耕地土壤重金属污染修复技术探究

吕雯迪

摘 要 随着我国经济社会不断深入发展，建设生态文明已经成为全国范围内的重要共识。有效治理环境污染，受到了各方的广泛关注。在各类环境污染中，耕地土壤重金属污染因其对农作物及人身健康的危害，已经被列入重点治理工作内容。因此，科学认识耕地土壤重金属污染现状，研发土壤重金属污染修复技术，具有十分重要的现实意义。

关键词 耕地土壤;重金属;污染;修复技术

中图分类号：X53 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.21.092

解决耕地土壤重金属污染问题是当前环保领域的研究热点之一。当耕地土壤受到重金属污染，污染物将通过食物链直接危害人体健康和生命安全，对人们生存和经济发展造成严重损失。因此，研究耕地土壤重金属污染修复技术，对生态文明建设非常重要。

1 耕地土壤重金属污染概述

1.1 耕地土壤重金属污染的来源

耕地土壤重金属污染主要是指铜、锰、汞、铅等重金属元素累积到土壤中，达到一定数量后污染耕地，并随食物链进入植物、动物体内，最终危害人身健康和生命安全。

耕地土壤被重金属污染的原因有多种，主要是受自然因素和人类活动的影响，这也决定了耕地土壤中重金属来源的多样性。从自然因素的角度来看，主要是在土壤形成的过程中，含有重金属的岩石风化、脱落在耕地中，使重金属元素进入土壤。而在地表径流流经周边的耕地时，如果上游有重金属矿区，重金属离子则会通过水体污染土壤。流域越大，可能造成的污染就越严重。而人类活动造成的重金属污染则相对复杂，如过量使用化肥、农药，使其中包含的重金属原料逐渐累积在土壤中，达到一定浓度后就会造成土壤的重金属污染;工业废水、废料随意放置，其中的重金属元素也会通过雨水冲刷、大气沉降等进入土壤，并呈现辐射状污染扩散，使周边大量耕地受到污染;汽车尾气中含有重金属元素，在排放到大气中后，也会随降水进入土壤;耕地灌溉水中若重金属含量超标，也会造成大面积的污染[1]。

1.2 耕地土壤重金属污染的危害

耕地土壤重金属污染不仅是生态环境的污染，也会通过食物链对畜禽造成威胁，并最终对人类的健康和生命造成危害。

1.2.1 对农业生态环境造成危害

重金属元素进入耕地土壤后，会使土壤微生物和各种酶的活性下降，甚至减少土壤中的微生物数量，使土壤理化性状严重恶化，导致农作物减产。同时，部分重金属离子会对农作物生长必需的氮、磷、钾造成影响，降低土壤肥力，威胁粮食安全。此外，耕地土壤中的重金属元素还会随降水、地表径流进入水体，扩大环境污染的范围和程度[2]。

1.2.2 对农作物和畜禽养殖造成危害

重金属元素被农作物吸收后，会因胁迫作用降低作物抗性，使农作物病虫害发生概率增大，导致作物减产或死亡。而粮食作物的叶、秆等饲料作物中，如重金属含量超标，会随食物链进入畜禽体内，不仅会影响畜禽产品的品质，还会威胁人类的健康。

1.2.3 对人体健康和生命安全造成危害

耕地土壤中的重金属最终会随食物链进入人体，尤其是铅、镉、砷、汞等重金属，对人体健康都有十分严重的危害，甚至会导致死亡，给人类生命安全和经济社会发展带来巨大损失。

1.3 耕地土壤重金属污染现状

根据我国首次全国土壤污染状况调查结果，耕地土壤重金属污染情况不容乐观。西南、中南地区土壤重金属超标范围较大;镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势，耕地土壤环境质量堪忧。根据调查，造成耕地污染的原因，除了长期依赖农药、化肥、除草剂、农膜等农业产业模式造成残留污染以外，还有化工污染、流域污染、采礦挖掘等污染引发流域灌溉水源的输入性污染。目前，土壤重金属超标、有毒残留物富集、土壤板结和养分不足等状况是普遍存在的[3]。

虽然我国于2016年印发了《土壤污染防治行动计划》，形成了大气污染、水污染、土壤污染防治一体化格局，有力推动了耕地土壤治理与修复，并不断取得新的成效，但仍然需要较长一个时期来检验治理与修复的实际效果。

2 耕地土壤重金属污染的修复技术

我国十分重视耕地土壤重金属污染防治工作，出台了相关政策措施，不断加强土壤污染防治研究，大力推广污染治理与修复技术，形成了政府、科研、推广、企业和农民共同参与、全面推进的工作格局。当前，修复耕地土壤重金属污染，主要是转化、清除土壤中的重金属元素，恢复耕地土壤的良好理化性状，提高耕地生产力。目前，常用的修复技术主要包括以下3种。

2.1 物理修复技术

2.1.1 客（换）土法

客（换）土法分别指客土法和换土法，适用于土壤重金属含量较高的耕地。前者是将没有受到重金属污染的土壤运送至被污染的耕地中，铺成无污染的耕作层，或将土壤混合均匀以降低重金属含量。采用客土法修复时，要对受到污染的土壤进行处理，从而使农作物根系不接触或少接触受到污染的土壤，使作物达到食品安全的水平。换土法则是先铲除、运出受到污染的土壤并进行治理，然后运来没有受到污染的土壤并覆盖在原耕地之上，形成无污染的耕作土层。这两种方法均可降低耕地受到的重金属污染程度，但因土壤中重金属元素的残留，仍然可能造成二次污染，难以达到根本治理的效果[4]。

2.1.2 水洗法

水洗法是指利用无污染的清水，通过灌溉、淋洗的方式降低土壤中的重金属含量，实现土壤修复的目的。通过清水灌溉方式进行土壤修复，需要反复进行冲洗，使耕地土壤中的重金属逐渐向深层土壤迁移，实现表层土壤的治理与修复。这种方法能在短时间内有效降低土壤中的重金属含量，但可能造成土壤二次污染。而通过淋洗方式进行土壤修复，则需要先挖出被污染的土壤，在固定的场地、设施内对土壤进行重金属提取、冲洗，达到修复标准后，把土壤运回原处，并对淋洗废水进行重金属提纯和再利用。这种方法需要对场地建设、设备购置进行大量投资，但修复效果更好、更持久，且不易形成二次污染[5]。

2.1.3 深耕法

深耕法主要针对重金属污染土层并不深厚、污染面积较小的耕地，通过深耕深翻的方式搅动上下土层，使被污染和未被污染的土壤充分混合，降低耕作土层内的重金属污染程度。这种方法主要依靠大型深耕机具进行，较易实施。

2.1.4 其他方法

近年来，随着对土壤重金属污染修复技术研究的深入，热脱附技术、土壤蒸汽浸提技术、电动力修复法、微波加热修复技术等不断被投入使用，部分技术显现出较为显著的修复效果。例如，电动力修复法，利用重金属离子的迁移属性，使用电极去除土壤中的铜、锌等重金属，成本低、周期短，应用效果较好;电热解吸修复技术，因会破坏土壤结构和有机质，且投入高、应用范围窄，研究热度逐渐降低。

2.2 化学修复技术

2.2.1 固化法

固化法是向土壤中加入化学固化剂，使之与重金属离子产生化学反应，进而生成沉淀物或吸附重金属离子，使重金属离子的迁移能力降低，减少对土壤的污染。為了使重金属元素发生沉淀，需要使用固化剂来提高土壤的酸碱度，创造化学反应的土壤环境。而吸附重金属则需要使用沸石、柿丹宁等吸附剂，把土壤中的重金属元素吸出、固定，从而降低污染。

2.2.2 改良剂法

化学改良剂主要通过石灰类物质与重金属产生氢氧化合物，在土壤碱性提高和土壤氧化环境下，使重金属元素生成硫化物沉淀，消除重金属毒性。目前，重金属土壤污染改良剂还需要进一步研发，以减少对土壤有机质的破坏，提高修复效果。

2.3 生物修复技术

2.3.1 植物修复技术

植物修复技术是目前应用较为普遍的生物修复技术，主要是利用对重金属具有较强吸附作用的自然植物或人工培育植物，把重金属从土壤中吸收到植物体内，再对植株进行收割并统一处理。植物修复不仅可以吸取土壤内的重金属，还可提高土壤肥力。目前，使用较多的植物有蜈蚣草等蕨类植物以及小黄杨、鸭脚木、亮叶忍冬等花卉植物。这些植物对各种重金属元素的吸附转移能力各不相同，需要根据被污染耕地的污染种类进行选择。

2.3.2 动物修复技术

动物修复技术主要是使用蚯蚓粪便吸附重金属的能力及其对土壤理化性状的改善能力，作为重金属污染土壤的修复剂。此外，蚯蚓能够把土壤中的有机质分解为氨基酸、聚酚等化合物，并产生腐植酸，对可溶性重金属产生吸附作用。综合两者的共同作用，蚯蚓可以增加土壤活性，并直接修复部分重金属污染。

2.3.3 微生物修复技术

微生物修复是利用菌根真菌等微生物对重金属离子的氧化还原作用和矿化作用，降低重金属活性，减弱土壤的重金属毒性，进而改善土壤肥力，促进植物对营养的吸收。

3 结语

随着经济社会的不断发展，耕地土壤重金属污染修复正向着技术综合运用的方向发展。根据各地实际选用多种修复技术进行综合治理，已经显现出更好的适用性和修复效果。在不久的将来，我国重金属污染修复工作将不断取得更大的成效。

参考文献：

[1] 张磊，张宝锋.农田土壤重金属污染及其修复技术比较分析[J].环境保护与循环经济，2019，39（7）：31-36.

[2] 王兴利，王晨野，吴晓晨，等.重金属污染土壤修复技术研究进展[J].化学与生物工程，2019，36（2）：1-7，11.

[3] 陈亚刚，陈雪梅，张玉刚，等.微生物抗重金属的生理机制[J].生物技术通报，2009（10）：60-65.

[4] 周建军，周桔，冯仁国.我国土壤重金属污染现状及治理战略[J].中国科学院院刊，2014，29（3）：315-320，350，272.

[5] 宋云，尉黎，王海见.我国重金属污染土壤修复技术的发展现状及选择策略[J].环境保护，2014，42（9）：32-36.

（责任编辑：刘昀）