农田土壤镉污染现状与修复技术

彭炜东

（四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065）

1 农田土壤镉污染现状

重金属污染是我国当今面临的一个十分严峻的耕地土壤环境污染问题。调查显示，我国农田土壤的镉、锌和铅等重金属浓度远远超过土壤背景值。镉元素严重影响土壤的可持续利用和粮食的种植安全。研究显示，我国镉污染农田土壤面积已达2000万hm2，约占总耕地面积的1/6，

全国共11个省25个地区的农田受到不同程度的Cd污染[1]。

2 土壤环境中镉的来源、产生过程及赋存形态

农田土壤中的镉来源很多，主要是采矿和冶炼工业排放的污水、废气和固体废弃物以及大气沉积。排放的污水通过灌溉污染农田，同时，磷肥和有机肥大量施用也是造成造成农田土壤中镉富集的的重要原因。

土壤中镉有多种化学形式存在，在化学相互作用、迁移率、生物利用率和潜在毒性方面表现出不同的性质。可以采用单萃取法和顺序萃取法测定镉元素的各种有效态。目前广泛接受的分类为交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态等[1]。

3 镉污染农田土壤修复技术

镉污染农田修复实践中，通常采用工程措施、电动修复、淋洗修复、固化/稳定化修复、植物修复、田间管理及联合修复等技术，这些技术在我国的研究与应用情况如下。

3.1 工程措施

工程修复措施主要以客土、换土和深耕为主，是一种简便的物理修复措施。客土或换土利用未污染的干净土壤覆盖或替换污染土壤，从而有效隔离镉元素的迁移；客土和换土是高浓度镉污染常用的修复技术，而深耕翻土用于轻度污染土壤[2]。总体来看，工程措施具有简便易操作、见效快的优势，但存在土壤开挖成本高，易造成二次污染等缺陷。所以，小面积的重度污染农田修复常采用这种修复技术。

3.2 电动修复

电动修复是一种用于分离土壤中重金属的物理技术，这种修复方法最初用于污染土壤和地下水中提取金属和有机化学物质。电动修复原理示意图见图1所示。当施加较低的直流电压或较低的点位梯度，土壤中的重金属会通过电迁移、电渗析和电泳迁移到电极室。在电场中，二价镉离子迁移至阴极，负离子迁移至阳极，重金属通过在电极上吸附、沉淀或通过离子交换树脂而得以去除。电动修复适用于处理低渗透性粘土和泥质土，能够有效的控制金属离子流向。电动修复中，控制和优化土壤pH是提高电动修复效率的关键。

图1 电动修复原理

3.3 化学淋洗

化学淋洗法是能够永久去除土壤中重金属元素的处理方法，具有处理效果明显、见效快的特点，通常用于重度污染的土壤修复。其原理是利用化学洗脱剂和共溶剂分离土壤中重金属元素，通过化学过程（包括解吸和溶解）使重金属从土壤中转移到液相中，然后再对洗脱液进行二次处理。化学洗脱法是一种原位技术，其关键挑战是寻找合适的萃取试剂，萃取剂必需不破坏土壤结构，萃取效果好，廉价易得。目前常用的重金属淋洗剂有硝酸铵、磷酸二氢铵、草酸铵、EDDS、EDTA、柠檬酸、吐温-40、吐温-80以及皂素等。

3.4 固化/稳定化修复

固定/稳定化修复技术指将土壤中的有效态重金属固定，或者将其转化性质不活泼、不易迁移的形态，抑制其在土壤中的迁移和扩散，达到控制污染的目的。固定/稳定化修复是一种原位修复技术，具有简单易行、见效快、成本费用低等优点，该技术已在国内重金属污染土壤场地修复中得到了广泛应用[3]。固化/稳定化修复可原位和异位进行，实践表明，该技术每天可处理500～2000m3污染土，修复成本为600～1000元/m3污染土，修复成本主要与修复目标、土壤的污染程度、污染种类等因素密切相关。

3.5 植物修复

植物修复技术是传统物理和化学修复技术的替代和补充，适用于低浓度重金属污染土壤的修复。植物修复是利用植物可耐受或超积累的特性，利用植物及其共生微生物提取、转移、吸收、分解、转化或固定土壤中的有机或无机污染物，从而达到移除、削减或稳定污染物，或降低污染物毒性等目的（HJ682-2014）[3]。目前镉污染土壤修复研究主要集中在筛选镉元素的超积累植物或通过联合措施提高对植物对镉元素的提取率。与工程措施、点修复、化学洗脱以及固定/稳定化技术相比，植物修复具有较大的经济优势。但其富集容量有限，生长缓慢，不易选择和培养，修复效率较差，通常用于修复轻度污染的表层土壤。

3.6 田间管理

镉污染农田修复过程中，以水肥为主的田间管理十分重要。除了以固化剂/稳定化剂的方式施加有机肥等进行土壤修复外，土壤类型、作物品种、土壤pH值以及田间含水状况与镉污染土壤修复效率密切相关。此外，大多数重金属污染土壤为酸性土，在土壤中添加化学试剂，提高土壤pH值，可有效改善土壤环境，固化土壤中有效镉，可降低水稻对镉的吸收与富集，添加石灰石提高土壤pH值是湖南等地区运用最多，也是最为经济实用的镉污染土壤田间修复措施[5]。

3.7 生态和水力修复

为了提高镉污染农田的修复的效率，可以综合化学洗脱、稳定固定化技术、植物修复和田间管理等多种技术，开发一种新型的生态和水力修复技术。其关键技术流程为：栽培前期和中期的洗脱、渗滤液的导排及处理及作物生育期田间水肥的联合调控。可以确保作物生长期内对于镉的吸收。从经济性适用性来讲，是比较可行的措施。

3.8 联合修复

合理联合运用多种修复措施，可以避免单一修复措施的缺陷，提高对镉污染的控制效果。联合修复有助于克服单一修复技术的不足，在解决复合污染和提高修复效率方面具有明显优势。我国虽然已开展了镉污染土壤的联合修复研究，但大规模应用较少，各种技术之间的相互间作用，以及在修复时间与空间上的合理配置等还需深入研究[5]。

4 结语

我国土壤Cd污染形势依然严峻，有效的治理修复工作任重而道远。单一的修复技术对于土壤镉污染治理效果有限，因此，我国土壤Cd污染治理工作应该切实加强实地调研，全面分析污染物来源、特征和程度，结合土壤利用方式，因地制宜选择合适的修复技术，并监测土壤中Cd污染状况的变化以评价修复的效果，及时调整修复措施。