农用地土壤重金属污染修复技术研究

杨 伟

（昆明市农产品质量安全中心，云南昆明 650032）

耕地是人类赖以生存的基本资源和条件。随着工业、农业的发展，含有重金属的污染物进入土壤并富集，土壤重金属污染对植物生长、农业生产及人类健康影响较大。郑影怡等人研究表明，重金属冶炼对周围土壤造成严重污染，重金属污染土壤生产的玉米、甘蔗等农作物体内铅、镉、铬均超过了《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）标准值。土壤重金属主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、砷（As）、锌（Zn）、铜（Cu）和镍（Ni）等元素。由于土壤重金属种类繁多并伴有移动性差、滞留时间长和微生物降解难等特点，因此，土壤修复难度大、技术要求高。农用地重金属污染来源主要有工业排放、矿产资源开发、农业投入污染和土壤背景值等方面。通过重点阐述土壤重金属污染修复技术研究进展，旨在为农用地重金属污染有效修复提出科学技术路线。

1 农用地重金属污染来源

1.1 污水灌溉

未经处理或未达到排放标准的工业污水通过灌溉进入农田。工业废水中含有重金属等有害物质，没有经过处理直接用于农田灌溉，将污水中有害物质带至农田，长期积累污染土壤，导致农用地重金属超标。

1.2 大气降尘

工业排放气体含有二氧化硫、氟化物等有害气体，形成的酸雨进入土壤，引起土壤酸化，同时，工业排放的粉尘还含有铬、铅、铜、镉等重金属，降尘后进入土壤造成污染。

1.3 化肥农药

多年来，农业生产不断发展，化肥农药大量投入，对化肥农药等不合理的使用，不仅使土壤中重金属含量增加，而且破坏土壤结构，造成土壤板结，生物学性质恶化，影响农作物的产量和质量。

1.4 固体废物

随着社会经济发展，工业固体废弃物种类、数量日益增多。工矿业金属矿渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥逐步增多，农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖物被广泛使用。这些固体污染物既不易蒸发、挥发，也不易被土壤微生物分解，是长期滞留土壤的污染物。

2 农用地重金属污染修复技术

目前，农用地受重金属污染形势严峻，迫切需要研发攻关修复技术，不同的农用地土壤重金属污染有其自身特点，修复所采用的方法也需要有针对性，选择最适宜有效的方式来解决土壤重金属污染问题。因此应该不断的研究具有实效性的修复措施。

2.1 客土修复技术

客土技术已被很多国家应用，该技术通过客土、换土和深耕翻土与污土混合，降低土壤中重金属的含量，减少重金属对土壤及植物系统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。深耕翻土适用于轻度污染的土壤，它具有彻底、稳定的优点，但工程量大、费用高，破坏土体结构，引起肥力下降。因此，在土壤污染修复中，这种方法应用较少。

2.2 物理修复技术

2.2.1 电动修复

通过电流的作用，土壤中的重金属离子、无机离子，以电透渗及电迁移方式向电极运输，然后进行集中收集处理。研究发现，土壤pH值、缓冲性能、土壤组分及重金属污染种类会影响修复的效果。然而传统的电动修复技术能耗大，运行成本高，在修复过程中存在“聚焦现象”，因此，传统的电动修复技术在实际重金属污染修复中应用受到很大限制。

2.2.2 电热修复

此技术可以修复被汞和硒（Se）等重金属污染的土壤，利用高频电压产生电磁波，产生热能，对土壤进行加热，使污染物从土壤颗粒内解析出来，加快一些易挥发性重金属从土壤中分离，从而达到修复的目的。

2.2.3 土壤淋洗

土壤淋洗技术是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去，再把富含重金属的废水进一步回收处理的土壤修复方法。该方法的技术关键是寻找既能提取各种形态的重金属，又不破坏土壤结构的淋洗液。但是该技术需要注意的是含有重金属的淋洗液会对环境造成二次污染。

2.3 化学修复技术

化学修复就是向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。

2.3.1 石灰调节

适用于偏酸性镉污染土壤，土壤pH值4.5～6.5适用，不适用于pH值大于6.5的土壤及存在砷超标风险的土壤。在酸性土壤中适量施用石灰，可以提高土壤pH值，降低土壤中重金属阳离子活性，减少农作物对重金属污染物的吸收。

2.3.2 原位钝化

通过向土壤中添加钝化材料，将土壤中有毒有害的重金属离子由有效态转化为化学性质不活泼形态，降低其在土壤环境中的迁移、植物有效性和生物毒性。大面积应用前，必须进行该技术的适应性试验研究，做到先小规模应用，精准把握施用剂量，避免过度钝化和造成二次污染，评估钝化的长期效应与可能产生的负面影响。

2.3.3 定向调控

通过调节土壤中的氧化还原、吸附、沉淀等过程，促进重金属污染物由高有效性向低有效性转化、由高毒性向低毒性转化，定向控制土壤中重金属元素的迁移以及农作物的富集。在大面积应用前，同样需要做小规模应用，避免过度调理和造成二次污染。因此，利用调理剂开展污染治理应建立在完善的试验基础上。

2.4 生物修复技术

生物修复是利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性治理污染土壤的一种新方法。

2.4.1 植物修复技术

重金属污染土壤的植物修复技术可分为植物提取、植物挥发和植物稳定3种类型。

（1）植物提取。即利用重金属超积累植物从土壤中吸取重金属污染物，随后收割地上部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。

（2）植物挥发。是利用植物根系吸收重金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。

（3）植物稳定。利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。

采用植物修复技术不仅操作简便，而且经济成本较低，能显著改善土壤重金属污染。但是植物修复技术不能解决深层土壤的重金属污染，并且单一富集植物只能有效富集单种重金属污染，很难解决多种重金属混合污染的农用地。

2.4.2 微生物修复技术

微生物在修复被重金属污染土壤方面具有独特的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金属的毒性；微生物可以吸附积累重金属；微生物可以改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。但是温度、pH值等自然因素都会影响微生物修复的效果，因此选择适合的微生物至关重要。

2.5 农艺调控技术

农艺调控是利用农艺措施减少重金属污染物从土壤向作物特别是可食用部分的转移，从而保障农产品安全生产。

2.5.1 优化施肥

因地制宜，结合耕作制度、气候、土壤、水分等。选择适宜的氮、磷、钾肥料品种和用量，避免化学肥料活化重金属污染物。通过影响土壤pH值和Eh、提供能沉淀络合重金属的基团、带入竞争性离子影响作物根系和地上部分生理代谢过程等；影响作物对土壤中重金属的吸收。

2.5.2 作物品种替代

选择种植可食部分重金属富集能力较弱、产量稳定的作物品种，抑制重金属进入食物链，有效降低农产品重金属超标风险。低积累作物品种的选用应充分考虑品种自身的适宜种植范围、污染的重金属元素及农民的接受程度等因素。

2.5.3 水分调控

水分调控技术，适用于pH值低于6.5的土壤。酸性土壤在淹水条件下，土壤中溶解氧减少，使氧化性物质发生还原，pH值向中性靠拢，土壤氧化还原电位Eh下降，形成还原环境，土壤中镉等重金属形成稳定、难溶的沉淀物，从而降低土壤中镉等重金属的活性，减少作物对镉等重金属的吸收。

2.5.4 叶面调控

通过叶面喷施硅（Si）、硒、锌等有益元素，提高作物抗逆性，抑制作物根系向可食部位转运重金属，降低可食部位重金属含量。叶面阻控剂对降低重金属镉、铅向作物可食部位累积的效果较好，对应的农作物主要有小麦、玉米、水稻、蔬菜（叶菜类、茎类）等。

2.6 综合性技术措施

农田作物生长期间，田间环境因素复杂多变，加之土壤污染的复杂性，措施单一难以保障农作物可食部位污染物含量达标时，结合耕地污染特征，因地制宜，综合技术措施，建立适合当地实际情况的安全利用模式。

2.6.1 “VIP”综合治理技术

“VIP”或“VIP+n”是指在低积累作物品种（V）、灌溉优化（I）、施用氧化钙等调节土壤酸度（P）的基础上增施（采用）土壤调理剂、钝化剂、叶面调控剂和有机肥等降镉产品或技术（n）。在不改变原种植习惯的前提下，遵循大面积施用、衔农时、经济高效和科学规范等基本原则，进行各项技术的组合和排序，并根据土壤污染程度，适当调整综合技术中集成技术的数量和单项技术的实施强度。

2.6.2 作物种植结构调整措施

重污染区存在可食用农产品超标风险，因地制宜调整作物种类，改种适于重度污染耕地种植的花卉苗木、纤维作物和能源作物等非食用作物。坚持实事求是，生态优先，尊重群众意愿，兼顾社会和经济两方面效益。

2.6.3 休耕轮作措施

实行“一季休耕、一季种植”，连续多年实施休耕，休耕期间，优先种植生物量高、吸收积累作用强的植物，不改变耕地性质。鼓励种植绿肥，减少地表裸露，培肥地力。

3 农用地土壤重金属污染修复技术攻关展望

综上所述，农用地土壤重金属污染修复技术有其自身特点，因污染源及自然环境不同，农田土壤重金属类型、浓度和价态均有差异。目前，大部分修复技术试验繁杂，有些技术参数不完整，实际应用效果有待验证。因地制宜，开展各类农用地重金属污染修复技术验证对比，对适用于农田土壤的修复技术进行归纳入库整理。结合耕地安全利用特点，加快农用地重金属污染修复技术攻关研究。