浅析土壤污染类型与修复技术应用

2020-09-22何振嘉

农业研究与应用 2020年4期

何振嘉

摘要：土壤污染是我国当前面临的严峻问题，不仅造成严重的耕地面积减少，甚至撂荒，且对生态环境造成了极大的损害。本文对引起土壤污染的类型进行了详细综述，并针对不同污染方式提出了土体有机重构、生物修复、农业生态修复以及复合修复等技术在土壤修复领域的应用，为我国土壤污染修复提供技术支撑。

关键词：土壤污染土壤修复修复技术

中图分类号：X53 文献标识码：A

Abstract： Soil pollution is a serious problem in China， which not only causes many cultivated land changing into abandoned land， but also leads to great damages to ecological environment. This article reviews the types of soil pollution in detail， and proposes some remediation technologies such as soil organic remodeling， bioremediation， agricultural ecological restoration and composite remediation for different pollution types， hoping to provide technical supports for soil remediation in China.

Key words： Soil pollution; soil remediation; remediation technology

我国是一个人多地少且耕地资源极度紧缺的发展中国家。近年来，随着我国工业化和城镇化产业集群的形成和快速发展，引发了耕地面积不断被占用以及耕地非农化现象的加剧[1-2]。同时，由于缺乏对生态环境采取有效的保护，在工农业及其他领域内的随意排污、农药化肥滥施、重金属迁移等问题引起土壤污染问题与日俱增，不仅引发了严重的耕地减少和撂荒，且对生态环境造成了极大的损害[3-4]。由于耕地后备资源数量急剧减少以及开发难度的不断增大，1.2亿hm2耕地红线政策背景下的耕地动态平衡越来越难以保障[5]。国务院于2016年出台《土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕31号）政策文件，要求在全国范围内全面实施土壤污染治理。通过土壤污染治理，能大幅增加有效耕地面積、提高耕地质量，是缓解占补平衡压力、提高耕地土壤肥力和耕地等别的重要措施，对提高土地利用效率、改善区域生态条件和农业生产结构，保障国家粮食安全具有重要的意义[6]。

1 土壤污染现状

土壤污染是指各类有毒害物质进入土壤，导致土壤性质发生改变而对动植物生活生产活动产生恶性影响的现象[7]。虽然土壤具备一定的自净能力，但与水体污染和大气污染不同，土壤污染更加容易表现出长期性、不可逆性、滞后性和隐蔽性，且更容易在土体中积累，当有毒害物质量超过土壤承载能力时，会对土壤结构和组成以及其功能产生极大负面影响，防治及恢复难度更大[8-9]。在20世纪70年代左右，我国土壤污染表现在局部地区的点源污染，且引起土壤污染的原因较为单一。随着改革开放进程推进，现代化工农业发展获得突破，大量的生物类、化学类、重金属类污染物质通过各种渠道进入土体，严重危害生态系统。全国受污染耕地0.1 亿hm2，占1.2亿hm2耕地的 8.3 %，土壤污染导致农作物污染、减产，农产品出口遭遇贸易壁垒，已经严重阻碍了我国经济的发展。根据第二次全国土地调查结果，我国有超过330万hm2耕地受中度污染而无法耕种，超过耕地面积五分之一的土地受重金属污染，且受污染区域仍与日俱增，造成不可估量的直接或间接经济损失。

2 引起土壤污染的主要类型

2.1 土壤化学性污染

通过化学生产或化学方式引起的土壤污染主要分为有机物污染和无机物污染。其中，农药及化肥的不合理施用是主要的有机物污染源。大部分进入土壤中的农药和化肥会被土壤吸附并在土壤中长时间残留，并在生物体内富集。部分化肥未能被作物充分吸收利用，在土壤根层以下转化和降解程度不够，在特定条件下还会引起土壤氮、磷等化合物的深层渗漏，通过地下水等途径迁移，成为潜在的环境污染物。重金属污染是引起土壤最重要的无机物污染来源，Hg、Cd、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Co、V等通过工厂排水、冶炼排污、汽车废气、各类矿藏的开采等对土壤造成严重的损害，由于绝大部分重金属具有显著的生物毒性，会通过生物链对人体产生极大的危害，同时，重金属能够形成难溶性化学沉淀，改变土壤理化特性，积累在土壤中的重金属化合物与土壤组成之间有很强的相互作用，稳定性较高，对土壤造成长期性甚至永久性损害。另外，土壤受到污染后，风力和水力会对表层污染程度较高的土壤产生进一步作用，引起大气、地表水、地下水和生态系统退化等一系列生态问题。

2.2 土壤物理性污染

土壤物理污染物的来源主要为大型工厂、矿产开采过程中产生的尾矿、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物。这些有害矿物或废物不仅占用土地面积，且容易对土壤表层进行侵蚀，改变或破坏土壤理化性质和土壤结构，造成土壤养分比例失调，造成作物的不良生长和减产，降低土地利用和生产效率。另外，部分未清理的生活垃圾，如碎玻璃、方便袋、碎瓦块、旧薄膜等会降低土壤通气、透水、保肥的能力，妨碍作物根系生长。

2.3 土壤生物性污染

土壤的生物性污染是指有害的病毒、细菌、真菌等污染物从外界环境进入土壤引起的土壤质量恶化和原有生态平衡破坏现象，严重危害动植物及人体健康。我国绝大部分地区仍采用污水灌溉和粪便施肥的方式进行农业生产活动，而生活污水中和粪便中含有大量的沙门氏菌、大肠杆菌和各类病原体细菌，在进入土壤后，可引起作物各种细菌性病原体病害，进而引起人体罹患各种细菌性和病毒性的疾病，威胁人类生存。土壤中肠道致病性原虫和蠕虫等寄生虫也会造成土壤污染。通过有害废物、污水随意外排和露天堆放，大气中的有害物沉降侵入地表，引起土壤环境生物污染，另外，一些携带高致病菌的医院废水废物和城市生活垃圾也是造成土壤生物性污染的重要来源，极易引起土壤生物污染并扩大疾病的传播。

2.4 土壤放射性污染

随着核技术在军事、工农业、医疗、地质及科研等方面的推广使用，由放射性物质引起的土壤污染问题也越来越广泛。由于放射性物质对土壤污染范围大、在土壤中聚集程度高，自然降解周期长，尤其是核试验以及核电站事故对土壤造成的污染和破坏程度是最严重的。土壤被放射性物质污染后，会产生稳定性重金属同位素危害和α、γ及β射线，对土体造成不可逆的破坏，对作物和人体产生直接和间接的损伤。

3 污染防治技术措施

3.1 土体有机重构技术的应用

针对污染土地进行土壤改良以及土体有机重构等方式已成为当前土壤污染防治领域的一项重要手段。土体有机重构是指通过对一定深度范围内的土体结构组成进行研究，针对不同的土壤类型以相应的工程措施置换、复配和重构土壤，以达到对污染土体综合治理并加以利用的新模式，包含物理和化学措施[10]。农业用地的土体有机重构主要包含土壤颗粒重构、土体剖面重构、土体生化重构、生物营养保障等。卢楠等[11]通过土体剖面重构将重金属复合污染地构造为可利用土地。王金滿等[12]在露天煤矿排土场进行了4种不同土壤类型的重构方案，研究表明在0～90 cm范围内黄土重构剖面更适合植物的生长，而砾石和煤矸石重构层应设定在90 cm以下土层。徐良骥等[13]研究了不同颗粒级配煤矸石作为复垦地重构土壤充填物对玉米生长的影响，结果表明70 %～100 %粒径<80 mm的煤矸石重构土壤培育出的玉米生理及生态指标最佳。

3.2 生物修复技术的应用

生物修复技术是指利用生物代谢使土壤中的有毒害污染物质去除并改善提高土壤质量的过程，主要分为植物修复和微生物修复。植物可通过叶面呼吸作用和根系吸收作用对有毒害污染物进行富集、运移、降解等，能够显著减少土壤中污染物质。周国华等[14]研究了近10年来植物对土壤重金属吸收和修复机制和工艺，结果表明，植物通过吸收、挥发、根滤等功能净化土壤中重金属元素。微生物可通过其分解作用将污染物转化为水、CO2和无机物，降低土壤中有毒物质。孙敬亮等[15]研究了植物对重金属元素的修复机理，结果表明植物根系分泌物能有效使Pb、Cu及Cd等重金属元素稳定下来。于鲁宁等[16]系统的阐述了微生物对土壤修复机理。兰贵红等[17]研究了微生物对石油污染土壤的影响，结果表明微生物能显著降解直链烷烃化合物。

3.3 农业生态修复技术的应用

农业生态修复技术是指通过改变作物种植结构，合理调整耕作制度、并利用工程措施对土壤进行客土深翻、秸秆还田及合理施用农药来降低和缓解土壤污染，农业修复技术有利于提高土壤肥力和土壤质量。马铁铮等[18]通过合理施肥、秸秆还田、深耕深翻等措施对重金属污染的土壤进行了修复，结果表明土壤修复效果显著。张燕等[19]通过秸秆还田、调整种植制度、控制土壤水分以及合理使用农药等方式，降低了土壤中重金属污染的危害，实现了农业生产健康发展。王丙烁等[20]研究了农业生态修复方式对土壤污染的影响，结果表明对土壤施加石灰等碱性物质，可以提高土壤pH，降低土壤中Ni化学反应，进而增加作物产量。李立平等[21]以生态修复和土地有机重构相结合，将土壤中的重金属、垃圾、放射性物质降到最低，为农业、建设用地等提供了干净的土地。

3.4 复合修复技术的应用

复合修复技术是指多种修复方式共同进行对土壤污染进行修复的技术，目前对物理化学复合技术、生物复合技术以及理化学—生物复合技术的应用取得了一定成果。黄俊伟等[22]论述了有机污染物的植物—微生物联合修复技术原理、形式及其在污染土壤修复应用中的研究进展，并讨论了植物—微生物联合修复技术今后的研究重点。郭超等[23]介绍了石油污染土壤的多种复核修复技术，并探讨了其适用条件和优缺点。杨晶等[24]分析了植物—微生物联合修复技术的作用形式，结果表明，植物—微生物联合修复技术对土壤中重金属的吸收和转移都具有显著的作用。卫泽斌等[25]通过化学试剂淋洗和土壤深层固定复核技术对土壤重金属污染进行了修复。刘鑫等[26]研究了微生物—植物联合修复PAHs污染土壤的效果，结果表明微生物—植物联合修复比单独微生物或植物修复能更有效地降解PAHs。陈苏等[27]探讨植物—微生物联合修复土霉素、镉复合污染土壤的可行性。结果表明，孔雀草与茉莉花相比在镉富集能力和土霉素降解效果明显。

参考文献

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