农业土壤重金属污染防治方法与对策解析

李 丁，周自强，洪 扬

格丰环保科技有限公司，安徽芜湖 241000

随着社会现代化和生产的高速发展，农业土壤重金属污染问题日益严重，在土壤重金属污染的影响下，极易使重金属进入食物链循环中，从而对人类的健康造成严重威胁。基于此，要想解决和应对土壤重金属污染问题，相关部门必须制定行之有效的完善对策，全方位、多角度地治理重金属污染土壤，从而使我国粮食安全得到保证，保障公众的生命健康。

1 土壤污染和重金属污染的内涵分析

1.1 土壤污染

土壤污染主要是指土壤中的有害物质的数量和速度超过了其自身的净化能力，使得土壤的性质、构成和性状等发生变化，破坏了土壤的天然生态平衡，致使土壤的天然功用失调、土壤质量恶化的表象，导致人们的生命健康受到严重威胁。土地污染物的种类主要分为生活性污染、生产性污染。其中，土壤重金属污染的研究是至关重要的。

1.2 土壤重金属污染

土壤重金属污染主要是指土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值。这不仅会对生态环境造成严重威胁，而且对人类健康的影响也是极大的。土壤重金属污染的主要原因是人为污染和天然污染，其中，人为污染不容忽视。

2 农业土壤重金属污染现状

现阶段农业土壤重金属污染逐渐严重，而且污染面积不断扩大，污染源也相对多元化。特别是Cd、As、Cr、Pb等是比较常见的重金属污染，受其影响的耕地污染面积甚至达到了2 000万hm2，在耕地总面积中占比为20%。一旦农业受重金属污染，农作物也必然受到影响，加之农业土壤中的重金属污染物移动性不强，且会长时间滞留，很难快速地被土壤微生物降解。另外，农业土壤和人们活动关联非常密切，环境质量很大程度上决定了人们的身体健康，所以农业土壤重金属污染预防十分必要。

分析农业土壤重金属污染的基本来源，可以重点考虑重金属污染传播渠道，分为大气沉降、污水灌溉和固体废弃物这3个渠道。例如大气沉降是在人们活动过程中所产生重金属粉尘，当其进入到大气后会自然沉降，或者伴随雨水沉入土壤，一般在煤矿和道路周围的土壤发生的重金属污染中比较常见，且城市郊区发生的土壤重金属污染概率通常会高于农村。现如今工业化的深入，越来越多的工矿企业污水在没有分流处理情况下，便与生活污水同时排放，这也会导致农业土壤遭到污染。

农业土壤比较常见的重金属污染物有汞、镉、铬、铅。农业土壤中有汞存在之后，产生汞化合物的概率将会很大，汞与汞化合物会对土壤微生物活力造成影响，甚至会使农作物根系生长速度放缓，土壤肥力不断降低。人类活动可能造成汞污染，例如工业排放废水中便会比较大的汞含量。一旦造成汞污染，还会威胁到人体健康，通常人体摄入汞是在周围环境以及所食用食物中，人体含汞量是13 mg，若汞含量已经达到130~150 mg，将会面临死亡。镉作为重金属，具有较强的毒性，土壤遭到镉金属污染之后，土壤微生物繁殖、酶活性会受到比较直接的影响，当镉的含量达到一定程度，将会减缓土壤生化速度，发生植物矮化与褪绿现象，甚至会出现减产、死亡等问题。如果人们长期食用被镉污染的食品，将会使肾小管功能面临损坏，增加软骨症、自发性骨折等疾病的患病率。分析农业土壤镉污染比较关键的污染源，以冶炼、燃料和电镀有关的工业废水为主，或者农作物种植使用农药与化肥含有大量的镉。铬作为常见重金属污染源，通常是在电镀板和纺织厂生产中形成，排出废水中便有大量的铬，若铬没有经过处理便任意排放，将会面临土壤铬污染，且铬也会被植物吸收，大量累积无法快速降解。铬还会对人体健康造成威胁，特别是三价铬、六价铬，三价铬更是会导致畸形、残疾，六价铬毒性高于三价铬，甚至会引发物质突变，增加鼻咽癌、肺癌患病风险。铅这种重金属，通常是铜矿厂和油漆厂等周围的农业土壤中含量更高，对人体的骨髓造血系统和神经系统有非常大的影响，当人体内铅含量累积达到一定程度，将会导致肾脏疾病，如果长期食用含有铅的农产品，甚至会面临致畸、致癌的风险。

3 农业土壤重金属污染的防治方法

3.1 生物修复

生物修复主要是指借助生物的某些习性，使得重金属污染问题得到有效抑制与改进。比如蚯蚓可以为土壤自净能力的提升创造有利条件，而且在处理农药、重金属等有害物质方面也发挥着明显的作用。如果土壤污染指数较高，改种林木、纤维作物等非食用的植物也是比较有效的方法。其中，羊齿类铁角蕨属植物在吸收重金属方面扮演着重要的角色，可以提升土壤重金属的吸收聚集能力，同时还可以吸收镉元素，通过多年种植，可以有效降低土壤含镉量[1]。

3.2 化学修复

在这一方面，可以加强土壤施改良剂、抑制剂的使用，并对相关理化性质加以改变，如pH值、电导率等，以此将土壤重金属氧化、还原、沉淀等作用充分发挥出来。例如，在酸性土壤中应用石灰有助于pH值的提升，为镉、锌等氢氧化物沉淀的形成创造有利条件，从而有效控制其在土壤中的浓度，防止过度危害植物的正常生长。

3.3 生态修复

在生态修复重金属污染土壤过程中，可以增施有机肥料，为土壤胶体的有效吸附提供便捷，同时土壤腐植质可以为土壤钝化污染物的能力助力，从而避免过度影响到植物。其中，应对土壤水分加以控制，对土壤Eh进行合理调节。一般来说，土壤Eh值对变价重金属元素的活动性具有十分影响，会使重金属的价态和存在形态出现明显变化，从而可以有效控制土壤重金属的危害。根据相关研究可知，在Cd污染水田上采用不同水分管理措施均十分适用，通过分析水稻中Cd含量的特征可知，干湿交替的常规水分管理方式和全生育期淹水管理的稻米中的Cd含量分别为1.12、0.39 mg/kg，分析其原因，与淹水造成的土壤氧化还原状况的改变有着密切的联系[2]。此外，在梁敏静等[3]研究中，土壤中的水分状况是Pb-Zn矿废渣中的重金属形态的重要影响因素之一。重金属Cr六价的毒性明显高于三价，而在氧化状态下，土壤中的Cr主要以六价态为主。所以对于Cr污染的土壤，为了使其氧化还原电位得到控制，应加强旱作方式的应用，以此控制重金属Cr的危害。

3.4 物理修复

首先，改变轮作制度。耕作制度的改变后，会使土壤的环境发生变化，可以有效消除某些污染物的毒害。根据相关统计研究，为了不断提高农药污染控制水平，水旱轮作措施的开展十分重要[4]。如DDT通过在棉田中的应用，其降解速度并不快，而且极容易出现残留现象，而将棉田改水田，DDT的降解速度会得到明显提升。其次，换土和翻土。在土壤污染程度较轻的情况下，深翻或换无污染客土的方法十分有效。但如果土壤污染比较严重，可以采用铲除表土或换客土方法。

4 农业土壤重金属污染的现状和原因分析

4.1 污染现状

首先，缺乏相应的法律法规支持。目前，我国针对土壤污染的相关法律体系在各个行业领域都有所涉及，但主要在土地管理利用、土地规划权属等方面得到体现，专门针对土壤金属污染的法律法规有所缺失，有关土壤污染条例的针对性不足，不利于监管体系的形成，不能对土壤重金属污染的防治效果提供确切保障。此外，分析土壤的重金属污染的本质，具有多部门协同工作的特点，责任划分不明确，具体的办法和措施有待改进，难以发挥出实际操控性。

其次，政府监管有待加强。相关政府部门对土地重金属污染不够重视，对经济发展关注度过高，无法有效协调环境保护与经济发展之间的关系。一旦企业出现违规排放问题，不仅会损害水源和土壤，还会增加耕地污染治理的难度，从而严重威胁当地的生态环境。

4.2 原因分析

首先，自然因素。我国不同地质和历史环境的差异性显著，一些地区重金属元素富集的基岩结构，在长期的风化作用下，会在周围土壤中形成进入，一定程度上导致农业用地污染问题。

其次，人为因素。第一，在农业生产的农田处理过程中，如果直接使用含有重金属物质的污水，极易使重金属元素在农业土壤中形成沉积，尤其工业污水和城市生活污水会使农业灌溉水源遭到严重的污染[5]。第二，如果施肥处理不够合理，也是土壤重金属污染的重要原因之一。现阶段，化肥在农产品的营养及病害防护方面起到了重要的作用，广泛存在于农业生产区域，但如果没有合理选择化肥，或使用重金属含量超标的化肥产品，将会为农业土壤中重金属物质富集与沉积埋下隐患；且如果化肥施用量过大，或复合肥料使用欠缺科学性，也会导致重金属污染现象。第三，在工业生产过程中，重金属元素主要体现在所用的原材料、机械设备磨损残渣等方面，在污物排放前，如果没有及时处理重金属元素，而是直接倒入农田附近，重金属元素借助渗透作用会造成农业土壤污染问题。

5 农业土壤重金属污染防治的对策分析

5.1 加强土壤污染法律体系的构建

土地污染防治法的实施，可以有效推进土地污染防治工作，所以要加强配套法律细则和管理办法的构建，基于细节方面，进一步规范土壤污染的防治工作。其中，在土地污染治理过程中，相关部门应积极制订统一标准，尤其在污染对象、污染范围、整治手段等方面，还应加强土地污染防治管理体系的构建。各省（市）单位应构建专门的土壤防治机构，加强对土壤污染防治工作，督促有关部门依法履行土壤污染防治监督管理职责，从而有效落实土壤重金属污染的执法工作[6]。

5.2 运用农艺修复措施

5.2.1 合理使用化学肥料与农药 基于农业生产视角，化肥和农药的使用能有效预防病虫害问题，有助于农作物产量的提升。但化肥和农药中存在重金属元素，极易引发土壤污染问题。一旦施肥过多，会对土壤造成严重的损害，甚至会破坏土壤的营养结构，对植物的生长起到严重的危害作用。。对此，相关部门应加强测土配方施肥技术的应用，从农作物生长实际需求出发，结合土壤中的元素含量情况，合理控制化学肥料的使用，以免给土壤污染埋下隐患。

5.2.2 施用生物有机肥 生物有机肥主要是指经过无害化处理、腐熟的有机物料的复合。根据相关研究结果可知，在生物有机肥中，有机质的存在可以有效改善土壤的理化性状，提升土壤的肥力，而且有机质可以吸附重金属离子，螯合作用显著。寇士伟等[7]研究认为，生物有机肥对重金属的富集能力较强，且解吸率不大，即生物有机肥可以有效吸附固定重金属。

5.2.3 秸秆还田 秸秆还田是秸秆最常见的利用方式之一，秸秆被土壤中微生物分解，可以促使腐植质类物质的形成，提升土壤有机质含量，使土壤紧实板结性状得到有效改善，而且还可以使土壤微生物的生物量得到保证。秸秆在腐熟分解过程中，会形成有机酸、含氮、硫杂环化合物，有助于不同金属有机络合物的构建，在改变土壤重金属的形态下，其生物有效性会得到明显降低，从而避免过渡影响土壤生物和农作物的生长。叶胜兰等[8]发现，秸秆还田有助于2种镉污染土壤的pH值的提升。基于酸性土壤，在pH值上升的情况下，有利于土壤对镉的固定。同时秸秆还田通过与有机肥、无机肥的辅助使用，可以显著增强土壤中动植物活性，形成对其分泌胞外酶的促进作用。需要注意的是，在新鲜秸秆腐熟过程中，各种有机酸的出现难免会威胁作物根系的正常发育，其毒害作用不容忽视，因此可以添加适量的石灰，使有机酸得到中和。

5.3 调整种植结构

通过对8种土壤重金属元素污染的概率进行计算与分析，了解主要土壤重金属污染元素，表1为耕地主要土壤重金属元素污染概率。根据表1的数据，耕地土壤重金属污染的主要元素是Cd元素，Ni和Hg元素对土壤的污染概率较高。在8种土壤重金属污染元素数值中，Cd、Ni元素的平均值与《土壤环境质量标准》比较相符，其余几种重金属元素含量的平均值均比较低。

表1 耕地主要土壤重金属元素污染概率

在衡量土壤重金属污染的方法中，经空间插值的土壤污染面积比重的测算具有较高的应用价值。在重金属污染区，农民应积极采用重金属低富集性的食用或饲用作物、非食用或饲用作物，为提高重金属污染防治效果奠定良好的基础，并有效控制重金属污染危害。例如，在Cd污染严重的耕地上，农民应重点种植番茄、紫甘蓝等Cd低富集性作物。

6 结束语

在农业领域，农业土壤重金属污染问题产生的危害显著，所以加强农业土壤重金属污染防治工作的开展至关重要。其中，相关部门应对农田重金属的种类、危害程度等情况进行分析，制订经济、有效的技术措施，以此不断提升土壤修复与改良水平。同时，由于农业生产与国计民生之间有密切的联系，农技科研工作者应深入分析土壤重金属污染的原因，从而采取切实可行的防治对策。