耕地土壤重金属污染现状及治理修复措施

袁雄辉 王 乐 万里平

（江西正合生态农业有限公司，江西新余 338000）

1 耕地土壤重金属污染现状

目前，耕地污染形势严峻，全国受污染的耕地约2 000万hm2，约占耕地总面积的1/5，不同程度的受镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、硒（Se）、锌（Zn）及铜（Cu）等重金属污染[1]。据2014 年国家环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤的点位超标率为19.40%，镉、镍、砷是排在前三位的主要重金属污染物，主要以无机型重金属污染物为主。其中，镉污染点位超标率最为严重，达7.00%，但其重度污染点位相对较少，大多仍处于中、轻度或轻微Cd 污染状态[2]。

2 耕地土壤重金属污染成因

2.1 大气中重金属沉降 工矿企业生产、汽车尾气排放产生的大量含重金属的有害气体及汽车轮胎磨损产生的粉尘等是大气中重金属的主要来源。大气中重金属主要分布在工矿企业的周围和公路、铁路的两侧，在全国土壤状况调查的267 条干线公路两侧的1 578 个土壤点位中超标点位占20.30%[3]。有些较细微的含重金属粉尘颗粒可随风扩散至周边地区成条带状分布，距污染源越远重金属污染强度越弱。大气中的重金属经过自然沉降和雨淋沉降可进入周边耕地土壤，随着时间的推移，重金属在耕地土壤中叠加累积造成污染。

2.2 农业投入品的使用 施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理施用化肥，均可导致耕地土壤中重金属污染。一些农药中含有Cd、Hg、As、Pb、Zn 等重金属，磷肥中Cd 的含量往往较高，而氮肥中Pb 的含量较高，随着化肥的加量施用导致耕地重金属含量上升[4]。畜禽养殖业喂养的饲料中往往添加一些含Cu、Cd、Pb、Hg、As、Zn 的添加剂，进入畜禽身体后有一部分被畜禽吸收，而未吸收的则通过畜禽粪便排放加工成有机肥或直接当作肥料施用于耕地，从而导致耕地土壤中重金属的积累。我国农产品产地土壤中55.00%的Cd、69.00%的Cu 和51.00%的Zn 均由有机肥输入[5]。此外，农膜施用也是导致农产品产地土壤重金属污染的一个重要原因。据统计，我国农膜年残留量高达35 万t，残膜率达42.00%，大量残膜遗留在农田0 ～30 cm 的耕作层[6]。农用塑料薄膜生产过程中会添加含Pb、Cd 等重金属热稳定剂，在耕地上使用塑料膜搭建大棚及铺设地膜均可能造成耕地土壤污染。

2.3 含重金属水源灌溉 工业企业在生产作业时会产生一些含重金属的废水，其往往未经严格处理就直接排放至河流中，随着灌溉沟渠进入耕地中，进而造成耕地重金属污染。另外，有些耕地周边存在采矿行为，一些洗矿废水及雨水冲刷露天堆放的尾矿产生的废水流入周边作为灌溉水源甚至直接流入耕地，导致耕地重金属含量增加。

3 耕地土壤重金属治理修复措施

对于已污染的耕地而言，只有恢复土壤的生态功能，才能继续用于农业生产。目前，耕地土壤重金属治理修复措施主要包括物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术、微生物修复技术、农艺调控技术。

3.1 物理修复技术 物理修复是一种早期就开始使用的治本修复技术，针对污染比较严重且面积较小的地块修复效果明显，且适应性广[7]。物理修复技术主要分为工程物理技术、电动修复技术及电磁修复技术。工程物理技术包含排土、换土、混土、客土和深耕翻土法，排土、换土、混土、客土适用于重度污染区域，深耕翻土适用于轻度污染的耕地土壤。电动治理技术为原位治理技术，比较适合物低渗透性的黏土和淤泥土治理，目前在治理Cu、Pb、Cd、As 污染上具有较好的效果[8]。电磁修复技术适合修复受Hg、Se 等可挥发性重金属污染的土壤，操作简单、经济可行[9]。

3.2 化学修复技术 化学修复主要通过添加一些钝化剂等化学物质与耕地中的重金属发生物理化学反应降低重金属的活跃性，改变重金属的存在形态，从而阻止其向作物迁移转化，以减轻重金属污染对生态和环境的危害。目前，原位化学固定修复方法应用较为广泛，该方法不仅成本低、易于实施，且修复效果明显，特别适用于大面积中轻度的重金属污染污染治理。此外，钝化剂还可同时钝化多种性质相近的重金属带来的复合污染，因此钝化技术具有明显的技术优势[10]。钝化剂的材料一般包括碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、沸石等黏土矿物及有机肥等有机物料，这些材料一般重金属含量可控，不会产生二次污染。

3.3 植物修复技术 植物修复技术是一种利用自然生长植物或遗传工程培育植物修复重金属污染土壤环境的技术总称，其核心是利用某些可以忍耐和超积累有毒元素的植物清除污染物[11]。在受污染的耕地中种植重金属富集性较高且耐受性较强的植物可到一定的修复治理效果且成本较低，产生的积累重金属植物可统一处理，修复完成后不影响耕地继续耕作。植物修复技术经济有效，不仅可以移除土壤中的重金属，而且还可绿化环境，但一般治理修复时间会相对较长。

3.4 微生物修复技术 微生物修复技术是利用微生物对重金属的吸附、转化来减弱耕地土壤中重金属的毒性[12]。耕地土壤中存在着种类丰富、数量繁多的微生物，他们在重金属转化过程中起着重要作用。微生物可改变作物根系耕地微环境，进而提升作物吸附、挥发、固定耕地重金属的能力，例如，某些菌类及藻类可以产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物从而固定耕地土壤中的重金属[13]。微生物修复能够治理大面积污染，可成为一种新的可靠的环保修复技术。

3.5 农艺调控技术 农艺调控技术是指采取农艺措施对耕地土壤中的重金属污染物进行有效调控，直接或间接达到修复耕地重金属污染的目的，主要的农艺措施有重金属低累积品种替代种植、调理土壤pH、农作物生长关键期科学管理水分、施用对重金属有拮抗作用的肥料、调整种植产业结构等。农艺调控措施适应于轻微和轻度重金属污染耕地的修复，需要及时跟踪监测土壤和农作物中的重金属含量，不断优化调整农艺调控措施。此技术不改变土壤耕作性质，操作起来方便简单、无需高额费用、技术较成熟，但修复效果有限[14]。

4 结语

耕地土壤是人们赖以生存的基础自然资源之一，是生态环境中的重要组成部分。耕地土壤重金属污染修复治理已成为全球农业环境科学研究领域热点，重金属一旦进入土壤，要在不改变土壤用途条件下将其移除十分困难。由于耕地土壤用途特殊，因此重金属污染应从源头抓起，控制污染源，治理时应选择对土壤环境干扰小的方法，对于已经产生污染的耕地土壤，治理修复过程中要因地制宜，有效联合多种治理方式，实现边生产边修复。