浅谈我国农田重金属污染土壤修复技术研究与发展

李平

摘 要：指出了土壤重金属污染问题是当前主要的环境问题，分析了当前土壤污染现状，阐述了目前研究与应用较多的土壤修复技术，即物理修复、化学修复和生物修复三大类，对三种修复技术的原理和优缺点进行了讨论，并对今后的研究方向做了展望，以期为国内农田重金属污染土壤修复技术研究提供参考。

关键词：土壤重金属；污染；修复技术

1引言

工业化和城市化的快速发展，导致土壤重金属污染问题日益严重。土壤重金属来源有人为和自然两种，其中人为因素是造成土壤重金属污染的最大原因[1]。矿产资源开发、金属冶炼、化学用品生产等工业活动，产生的含重金属的“三废”以堆砌、渗透、沉降等形式进入土壤，造成土壤污染；农业生产活动中污水灌溉、农药及化肥等农资用品的不合理使用，导致农田土壤中重金属的含量不断增加。进入土壤中的重金属不易降解并具有隐蔽性，其毒性会影响作物的生长，同时镉、砷等易被作物吸收的重金属，进入食物链后构成了危害人体健康的风险。

2重金属污染土壤修复技术

2.1 物理修复技术

2.1.1工程措施

工程措施主要是换土法，具体包括换土、客土和翻土3种方法。换土顾名思义就是移走污染土壤，换入干净土壤；客土是将干净土壤覆盖在重金属污染的土壤表层混匀，达到降低土壤中重金屬浓度的目的，客土和换土一般适用于重污染区；翻土是深翻耕层重金属污染的土壤到更深层，降低耕层重金属浓度，从而减少植物对重金属的吸收，翻土常用于污染程度较轻的土壤。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，该方法能有效的将重金属污染土壤与植物生态系统隔离，减少重金属对植物的影响，但工程措施通常实施工程量较大、投资成本高，换土易导致土壤结构的破坏，引起土壤肥力下降。

2.1.2电动修复

电动修复的基本原理是利用插入土壤中的两个电极，通过在土壤两端施加低压直流电场，土壤中的重金属离子在直流电场作用下以电渗透和电迁移的方式定向迁移，富集在电极区域，然后通过移土、离子交换、沉淀等方法进行集中处理或分离。电动修复属于原位修复技术，处理成本低、修复效率高，后处理方便，不必向土壤中加入有害环境的物质，不会引起二次污染。但目前仍存在一些问题需要改进：例如电压引起土体发热而导致效率变化，该技术对于污染物的选择性不高，阴阳极电解液电解后引起土壤pH值的变化，在实际工程中治理成本可能会随着设备的消耗而升高。

2.1.3热处理修复

热处理是通过加热土壤的方式，将一些具有挥发性的重金属从土壤中解析出来，从而达到修复的目的。重金属污染土壤一般以微波加热为手段，微波是指频率为300～300000 MHz的电磁波，介质在微波场中主要发生离子传导和偶极子转动。热处理修复技术通常应用于修复汞、硒污染的土壤。微波加热技术加热速度极快、热效率高、适用范围广，并且能选择性加热，分离回收某些有用的组分。但是热处理修复技术需要消耗大量的能量，容易引起土壤有机质和结构水的破坏，还存在挥发性的汞蒸气进入大气造成大气污染的问题。

2.2化学修复技术

2.2.1化学固化稳定化

化学固化/稳定化是指利用向土壤中添加化学物质降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性[13]。固化是向污染土壤加入固化剂，两者混合后成为低渗透性固体混合物，固化体中的重金属移动迁移性降低，从而减少了对植物的危害。常用的化学固化剂有水泥、硅酸盐和粉煤灰等，固化修复技术时间短、易操作，但会破坏土壤结构。稳定化是向土壤中添加化学物质，包括改良剂、抑制剂等，改变重金属的形态或价态，降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性。常用的化学稳定剂有石灰、硅酸盐、纳米材料、磷酸盐、有机质等。

2.2.2化学琳洗

淋洗法是用清水淋洗液或含有化学助剂的水溶液，通过水力压头推动淋洗液，淋洗被污染的土壤，把含有重金属的液体从土层中抽取出来，因此又称洗土法或萃取法。最常用的化学助剂分为无机和有机两大类，无机淋洗剂通常为硝酸、盐酸、弱酸盐等，有机淋洗剂通常是螯合剂例如乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）和二乙基三胺五乙酸（DTPA），有机淋洗剂对土壤的就地淋洗更适用，因为它们对环境的危害更小。化学琳洗技术易操作、费用合理、灵活方便，有利于技术推广、适合治理的污染物范围更广。但淋洗液在应用过程中可能会将植物所需的一些微量元素例如Cu、Mg淋洗出根基，造成微量元素缺失，影响植物生长。如果控制不当，有些淋洗废液易造成地下水污染。

2.3生物修复技术

生物修复技术是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中重金属的浓度或使其无害化，从而达到治理污染土壤的目的，目前生物修复技术主要集中在微生物修复和植物修复两方面。

2.3.1微生物修复

微生物修复是指利用微生物的作用对土壤环境中的重金属进行治理。其主要作用原理有：①微生物通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，以及主动吸收重金属于细胞内部降低重金属的移动性；②微生物通过代谢作用产生多种低分子有机酸，从而直接或间接溶解重金属；③微生物通过氧化还原作用改变金属的价态，降低土壤中重金属的毒性和活性。微生物修复不会破坏土壤环境，处理费用低，效率高，操作简单。

2.3.2植物修复

植物修复是利用某些植物能超累积重金属的特性来修复污染土壤的技术。根据其作用过程和机理，农田土壤重金属污染的植物修复技术可分为植物稳定化、植物挥发和植物提取3种类型。植物稳定是指通过植物根部的吸收、富集、沉淀以及根系表面的吸附作用而产生的稳定化作用。但是植物稳定只是暂时将重金属固定，在土壤环境发生变化时，重金属的生物有效性也可能会发生变化。

3结语

在今后相当长的时间内，农田土壤重金属污染仍将是我国面临的重要环境问题。目前，我国在污染修复方面的理论研究已经有了较好的成果，但实际应用过程还存在诸多问题，例如污染修复资金来源、理论技术手段的实践应用、修复后的效果评估等。

参考文献：

[1]DGT和化学提取法评价贵州赫章土法炼锌区污染土壤中镉的植物吸收有效性[J]. 高慧，宋静，吕明超，张厦，张强，刘灵飞，龙健. 农业环境科学学报. 2017（10）

[2]客观地看待我国耕地土壤环境质量的现状——关于《全国土壤污染状况调查公报》中有关问题的讨论和建议[J]. 王玉军，刘存，周东美，陈怀满. 农业环境科学学报. 2014（08）

[3]重金属污染对农田土壤无脊椎动物群落结构的影响[J]. 孙艳芳，王国利，刘长仲. 土壤通报. 2014（01）

[4]当前中国农业发展面临的问题及对策[J]. 黄国勤. 农学学报. 2014（01）

[5]动植物联合修复技术在重金属复合污染土壤修复中的应用[J]. 田伟莉，柳丹，吴家森，王立江，陈昆柏. 水土保持学报. 2013（05）

[6]“镉米”背后的土壤污染[J]. 陈能场. 中国经济报告. 2013（07）

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[8]Pb2+、Cd2+胁迫作用下蚯蚓、菌根菌及其联合作用对植物修复的影响[J]. 杨柳，李广枝，童倩倩，何腾兵. 贵州农业科学. 2010（11）

[9]蚯蚓对土壤中重金属的富集作用研究[J]. 伏小勇，秦赏，杨柳，陈学民，黄魁，侯培强. 农业环境科学学报. 2009（01）

[10]三叶鬼针草等7种常见菊科杂草植物对重金属的超富集特征[J]. 魏树和，杨传杰，周启星. 环境科学. 2008（10）