北方小麦产区重金属污染农用地安全利用技术研究进展

李建敏

（山西省农业生态保护与资源区划中心，山西 太原 030001）

随着工业和农业的不断发展，重金属元素在土壤中大量积累，对植物生长、农业生产和人体健康造成了严重的影响。近年来，随着城市化、工业化进程的加快，我国北方小麦生产基地土壤的重金属污染问题日益突出，2016 年国务院《土壤污染防治行动计划》提出，要把重点放在农业用地上，对土壤污染进行详细调查。十九大报告指出，要加强土壤污染治理，加强源头治理，实施重点生态保护和恢复等重大项目，在此基础上，对生态红线、永久基本农田和城镇开发边界进行规划。作为我国两大粮仓之一的东北、黄淮海平原，其生态环境安全问题对实现我国农业资源的可持续发展具有十分重要的意义。北方小麦产区重金属污染农用地防治是保护生态红线、保护永久基本农田、防止重污染、精准脱贫三大攻坚战的重要保障。由于重金属的污染，我国被污染的粮食多达千万吨，造成了近200×108元的经济损失。

1 北方小麦产区农用地重金属污染来源

1.1 污水灌溉

工业污水和生活污水中含有大量的重金属及其他有害物质，这些污染物未经处理被直接排放，大量有毒和有害物质随降雨或灌溉流入农田，并被土壤滞留，污染物的累积会对土壤造成一定的污染，使农业用地的重金属含量超标。

1.2 大气降尘

工业废气中含有二氧化硫、氟化物等有毒气体，酸雨会渗入土壤，造成土壤酸化，同时，由于工业产生的粉尘中还含有铬、铅、铜、镉等重金属，在降尘过程中会渗入到土壤中，导致环境污染。

1.3 化肥农药

近年来，我国农业发展迅速，大量化肥、农药等不合理施用，不但使土壤中的重金属含量升高，导致土壤结构被破坏，还导致土壤板结、生物性能下降，降低小麦的产量和品质。

1.4 固体废物

随着社会和经济的发展，固体废弃物的种类和数量也在不断增加。工业矿渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥等工业生产逐渐增多，而农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖材料的应用越来越广泛。这些固体物质在土壤中滞留时间很长，不易挥发，也不易被微生物降解。

2 农用地重金属污染修复技术

当前，我国农业土地的重金属污染状况十分严重，急需开展农业土地的治理技术攻关，不同类型的农田土壤重金属污染具有各自的特点，治理措施也需要有针对性。

2.1 客土修复技术

客土技术是一种利用客土、换土、深翻土和污染土混合的方法，减少土壤中的重金属，降低重金属对土壤和作物的毒性，使其符合农产品安全标准。深翻是解决污染较轻的土地的一种较好的方法，其优点是彻底、稳定，但工程量大、造价高，对土壤的结构造成破坏，使土壤肥力降低。所以，该技术在土壤污染治理中的应用并不多见。

2.2 物理修复技术

2.2.1 电动修复

利用电流，将重金属和无机离子以电渗透和电迁移的形式输送到电极，再进行集中收集。研究发现，土壤酸碱度、缓冲性能、土壤成分和重金属污染类型对土壤修复的影响较大。但是，传统的电动修复技术由于能量消耗大、运行费用高、修复时会出现“聚焦现象”，使传统的电动修复技术难以有效地解决实际的重金属污染问题。

2.2.2 电热修复

该技术能够将土壤中含有汞、硒等元素污染，通过高频高压产生电磁波和热量，通过加热土壤将污染物分解，加速土壤中某些易燃物质的分解，从而实现对土壤的修复。

2.2.3 土壤淋洗

土壤淋洗是通过冲洗溶液将土壤中的重金属迁移到土壤液相中，然后对含有大量重金属的污水进行回收处理。其技术关键是能够在不影响土壤结构的情况下，将多种形态的重金属元素分离出来。然而，在此工艺中，必须考虑到含重金属的淋洗溶液对环境的二次污染问题。

2.3 化学修复技术

化学修复是通过向土壤中注入改性剂，使重金属吸附、氧化还原、拮抗或沉淀，使重金属的生物有效性降低。

2.3.1 石灰调节

适合偏酸性镉污染的土壤，pH 值在4.5～6.5为宜，不宜用于pH 值大于6.5 或含有重金属的土壤。通过适当的酸化处理，可以改善土壤的pH 值，使土壤中的重金属离子活性下降，从而减少作物对重金属的吸收。

2.3.2 原位钝化

在土壤中加入一种钝化材料，可以使有效态的重金属离子转变为非活性态，从而减少其在土壤中的迁移，提高植物的有效性和生物毒性。在大规模推广之前，要对此技术进行适应性实验，以达到小规模使用、精确控制使用剂量、防止钝化、二次污染、评价其长期效果及潜在的不利影响的目的。

2.3.3 定向调控

通过对土壤中的氧化还原、吸附和沉淀等过程的调控，可以实现从高效率到低效率，由高毒性变为低毒性，并能定向调控土壤中的重金属迁移和植物的富集。在大规模使用之前，也要少量的使用，以防止过分调节和二次污染。所以，采用化学调理剂进行污染控制，必须以良好的实验为依据。

2.4 生物修复技术

生物修复是利用生物削减、净化土壤中重金属、减少重金属毒性等手段来处理被污染土壤的一种新途径。

2.4.1 植物修复技术

植物对重金属污染土壤的修复主要包括植物提取法、挥发法和植物稳定性法。①萃取法。通过对土壤中重金属的超蓄量吸收，再通过对地上部的作物进行集中处理，从而减少或消除土壤中的重金属污染；②植物的挥发性。通过植物根系的吸附，使其变成气体，然后向空气中释放，从而减少土壤污染；③保持植株的稳定性。利用抗重金属的植物或过度积累的植物，可以降低重金属的生物活性，从而降低重金属被冲入地下水或经大气扩散对环境造成进一步的污染。

采用植物修复技术，不仅简便，且成本低，对土壤中的重金属污染治理有显著的效果。但是，目前采用的方法并不能很好地处理土壤中的重金属，而单一的富集植物只能有效地处理单一的重金属，很难解决各种重金属的综合污染问题。

2.4.2 微生物修复技术

重金属离子在微生物中的溶解和沉淀。在土壤中，微生物可以利用养分和能量，在渗滤过程中，通过释放有机酸络合来溶解重金属。微生物以不同的代谢途径，直接或间接地参与了土壤中的重金属离子的分解，从而使其生成甲酸、乙酸、丙酸等低分子量有机酸。微生物吸附和富集重金属离子。土壤中的微生物能够通过细胞表面的电荷吸附和吸收必需的养分来主动地吸收和吸附重金属。

微生物氧化和还原重金属离子。某些重金属元素可能以不同的价格形式存在，但当它们以高价离子形式存在时，其溶解性一般都很低，难以进行迁移；微生物对重金属的氧化反应会导致其活性下降。

2.5 农艺调控技术

农艺调节是通过农业技术手段，降低土壤中重金属污染物向农作物尤其是可食性物质的迁移，以保证农业的安全。

2.5.1 优化施肥

因地制宜，将耕作制度、气候、土壤、水分等因素综合考虑。合理选用N、P、K 肥品种及施用量，防止化肥对重金属污染的活化，影响土壤酸碱度、环境湿度、提供能沉淀重金属的基团、引入竞争性离子对植物根系和地面的生理代谢等，从而影响植物吸收土壤中的重金属。

2.5.2 农作物的品种代替

通过对不同的农作物进行筛选，筛选出具有较弱的可食用部分的重金属元素，从而抑制重金属的进入，从而有效地减少重金属污染。在选择低积累作物时，要充分考虑该品种的适宜种植范围、重金属污染和农户的可接受度。

2.6 综合性技术措施

在农田生产过程中，由于田间环境条件变化复杂，且污染状况复杂，采用单一的方法很难保证作物可食用部位污染物含量达到要求，应根据农田污染特点，采取相应的技术措施，建立符合当地实际情况的安全利用模式。

2.6.1 综合利用“VIP”技术

“VIP”或“VIP+ n”是指通过增加（使用）土壤调理剂、钝化剂、叶面调控剂以及有机肥等来降低镉含量的产品或技术，如低积累的作物（V）、灌溉优化（I）、施用氧化钙等。在不改变原有栽培方式的基础上，按照大面积、适时、经济高效、科学的原则，对各种技术组合排序，并按照污染的严重程度对集成技术的数量和单个技术的实施力度进行相应调整。

2.6.2 调整农作物的种植结构

重污染区的食用农产品有超标的危险，要根据实际情况进行作物品种的调整，改种适宜严重污染农田种植的花卉苗木、纤维作物、能源作物等。要做到实事求是、生态优先、尊重民众意愿、兼顾社会和经济利益。

2.6.3 轮休制度的实施

实行一季休耕、一季种植，在休耕期间，以生物量高、吸收积累能力强的作物为主，不改变耕地的性质。提倡使用绿色肥料，减少土壤暴露，提高土壤肥力。

3 农用地土壤重金属污染治理技术模式与管控政策

3.1 土地整治与土壤修复相结合

土壤修复项目涉及到多个部门，包括自然资源、生态环境、农业农村等部门，在实施过程中由于缺少统筹规划，造成了土壤修复项目存在技术难题。①土地整治技术和修复技术的重复性很强，二者不能相互独立，造成大量的重复建设，一定程度上导致人力和物力的浪费；②大多数情况下，土壤修复实施主体对土地所有权不具有调控能力，被污染土壤的再利用很难进行合理控制，另外在实施修复过程中，受种植结构、土地利用类型等因素的制约，造成修复技术布局难以充分遵循土地恢复的基本原理；③农田土壤安全利用和修复需要对农田进行灌溉、排水、收获期废弃物处置等基础设施建设，这是保证恢复工作的顺利进行和保持良好的生态效益的重要保证，但在恢复过程中，土地恢复的投入通常不包括基础设施建设，从而影响土地恢复工作的落实；④农田土壤修复和安全利用的资金主要依赖于国家和地方专项基金，由于缺少相关的激励措施，相关主体实施安全利用和修复的积极性亟待提高。

3.2 进一步完善土壤重金属污染防治标准体系

目前，国内在开展土壤污染调查与评估时，并没有统一的目标、监测范围、监测指标、程序方法等方面的规范，而我国已出台的《土壤环境质量标准》仅对土壤进行分级，并没有明确的界定。由于相关土壤质量标准的缺失，土壤生态环境执法过程中难以提供有效的标准，无法对污染责任人进行有效的环境问责。同时，要增加有机污染物的类型，制定VOCs、SVOCs 等有机物质的农用地控制指标，并结合全国各地具体情况制定相应的地方性指标。要尽快制订出一套适合于农业生产的土壤重金属检测与评价标准，严格控制土壤中的重金属，采取多种技术措施来保证土壤的安全性，保证作物的健康生长，并尽可能减少重金属进入人类的食物链。

3.3 建立完善的管理体系

要明确各级政府的责任，签署责任承诺书，做好农用地土壤污染防治工作的规划，研究建立土壤污染安全利用和修复效果评价与评价制度，定期对农用地实施开展土壤环境质量评价。在横向上，要逐步建立起政府、执法部门、民间环保组织、公众环保组织四位一体的管理体制。在垂直方向上，从中央到地方建立治理体制。目前的公民环保团体，在政府机关和公司违反环境法行为中，也起到了很大的监督作用。自然资源部门要制订国家农业用地的重金属污染控制方案，并提出相应的具体方案，以促进土地资源的长期可持续利用。农业农村部门要对农用地土壤环境进行长期监测与评估，并在全国范围内建立一个实时更新的、覆盖全国的农用地土壤环境质量监控网络，制订出一套完整的技术规范和实施方案，具体落实到各个环节，并提高相关规范和方案的可操作性。生态环境部门要强化对土壤污染的统一管理和监督，要充分发挥政府的宏观领导地位，把土壤污染作为国家生态大计中的重中之重，建立重点监管企业名录，开展监督整改措施。

3.4 建立健全农用地土壤污染防治制度体系

3.4.1 建立农用地土壤污染治理专项资金，并按市场机制逐步实施

在受污染农用地土壤安全利用和修复过程中，如何落实基金保障无疑是一个很大的问题，而我国的污染治理资金主要来自于政府的财政支持，缺乏有效的问责机制，在处罚的同时，还要明确安全利用和治理修复的责任主体，真正能够落实“谁污染、谁付费、谁治理”。通过逐步引进市场化淘汰落后产能，通过市场推动污染治理产业的发展。

3.4.2 建立公共参与体系

结合多手段科普宣传模式，加强公众的土壤污染防治意识，督促农业生产者合理使用农药、化肥、地膜等农业投入品。加强公众监督，构建土壤污染事件监督举报平台，引导公众监督举报土壤污染事件的发生，以规范土壤污染防治责任主体的行为，形成一种有效的基层防范机制，促进政府有效执法。通过构建公众参与机制、全民参与、公众监督、鼓励民间团体参与环境污染防治等措施，促进环境保护工作的顺利进行。

4 结语

总之，重金属污染治理技术具有自己的特殊性，土壤重金属类型、重金属浓度、重金属价态随污染源和环境的污染程度而变化。目前，我国的维修技术大多比较复杂，一些技术指标还不完善，需要进一步的检验。因地制宜，通过对不同类型北方小麦产区重金属污染治理技术的比较和检验，总结出适合于北方小麦产区重金属污染地的治理技术，针对农业生产安全利用的特征，加速农业领域的重金属污染治理技术的研究。