應(yīng)性強、吸收能力優(yōu)越的植物，成功地實現(xiàn)了農(nóng)田土壤重金屬污染的治理和修復(fù)。

3.2 案例二：微生物修復(fù)技術(shù)在特定農(nóng)田的實施

在某農(nóng)田的特定區(qū)域，土壤長期受到重金屬污染的侵襲，為解決這一問題，工作人員采用了微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行治理。這一技術(shù)的核心思想是利用特定微生物菌株來降解和轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬元素，從而減輕土壤的污染程度。在整個修復(fù)過程中，工作人員進(jìn)行了細(xì)致的土壤調(diào)研與評估，鑒別了污染的種類和程度，為后續(xù)的修復(fù)工作奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

為了有效應(yīng)對重金屬污染，工作人員選擇了能夠降解和轉(zhuǎn)化特定重金屬的微生物菌株進(jìn)行治理。這些菌株經(jīng)過仔細(xì)挑選和實驗核實，可以確保其在農(nóng)田環(huán)境中有能力分解或改變重金屬元素。適宜的微生物菌株被引入到污染農(nóng)田的環(huán)境中后對金屬污染進(jìn)行了有效的控制，修復(fù)的效果較好。

實施修復(fù)方案后，監(jiān)測團(tuán)隊展開了對土壤樣本的定期搜集與解析。采用前沿科技監(jiān)測土壤中重金屬成分的波動，并詳細(xì)分析了微生物的繁衍狀況。這一監(jiān)測過程旨在全面了解修復(fù)效果，特別是關(guān)注微生物對土壤環(huán)境的影響，以評價微生物修復(fù)對環(huán)境的作用。經(jīng)過一段時間的執(zhí)行與監(jiān)測，調(diào)研結(jié)果顯示，修復(fù)區(qū)土壤中的重金屬濃度有所減輕，微生物菌株具有一定程度的降解或轉(zhuǎn)換功能。這表明選擇的微生物菌株在實際環(huán)境中具有良好的適應(yīng)性和修復(fù)效果。

4 農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的發(fā)展趨勢和問題

4.1 技術(shù)演變與新型策略

未來農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的進(jìn)步主要涉及生物技術(shù)驅(qū)動的優(yōu)化。這需要對植物種類進(jìn)行更精細(xì)的挑選，并對微生物菌株進(jìn)行優(yōu)化，提高重金屬吸收、降解或轉(zhuǎn)化的效果。針對各類土壤及重金屬元素組合，科學(xué)家與研究員致力于發(fā)掘更具適應(yīng)力的植物及優(yōu)化微生物菌株，提升恢復(fù)成效與速度[3]。

未來的研究重點是推進(jìn)智能高效修復(fù)材料的研發(fā)，新型材料如納米材質(zhì)、功能性復(fù)合材料備受矚目，這些材料能精確地吸附、轉(zhuǎn)化或修復(fù)土壤中的重金屬，為修復(fù)工程提供更高效率的策略。此外，生物科技與物理化學(xué)領(lǐng)域的交融將成為未來治理農(nóng)田金屬污染的主流方法，旨在打造全面且高效的修復(fù)策略，優(yōu)化重金屬修復(fù)效率與速度。

4.2 存在的問題與難題

盡管某些修復(fù)方法在短時間內(nèi)可能取得顯著成果，但對其在長期內(nèi)的效果和對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，仍需要深入研究和驗證，從而確保修復(fù)效果持久，避免引發(fā)新的環(huán)境問題。工作人員應(yīng)不斷改進(jìn)和調(diào)整現(xiàn)有的治理技術(shù)，以適應(yīng)不同環(huán)境條件和土壤類型。農(nóng)田金屬污染目前存在的問題與難題可以概括為以下3點。

第一，在廣泛運用農(nóng)田土壤重金屬治理技術(shù)時，修復(fù)費用可能會迅速攀升，成為難以承受的負(fù)擔(dān)。因此，需要尋求經(jīng)濟高效、可持續(xù)的治理策略，包括研發(fā)更具成本效益的技術(shù)、提高治理效率以降低成本，以及制定政策和措施，支持農(nóng)民和相關(guān)產(chǎn)業(yè)參與土壤修復(fù)。

第二，重金屬污染的來源多種多樣，土壤的性質(zhì)也各異。因此，不同的治理措施需要根據(jù)具體的污染類型和土壤特性進(jìn)行調(diào)整。并不存在一種適用于所有情況的通用修復(fù)方法。在實施修復(fù)策略時，需要根據(jù)具體的污染狀況采取有針對性的治理措施，并及時調(diào)整策略以適應(yīng)不同環(huán)境條件。

第三，在修復(fù)過程中，應(yīng)用的技術(shù)和材料可能會引發(fā)新的污染，或?qū)е乱呀?jīng)被治理的污染物重新進(jìn)入環(huán)境，從而導(dǎo)致二次污染。為了防范這一風(fēng)險，工作人員需要在修復(fù)過程中謹(jǐn)慎選擇技術(shù)和材料，并采取措施來減少或阻止二次污染的可能性，包括監(jiān)測和評估修復(fù)過程中的潛在風(fēng)險、及時調(diào)整治理措施以降低風(fēng)險等。

4.3 未來可持續(xù)發(fā)展的展望

為了確保農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的持續(xù)應(yīng)用，跨學(xué)科協(xié)同與創(chuàng)新至關(guān)重要。運用環(huán)境科學(xué)、生物技術(shù)以及工程技術(shù)等多方面知識，持續(xù)優(yōu)化修復(fù)策略與手段成為關(guān)鍵。這種綜合性的方法有助于不斷改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，尋求更高效、更可持續(xù)的土壤修復(fù)方案。

調(diào)整政策扶持和強化監(jiān)管力度同樣至關(guān)重要。這些措施能夠推動修復(fù)技術(shù)的研發(fā)與市場應(yīng)用更好地結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)其應(yīng)用與普及于市場。通過更好地利用技術(shù)，可以更有效地保障農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平衡，從而確保農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，進(jìn)而推動農(nóng)業(yè)長期健康發(fā)展。在實施過程中，需關(guān)注技術(shù)實施的可行性、經(jīng)濟效益以及環(huán)保特性。

有效解決土壤重金屬污染問題不僅需要技術(shù)手段，還需要考慮其在不同場景中的可行性和成本效益。這樣的綜合性考量有助于制定更為全面、持久有效的解決策略。針對土壤重金屬污染問題，跨學(xué)科的協(xié)同合作、政策調(diào)整與監(jiān)管力度的加強以及對修復(fù)技術(shù)可行性與經(jīng)濟效益的關(guān)注，已為提供更全面、更持久有效的解決策略打下了基礎(chǔ)。這些努力有助于促進(jìn)土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，維護(hù)生態(tài)平衡，并確保農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，推動農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

5 結(jié)束語

我國農(nóng)田土壤重金屬污染問題較為嚴(yán)峻，相關(guān)部門應(yīng)深入探究重金屬污染如何對土壤及農(nóng)作物產(chǎn)生負(fù)面影響，并使用生物修復(fù)、物理化學(xué)修復(fù)等多類修復(fù)手段進(jìn)行治療。通過案例討論，揭示了植物修復(fù)與微生物修復(fù)技術(shù)在實際農(nóng)田中的實際運用及良好的治理效果，并在后文探討了維修技藝的演變走向、所遇挑戰(zhàn)和前景展望。盡管我國農(nóng)田土壤重金屬污染治理已經(jīng)取得了一定的成果，但仍需繼續(xù)努力。同時，為了確保農(nóng)田土壤重金屬治理的持續(xù)性，更細(xì)致地探究及跨領(lǐng)域協(xié)作勢在必行，相關(guān)部門應(yīng)致力于促進(jìn)該領(lǐng)域科技的發(fā)展與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李雄飛.重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)的工程應(yīng)用分析[J].皮革制作與環(huán)保科技，2020，4（8）：138-140.

[2] 藍(lán)慧.土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)村科學(xué)實驗，2021（35）：11-13，36.

[3] 王濤，王翼鵬，楊旭，等.重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)的工程應(yīng)用分析[J].中國資源綜合利用，2021，39（11）：130-132.