重金属污染土壤修复与管理研究

文_孙红松 湖南湘江新区管理委员会

近些年，农产品重金属含量超标已经成为了一大严重社会问题，直接威胁到公众的人身健康。目前我国已经出台了相关法规与政策措施，重金属污染土壤修复工作得到了广泛重视，相关修复技术种类众多，需结合土壤实际情况进行选择和配置，落实监测、管理等工作，保障土壤环境安全。

1 我国土壤重金属污染现状

目前，全球都在面临着土壤污染问题，根据相关统计显示，全球Pb、Hg、Mn、Cu、Ni的排放量达到了500、1.5、1500、340、100万t/a，重金属污染占比超过一半，如：美国、西欧的重金属污染产地分别达到了60万个、140万个，而日本、韩国、法国、英格兰、西班牙等农田重金属超标情况也十分屡见不鲜，相关污染治理工作持续推进。

我国土壤重金属污染总体状况不容乐观，尤其是经济越发达地区，重金属污染问题越加严重，如：广东轻、重度污染土壤占比达77%、12%；沈阳土壤镉污染问题严重。表1为我国无机污染物超标情况。

表1 无机污染物超标情况

土壤污染与人类身体健康直接挂钩，人体一旦大量淤积重金属，将会出现中毒病症，尤其是幼儿若是铅中毒严重将直接威胁其智力发育。面对严峻的土壤污染形势，我国出台了一系列文件：《土壤污染防治行动计划》（土十条）、《中华人民共和国土壤污染防治法》等为我国土壤重金属污染治理工作开展提供了一定的依据，其核心工作在于摸家底、防增量、控风险、治重污，根据实际风险等级划分情况，落实相关修复与管理工作，切实增强土壤治理效果。

2 重金属污染土壤修复技术及其效果

重金属污染土壤修复技术较多，本文着重就几种常见技术展开论述。

2.1 工程物理技术

工程物理技术包括客土覆盖、表层剥离、深耕稀释等，其在治理土壤污染方面有较大的优势，可在短期内达到既定修复目标，如下图1所示即为客土覆盖示意图。相关研究显示，客土法修复重污染区第一年，Cd、Pb、Cu、Zn、Hg含量均下降，且随着时间的增长，重金属总量呈现为下降态势。但是此方法成本较高，土壤肥力、初级生产力会下降，在大面积推广方面存在诸多限制。

2.2 土壤淋洗技术

土壤淋洗是使用淋洗液将土壤中重金属转为液相，具体流程见图1。淋洗剂种类较多，包括：乙二胺四乙酸、氯化铁、柠檬酸、无机酸等等。根据相关研究显示，重度污染土壤采用乙二胺四乙酸原地异位渗透式淋洗方法，可有效去除土壤中Cd、Cu、Pb、Zn，而与乙二胺四乙酸、无机酸相比，氯化铁、柠檬酸在去除效率方面略逊一筹，但是对土壤的破坏相对较小，更加温和。

根据实践情况可知，土壤淋洗可高效去除重金属，但对土壤有破坏性，可适当与植物吸取修复等方法配合使用，如：使用土壤淋洗技术将土壤大部分的活性重金属清除，一旦发现去除效率下降及时改用植物吸取技术修复，在保证修复效果的同时，也有效减少了淋洗剂的使用量，并获得了较好的培肥地力效果。

2.3 土壤钝化技术

土壤钝化技术被认为是对重金属污染土壤有效且成本较低的方法，此方法的关键为合理选择钝化剂，目前常用的钝化剂包括：无机材料（石灰、含磷材料、工业副产品）、有机材料（作物秸秆、畜禽粪肥）、新型材料（碳材料、纳米材料）等，此类材料也可复合使用。根据相关研究显示，铅镉复合污染土壤中施用蚕沙、赤泥后，复合处理效果最优，小白菜吸收Pb、Cd降幅分别是82.7%、76.3%。

土壤钝化修复也存在一些不足：①亟需完善钝化剂质量控制标准，我国钝化剂材料来源众多、质量参差不齐，很多材料是工矿业废弃物，若是质量控制不当极易出现二次污染问题；②钝化修复存在再次释放风险，根据相关报道，田间施用磷灰石、石灰后，土壤pH值上升，CaCl2提取态Cu、Cd显著下降，4年后土壤酸化后，Cu、Cd出现再次释放的情况；③持续提高钝化稳定性，加大长期钝化修复机制研究。

2.4 植物修复技术

（1）植物提取技术

此方法使用的关键在于合理选用超富集植物，其种类多达400多种，如：As超富集植物——大叶井口边草、粉叶蕨；Cd超富集植物——杂交狼尾草等等，实际需根据土壤污染类型、程度选择相应的植物种类，适当添加螯合剂，提高吸取效率。

（2）植物固定技术

通过植物根系固定重金属，阻止其在食物链中传递，此种方法下重金属并未去除，需施以长期监测。

（3）植物挥发技术

通过植物根系分泌物将Se、Hg、As等转为挥发态，主要植物包括：芥菜、洋麻、烟草等，但是此类挥发物至大气中容易出现二次污染，必须做好妥善处理。

植物修复技术的优势主要在于成本低廉，且可以对相关重金属进行回收，兼具环境净化和美化的双重作用，由于植物耐性有限，一般适用于中等污染土壤。此外，多数土壤存在几种重金属复合污染的情况，而一种植物往往只能修复一种重金属污染，多种修复技术配合使用十分关键。

2.5 低累积作物技术

污染土壤可选择对金属具有抗性的植物，以能源类、纤维类、苗木花卉为宜，避免进入食物链，有效降低其环境、健康风险，同时也充分实现了土地资源利用，获取一定经济效益，主要适用于中轻度污染土壤。

根据相关研究显示，桑树对重金属的耐性相对较好，如“桑树—养蚕—丝织品”生产模式，安全风险小、经济效益高；有研究对铜冶炼厂周边重金属污染土壤施加石灰、磷矿粉处理后，选择种植能源植物，经检测产物未受影响。

2.6 水肥管理技术

水肥管理主要是通过水份、肥料管理的方式，有效控制土壤重金属污染。

（1）淹水管理

此方法可降低土壤氧化还原电位，增加土壤中还原态铁、锰等阳离子和硫离子（S2-）等阴离子含量，同时淹水后pH值提高，沉淀作用下，有效减少水稻对镉的吸收。但是，根据相关研究显示，淹水处理会在一定程度上增加土壤中砷的活性，水稻抽穗后3 周内，通过水份管理将土壤氧化还原电位、pH值分别控制在-73mV、6.2，有效控制水稻对砷的吸收。

（2）施肥管理

施加磷肥、锌肥、硅肥等，可发挥拮抗作用，抑制作物对镉的吸收，同时相关研究显示，叶面施硅可抑制镉向籽粒的转运；施加有机肥，可发挥络合作用，降低重金属迁移性。

与其他修复技术相比，水肥管理操作简单、成本低廉，对土壤环境扰动较小，目前已经发展的较为成熟，适用于轻度污染土壤。

2.7 间作套种技术

为实现对复合重金属污染土壤的修复，或是在修复的同时获得一定的经济效益，间作套种技术得到了广泛重视。相关研究显示，东南景天（超富集植物）+玉米+大豆套种，显著提高了东南景天对镉、锌、铅的吸收，按照半盆计，约达到了单种1.68～1.87倍。

间作套种是我国传统精耕细作的农业措施之一，合理选用高富集植物和农作物十分关键，不同的植物配置下，农作物对重金属的吸收存在一定的差异。以玉米种植为例，相关研究中以重金属复合污染农田棕壤土为试验土壤，施以4种种植模式：①玉米单作；②玉米+葵间作；③玉米+大叶井口边草间作；④玉米+龙葵+大叶井口边草套种。结果显示玉米对Pb、Cd迁移总量排序如下：②＞③＞①＞④。

图1 污染土壤原位淋洗流程

3 重金属污染土壤风险分区与集成修复管理

基于重金属土壤污染的复杂性，上述修复技术在实践中多数为复合使用，如何合理进行集成修复管理就显得极为重要，直接关系到最终的修复效果。本文主要从风险分区的角度出发展开分析，根据不同地区土壤实际情况对其进行风险分级，包括：高风险、中等风险、低风险以及安全区等，由此选用相应的修复管理方法。

3.1 重金属污染土壤风险分区

重金属污染土壤风险分区，需对土壤及其作物的中金物污染情况进行评价分析，综合考虑用地类型、农产品种类等，参考《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）》、《食用农产品产地环境质量评价标准》等，采取单因子指数法评价土壤环境质量现状，并对其进行风险分区（表2），针对不同分区提出相应的管理策略，保证土壤修复效果与相应的生产效益。

表2 重金属污染土壤风险分区

3.2 重金属污染土壤集成修复管理措施

（1）安全区

此区域土壤重金属含量较低，对周边环境、农作物生长基本未产生危害，可加强环境保护工作，预防新增污染，保证土壤安全。

（2）基本安全区

此区域土壤重金属轻微污染，农作物重金属含量未出现超标情况，但已经存在潜在风险，需开展污染源调查与控制工作，防止新增污染物，合理采用水肥管理技术，保证农作物安全。

（3）低风险区

此区域土壤与农作物重金属含量均已超标，表明农产品安全性已经受到威胁，必须切断污染源，采取综合修复治理措施，合理调整农作物种类，降低土壤环境风险，具体修复技术应用见表3。

（4）中风险区

此区域土壤重金属含量超标，农作物超标值在2倍以内，已经构成较大的安全威胁，必须实施风险评估，落实相关防控与工程修复措施，具体如表3所示。

（5）高风险区

此区域土壤、农作物重金属含量均严重超标，农用地必须限制利用，做好综合整治工作（表3），适当调整种植结构，或是直接作为非农用地使用，切实减小安全风险。

表3 不同风险区土壤修复技术建议

4 结语

土壤重金属污染后果严重，开展相关修复技术与管理措施研究，对于保证农产品质量安全与广大人民生命安全具有重要意义。根据本文分析可知，重金属污染问题复杂，污染源众多、污染程度不同，相应的修复技术选择也具有多样性，如：植物修复、工程物理、土壤淋洗、钝化技术等，为保证土壤修复效果，需做好目标土壤的风险分区工作，并基于此进行修复技术的选择与合理配置使用，落实监测管理工作，确保修复效果达到理想目标。