农田土壤重金属修复技术探析

农田土壤重金属修复技术探析

作者：黄雷 张时伟 赵亮 任重 李红艳 裴东辉 来源：《现代农业科技》2016年第12期

摘要 农田重金属污染主要源自大气沉降、污水灌溉、固体废弃物及农用物资的广泛使用等。由于土壤中的重金属难以降解，容易蓄积且毒性较大，不仅会严重影响作物生长，还可能随食物链进入人体，进而危害人体健康。因此，研究农田土壤重金属修复技术具有重要的现实意义。整理了国内外常见的农田土壤重金属修复技术，阐述并分析了各项技术的方法原理以及各项技术在实际应用中的优缺点，为农田土壤重金属污染修复技术研究和实际应用中修复技术的选择提供参考。

关键词 农田；土壤重金属；修复技术

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）12-0225-02

Abstract Farmland pollution of heavy metals mainly comes from atmospheric precipitation，sewage irrigation，solid waste and the widespread use of agricultural inputs，etc. The heavy metals in soil are usually difficult to degrade，and easy to accumulation and with great toxicity. It not only affects the growth of crop seriously，but also tends to enter human body with the food chain which endangers human body health. In consequence，it is meaningful to study the remediation technology of farmland heavy metal pollution. Common repair technologies about heavy metal pollution in

farmland soil at home and abroad were gathered，and the principle，advantages and disadvantages of each technology in practical application were analyzed，so as to provide references for the research of repair technology of farmland soil heavy metal pollution and for the choice of repair technology in practical application.

Key words farmland；pollution of heavy metals；remediation technology

随着工业经济的发展，矿产资源的开发利用和化工产品的广泛使用，各类含重金属的废弃物大量进入环境，造成与人类息息相关的土壤尤其是农田土壤受重金属污染越来越严重。据相关资料显示，中国耕地土壤的污染物点位超标率为19.4%，其主要污染物便是镉、镍、铜、砷、汞、铅等重金属，每年因重金属污染所造成的直接经济损失就高达200亿元以上[1-2]。土壤中的重金属难以降解，容易蓄积且毒性较大，不仅会严重影响作物的生长，还可能随食物链进入人体，进而危害人体健康。成都及沈阳张士污灌区的居民癌症死亡率为0.117%，尿镉的质量浓度3.83 μg/L，明显高于非污灌区[3]。更有甚者，在部分地区重金属镉污染已经发展到了生产“镉米”的程度。

农田土壤重金属污染面积大，污染程度较轻，多为中轻度污染，因此与矿区、场地等土壤重金属污染修复不同，其修复技术需要更多地考虑在不影响正常生产活动的情况下，通过减少土壤中重金属总量、减弱重金属的迁移能力等方式，达成降低农产品中重金属含量的目的。因

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此，本文整理了国内外常见的农田土壤重金属修复技术，阐述并分析了各项技术的方法原理以及各项技术在实际应用中的优缺点，为农田土壤重金属污染修复技术研究和实际应用中修复技术的选择提供参考。

1 农田土壤重金属污染现状

据不完全统计，目前中国有近1 000万hm2的耕地存在不同程度的污染，每年受重金属污染的粮食达1 200万t。中国部分城市农田土壤重金属含量见表1[4]，可见大多数城市近郊农田都受到了不同程度的重金属污染。

农田土壤重金属污染物主要包括Cd、Pb、Cu、Hg、Cr、Zn、Ni及类金属As等，主要通过大气沉降、污水灌溉、施用固体废弃物等农用物资的方式进入农田[5]。例如：汽车和摩托车中的尾气含有的重金属以气溶胶的形式进入大气，并经过自然沉降和降水进入土壤；工业废水中的未处理掉的重金属经地下水进入土壤；工业固定废弃物中的重金属以及农用物资中的未被利用的重金属则经日晒雨淋向四周的土壤扩散；未经处理的重金属污染物通过干湿沉降进入土壤，对土壤造成污染等[6]。

2 农田土壤重金属污染修复技术及其应用

农田土壤重金属修复技术主要包括工程措施、农艺调控措施、物理化学修复以及生物修复技术[7]。不同的修复技术其原理各不相同，均有其各自的优缺点，在实际应用中需要针对不同的土壤污染情况，根据具体的修复目标要求，选择恰当的修复技术。 2.1 工程措施

工艺措施修复技术[8]主要包括：客土法，即利用清洁的土壤替换表层污染土壤，减少重金属与植物的接触，但表层污染土壤需妥善处理；翻耕混匀法，即在污染土壤中加入大量清洁土壤混匀，以降低重金属含量；工程去除法，指利用工程工具去除表层污染土壤。客土法对于重金属污染严重且污染面积小的农田，能有效减少重金属对环境的影响，但对污染面积较大的农田，工程治理工作量大，费用高，对周边地质会产生一定影响，因此不适用于污染面积较大的农田。翻耕混匀法适用于污染程度较低的农田，对于污染严重的农田则不适用。重金属污染程度太高，会导致翻耕混匀后的浓度降低程度不明显，从而起不到重金属修复作用。工程去除法去污染效果好，但仍需注意下层土壤的重金属污染。总体而言，使用工程措施修复农田土壤的重金属污染属治标不治本，需大量人力、物力，且易引起耕地的二次伤害，可用于突发污染事件处置，不便于也不提倡广泛使用。 2.2 农艺调控措施

农艺调控措施是指用来调控植物成长的自然环境和遗传表达过程的修饰而采用的一些方法手段等措施，例如调节土壤pH值、调节土壤含水量等方式。农艺调控措施具有成本低，且实施期间不影响土壤生产功能等特点，但是单纯的农艺调控只适用于污染程度较轻的区域。同

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时，通过调节土壤的pH值等方式，使土壤中重金属离子沉淀，虽然能达成降低重金属生物有效性的目的，但是土壤环境的改变极有可能使重金属重新释放至土壤中。

总体而言，农艺调控措施修复技术相对较成熟，成本较低，且对土壤环境影响较小，推荐在重金属污染程度较轻的农田应用。 2.3 化学修复技术

化学修复技术主要包括电动修复、淋洗、化学固化/稳定化等方法。其中电动修复是指土壤重金属在施加直流电压作用下，通过电迁移、电渗流等方式，被带到电极两端，再进行集中处理的方式[9]。淋洗技术是指将水或含有冲洗助剂的淋洗剂如螯合剂、酸碱溶液及表面活性剂等注入到污染土壤中，达到洗脱土壤中重金属的目的[10]。化学固化/稳定化是指运用物理化学方法将土壤中重金属固定，阻止其迁移扩散，从而降低重金属的毒害程度，常用的固化剂主要有无机粘结物、有机粘结物、热硬化有机聚合物及玻璃质物质[11]。电动修复操作简单、处理效率高，但容易导致土壤理化性质改变。淋洗技术关键在于淋洗剂的选择，淋洗剂必须具备既能洗脱各种形态金属的功能，又不至于破坏土壤结构，淋洗可以完全去除土壤中的重金属，但对于地质黏重、渗透性较差的土壤修复效果较差，而且淋洗剂价格昂贵，对土壤易造成二次伤害。化学固化/稳定化修复技术虽然简单易行，但这种方法只是改变了重金属的存在形式，重金属仍然残留在土壤中，同样在土壤环境发生改变时可能重新释放至土壤中。

总体而言，化学修复技术中除了化学固化/稳定化技术成本较低之外，其它修复技术的修复成本过高，不便于大规模推广应用，而化学固化/稳定化存在污染物不能彻底去除可能重新释放产生污染等问题，不是最佳选择。 2.4 生物修复技术

生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物，主要包括植物修复、动物修复以及微生物修复。植物修复根据其作用机理又分为植物稳定、植物挥发和植物提取。植物稳定是利用具有重金属耐性的植物降低土壤中重金属的移动性，减少进入食物链的可能性[12]。植物挥发是通过利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，降低土壤污染。植物提取是利用植物从土壤中吸取一种或多种重金属污染物，并将其转移贮存到地上部分，通过收割地上部分来进行处理。动物修复是指通过利用土壤中能够吸收土壤中重金属的低等动物来进行富集的方法。微生物修复[13]是指利用活性微生物对重金属吸附或转化为低毒产物，用于修复的菌种主要有细菌、真菌和放线菌。

生物修复技术中，植物稳定技术不能去除土壤中的污染物且占用了耕地，植物挥发仅对Hg有效，同时会造成污染物迁移，造成二次污染，均不适合实际应用。植物提取虽然修复周期较长，但可以将重金属从土壤中去除，永久性解决农田土壤重金属污染问题，其技术关键是超富集植物的选择，通常具有高产和高去污等特点，我国自20世纪90年代以来发现了大量的超富集植物如蜈蚣草、东南景天、商陆等[14]。微生物修复是目前最具开发潜力和应用前景的

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技术，2009年Polti等[15]从甘蔗中筛选放线菌（Streptomyces sp. MC1），在7 d不加任何营养物的条件下，可将土壤中的50 mg/kg Cr（VI）的生物利用率降低90%，但微生物的分离以及与修复现场菌株的竞争上还存在各种各样的困难。 3 问题与展望

农田土壤与人类健康有着直接的关系，因此对农田土壤的修复要求也就越高。综合分析可知，目前各种修复技术均存在各自的优缺点，工程措施速度快，但是并没有从根本上解决重金属污染问题，而且客土的利用会导致地质的破坏，农艺调控措施只是暂时性地控制了重金属污染，倘若农田土壤受到外界的影响，仍然会重新受到污染，化学修复技术中的电动修复和淋洗技术可以完全去除土壤中的重金属，但成本较高，生物修复技术是目前较为提倡的修复技术，但修复周期较长。因此，不仅需要根据农田土壤的实际污染情况，选择特定的修复技术，更需要研究改进植物提取、农艺调控措施、化学固化/稳定化修复技术等技术，并探索这些技术在实际修复中的联合应用，获得最佳的修复效果及适用性。 4 参考文献

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