广东普宁地区重金属污染耕地修复的探讨

何晓英，傅树豪

（普宁市农业农村综合服务中心，广东 普宁 515300）

1 耕地重金属污染现状

随着工业化、城市化进程的快速推进，耕地环境被飞速发展的工业活动所破坏，污染源呈多元化发展趋势。相比空气污染和水污染，耕地重金属污染更具有隐蔽性、复杂性、滞后性和长期性，富含重金属的各类物质通过渗透进入种植的农作物中，重金属积少成多，导致农作物产生毒害症状，通过生物圈循环最终进入人体，产生健康危害。污染面积的逐年增加，使得重金属污染耕地问题愈发受到人们的关注。《全国土壤污染状况调查公报》中显示，全国农业耕地重金属污染点位超标率为19.4%，污染源类型大部分为无机型，占全部超标点位的82.8%，其中常见的几种重金属污染物镉、镍、砷污染点位超标率分别为7%、4.8%和2.7%。长三角、珠三角和京津冀作为工业高速发展的地区，耕地土壤重金属污染更为严重。

广东普宁地区位于广东省东南部，处于北回归线以南，属南亚热带季风湿润气候，主要生产粮食、蔬菜、水果、花卉及中药材。该地区土壤属山地赤红壤，酸性较强。土壤重金属污染加剧了生态健康风险，导致土壤微生物群落功能、结构发生变化，降低土壤生态系统稳定性，极大地削减了土壤中动物的多样性。

2 耕地重金属污染来源

重金属是密度＞4.5 g/cm3的金属，主要包括铜、铁、镉、铅、镍等。除此之外，由于砷的污染特性与治理方式与以上重金属及其相似，称之为类金属，其造成的污染也算作重金属污染。常见的耕地污染物在组成成分上可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括以铜、汞、铬、镉、镍、铅为主的重金属盐类，包含铯、锶的放射性化合物，含砷、硒、氟的化合物，以及酸、碱等。有机污染物主要包括城市污水、污泥及有机肥带来的有害微生物、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂等。土壤中有机污染物、无机污染物过多时，土壤的组成结构发生改变，能够自然修复的微生物活动受到限制，导致有害物质及其分解产物在土壤中逐渐积累，其中一部分相对稳定的重金属污染物存留在土壤中不会进入到生物圈循环而被人和植物所吸收，而另一部分以相对活动形式存在的重金属污染物会被植物系吸收并最终循环到人，威胁粮食安全和群众健康利益。

调查数据表明，土壤污染严重程度与工业化程度成正比，且市区污染远高于远郊和农村。大气中沉降所产生的重金属主要分为人为来源和自然来源。人为来源即是公路、铁路及工矿周围因为工业生产或尾气排放产生的有害气体和粉尘所形成的沉降。自然来源即是自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属。含重金属的废水排放主要包含工业废水排放和城市污水排放。城市污水中重金属含量趋高且成为近郊农业灌溉的重要组成部分，导致耕地中铜、汞、铬、砷含量不断积累甚至超标。工业废水的排放是某些近郊工厂的污水处理系统和排水系统不够完善，其废水排放口下游的底泥或灌溉土壤的重金属含量不断提高，重金属被土壤矿质胶体和有机质迅速吸收并积累在土壤表层，自上而下层层渗透造成的。含重金属的固体废弃物的堆积最为严重的是矿业和工业固体废物的污染，经长期阳光直射、降雨等因素的影响，导致内部重金属元素快速移动，呈漏斗状、辐射状向周围水体、土壤扩散，造成耕地的重金属污染。农药、化肥的使用虽然对农业发展具有推动作用，提高了农业收成，但农药中化肥的不合理运用会导致化肥、有机肥、污泥或垃圾堆肥中的重金属元素进入土壤导致污染，如氮肥中含铅量较高，磷肥中还有微量镉、砷元素。

3 耕地重金属污染的修复措施

3.1 物理修复

耕地重金属污染的物理修复措施包括客土法、换土法、翻土法、去表土法、电修复法、热处理法。客土法是一种异位修复法，是将全部或部分污染土壤用干净土壤进行置换。该方法能够有效稀释土壤中重金属浓度，将污染土壤与生态系统隔离开来，减少重金属污染物与植物根系接触的可能性。但是，该方法用于耕地可能会造成土壤肥力缺失，且工程量大、成本高，故其更适用于面积较小的污染场地，被置换出来的污染土壤的处理也成为了该修复措施面对的问题。电修复法是一种利用电化学和电动力学的复合作用去除重金属的修复技术，通过在受污染黏土或淤泥土中插入电极并施加低能级的直流电流，土壤颗粒表面的双电层与孔隙间的带电荷的颗粒物或离子形成了完整的直流电场，污染耕地中的重金属离子通过电场中的迁移运动聚集在电极两端来达到去除的效果。热处理法是在土壤中加入蒸汽或红外辐射等加热的方法，使得土壤中低熔点汞蒸发或放射性重金属由表面吸附转向土壤内部晶格扩散，降低了对环境的风险。

3.2 化学修复

耕地重金属化学修复即是加入土壤改良剂，包括化学淋洗法、热胶附法、固化法、玻璃化法。化学淋洗法作为一项永久解决土壤重金属污染问题且经济可行的手段而被人们熟知，化学淋洗法是将淋洗剂与挖出的受污染的土壤进行充分混合，通过化学沉淀、离子交换、螯合剂提取、氧化和还原、表面活性剂增溶等手段将固相重金属转换到液相，将液相的重金属从浸提液中提炼出来，将修复后的土壤填埋回原处。常用淋洗剂包括螯合剂、有机酸类、腐殖酸、表面活性剂、无机酸类等，其中EDTA、EDDS 螯合剂在酸性或碱性土壤中都中和重金属为稳定化合物，在耕地修复中可优先选用。固化法是向污染土壤中添加固化剂，通过络合、沉淀等作用将重金属转化为低溶解性、低毒性及低移动性的物质。常用固化剂主要包括石灰石、天然沸石、磷酸盐、有机改良剂和黏土等，石灰石可通过提高土壤pH 值，将土壤中重金属元素中和成氢氧化物或盐类进行沉淀。除此之外，工业蛋壳、赤泥、畜禽粪便、有机污泥等低成本工农业废弃物也被考虑作为固化剂进行使用，但该方法是将重金属保留在污染土壤中，且部分固化剂中可能含有较高浓度的重金属，在固化重金属的同时可能增加了新的重金属。

3.3 生物修复

耕地重金属生物修复包括动物修复、微生物修复和植物修复。生物修复常用动物是蚯蚓、鼠类，这两类土壤低等生物对重金属具有一定的耐受性，其日常活动改善了土壤的理化结构，增强了土壤肥力，使土壤更具通气性和透水性，利于生态系统的恢复。常用微生物修复包括细菌、藻类和酵母对重金属污染耕地的修复，微生物中肽聚糖、脂多糖、磷壁酸胞外多糖等强有力的重金属螯合物质通过络合、沉淀、吸附作用与重金属进行结合并积累在胞内或胞外，含镉、锌元素较多的耕地土壤可通过添加含有槐糖脂、鼠李糖脂的生物表面活性剂进行生物修复。植物修复技术作为原位修复技术的一种，因对土地扰动小的环保性而更受到人们的认可和重视，其修复机理主要分为植物固定、植物挥发、植物提取、根系降解和植物降解等5 种。植物固定法可通过种植禾本植物、杨柳、羊茅属和剪股颖属植物将高浓度重金属富集到根系周围来控制重金属向地面的转移。植物挥发法是通过种植鸡冠凤尾蕨、印度芥菜、东南景天、天蓝遏蓝菜、蜈蚣草等超富集植物对土壤重金属进行吸收、浓缩并转移到植物地上部分。植物修复法经济成本低且不造成二次污染，但修复周期较长，且由于植物根系长度有限，对于地表深处的重金属污染修复能力差，在使用该方法时需要通过分析该地的气候条件及水肥条件选择适合的超富集植物。

4 耕地重金属污染修复建议与展望

修复重金属土壤污染需要贯彻落实以防为主、防治结合、综合治理的方针。传统的耕地重金属污染修复和治理技术主要是物理修复和化学修复，这两类办法见效快，但费用昂贵，可能导致土壤结构破坏、生物活性降低和土壤肥力退化，造成二次污染，所以难以大范围内使用。生物修复不破坏土壤结构且不造成二次污染，作为一种新型且高效的方式更为人们所接受。近年来运用更加广泛。但是，该类技术还处于试验和示范阶段，生物修复后的自然修复周期较长。鉴于以上情况，对于耕地重金属污染的修复治理问题，应该采用联合修复的方法，即是将生物修复与传统的化学方法、物理方法相结合的综合技术，根据污染物的种类、形态、浓度等性质，土壤pH 值、渗透性、地下水位等土壤条件，重金属污染程度，预期修复目标，修复成本，以及修复方式的适用性等因素进行综合分析，选择最合适的修复方法或联合修复方式，来达到高效、低耗能且符合预期修复效果的结果。