农用地土壤重金属污染修复研究

方雁雄

（广州草木蕃环境科技有限公司，广东 广州 510000）

引言

农用地土壤受到人类活动和工业生产的影响，一部分农用地土壤中含有大量的重金属元素，会对农作物的正常生长造成极为严重的不良影响。同时，重金属造成的土壤污染问题，还会对土壤中的微生物造成影响，从而间接影响农作物的健康生长状态[1]。此外，如果这些重金属通过植物介质或者呼吸等渠道进入人体内部，还会对人体健康造成直接威胁，对人们的正常生活和生产经营造成严重干扰[2]。因此，我们需要针对农用地土壤重金属污染问题展开更加深入的研究，并通过有效的修复手段，恢复农用地土壤的健康状态。

1 材料与方法

1.1 实验地质信息

某实验项目位于我国华北平原南部，该地区交通便利，春秋季节干旱少雨、冬季少雪、夏季炎热多雨，为半湿润半干旱地区，年平均气温为13.5 ℃。受到太平洋东南季风的影响，年降水量差异较大，降水一般会集中在6～9月，这一阶段的降水量占全年总降水量的70%以上。经实地调查发现此地区的主要种植物为水稻、玉米、小麦和各种时令蔬菜[3]。

1.2 实验样品采集与分析

在实验正式开始前，为保证实验研究具备针对性，各项研究资料具备真实性，实验组在此区域内专门采集了33份实验土壤样品，每份样品均采用随机抽取法，在将整块土壤划分成多个区块后，在每个区块内随机攫取部分土壤作为样品，经过系统检测后，得出土壤中污染物的具体含量。重金属超标参数如表1所示。

表1 土壤中重金属污染物超标参数

针对表1的调查结果进行分析，为保证被污染的土壤能够恢复到安全使用状态，需要对土壤污染程度和治理经费等多项因素加以综合分析，确保划定的土壤修复范围的合理性。基于此，本次实验划定了200亩种植地，针对重金属含量过高的耕作层土壤结构进行修复治理。

首先，修复人员针对现有的各类重金属污染修复手段进行类比筛选，在对成本参数、可持续性特征以及技术实用性进行综合考量后，以本项目中的受污染土壤特点为基础，设定了“客土+农业生态修复+钝化/稳定化”的修复方式，希望可以通过复合形式的修复技术达到修复效果。

2 结果与分析

2.1 田间中试实验

在本次实验开始前，需要保证实验的对比效果，在保证各项实验条件一致的基础上，进行针对性实验作业，即可保证最终的实验结果具备实际参考价值，可以作为后续修复的主要参考要素。

修复人员首先对实验区域进行划分，设为A组和B组，A组区域内的土壤是以纯粉煤灰土壤为主的农田，与之相对应的B组则是由少量粉煤灰覆盖的农田，（即农田中的粉煤灰土层厚度在3～5 cm之间）。此后，在设定好的两组实验组中再次进行划分，各分成9块新的实验田区块，对所有实验田使用客土移植修复技术和农业生态修复，通过复合修复方式，设定实验方案，并以此为基础，分别对A、B两块农田采取针对性修复处理手段。在实验过程中，所有参与种植测试的作物种子均在所在地直接采购，确保种子等其他因素不会对实验造成直接影响。

在田间中试实验期间，相关人员对参与实验的A、B两组实验田信息在进行统一整理，土壤中携带的Pb、Cd和Hg三种重金属含量走势如图1所示。

图1 中试实验检测到的Pb、Cd与Hg含量走势图

在本次实验中，以保证土壤重金属治理效果为基础，即保证土壤中携带的Pb、Cd和Hg可以被成功治理。在此基础上，出苗4 d后，修复人员记录和分析了两块实验田内的玉米作物生长信息，详情如表2所示。其中，A0为本次实验田的A组对照组作物生长数据、BO对应本次实验田中的B组对照组作物生长数据。

表2 不同土壤改良措施对玉米作物产生的影响

针对表2内容进行分析，可得出如下结论：将A3与A0的株高参数进行对比，上升了14.20%，每株干重上升65.38%；将A5与A0进行对比，株高参数上升了13.34%，每株干重上升80.70%；将B5与B0进行对比，株高上升了7.18%，每株干重上升194.44%。

综上，在保证实验处理水平不存在过大差异的前提下，针对本次实验手段的成本支出情况进行分析，结论如下：（1）对纯粉煤灰地质土壤而言，在对其进行改良处理的过程中，客土比例参数为20%～30%黄土，为土壤增添G2类型的土壤改良剂，施行标准设定为900 kg/亩即可，对于部分重金属含量过高的田块，可以上升到120 kg/亩，应确保化肥材料的使用能够达到理想的修复效果并实现改良目标。（2）针对粉煤灰含量较低的土壤改良，使用的客土比例为黄土20%，然后再次增添类型为G2的专业土壤改良剂即可，具体执行标准为900 kg/亩即可，在土壤重金属含量较高时，可以上调至120 kg/亩，确保化肥材料可以达到理想的修复效果并顺利达成改良目标。

2.2 炭基钝化剂应用实验

实验对炭基钝化剂在土壤改良中的实际应用效果进行分析，本次实验特将田间作物不同情况下的生长参数进行对比分析。详情如下：首先，配制出重量为18 kg、客土比例为20%的实验土壤样，并将其均匀分装至准备好的6个专用实验盆内，然后再依次在实验盆中按照设计比例添加炭基钝化剂材料，比例为：0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%以及0.25%，将其搅拌均匀后再次以常规方式进行管理，即按照种植-管护-间苗等普通种植程序完成鸡毛菜的种植任务，经过15 d时间，开始对鸡毛菜作物的平均生物量参数和Cd元浓度进行准确测量和记录。最终实验结果如表3所示。

表3 炭基钝化剂对土壤重金属含量的影响

针对表3内容进行分析，可以了解到如下信息：本次实验未对实验田土块采取其他治理手段，在编号B01的测试中，农业生物的平均产量在所有实验组中处于最低水平，实际产量仅为13.49 g/株，该比例已经超过标准鸡毛菜（即茎类蔬菜）设定的统一标准（Cd限值标准为：0.1 mg/kg）。在实验过程中，为B02～B06实验土壤添加不同量的专业炭基钝化剂材料，最终这几块实验土壤中的鸡毛菜实际产量均有一定程度的提升。在此期间，B05样品对应的平均生物产量提升最高，将其与B01进行对比，产量上升比例达到42.03%。除上述内容外，鸡毛菜作物中的Cd比例有明显降低，最高值仅有0.016 mg/kg（即B04实验土壤），由此可证明，该组实验具备实际应用价值。

综上，通过炭基钝化剂测试可以了解到，在土壤中添加适量的炭基钝化剂，可以对土壤中的重金属比例产生良好的调节作用。在这样的情况下，后续阶段的土壤修复工程可以借助添加炭基钝化剂材料的方式提升土壤质量，按照浓度为600 kg/亩的比例添加治理药剂，可以保证土壤重金属治理效果达到预期要求标准，为土壤的后续使用奠定良好基础。

2.3 工程修复流程

首先，修复人员将待修复土壤进行统一划分，划分出100个独立修复单元，经过这样的划分，可以将所有修复单元的待治理面积控制在1亩左右。在此期间，还需要在所有修复单元中再次加入比例为20%的客土，此时可以使用挖掘机设备对土壤进行充分混合，保证其质地均匀。在完成客土混合任务后，具体执行标准需要以不同修复单元的重金属含量为基础，有针对性地进行治理。

完成上述操作任务后，还需要对所有经过改良处理的农田进行种植，主要作物为：玉米、白菜或胡萝卜等比较常见的农作物，并在这些作物成熟后，对其进行采样检测；农田土壤同样需要进行专门的采样检测，借此判定最终的治理修复效果是否可以达到预期水平。

2.4 重金属污染区的修复情况

经过修复处理后的土壤样品含有的Pb、Cd和Hg的比例发生变化，在16和18号测试样品中，重金属Pb、Cd与Hg的含量相对较高。造成上述情况的主要原因为：实验田部分地块土壤重金属含量不一致，同时，部分田块存在客土混合均匀度不足的情况，再加上一部分实验田块的原始粉煤灰土壤污染程度较高，重金属比例远远大于实验前的检测数值，所以会对最终治理效果造成直接影响，这三方面原因是导致16和18两块实验田治理效果受到影响的核心因素。

在得出上述结论后，排除16与18号测试样品，其他测试样品中携带的Pb、Cd和Hg元素比例为：27.74 mg/kg、0.16 mg/kg和0.064 mg/kg，此项参数证明本次实验设计具备修复效果，可以达到理想的土壤修复水平。

3 结语

综上所述，在本次土壤修复实验过程中，修复人员首先针对实验区域内的待改良土壤进行合理选择，然后将取得的样本土壤进行分组处理，对所有实验样品采取统一规格的处理方式，并在中试环节对所有实验样本进行检测，以实验数据为基础进行分析，判断各种修复手段之间的效果差异，最后再通过实际应用对土壤修复方案的具体效果进行检验。最终结果证明，除少部分地块受到土壤污染信息不准确因素影响外，其余大部分土壤的最终改良效果显著，均可达到理想的处理水平，因此本次实验具备研究和应用价值。