农田重金属污染防治技术探讨

邹 照，刘胜强，任雪菲，尹 涛，叶明强

（1.凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100；2.南方稻田重金属污染防治湖南省工程研究中心，长沙 41010）

农田重金属污染防治技术探讨

邹 照1,2，刘胜强1,2，任雪菲1,2，尹 涛1,2，叶明强1,2

（1.凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100；2.南方稻田重金属污染防治湖南省工程研究中心，长沙 41010）

农田重金属污染防治关乎人民群众的切身利益，构建农田重金属污染综合防治技术和实用模式具有重要的现实意义。介绍了国内外农田重金属污染治理现状及国内重金属污染治理存在的不足，并对农田重金属污染防治技术进行了探讨和展望。

农田；重金属污染；植物修复；联合修复

1 前言

随着我国城市化、工业化进程的加快，重金属污染对农业构成了严重威胁。根据2014年《全国土壤重金属污染状况调查公报》，我国约有3亿亩耕地受到了重金属污染，其中5000万亩的耕地污染程度达到了中度和重度污染程度，而且大多分布在南方经济发达地区及鱼米之乡。

农田重金属污染带来的直接后果是农田质量下降，导致农产品的质量下降，出口受限，同时给人体健康带来危害。据环保部门估算，耕地重金属污染导致每年粮食减产1000多万吨，受污染粮食多达1200多万吨，经济损失至少有200亿元。我国土壤污染日益加剧的趋势可能还要持续30年，而且还在转移扩散，修复资金需求超过数万亿元[1、2]。

目前，农田重金属污染出现了由矿区向农区转移、由城郊向乡村伸延、由上游向下游转移的趋势，同时出现了重金属污染从水土链向食物链延伸的现象。这意味着农田重金属污染正由逐步积累的过程开始进入突发性、连锁性、区域性爆发的阶段，应引起高度重视，农田重金属污染防治迫在眉睫[3]。

2 国内外土壤修复技术发展状况

农田土壤修复技术在发达国家已有几十年历史，这也是所有经历过工业化过程的国家都必须面对的问题。鉴于土壤重金属累积效应会大大增加修复难度，因此对土壤污染关注得越早越有利[4]。

英国作为工业革命的发源地，从20世纪中期就开始制定土壤污染控制和管理的法规，并开展了土壤的改良和修复研究。作为最早提出利用超富集植物清除土壤重金属污染的国家之一，目前英国已开发出多种耐重金属污染的草本植物用于土壤修复，并通过材料库的形式逐步开始了商业化进程。

在日本，土壤修复已是现代农业的重要组成部分，1970年颁布的《农用地土壤污染防治法》就将铜、镉等金属指定为特定有害物质。仅神通川流域污染农地修复工程，40年来的花费就达到420亿日元，这一工程目前仍在继续。

美国1930年颁布《土壤保护法》，1990年颁布《棕色地块法》，并对工厂搬迁后遗留的受污染土地的治理进行了规范。

与发达国家相比，我国对土壤污染和修复的关注起步较晚，目前已到了必须加速的阶段。国内在1983年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究，提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分布规律和分区等。目前，重金属污染土壤修复技术的基本原理主要有固化作用和活化作用，围绕这两个方面，已相应地提出了物理、化学和生物修复技术。主要用于农田重金属污染治理的技术包括植物修复技术、微生物修复技术、生态修复技术等。

3 我国土壤重金属污染防治产业的困境

由于我国重金属污染土壤修复历史不长，也存在一些问题：污染程度和范围调查精度不够；污染暴露途径判断不准确；修复技术和方案脱离污染实际；缺乏修复验收和修复完成后的环境监管；具体修复技术应用经验不足，评估体系不完善等。我国治理土壤污染的成本高、周期长、难度大。在具体修复技术应用层面上，由于经验不足和评估技术不完善等问题，可能会出现修复过度、修复风险大、修复费效比低等问题。从全国的总体情况来看，现阶段我国的技术储备和技术人才都不够充足，修复技术不成熟而导致受污染的土地难以修复。有些土壤修复项目加大投入但没有取得相应的效果，问题在于当前的修复技术不能够满足土壤修复工程和产业发展的要求。

由于土壤重金属污染的复杂性，有时靠单一方法难以修复土壤污染，需要采用多种技术进行实际操作，特别是需要大量的资金和较长的时间。采用一些物理、化学或生物的修复方法降低被污染土壤的风险或危害从而恢复其功能，降低其环境风险，总之具体采用何种技术进行土壤修复，还需要各地因地制宜，根据实际情况制定适宜的解决方案。

我国已对重金属污染土壤修复技术进行了大量研究，并且已经开始实施相关的土壤重金属污染修复工程，主要技术包括阻隔填埋、固化／稳定化、植物修复、土壤淋洗、热解吸、原位钝化修复、农业生态修复。其中前三种技术在国内已有成功的工程案例，土壤淋洗和汞污染土壤热解吸已进行工程示范。在选择重金属污染土壤修复技术时，应根据受重金属污染土壤的理化性质、污染程度、修复目标、治理经费、治理期限以及技术方法的适用范围等因素进行综合考虑，以选择最佳的技术方法或综合修复方式。

现有的污染修复技术大多还处于实验阶段，有些只适用于实验室的小规模实验以及田间试验，或有的修复技术未结合农田土壤污染实际，成本高，操作复杂，未与水稻育种、种植结合，造成修复后的农田种植水稻出现问题，与工程的实际推广尚有一定的差距。

4 农田重金属污染防治技术探讨和展望

为防治我国农田重金属污染，解决稻米Cd超标等问题，开展农田重金属污染防治技术开发与应用势在必行。

4.1 农田灌溉水源头防控技术

针对农田灌溉水污染情况，通过对农田灌溉水源头的监测，对其源头的灌溉水、尾矿库区水源等进行相应的治理，从而达到从源头上控制农田重金属污染。

为防止污染水灌溉造成农田土壤污染，采用“高效重金属净化剂”净化重金属污染灌溉水，利用高效重金属净化剂与重金属离子进行配合反应，通过调节pH值，使重金属离子通过高效沉淀得以深度净化，水处理效果显著[6]。该技术具有抗重金属冲击负荷强，可同时高效、稳定、深度脱除多种重金属离子；不受污水酸度和温度的影响，处理高效；钙、氟离子脱除高效，净化水中钙离子浓度可控；出水浓度远低于行业排放限值；处理成本低等优点。该技术的应用，能有效治理灌溉水中重金属污染，从源头防控农田重金属污染。

4.2 土壤洗脱技术

土壤淋洗是土壤修复技术之一，有广阔的应用前景。土壤洗脱技术工艺流程简单，可适用于农田土壤Cd、Pb等重金属污染治理。

该技术采取减量浓缩工艺，利用洗脱剂将土壤中的重金属洗出来，然后将洗出液回收，通过淋洗装置回收洗出液中的重金属使洗脱剂可以再生利用。该技术的关键在于洗脱剂的选取和洗脱剂再生的淋洗装置[7]。该装备处理后可使土壤中的重金属污染物去除率不低于60%，而且洗脱剂可再生利用，可大大降低应用成本。

4.3 原位钝化修复技术

原位钝化修复技术是一种经济高效的面源污染治理技术，符合我国可持续农业发展的需要。尤其对于中轻度重金属污染的农田，可实现“边生产边修复”，在保证农产品安全的前提下实现正常的农业生产，大大降低了修复成本，具有较好的应用前景。

该技术根据农田土壤中重金属的种类、含量、形态等因素，配置重金属稳定化药剂，通过添加稳定化药剂，与土壤中重金属发生氧化还原反应、共沉淀反应、分子键合反应和矿化作用，将土壤中的离子态、碳酸盐和铁锰氧化态的重金属转化为残渣态的重金属，包括重金属的单质形态、多金属羟基共沉淀物形态、硅酸盐和硅铝酸盐形态等。通过钝化技术显著降低土壤中重金属的生物有效性，阻止重金属向农作物地上部迁移，降低农作物中重金属的含量，保障粮食作物的安全生产[8、9]。

4.4 “离子反应+生物降解”复合治理技术

“离子反应”主要是利用药剂与重金属充分地快速反应，形成无害化物质；“生物降解”是利用特定的土壤微生物菌种在土壤中快速繁殖，通过微生物的酶等让重金属污染离子与药剂进一步充分反应，还可以改善土壤条件、增强土壤肥力等[10]。将两种技术优化，复合用于农田土壤重金属污染治理，具有明显的技术优势。该技术施工简单、反应均匀、效果显著且环境友好，是农田土壤重金属污染治理的一项实用技术。

4.5 植物修复技术

植物修复技术是一种用于清除环境中有毒有害污染物的绿色修复技术，拥有原位性、成本低、环境友好、不破坏土壤结构等特点，还可以改善土壤生态环境，适合于重金属中轻度污染土壤的修复，也可实现“边生产边修复”[11]。目前我国重金属污染土壤植物修复仍处于研究和小规模的示范阶段，但集众多优点的植物修复技术在农田土壤修复方面将有广阔的应用前景。

4.6 低累积水稻品种筛选联合原位钝化修复

利用水稻吸收和累积重金属的种类或品种间的差异，采用对重金属具有低累积的品种，在重金属轻中度污染的土壤上进行农业生产，以得到重金属含量达标的农产品，是轻中度重金属污染土壤上持续生产安全农产品的一条经济、有效的途径，是国际上新的研究方向[12]。

通过培养选育重金属低累积型作物品种，结合作物对重金属的吸收规律和机理，原位添加钝化剂降低土壤重金属的活性，利用重金属低量累积型的农作物在重金属轻中度污染的土壤上进行农业安全生产。

4.7 稳定化修复与农艺调控复合修复技术

利用固化稳定化药剂与土壤通过物理或化学的方法，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，阻止其在环境中迁移扩散。

高效的固化稳定化剂可降低土壤中重金属的活性，固化剂可通过物理化学方法包裹固定土壤中的重金属。固化稳定化技术在重金属污染废渣治理和重金属污染场地修复上的应用效果非常显著。在农田土壤重金属污染修复上，采用稳定化剂降低土壤中重金属的活性，将重金属的活化态转变为非活化态，降低其在土壤中的迁移能力，再结合农艺生态调控技术，通过合理的水分管理、肥料管理及耕作制度调整等措施来降低作物对重金属的吸收和累积，可实现作物中重金属含量达标生产，有效降低重金属进入食物链的风险[13]。

5 结论

土壤污染尤其是农田重金属污染严重威胁人类健康和农业的可持续发展。农田重金属污染不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而农田重金属污染修复所需的费用更是天价，再加上我国目前土壤重金属污染底数不清、土壤修复相关法律和标准缺失，土壤重金属污染治理尤其是农田的重金属污染防治任重道远[14]。

重金属污染防治是一个全球性的难题，而农田重金属污染防治更是难上加难。农田重金属污染治理是关乎广大人民群众切身利益的大事，构建土壤重金属尤其是农田重金属污染控制技术方法和实用模式，对确保粮食安全、维护社会稳定、指导和推进南方乃至全国稻米镉污染防控等均有重要意义。

[1] 宋伟，陈百明，刘琳．中国耕地土壤重金属污染概况[J]．水土保持研究，2013（2）：293-298．

[2] 崔斌，王凌，张国印，等． 土壤重金属污染现状与危害及修复技术研究进展[J]．安徽农业科学，2012（1）：373-375，447．

[3] 翁伯琦，刘朋虎，张伟利，等．农田重金属污染防控思路与技术对策研究[J]．生态环境学报，2015（7）：1253-1258．

[4] 樊霆，叶文玲，陈海燕，等．农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]．生态环境学报，2013（10）：1727-1736．

[5] 串丽敏，赵同科，郑怀国，等．土壤重金属污染修复技术研究进展[J]．环境科学与技术，2014，S2：213-222．

[6] 胡海祥．重金属废水治理技术概况及发展方向[J]．中国资源综合利用，2008（2）：22-25．

[7] 王洪才．重金属污染土壤淋洗修复技术和固化/稳定化修复技术研究[D]．浙江大学，2014．

[8] 李剑睿，徐应明，林大松，等．农田重金属污染原位钝化修复研究进展[J]．生态环境学报，2014（4）：721-728．

[9] 曹心德，魏晓欣，代革联，等．土壤重金属复合污染及其化学钝化修复技术研究进展[J]．环境工程学报，2011（7）：1441-1453．

[10] 陈剑虹，曾光明．重金属污染及其生物治理技术[J]．青海环境，2003（4）：177-180．

[11] 王海慧，郇恒福，罗瑛，等．土壤重金属污染及植物修复技术[J]．中国农学通报，2009（11）：210-214．

[12] 周歆．重金属低累积水稻品种筛选及稻田化学改良技术研究[D]．南林业科技大学，2013．

[13] 杨启良，武振中，陈金陵，等．植物修复重金属污染土壤的研究现状及其水肥调控技术展望[J]．生态环境学报，2015（6）：1075-1084．

[14] 孙鹏轩．土壤重金属污染修复技术及其研究进展[J]．环境保护与循环经济，2012（11）：48-51，75．

Review on Prevention and Control Technology of Heavy Metal Pollution in Farmland

ZOU Zhao, LIU Sheng-qiang, REN Xue-fei, YIN Tao, YE Ming-qiang

X53

A

1006-5377（2017）01-0066-03