农田重金属镉污染现状和修复技术浅析

周自强

（芜湖格丰环保科技研究院有限公司，安徽 芜湖 241000）

城市化进程加快的同时，工业生产产生的大量污染物与废弃物，农业生产中农药化肥的过量使用，水资源污染问题等导致土壤重金属污染问题出现了日益加剧的情况。土壤不仅是农作物正常生长的基础，更是保证生态平衡的关键。如果土壤出现了严重的重金属污染问题，必然会对生态环境、农作物的正常生长造成严重的破坏和影响。相关部门经过深入调查发现，我国土壤重金属污染中，镉污染是影响农作物生产质量和产量的重要因素之一。由于镉属于一种有毒物质，如果人一次性大量吸入镉烟尘的话，就会出现急性肺炎或肺水肿等严重的不良反应。另外，如果人在日常生活工作中长期接触镉元素，也会因为出现慢性中毒问题，导致人肾脏发生病变，影响人体的健康。

1.农田镉污染现状和危害

我国环境保护部门于2014年公布的《全国土壤污染情况调查公报》中显示，在各种重金属污染调查中，镉超标率最高，数值达到了7.0%。根据相关统计数据，我国大约有10余个省市共25个地区的近1.33万hm2农田都出现了不同程度的镉污染问题。由于镉具有分解难度大且不易从土壤中迁出的特点，一旦农田发生了镉污染问题，必然会因为土壤出现营养元素匮乏的情况，危害到农作物的正常生长。比如，土壤中的镉对农作物吸收土壤中的营养元素产生了极大的负面作用，威胁到了农作物的正常生长发育，影响了农作物种植产量和质量的提升。研究人员通过对玉米和小麦种植特点的分析发现，如果土壤中镉含量达到一定数值后，就会对农作物产生严重的毒副作用，导致玉米或小麦出现严重减产的情况。由于我国农田的镉污染具有范围大、面积广且污染程度严重的特点，所以相关部门必须深刻认识到开展农田镉污染修复工作的重要性，避免因为农田镉污染问题日益严重影响我国农业生产的安全进行。

1.1 自然来源

岩石风化和火山喷发等自然活动是造成土壤出现重金属镉数值严重超标问题出现的重要因素之一。大气中的镉随着自然降雨沉降并进入到土壤中，就会导致土壤中镉含量数值出现大幅度增长的情况。比如，我国安徽省池州市，地处皖南丘陵山区，该区域不仅有着储量丰富的矿产资源，且地势南高北低，南部群峰错落，中部丘陵，北部则以平原为主。该区域内的泥质岩、石灰岩、紫色砂砾等含有的大量镉，对水稻种植产业的发展造成了非常严重的影响。

1.2 工业污染

金属矿产开采、冶炼、电镀等生产环节是产生重金属的主要来源。镉通过工业废水、废气、废渣等排放至环境中，经过一段时间的自然沉降以及雨淋后，就会渗透至生产企业周边的土壤中。如果采矿企业的生产废水直接排放至地面或深入地下水中，不仅会导致水资源出现严重的污染问题，而且使用受到污染的水源灌溉农作物，就会导致农作物在生长过程中出现重金属含量严重超标的问题，影响农作物种植的产量和质量。

1.3 农业污染

农业生产过程中，无机肥和有机肥料、农药的使用以及污水灌溉等农业生产活动都是重金属产生的重要来源。如果农户在农业生产过程中，化肥使用不合理或长期使用含镉的农药，都是造成土壤出现镉污染问题的重要因素。化肥使用不合理就会导致土壤出现板结或酸化的情况。此外，畜禽养殖过程中畜禽粪便的随意排放、汽车行驶过程中产生的大量尾气以及居民日常生活中产生的大量生活污水和垃圾等也是重要的重金属产生来源。

2.农田镉污染修复技术

物理、化学以及生物等是传统的农田镉污染修复方法，随着科学技术的不断发展和进步，这些农田镉污染修复技术，已经无法满足农田镉污染问题修复工作的要求。首先，物理方法。该方法主要是通过去除或分离等方式，将土壤中的镉分离出来，从而达到修复农田镉污染的目的。其次，化学方法。化学方法实际上就是借助改良剂或其他化学试剂，改变土壤的pH值、氧化，还原电位与镉的形态，促使土壤中镉活性与生物有效性的下降，提高农田镉污染修复效果。最后，生物修复。农田镉污染修复中采用的生物修复法，也就是充分利用动植物、微生物等转化、固定、吸附、讲解农田中土壤中的镉，确保农田镉污染修复工作的有序开展。

2.1 物理修复

目前，我国农田镉污染修复中常用的物理修复方法主要有客土法、换土法、电修复法、深耕法等几种。2.1.1客土法。这种方法作为一种工程治理方法，主要是通过在被污染土壤中添加无污染土壤的方式，确保农作物根系与无污染土壤紧密结合在一起，阻止农作物吸收被污染土壤中的镉，从而达到有效修复农田的目的。2.1.2换土法。换土法在实际应用过程中存在着工程量大且适用范围有限等缺点，所以该方法仅适用于镉污染面积较小的土壤修复。相关部门经过长期实践研究后发现，客土法与换土法的合理应用虽然有助于农田土壤中镉含量的有效降低，但是由于这些物理修复法在实际应用过程中，需要投入大量的时间、人力和物力，而且还会破坏土壤的原有结构，增加了土壤二次镉污染问题的发生率。

2.2 化学修复

化学修复技术实际上就是在农田土壤中施加化学药剂等相应材料，从而达到改变农田土壤中镉存在形态以及降低镉的生物有效性的目的，抑制植物生长过程中的镉吸收量。目前，常用的农田土壤镉化学修复技术主要有以下几种：首先，原位化学稳定法。这一方法在实际应用过程中，要求种植户应该根据农田土壤镉污染的实际情况，向被污染土壤中添加化学改良剂，优化和改变土壤的pH值以及氧化还原电位，确保农田土壤中镉的有效沉淀，弱化农田土壤中镉的生物有效性。其作为一种操作简单且价格低廉的方法被广泛应用于农田土壤镉污染的修复工作中。其次，化学淋洗剂。农田土壤镉污染修复中常用的化学淋洗剂主要包括了无机类淋洗剂、螯合剂、表面活性剂等几种。在这其中以水、无机盐、无机酸等为主要成分的无机类淋洗剂在实际应用过程中，存在着淋洗效果不佳、效率偏低且破坏了农田土壤品质等缺点，无法满足农田土壤镉污染修复工作的要求。螯合剂与无机类淋洗剂相比与重金属产生的奥和作用，不但有助于稳定金属化合物的形成，而且起到了降解和去除农田土壤中镉的作用，确保农田土壤中的镉在氢离子的作用下，将镉以离子形体迁移至淋洗液中，从而达到降解螯合剂活性基团的目的，提高农田土壤镉修复的效果。化学修复技术作为目前应用广泛的基础性土壤镉污染修复技术之一，该技术经过长期的实践应用不仅满足了土壤污染综合治理的要求，而且保证了土壤结构的完整性，避免了植物种植过程中二次污染问题的发生。虽然相关专家学者针对土壤镉污染修复问题，提出的各种具有高吸附性能的材料大多仍然停留在实验室模拟实验的阶段，不仅未能应用于真实农田环境中检验，而且其对于环境产生的影响也是未知数。所以，研究部门在开展农田土壤镉污染修复技术的研究时，应该将新兴高效改良剂、淋洗剂的研究和应用作为今后土壤镉污染修复研究的方向，充分发挥化学修复技术的优势，促进农田土壤镉污染修复效果的有效提升。

2.3 生物修复

常见的农田土壤镉污染生物修复法主要有植物、动物、微生物修复等几种。2.3.1植物修复。植物修复主要是借助提取、挥发、降解等方法，修复农田土壤的镉污染问题。比如，超富集植物是当前农田土壤镉污染修复中应用效果最显著的植物修复法之一，目前，我国发现的可用于农田土壤镉污染修复的超富集植物已经超过了20种，这些超富集植物的广泛应用，促进了农田土壤镉污染修复效果的稳步提升。2.3.2动物修复。所谓动物修复也就是借助低等动物在土壤中开展的代谢活动吸收、转化、分解土壤中的镉，从而达到修复镉污染土壤的目的。相关专家学者经过长期研究后发现，通过在镉含量严重超标的土壤中添加蚯蚓的方式，不仅土壤中的镉含量显著下降，而且农作物种植产量较之以往相比也更高。2.3.3微生物修复。利用特定微生物产生的氧化还原反应降低土壤中的镉含量，从而达到有效提升土壤镉污染修复效果的目的。根据相关研究数据，将高抗性微生物投入到污染严重的矿区中，微生物分泌出的聚合物，不仅起到了吸附固定重金属的作用，而且达到了降低土壤中有毒离子的迁移性与生物可利用性，提高了土壤镉污染修复的效果。研究部门经过长期研究发现，在土壤中添加铜绿芽孢杆菌加快了被污染土壤中钙、镁等离子的浸出速度，增强了植物的镉吸收能力，最大限度的降低了农作物中的镉含量。随着科学技术的不断发展和进步，农田土壤镉污染修复治理过程中，植物提取方法的合理应用，不但促进了土壤重金属污染修复效果的有效提升，而且防止了二次污染问题的发生。由于植物提取修复法与其他土壤镉污染修复方法相比具有污染治理效果更加彻底且稳定的特点。所以，该方法的应用已经引起了社会各界的高度关注。此外，相关部门在开展农田土壤镉污染修复工作时，采取的在土壤中添加环境友好型改良剂的方式，有效降低了镉污染修复对土壤结构和生态环境造成的影响，所以，相关部门在开展土壤镉污染修复工作时，应该合理应用该方法，才能达到促进土壤镉污染重金属综合治理和修复效果的目的。

2.4 联合修复技术

联合修复技术也就是在农田土壤镉污染修复过程中，同时采用两种或两种以上的修复技术开展农田土壤镉污染修复工作，不仅有效提升了土壤镉污染的修复效率，而且弥补了传统单一农田土壤镉污染修复技术在实际应用过程中存在的不足和缺陷，提高了农田土壤镉污染修复工作的效果。比如，近年来农田土壤镉污染修复中，植物化学、植物微生物、微生活化学、动植物等联合修复技术的推广和应用，不仅在土壤镉污染修复方面取得了显著的效果，同时也达到了保护生态环境的目的。比如，电修复与化学修复发的联合应用，土壤表层镉去除率达到了9.38%；采用1%氯化钾+EK联合修复法土壤中镉的去除率更是高达84.06%，先进的土壤镉污染组合修复技术的广泛应用，有效降低了蔬菜种植过程中的镉污染问题，提高了农作物种植的质量。另外，研究部门经过长期研究后发现，植物修复与化学修复的结合使用，促进了土壤中镉去除效果的有效提升。

2.5 新材料修复

科学技术的迅速发展，为介孔材料、功能膜材料、石墨烯材料、功能单分子等新型材料在农田土壤重金属修复中的应用，为我国农田土壤重金属污染修复工作的研究指明了方向。比如，研究人员经过研究发现，纳米零价铁不仅具有活性反应强、还原速度快、吸附能力强以及表面积大等特点，借助这种新型材料开展农田土壤镉污染修复，不仅降低了镉污染修复对土壤产能是的扰动，而且减轻了镉污染修复工作对农作物正常生长产生的影响，提高了农田土壤镉污染修复工作的效果。此外，研究人员经过长期研究发现，某功能单分子土壤调理剂在全国南方各省市农田土壤镉污染修复大面积的应用，促进了农田镉污染修复效率的有效提升，降低了农作物籽实中的镉含量，为我国农业生产活动的安全高效开展奠定了坚实的基础。所以，加强农田土壤镉污染修复技术研究的力度，对于我国农业产业的健康可持续发展有着极为重要的意义。

3.结语

总而言之，农田土壤镉污染修复和防治工作是人类所面临的一个世界性难题。虽然国内外专家学者针对土壤镉污染治理工作的研究已经取得了非常显著的成效，但是相关技术在实际应用过程中仍然存在着土壤中镉的二次污染治理、大面积复合重金属污染区域系统化治理等急需解决的问题。所以，相关部门在后期开展农田土壤镉污染修复工作时，应该充分发挥微生物与动植物等修复技术的协同性，根据我国农业生产的实际情况，选择和使用科学合理的修复方法，才能在有效修复土壤镉污问题的同时，优化和完善生态环境，营造人与自然和谐发展的环境，推动社会的可持续发展。