基于重金属污染的农业土壤修复技术探究

张济世

（陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075）

农业土壤在被重金属污染后，重金属将随着植被的生长转移到其体内，对植被产生较大程度的毒害，导致植物高度、根茎范围、叶面积、果实数量等受到影响，浓度较高的重金属还可能造成植被光合作用速率下降以及叶绿素含量减少。一方面，由于土壤中重金属的转移，外来重金属离子取代正常植物体内与生物大分子相辅相成的原有重金属离子，并在植物体内发生多种作用，制约植物的正常生长和新陈代谢等。另一方面，重金属离子进入植物体内可能产生对代谢酶正常分泌有害的物质，引起过氧化物酶（POD）、超氧化物气化酶（SOD）活性大幅降低，催化分解细胞代谢产生的H2O2与还原其他氧化物，在调节细胞免于死亡过程中起重要作用。过氧化氢酶含有丰富的巯基或与其他活性基团相互作用，从而改变酶的活性，呈现毒性作用。

1 农业土壤重金属的危害

土壤中的重金属进入植物体内后，在粮食、蔬菜等其他农作物中积累产生重金属蔬菜、镉大米等毒害性食品。人类一旦在生活中购买这种食品，通过食用进入人体内部，将直接危害人体健康。上世纪中叶，在日本北海道札幌县水俣湾发现人类历史上第一例重金属污染所导致的疾病“水俣病”，该病致病源为长期留于体内的汞金属，主要病症为行动迟缓、步履艰难、视力与智力明显下降。随后不久，在日本神奈川县神通川河岸附近出现第一例“骨痛病”，患者全身骨骼疼痛不止，并随时间推移，原本正常的骨骼变得越来越畸形，且骨密度大幅降低，软骨柔韧度严重不足，极易发生骨折。20世纪90年代，中国松嫩平原出现砷中毒事件，患者在12小时内出现急性肠胃炎相关症状，并伴有严重贫血和呼吸困难。我国最近一次重金属中毒事件发生在2016年，云南省红河哈尼族彝族自治州金平苗族瑶族傣族自治县出现铅中毒事件，中毒人员身体免疫力和抗病毒能力降低、记忆力严重减退，经研究铅中毒将对人体神经系统和消化功能的正常工作造成负面影响，甚至导致死亡。

2 我国农业土壤重金属污染的主要来源

2.1 土壤重金属污染来源于大气

大气中存在的污染物，因某种原因被沉降地面，简称大气沉降，是造成土壤重金属污染的主要来源之一。化工产品制造业、石油天然气冶炼工业、城市交通运输产生的汽车尾气、煤炭开采及矿物开发产业等人类的生产，产生大量重金属污染物，严重污染大气，经过干沉降或湿沉降落到地表，进而造成土壤重金属污染。由此可见，人类城市开发、工业开发、人口数量和聚集密度与土壤重金属污染具有密切联系。我国著名环境学家，中华人民共和国国家海洋局院士张孝男女士深入研究石家庄市郊区农业蔬菜种植基地重金属污染源头，据调查报告显示，蔬菜可食用部分的铬元素、砷元素与钯元素等重金属物质，与土壤扬尘、大气沉降关系密切，是导致当地农业土壤重金属超标的关键因素。

2.2 土壤重金属污染来源于污水

污水农业灌溉，是将城市产生的生活废水、工业废水等污水用作农业浇灌。污水农业灌溉的土壤极易形成盐碱化土地板结变硬，同时重金属元素污染物质将严重地破坏农田的功能性。我国著名农业学家康振东对农田灌溉区的研究调查显示，由于城市污水农业灌溉所导致的田地土壤重金属超标，是造成田地污染的主要来源，同时也是现阶段我国最严重的环境问题之一，河北、河南、天津、山东等地区由于人口密度大、工业企业多等因素，重金属污染问题极其严峻。我国农业学家张良玉在对天津市郊农田污染区的研究调查显示，田地土壤超出国家相关标准的重金属污染元素主要有铅和汞，其中蔬菜种植土壤中铅元素超出国家相关标准近1/2，汞元素超出近1/3。

3 基于重金属污染的农业土壤修复技术

3.1 利用物理修复进行农业土壤修复工作

农业土壤物理修复是指通过外界做功的物理形式修复重金属污染农业土壤，其主要应用工程实施方案降低土壤中的有害物质。常规实施手段包括客土法、换土法等。一方面，客土法是用重金属元素在可控范围内的优质土壤覆盖于污染土壤表面，并确保优质土壤的深度大于农作物根茎主要生长层的深度，使得农作物尽量避免污染土壤对其造成的危害。另一方面，换土法指的是采取挖掘被污染土壤，并混入优质土壤，使土壤内重金属污染物密度下降，此环节应注意，避免因土壤酸碱浓度变化导致的其他污染源产生。由此可见，工程措施可将被污染土壤从整体环境中隔离出来，降低破坏自然生态系统。

3.2 利用化学修复进行农业土壤修复工作

农业土壤化学修复指的是通过科学合理的化学反应转变重金属元素游离的存在形式，使其转化为相对稳定的形式存在土壤中，是调节农业土壤功能性和有效性的重要土壤修复技术。现阶段，我国常用的化学修复技术中主要包括固化修复、土壤洗淋和电动修复等。首先，土壤固化修复是在被重金属所污染的农业土壤中参入化学试品，通过充足的化学反应，使土壤内部重金属提升溶解性和降低迁移性，同时大幅降低重金属带来的生物毒性，进而在土壤中形成稳定状态，并阻止其向外蔓延的动向，大幅降低污染浓度。其次，土壤洗淋修复技术是利用各种化学试剂或清水，通过土壤内部的吸附、沉淀以及离子交换等，将重金属从土壤中提取出来，进一步固化。最后，土壤电动修复技术是20世纪90年代逐渐兴起的环保型修复技术，对渗透性较低的土壤效果较好，通过对修复仪器通电产生的电场力，使污染土壤中的重金属元素发生电渗析或电转移。

3.3 利用生物修复进行农业土壤修复工作

农业土壤生物修复技术是合理运用特殊微生物分解、转化、清除重金属元素，完成土壤净化工作。生物修复主要包括3个方面，首先，利用植被吸附和固定土壤内部重金属元素，使污染土壤中的有害物质稳定或固化。此过程应注意，要选用去污能力较强的植被。其次，动物修复技术，利用污染土壤自身存在的低等生物进行重金属吸收，进而将重金属元素转移、分解，如日常生活中较为常见的蚯蚓，螨虫等。最后，利用微生物进行土壤修复，微生物通过自身生物特性分解以及沉淀重金属。微生物修复技术相对前2种修复技术具备修复种类多、修复面积大、代谢能力强等优势，因此，构建科学的微生物修复中心是农业土壤治理的有效措施。

4 结语

综上所述，人体内若长期积累重金属元素，将对自身健康造成巨大负面影响，为降低和避免重金属给人类带来的疾病与痛苦，必须从根本上治理农业土壤重金属污染程度，采用科学合理的土地修复技术。