浅析农田土壤重金属污染及修复技术

摘要：随着工农业的迅速发展，随之引发的土壤重金属污染也越来越严重，并逐渐成为了广受关注的社会问题，因此土壤重金属的修复成为亟待解决的问题。本文针对农田土壤重金属污染问题，从其污染的危害、现状以及现阶段应用广泛的修复技术进行了分析描述，并对各技术的优缺点进行了阐述，以期对我国农田土壤重金属污染现状及修复技术进行简要分析与展望。

关键词：农田;重金属;修复技术

中图分类号：S154.1文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200115044

收稿日期：2019-11-08

作者简介：张猛（1992-），男，硕士。研究方向：地下水科学与工程。

1我国农田土壤重金属污染现状

我国农田土壤环境正面临着严重的挑战，2014年政府发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示[1]，现阶段我国土壤环境状况不容乐观，部分地区存在严重的土壤污染问题，尤其是农田土壤问题更是严重，经土壤污染调查统计，土壤污染点位超标率为16.1%。重金属经过污水农灌、固体废弃物堆放及大气沉降等过程进入土壤，但该过程没有直接引起人们的重视，更不易开展相应的土壤修复项目，直至诸如“镉大米”事件的曝光，农田土壤重金属污染问题才真正引起社会的广泛关注[2，3]。

2我国农田土壤重金属来源

农田土壤中重金属的来源主要有内源与外源[4]。内部来源主要是指该地区土壤地质情况不同，其背景值不同，主要受地形地貌、水文气象以及当地植被等因素的影响;外部来源主要包括污水灌溉、大气沉降、农用肥料的使用、工业排放等[5，6]。污灌与化工厂等排污河水的侧渗是造成农田土壤中重金属Cd、Zn、Pb与Cu污染的首要原因，除工业排放外，农业生产中不同化肥的使用对土壤中Hg、Cd、Pb等重金属的积累也具有一定的影响。

2.1污水灌溉

农田灌溉用水主要来源于地下水，由于地下水资源短缺，部分地区农田采用污水灌溉，虽然污水灌溉能缓解我国水资源短缺问题，但其灌溉后致使重金属在农业生态系统中积累，导致农田土壤中镉（Cd）等重金属严重超标。近年来，湖南报出多起镉污染事件，受到最广泛关注的为2013年攸县“镉大米”事件。黄登峰等以湖南湘东矿区为研究对象，评价了当地镉污染情况，结果显示，该区农田镉含量4.37mg/kg，为湖南省土壤背景值的21.8倍，更是我国土壤背景值的45倍[7]。

2.2大气沉降

大气沉降是指大气中的物质通过沉降作用转到地面的过程，重金属作为大气沉降污染物的重要组成之一，对生态环境具有严重的影响。一些研究表明[8-10]，大气中重金属来源比较广泛，涉及到尾气的排放、燃料的燃烧等。在大气干湿沉降的作用下，重金属进入到农田生态系统中，进而进入生物系统，影响人们身体健康。

2.3化肥、农药等农业物质的使用

农药、化肥等相关农资用品对于农业的发展具有促进作用，但不合理和过量施用会导致农田重金属污染。一些农药中含有镉、汞、砷、铅等重金属，目前砷污染主要来源是农业生产中长期使用含砷的农药，砷在农田土壤中富集，一些国家现已禁止使用含砷的农药。肥料的使用也是引起重金属污染的重要原因，其中磷肥是肥料中重金属含量最高的，因为其生产原料磷矿石天然伴生镉，能够被植物吸收的含量不到20%，其它的就会在土壤中不断积累。

2.4固废堆放

固体废弃物中的重金属在适当条件下能向周围土壤及地下水中迁移，如在降雨过程中，弃物中的重金属会随着雨水渗入土壤中，导致土壤重金属污染。在垃圾堆积场和矿区周围，重金属污染情况较严重。黄登峰[7]等对湖南湘东矿区重金属污染状况进行调查发现，调查区镉含量是湖南省背景值的120倍，是我国表土背景值的241倍。

3农田重金属污染危害

当农田中重金属含量富集到一定浓度时，会使农田土壤的活性下降，进而影响植物的生长发育，导致农作物减产甚至绝收。重金属超标的农作物被人们食用之后，重金属也随之进入人体富集，难以排出，致使人们中毒、致癌，影响身体健康。

3.1农田重金属污染对农作物的危害

重金属通过各种途径进入農田土壤，并随着时间推移逐渐富集，当其富集超过一定浓度时，会对农作物的生长发育产生一定影响，使农作物减产甚至死亡。不同重金属对农作物产生的毒理性也略有差异，有研究表明，当土壤中Cr6+浓度增大到0.1mg/L时，会抑制水稻种子的萌发[11]。同时水稻的发育受镉的影响也较大，镉含量较高会导致水稻产量显著下降。

3.2农田重金属污染对人体的危害

重金属通过食物链对人体具有间接毒害性。重金属能与人体内相关的酶和蛋白质结合，抑制酶的活性，破坏蛋白质结构，影响人体健康。镉在所有重金属中毒性是最强的，可损伤肝脏和肾脏，同时，因为其与钙具有较为相似的生理性质，能够替代骨骼中部分钙，造成骨质疏松、骨骼变形，影响骨骼系统，俗称“痛痛病”[12]。铅在人体内大量富集后会导致贫血、神经紊乱及肾脏损伤[13]。铬对皮肤有刺激作用，会引起皮肤溃烂，也能通过呼吸道进入人体，引发呼吸道疾病，铬还具有“三致”作用（致癌、致畸、致突变）[14]。砷也具有严重的致癌危险，中毒表现具有滞后性，通常是长时间的积累导致。

4重金属污染土壤修复技术

目前，对于农田土壤重金属污染修复，有以下几个方面的研究，用物理方法进行修复、利用化学方法修复、以及利用生态农业修复。

4.1物理修复技术

常用措施包括深耕翻土、去土、换土等，该方式优点在于对重金属去除率较高，缺点是工程量大、成本高、对农田破坏较大，适合污染面较小土壤。相对于深耕翻土、去土、换土，电动修复处理成本低且不会破坏农田结构。修复过程为在重金属污染土壤中插入电极，重金属离子在直流电压下发生迁移、富集，该方法适用于低渗透性的黏土。热处理是一种把挥发性Se、As、Hg 等从土壤析出的修复技术，其工艺简单，易实施，但是电热修复技术能耗大、成本较高，对土壤结构会产生危害，且会对大气产生污染，故采用并不广泛。

4.2化学修复技术

化学淋洗技术是指选用合适的淋洗液对受污染土壤进行清洗，使重金属从土壤中去除。该技术具有操作简单的优点，但是该技术同时对土壤质地要求也较高，在我国很多地方并不适用，且淋洗液会造成二次污染。稳定固化修复技术是一種非永久性的修复技术，该技术旨在降低土壤中重金属的释放，通过钝化作用，降低重金属的迁移性，使其较少的向农作物迁移，从而降低重金属对人体的危害。常用的钝化剂有石灰、铁锰氧化物及电厂灰等，该技术成本低且效果显著，但是该技术并未将重金属从土壤中根除，滞留在土壤中被钝化的重金属仍可能在若干年后产生二次污染，因此稳定固化修复技术仍需长期监测。

4.3农业生态修复技术

农业生态修复技术的主要途径是在农业生产过程中，通过改变耕作制度，选择种植难以进入食物链并且对重金属有较强吸收作用的植物，将土壤中重金属吸收去除。农艺修复主要是通过调整种植农作物，合理施用化肥与有机肥，以达到对土壤重金属去除的目的。生态修复措施主要是通过改变土壤pH、土壤养分与土壤水分等因子，从而达到调控污染重金属的目的。该技术相比于其它修复技术，其成本低、实施简单且技术成熟，但是该技术存在明显缺点为修复周期较长。

4.4联合修复技术

土壤重金属污染的治理采用单一的修复技术虽然能达到一定的效果，但是因其各自的缺点限制了其发展，因此多种技术的联合使用成为了关注的热点。且已有研究学者在联合修复技术方面取得了一定的成果，卫泽斌等[15]利用淋洗技术将重金属污染土壤先进行淋洗，然后加入固定剂（FeCl3）将重金属钝化，可将铅、锌等重金属钝化于农田深处。魏树[16]等利用电场和植物的联合作用处理土壤中的镉、铅、锌等重金属，结果显示，电场提高了相应植物对重金属的吸收能力，通过植物将重金属从土壤中清除。

5展望

我国目前农田重金属污染已经比较严重，但相应的处理修复技术还不成熟，需要进一步完善。现有的单一农田土壤修复技术很难对重金属污染土壤进行彻底修复，因此，多种修复技术联用势在必行，进一步完善联合修复技术是必然的发展趋势。同时，在修复的过程中应遵循因地制宜的原则，合理利用适当的修复技术，达到成本最低化、效果最佳化。

参考文献

[1] 中华人民共和国环境保护部，中华人民共和国国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[J].环境教育，2014，（6）：7-10.

[2]Liu Xiaojuan，Tian Guangjin，Jiang Dong， et al.Cadmium （Cd） distribution and contamination in Chinese paddy soils on national scale[J].Environmental Science and Pollution Research，2016，23（18）：17941-17952.

[3]贺珍怡，王五一.从土壤污染到“镉大米”，进而对公众健康的影响——驱动因素和解决方案的跨学科分析[J].资源与生态学报（英文版），2018，9（1）：1-12.

[4]蔡美芳，李开明，谢丹平， 等.我国耕地土壤重金属污染防控策略研究[C].中国环境科学学会.2014中国环境科学学会学术年会论文集.2014：1-7.

[5]董同喜，杨海雪，李花粉， 等.华北农田小麦-玉米轮作体系下土壤重金属积累特征研究[J].农业资源与环境学报，2014（4）：355-365.

[6]樊霆，叶文玲，陈海燕， 等.农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J].生态环境学报，2013（10）：1727-1736.

[7]黄登峰，赵运林.湖南湘东矿区镉污染状况调查[J].安徽农业科学，2017，45（21）：41-43.

[8]陈景辉，卢新卫.西安城市路边土壤磁化率特征及其环境意义[J].陕西师范大学学报：自然科学版，2011，39（5）：76-82.

[9]赵阳，于瑞莲，胡恭任， 等.泉州市324国道泉州至塘头段路旁土壤中重金属来源分析[J].土壤通报，2011，42（3）：742-746.

[10]Chen L.，Li Z.，Zhao X.， et al.Levels， risk assessment and sources of PM_（10） fraction heavy metals in four types dust from a coal-based city[J].Microchemical Journal： Devoted to the Application of Microtechniques in all Branches of Science，2011，98（2）：280-290.

[11]陈丙义，赵安芳.重金属污染土壤对农业生产的影响及其可持续利用的措施[J].平顶山工学院学报，2003，12（2）：31-33.

[12]顾继光，周启星，王新.土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J].应用基础与工程科学学报，2003，11（2）：143-151.

[13]匡少平，徐仲，张书圣.玉米对土壤中重金属铅的吸收特性及污染防治[J].安全与环境学报，2002，2（1）：28-31.

[14]赵庆良，张金娜，刘志刚， 等.再生回用水灌溉对作物品质及土壤质量的影响[J].环境科学，2007，28（2）：411-416.

[15]卫泽斌，郭晓方，吴启堂.化学淋洗和深层土壤固定联合技术修复重金属污染土壤[J].农业环境科学学报，2010，29（2）：407-408.

[16]魏树和，徐雷，韩冉， 等.重金属污染土壤的电动-植物联合修复技术研究进展[J].南京林业大学学报（自然科学版），2019，43（1）：154-160.

（责任编辑常阳阳）