农用地土壤污染的安全利用措施及应用——以闽东北某废弃矿山为例

兰明锋

(宁德市寿宁县农业农村局，福建 寿宁 355500)

1 引言

农用地安全生产一直是国家关注的民生问题，确保农用地安全生产也一直是一个重点研究方向。矿产开发和化工企业生产的同时伴随着向周边环境排放污染物，特别是重金属污染物。如矿区的尾矿矿渣[1]、化工企业废水等。重金属污染物的危害属于累积效应。污染物难以被生物正常降解吸收，对生物危害性极大[2～4]。2016年，国务院印发《土壤污染防治行动计划》，明确了当前和今后一段时期全国土壤污染防治工作的行动纲领；福建省出台了《土壤污染防治行动计划实施方案》(闽政〔2016〕45号)。因此，迫切需要建立矿区周边土壤安全利用制度，本文以矿区周边镉和铅污染土壤为例，采用石灰石类调节和种植结构调整措施为矿区周边土壤修复提供实践参考。

1.1 石灰调节

土壤酸化，强化重金属结合态转化为游离态的转化[5]，游离态的重金属小分子能被植物通过根系吸收。石灰石粉能中和土壤中的H+，提高土壤中的酸碱性，与游离重金属离子形成沉淀物，降低游离态的重金属离子[6,7]。

1.2 种植结构调整

对于重金属吸收富集能力的差异，既存在于植物物种之间，也存在于同一物种的不同品种之间，即同时具有种间差异和种内差异。对于某些重金属含量较高的区域，种植累积品种或非食用性农作物，能有效降低重金属的危害[8]。如在镉含量较高的区域可选中茭白、豇豆、四季豆、南瓜、玉米、丝瓜等重金属镉富集能力较低的作物替代白菜、莴苣等富集能力较强的蔬菜作物[9]；水果可种植葡萄、芦柑等；水稻可选种谷优3301、黄华占、世纪137、甬优1540、浙优18，中浙优10号等替代深两优5814、扬两优6号、春优84、丰两优1号、宜优99、泉珍10号、泰丰优3301、宜香2292、Y两优1号、特优009等富集能力较强的品种。铅含量较高的区域蔬菜可选种辣椒、黄瓜、苦瓜等；水稻选种甬优1540、甬优9号、中浙优10号、中浙优8号等品种[10]；饮品类作物可种植茶叶，据研究知，茶叶对于重金属铅的富集能力相对低[11]。在中度-重度的农田，种植食用性农产品难以保证农产的安全生产，因此常采用非食用性农作物或种植能源作物或非，如景观苗木、花卉、甘蔗[12]。

2 安全利用方法

2.1 区域概况

本文选择的区域为福建东北部某废弃矿山周边，依据表面径流流向分为A、B，毗邻矿区耕地为C区，共3个区域(图1)。A区38952.8 m2耕地种植水稻，26680 m2耕地已改种植茶树，358372.43 m2已改种非经济作物；B区56028 m2耕地种植水稻，2668 m2耕地种植蔬菜，12006 m2耕地已种植茶树，61964.3 m2耕地已改种非经济作物；C区10005 m2耕地种植水稻，6670 m2耕地种植茶树，22891.44 m2耕地已改种非经济作物。

图1 区域范围分布

地势从西北向东南倾斜，海拔400～800 m的山地多深谷。土壤以红壤为主，黄壤为次，水稻土土层浅薄，肥力中下。气候温暖湿润，夏无酷暑，冬无严寒，年平均气温在13～19 ℃之间，年降水量1911 mm，气候垂直差异明显。年平均气温15.1 ℃；≥10 ℃的积温4249 ℃；无霜期235 d。

2.2 修复治理技术参数

耕地为镉和铅污染土壤，依据《福建省重金属污染耕地安全利用技术指南》，采用石灰类调节。据调查，区域内历史上曾有施用过石灰石粉,项目区采用石灰石粉(CaO≥52%，80目)(表1、表2)。

表1 AB区土壤调理剂用量一览 kg/667 m2

表2 C区土壤调理剂用量一览 kg/667 m2

2.3 石灰调节

每个种植区域都要严格按照实施方案及材料的使用说明进行施用。水稻和蔬菜均匀撒施在耕地地面，撒施后翻地混匀，确保土壤与土壤调理剂充分接触，待平衡稳定一周后开始种植作物。常年种植地块，均匀撒施在作物根系周边，配合培土防止雨水等冲刷带走调理剂。

A区有38952.8 m2耕地种植水稻，26680 m2耕地种植茶树，施用12760 kg石灰石粉。B区有56028 m2耕地种植水稻，2668 m2耕地种植蔬菜，12006 m2耕地种植茶树，施用19200 kg石灰石粉。C区10005 m2耕地种植水稻，6670 m2耕地种植茶树，施用6250 kg石灰石粉。

2.4 种植结构调整+石灰调节

在轻度-中度-重度污染区域，采取种植结构调整+石灰调节技术。A区26680 m2耕地调整种植茶树，施用石灰石粉4000 kg。B区12006 m2耕地调整种植茶树，施用石灰石粉1800 kg。C区6670 m2耕地调整种植茶树，施用石灰石粉2500 kg。

2.5 种植结构调整

A区有耕地358372.43 m2已改变种结构，现地块处于休耕；B区有61964.3 m2耕地改变种植结构，现地块处于休耕；C区有22891.44 m2耕地已实现退耕还林还草。

2.6 土壤和农产品监测

土壤-农产品协同监测是安全利用效果检验的关键步骤。在项目区内，参照《福建省受污染耕地安全利用总体工作方案》中推广区布点密度(百亩3个点)布点。当季农作物收获时，在采取石灰调节和种植结构调整+石灰调节措施监测地块上采集农产品混合样品及表层土壤混合样品，农产品样品检测项目为镉、铅、汞、砷和铬5个重金属含量。在种植结构调整耕地采集1个土壤样品(SN-6)。治理区域共计采集6个土壤样品，5个农产品样品(表3、图2)。

表3 样品采集汇总

图2 采样点位分布

3 结果分析

3.1 评价标准

《食品安全国家标准视频中污染物限量》(GB2762-2017)；《茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量》(NY659-2003)；《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)；《农产品产地土壤重金属污染程度的分级》(DB35/T 859-2016)(表4～6)。

表4 农产品样品重金属含量限量值 mg/kg

3.2 结果分析

3.2.1 土壤环境分析

土壤样品检测结果显示(表7)：土壤中全铅含量范围为123～294 mg/kg均高于风险筛选值低于风险管制值；全镉含量范围为0.23～7.36 mg/kg，除SN-1点位全镉低于风险筛选值，其他点位均高于风险筛选值低于风险管制值；其余重金属全量均低于风险筛选值。土壤中有效铅含量范围11.4～105 mg/kg，SN-1和SN-2点位有效铅含量高于安全值(15 mg/kg)低于限制值(35 mg/kg)，SN-4、SN-5和SN-6有效铅含量均高于限制值，其中SN-4点位有效铅含量高于高危值(80 mg/kg)；SN-4点位有效镉含量高于高危值(0.65 mg/kg)，SN-5和SN-6有效镉含量高于安全值(0.14 mg/kg)低于限制值(0.3 mg/kg)。

表5 农用地土壤污染风险筛选值(旱地) mg/kg

表6 农产品产地土壤重金属污染分级指标 mg/kg

表7 土壤样品检测结果一览 mg/kg

3.2.2 农产品样品分析

依据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中重金属的限量值(简称限量值)进行评价，效果评估取样农产品中重金属镉、汞、铅、铬、砷含量均低于限量值(表4与表8)。即农产品样品超标率为0%。其中有效镉含量处于高危级的点位SN-4，种植结构调整，茶叶中未出现重金属超限量值的情况。

表8 农产品样品检测结果一览 mg/kg

3.2.3 生物富集系数

生物富集系数为沉淀物中重金属向地上部分转移的效率，计算公式为[13]：

(1)

项目区镉铅污染修复效果以富集系数进行评价，富集系数越低，农产品中重金属累积程度越低，修复效果越佳。项目区富集系数计算，植物重金属含量以植物中可食部位的重金属含量计，茶树以茶叶中重金属含量计，土壤重金属含量以土壤中重金属全量计。修复治理后，不同作物镉的富集系数由大到小：萝卜>上海青>芥菜>茶叶；不同作物铅的富集系数由大到小：茶叶>萝卜>上海青=芥菜(图3)。由农作物对镉的富集系数知，修复治理后芥菜和茶叶富集系数远小于萝卜和上海青富集系数，修复治理效果相对较佳；农作物对铅的富集系数知，修复治理后萝卜、上海青和芥菜富集系数远小于茶叶富集系数，萝卜、上海青和芥菜治理效果相对较佳(图3)。由农作物对镉和铅的富集能力来看，芥菜在镉铅复合污染区域修复治理效果最佳。

图3 区域内的镉铅富集系数

4 结论

采用石灰调节等修复治理措施后，农用地实现农产品的安全生产，极大程度利用有限的耕地资源，为重点关注区农用地的安全生产提供实践经验。

(1)石灰调节措施，在轻度-中度污染区域，实际修复治理过程实现农产品的安全生产，根茎类和叶菜类蔬菜中重金属含量均未超出食品重金属含量的限量值。

(2)在中度-重度污染区域，通过种植结构调整+石灰调节措施实现农产品的安全生产。污染区域种植茶叶实现茶叶的安全生产，仍需继续进行管控，施用石灰石(或牡蛎壳、或白云石)，不施酸性肥料；优化施肥品种，磷肥可以施用钙镁磷肥，新鲜有机肥不宜直接施入土壤，以免提高土壤重金属活性。

(3)修复治理后，农作物对镉和铅的富集系数总体较低。镉污染区域修复治理效果最佳的作物是茶叶；铅污染区域修复治理效果最佳的作物是上海青和芥菜；镉铅复合污染区域修复治理效果最佳的作物是芥菜。