典型农田土壤重金属污染修复技术及其应用分析

高尚赞，陶美娟，汤海波

（山东省菏泽生态环境监测中心，山东 菏泽 274000）

农田土壤是人们赖以生存的基础保障，随着重金属污染的日益增加，导致土壤质量下降，严重影响了农产品的质量和产量，同时还破坏了生态平衡，因此，针对农田土壤重金属污染问题，应该积极探索重金属修复技术，并使其得到有效的应用，以此来降低重金属污染对农田土壤造成的影响。

1 农田土壤重金属污染的主要特征以及污染原因

1.1 主要特征

通常情况下，重金属污染具有不可逆性、滞后性、隐藏性、表聚性、多源性等多种特征。重金属污染多发生在土壤的耕作层，一旦土壤中出现重金属污染，将会破坏土壤的土层结构，无法在短时间内进行修复并恢复到原来的状态，势必会严重地影响到生态平衡。如何减少重金属污染对我国农田造成的危害成为当前需要重点关注和解决的问题，我国相关部门应该针对此问题积极探索适合于当地土壤治理的有效修复技术。而在当前众多的重金属修复技术中生物修复技术是一种应用效果极好的修复技术，已经通过多次实践应用，并取得了良好的效果。

1.2 污染原因

1.2.1 城市污染

城市垃圾中会存在各种有害的有毒物质和重金属，这些都可能会给土壤造成不同程度的影响。城市对垃圾进行无害化处理的方式主要有垃圾填埋和垃圾焚烧，这些垃圾埋入土壤中，势必会对土壤造成一定的影响，另外，还要Pb气体的燃料和汽油的燃烧，以及润滑油泄露等都可能会释放出大量的Zn、Cu、Cd、Pb等有害气体，这些气体会跟随大气渗入土壤中，使土壤出现重金属超标的现象。

1.2.2 工业污染

工业污染是对土壤造成危害最大的一个原因，在进行工业生产的时候会产生大量的有毒物质，这些有毒物质中不仅含有重金属，还有一般性污染物、持久性有机污染物等，这些有毒物质最终会影响生态平衡，尤其是进入土壤中的有毒物质，会造成土壤重金属成分超标的现象[1]。从开采和冶炼重金属开始，一直到将重金属铸造成半成品或成品的过程，都会产生大量的有害气体，这些气体进入到大气环境中，经过长时间的积累和沉淀，或者是跟随降雨最后融入到土壤当中，都会增加土壤的重金属含量。

1.2.3 农业污染

农业灌溉水中也可能会出现重金属超标的现象，一旦灌溉水中含有的病菌微生物和重金属等有害物质渗入土壤中，一定会对土壤的物理性质、化学性质以及土壤结构造成影响，使重金属聚集在土壤的表层，从而对土壤的生态平衡造成破坏。禽畜粪便中Cu和As等含量超标的重金属经过堆肥发酵之后会被当做有机肥料应用到农田当中，这样也会增加农田土壤中的重金属含量，其中，Cu和As就是典型的重金属物质。如果应用的化肥中含有较高的重金属含量，经过长期的应用势必会使农田土壤中聚集大量的重金属元素，从而使土壤受到重金属污染的危害。

2 农田土壤重金属污染的现状及造成的影响

2.1 重金属对农田土壤造成的污染现状分析

由于当前农业种植过程中会应用大量的农药和化肥，从而使随大气沉降到土壤中的重金属含量不断增加，再加上污泥脏水、工业废水、城市垃圾等污染物的大量排放，造成了日益严重的农田土壤重金属污染状况。农田土壤中的重金属污染物一般情况下包括Zn、As、Cu、Cd、Pb、Cr等金属，这些重金属污染物会随着固体废弃物、大气沉降和污水灌溉等在农用物质灌溉的过程中对农田造成危害。现阶段，我国最为严重的农业危害就是重金属污染造成的危害，而且据调查受到重金属污染危害的耕地面积已经占全部耕地面积的五分之一，而每年因为受到重金属污染而造成的粮食损失已经达到1 200万t，直接造成了高达200多亿的经济损失，对我国的粮食安全生产造成了巨大的影响和危害。

2.2 造成的影响

2.2.1 对食品安全造成的危害

现阶段，我国大部分城市周边的土壤都受到了严重的污染破坏，使得某些地方的蔬菜、粮食以及水果等农产品中含有大量的重金属成分[2]。随着重金属对粮食安全造成的危害，我国开始对城市周边农作物种植中含有的重金属含量进行检测。部分地区在检测蔬菜的重金属含量过程中，发现农作物中含有Cd、Pb、Zn、Hg等重金属污染物的情况比较严重，甚至蔬菜的重金属超标情况已经上升到38%左右。

2.2.2 对人体安全造成的严重威胁

在这些重金属污染物当中Pb和Cd含有较重的毒素物质，如果在人体的肝脏和肾脏中聚集到一定的程度，就会严重影响人体器官的正常运行。日本某城市就曾经出现过人们因为食用了Cd含量较高的产品而出现了“痛痛病”。如果Cd的含量超标，不仅会引发“痛痛病”，还会使人体出现高血压、肺气肿、肠胃病、贫血等疾病，这些都会严重影响到人体的健康和安全。如果食用的食品中含有大量的铅，不仅会影响到人体正常的智力发育，同时还会使人产生异常的行为表现等问题。

3 农田土壤重金属污染修复技术

3.1 物理修复方法

3.1.1 将被污染的土壤进行混合或是隔离的方法

将被污染的土壤进行混合或是隔离，从技术角度来讲，是最为方便和简单的操作防范，其中包括隔离包埋法、深耕翻土法、换土法、客土法等。深耕翻土法和客土法是通过混合污染土壤和清洁土壤的方法，使土壤中重金属的含量进行减少，最终控制在合理的范围内；隔离包埋法和换土法，与上述方法不同，它是通过将土壤中的污染物隔离和转移的方式来降低重金属的含量，但是这类方法不是所有的重金属污染都可以应用，它通常适用于轻度重金属污染以及重金属污染区域较小的情况中，这对于农业种植者来说，具有一定的操作性。

3.1.2 通过电力和热力作用将土壤中的重金属去除

通过热力作用将土壤中的重金属去除，指的是将受污染的土壤通过专业设备进行加热，然后挥发土壤中的污染物，再将挥发状态中的重金属污染物收集到一起，予以去除。这种方法虽然有一定的作用，但是只能对土壤中易挥发和熔点较低的重金属进行去除，虽然现在已经有一些发达国家通过这种方法来去除土壤中的重金属，但是由于此方法的成本较高，因此并没有得到广泛的应用及推广[3]。

3.2 化学修复方法

3.2.1 对土壤中的重金属进行钝化处理

对土壤中的重金属进行钝化处理，是通过将表面活性剂或土壤改良剂添加到土壤当中，从而使土壤重金属的理化性质得到改变，以这种方式来降低重金属污染物的迁移能力和有效机能。土壤经过钝化处理之后，可以防止出现重金属超标的问题，但是并不能将土壤中的重金属元素彻底消除，而且经过钝化的重金属随时都有可能重新被活化。这种方法对于农业种植来说具有很强的可操作性，但是需要对农作物进行实时监测，这样才能保证农产品的安全，否则还是会出现食品安全问题。

3.2.2 对土壤进行淋洗，使重金属进行沉降

淋洗土壤的修复技术通常来说，是将表面活性剂、络合剂、酸/碱溶液、具有冲洗助剂的水溶液或者是水等淋洗液投入到沉积物中或者是受到污染的土壤中，对土壤中的污染物进行清洗或洗脱的一个过程。从表面来看，这种技术并不复杂，但是这项技术的关键是淋洗液的本身，而且这种技术同钝化处理一样，不能彻底将土壤中的重金属消除，只是使土层中重金属的污染得到缓解和降低。该项技术的应用对于农业种植来说，同样不能保证农产品的安全。

3.3 生物修复方法

3.3.1 植物修复法

植物修复法是一种在日本得到广泛应用的修复方法，这项技术是利用在受污染的土壤中种植富集植物的方式，使土壤中的重金属通过作物系统转移到植物的上部分，然后通过资源化利用或者是刈割、转移、集中处理等过程，去除土壤中的重金属。在日本常见的镉超富集植物有长香谷、百花景天、东南景天。通过研究得知，在土壤中连续3年种植长香谷，可以使土壤中镉的含量得到大幅度的降低，由于这种水稻可以直接种植在现有的水稻田中，而且具有很强的操作性，所以，在种植超富集植物的时候会优先选择长香谷，等其完成收割以后，再进行干燥和焚烧处理，灰分通常情况下会被当作固体废物进行处理。

3.3.2 微生物修复法

微生物常常会在极端的环境中进行生长，在对土壤重金属污染进行修复的过程中，微生物修复方法具有显著的作用。在实际的运用过程中，可以采取与微生物修复技术相匹配的技术，使二者融合起来，促进微生物修复技术的进一步提升。例如，将MICP重金属污染修复技术与微生物原位修复技术相结合，以此来促进土壤中Pb的固定率得到进一步的提升。

3.3.3 动物修复技术

此项技术是通过土壤中的甲螨、线虫、蚯蚓等低等动物的间接作用（促进微生物的生长、提高土壤肥力、使土壤理化性质得到改善）或直接作用（吸收污染物、转化污染物、分解污染物）来对受到重金属污染的土壤进行修复。

3.4 农艺调控修复法

农艺调控修复技术主要指的是：

（1）耕作技术。在对土壤实施轮作、套作和间作技术的过程中，一定要结合当地的土壤条件和气候条件等，来选择合适的植物品种，这样才能够有效的控制重金属含量，降低对农田土壤的污染。利用这种耕作方法，是在土壤中集中种植重金属的高富集植物和低富集植物，利用高富集植物的优势作用，对低富集植物进行保护。以某地采用的轮作技术为研究试点可以从中发现，这种耕作方法可以使土壤中Cu和As含量得到降低，从而减少重金属对农田土壤的污染，其中通过双季稻和紫云英的轮作模式，能够使As和Hg的含量得到有效的降低，同时也能够使水稻的质量和产量得到同步提升。

（2）施肥技术。在对土壤进行施肥的过程中对气肥施用技术和化肥施用技术等进行合理的应用，可以在一定程度上减少重金属对土壤造成的污染。

（3）生物质焦利用技术。该技术是通过生物质焦具有的吸附作用，来使重金属中含有的离子有效性进行降低的方式来实现修复功能。

4 农田土壤重金属污染修复技术的应用

4.1 对于富集植物进行合理有效的应用

在对农田土壤的重金属污染进行修复的过程中，要想充分发挥生态植物修复方法的最大化作用，首先要在对富集植物进行选择的时候要进行科学的判断和慎重的选择。由于植物品种不同重金属所发挥的吸收能力和富集作用就不相同，因此在选择富集植物品种的时候就要根据相关的限量标准进行合理的选择。

4.2 修复技术的合理选择

上述重金属修复技术各具优缺点，所以在对土壤进行重金属污染修复的时候一定要结合技术的成熟度、难度和可操作性等，通过全面分析对比，来选择最为合适的修复技术。

4.3 技术集成

由于土壤重金属污染的程度不同，选择的修复方法不同都可以影响到重金属污染修复技术的应用效果，因此，在修复过程中仅仅采取一种修复技术，是很难保证修复效果的，因此，需要对各项技术进行集成应用，从而形成更为完善的技术体系。例如，在对农田土壤重金属污染现状进行分析的过程中，可以用GIS技术，对污染现状进行合理的评价，以此来判断各个区域应该采取哪种修复方法更为有效。另外，还可以通过ANN技术，来提升重金属污染修复技术的评估效果。

5 结束语

综上所述，人类的健康和安全与食品的安全具有直接而紧密的联系，而食品的安全取决于农田土壤的安全，一旦农田土壤受到污染或破坏，就会直接影响到人类的安全和健康，因此应该积极研究农田土壤重金属的修复技术，为农田土壤的安全提供保障。虽然现在的土壤重金属污染修复技术经过不断的实践已经取得了良好的应用效果，但是还需要不断的研究出更多的先进技术，来增强农业土壤的安全性，为人类的健康保驾护航。