4种农田重金属污染修复技术

2018-03-09 18:40:56 作者：徐应明 来源：农业部环境保护科研监测所 浏览次数：0 网友评论 0 条

编者按：近年来，我国重金属污染呈现出加剧态势，土壤重金属污染对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。2014年4月18日，环境保护部和国土资源部发布的调查公报显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。由于农田重金属污染具有形成的复杂性、长期的累积性、发生的隐蔽性、毒性的缓效性、诊断的特殊性和恢复的长期性，导致重金属污染已经成为人体健康的“隐形杀手”。我国科研人员在农田重金属污染防治领域做了大量工作，采取了很多卓有成效的措施。今天，农业部环境保护科研监测所的徐应明研究员就像大家介绍4中主要的农田重金属污染修复技术。

在加强农田重金属污染控制上，可以采取多种措施。如，加强源头污染管控与治理、增加耕地土壤自身对重金属的承载能力、提高土壤pH值、加快土壤环境保护立法、加强耕地重金属污染修复治理重大技术研究、制定耕地重金属污染修复评价技术标准、建立农田重金属污染修复生态补偿机制等。

那么，关于农田土壤重金属污染的修复技术，主要有哪些呢？

污染土壤修复的技术原理可概括为：（1）以降低污染风险为目的，即通过改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；（2）以削减污染总量为目的，即通过处理将有害物质从土壤中去除，以降低土壤中有害物质的总浓度。

基于上述基本原理，人们提出物理、化学、生物和农艺调控等多种修复类型。与工业场地重金属污染相比，农田土壤重金属污染面积巨大，但主要以中轻度污染为主，其修复技术与方式的选择需要首先考虑农业生产方式和类型，其次兼顾有效性、经济性和推广性。

目前，可用于农田重金属污染修复技术主要包括如下四种：工程措施；农艺调控措施；钝化修复技术；植物修复技术。

1. 工程措施

利用物理的方法进行污染土壤的修复，主要包括客土法、翻耕混匀法、去表土法、表层洁净土壤覆盖法等。客土法（换土法）指重污染土壤则多采用客土或换土的方式，但换出的土壤应进行妥善处理；稀释法（翻耕混匀）指在污染土壤中加入大量未被污染的土壤来降低重金属含量；去表土法指将受到重金属污染的表层土壤清除，然后进行翻耕；深耕翻土法（旋耕法）指污染程度轻、土层厚、面积小的污染场地可采用深耕翻土的方法。

客土法对重金属污染重、面积小的农田，特别是设施农业局部大棚土壤重金属污染具有非常明显的修复效果，不受外界条件限制，治理效果彻底；翻耕混匀法治理效果不明显；去表土法和表层洁净土壤覆盖法效果较好，但仍然需要注意下层重金属污染。

农田重金属污染工程治理技术由于涉及工程量大，费用高，只适宜用于小面积的、污染严重的土壤修复；对于大面积农田重金属污染修复不仅需要大量的人力、物力，成本高，而且容易引起农田肥力减弱，耕层破坏。日本富山县水稻田镉污染采用客土法治理，整项工程耗资407亿日元（约合3.4亿美元），覆盖神通河盆地863公顷农田（约30万人民币/亩），花费治理时间33年。

 2. 农艺调控措施

主要指采取农艺方法，如水分管理、施肥调控、低累积品种替换、调节土壤pH值、调整种植结构等措施来控制农田重金属污染，直接或间接达到修复农田重金属污染的目的。研究表明：水稻全生育期淹水，可显著降低土壤镉有效态，降低稻米中镉的吸收累积。

农艺调控措施具有操作简单、费用较低、技术较成熟，缺点是修复效果有限，仅适应于农田重金属轻微和轻度污染的修复；其中，种植结构调整有可能导致农民难以接受及影响粮食数量安全。

为了降低土壤砷的毒性，一般修复措施可采用水田改旱地种植模式。但在镉砷复合污染下，水田改旱地会增加镉的生物有效性。所以镉砷污染农田治理需要统筹考虑，以免在降低镉污染的同时，却增加了砷污染。

在农田镉含量处于污染临界值附近或已受镉污染的土壤上，应避免施用高量的酸性肥料如尿素、氯化铵、普钙，以及其他酸性物料。在常用磷、钾肥中，磷酸二铵和硫酸钾在镉污染土壤上施用更为适合。同时，在农作物生长时期，在作物茎叶表面喷施硒肥、锌肥或硅肥等微量元素，可以抑制或拮抗农作物对重金属镉、砷等的吸收累积。

在轻度重金属污染的农田种植低累积作物品种可以明显降低作物地上部重金属累积量，但低累积作物品种对重金属含量稍高的土壤不适应，需要与诸如化学钝化修复技术进行联合；此外，低积累作物品种（如水稻）来源得不到保障。

镉在不同作物中的累积大小为：葱蒜类＞叶菜类＞根茎类＞豆类＞茄果类＞瓜类，所以对菜地重金属镉污染，可以通过调整农作物品种起到一定的修复效果。

3. 原位钝化修复技术

指通过调节土壤理化性质以及吸附、沉淀、离子交换、腐殖化、氧化-还原等一系列反应，将土壤中的有毒重金属固定起来，或者将重金属转化成化学性质不活泼的形态，降低其生物有效性，从而阻止重金属从土壤通过植物根部向农作物地上部的迁移累积，以达到治理污染土壤的一种修复技术。

钝化修复技术具有修复速率快、稳定性好、费用低、操作简单等特点，同时不影响农业生产，可以实现边修复边生产，尤其适用于修复大面积中轻度重金属污染农田土壤。大量研究表明：土壤经钝化修复后，重金属镉、铅等有效态一般可降低30%-60%，农作物（稻米、蔬菜地上部）中镉、铅等含量可降低30%-70%；一般土壤中镉、铅等钝化修复稳定性可以达到3年以上。但该项修复技术可能会影响土壤环境质量，修复长期稳定性需要进行长期监控评估。

在目前实际开展的农田重金属污染修复中，主要以化学钝化修复为主，辅助农艺调控措施等，以达到重金属污染农田的安全生产，控制稻米等农产品重金属超标问题。

4. 植物修复技术

目前，常用的土壤重金属污染修复植物为超富集植物，超富集植物是指能超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物，一般超富集植物地上部（茎和叶）重金属含量是普通植物在同一生长条件下的100倍，其临界含量分别为镉100mg/kg, 锌10000mg/kg，铅、铜、镍均为1000mg/kg；同时，植物地上部的重金属含量高于根部该种重金属含量，对高浓度的金属有较强的忍耐性，植物对土壤中重金属的富集系数大于1。

目前，国内筛选出的重金属超富集植物主要有：砷超富集植物-蜈蚣草；镉超富集植物-龙葵和天蓝遏蓝菜；锌、镉超富集植物-东南景天；铜积累植物-海州香薷等。

植物修复技术具有修复成本低、适应性广，耐受性强、不破坏土壤理化性质等优点；但超积累植物通常矮小，生物量低，生长缓慢，修复效率低，不易于机械化作业，植物无害化处理难度大。此外，受不同地区气候等自然条件不同影响，超积累植物在不同地区生长也受到影响。

一般超富集植物修复中度污染镉、砷污染农田至少需要十年以上，甚至长达几十年至上百年；对重金属轻度污染土壤，一般不易采用植物修复。植物修复比较适应于高重金属污染土壤，但随着修复年限的增加，修复效率也会逐渐下降，影响修复治理效果，增加治理费用。