试析农业土壤重金属污染的治理及安全利用

2022-12-31贺鹏

江西农业 2022年14期

贺鹏

（湘乡市东郊乡农业综合服务中心，湖南湘乡 411400）

在新时期背景下，农业生产规模逐渐扩大，污水灌溉、施肥不当等问题层出不穷，加上自然环境变化多端，使得农业土壤重金属污染现象日益严峻，在一定程度上降低了土壤自净能力，导致农产品大幅度减产。对此，需要相关部门构建完善的土壤重金属污染检测机制，并在此基础上开展防治工作和安全利用分析工作，尽可能降低土壤污染对农业发展带来的不利影响。

1 新时期农业土壤重金属污染现状及不良影响

1.1 农业土壤重金属污染现状

新时期背景下，我国农业生产规模不断扩大，但土壤重金属污染现象却越来越严峻，不仅污染物种类大量增加，污染源也逐渐趋于多样化。重金属污染物相较于其他污染物而言，在土壤中的迁移速度较慢，并且降解难度较大，因此受到相关部门高度关注。据有关部门调查分析来看，农业土壤重金属污染源主要有三种，分别为大气污染、污水灌溉以及固体废弃物丢弃。其中大气污染指人们在生活和工作中不合理排放某些物质，导致多种类型的金属粉尘与空气混合在一起，通过空气沉降或降雨进入农业土壤，最终形成耕地重金属污染现象[1]。结合实际情况来看，位于道路或煤矿周围的农业土壤，受重金属污染程度相对更高，同时城市郊区污染情况明显高于偏远山区。尤其近年来，我国工业化进程持续深入，很多企业为了创造更高经济效益，尽可能减少生产成本，沿用已经淘汰的生产工艺和设施设备，将未处理或处理不当的废弃物及污水直接排出，导致农业土壤遭受大面积污染。我国是农业生产大国，农业土壤质量好坏关系到国计民生，这也意味着治理农业土壤重金属污染问题刻不容缓。

1.2 农业土壤重金属污染造成的不良影响

农业土壤污染类型复杂多样，其中重金属污染造成的危害最为严重。因为重金属污染物本身具有不可逆、降解难等特点，会长时间滞留在土壤中，也就是说，农业土壤一旦存在重金属污染问题，则很难被迁移，甚至会对周边土壤造成一定损害。另外，部分重金属污染物会被植物吸收，而后通过食物链进入人类或动物体内，从而威胁着人类和动物生命健康安全，并且吸收了污染物的农产品质量也会严重降低，无法达到健康安全饮食需求。同时受重金属污染的土壤有益菌会大幅度减少，在一定程度上影响了土壤自净能力，导致土壤质量下降，无法充分满足农作物生长需求，最终造成农作物减产[2]。例如：镉是农业土壤重金属污染中较为常见的一种元素，会对作物生长造成不良影响，如果农业生产区域的土壤中镉含量超标，会直接破坏农作物叶绿体结构，同时制约根系发展，不利于作物吸收土壤中的养分和水分。再如：农业土壤如果汞元素超标，会被农作物吸收，汞元素是一种有毒有害物质，一旦人们食用被汞污染的农作物，会引发急性中毒，使人体出现头晕、乏力等现象，严重的甚至会损害消化道和肾脏[3]。

2 农业土壤重金属污染的形成原因

2.1 自然因素

自然因素是引发农业土壤重金属污染的常见原因，主要体现在两个方面：第一，基岩中含有大量重金属元素，在风化作用下导致农业土壤被污染；第二，新时期背景下，全球变暖现象日益严峻，多种自然灾害频繁发生，包括地震、火山爆发等，使得农业土壤重金属污染问题愈加严峻。

2.2 人为因素

我国人口基数较大，人类活动对农业土壤造成的危害十分显著。具体来说：第一，污水灌溉导致的重金属污染。据调查研究来看，当前很多农户直接使用未处理的污水进行灌溉，导致污水中的金属物质进入土壤，严重降低了土壤质量，对农业可持续发展造成阻碍；第二，施肥不当造成的重金属污染。农作物在生长发育过程中需要消耗大量肥料。当前市面上销售的化学肥料，大多由磷矿石等原料制作而成[4]。肥料市场缺乏市场监管，加上行业门槛较低，导致很多不合格化学肥料流入市场，一旦施加到农田中，就会造成土壤重金属污染。另外，农民群众普遍文化水平较低，在肥料施加中存在诸多违规操作，没有严格按照化肥标准用量施加肥料，或者在不了解土壤结构的基础上随意施肥，均会导致土壤产生严重的重金属污染问题。第三，工业化发展速度加快。工业生产排放的废渣、废气、废水中含有诸多重金属元素，一旦处理不当，便会污染土壤。例如：汞元素具有熔点低、挥发性强等特点，会在土壤中不断沉积和扩散，导致土壤中的重金属大量积累。第四，城市垃圾逐渐增多。我国城市化进程不断深入，城市垃圾也随之增加，并与工业生产的废弃物混合在一起。很多城市近郊农民在生产过程中，习惯使用城市垃圾作为肥料，这些垃圾中含有大量铅、汞等重金属元素，长期使用势必会产生重金属污染问题。

3 新时期我国农业土壤重金属污染的治理及安全利用技术

3.1 农业土壤重金属污染治理技术

新时期，农业土壤重金属污染问题受到农民群众及相关部门高度重视，为了从根源上切断污染源，同时快速恢复土壤能力。需要采用以下两种手段：第一，结合土壤重金属污染实际情况有针对性地选择修复技术，尽可能将土壤中的重金属元素移除；第二，将重金属元素固定在土壤中，避免被农作物吸收。这种方式适用于食用作物或饲用作物种植土壤治理中。当前，专家和学者在研发土壤重金属污染治理技术时，均按照以上两种思路进行创新。可以将常见技术归纳为三种，分别为化学治理技术、生物治理技术以及物理治理技术。其中化学治理技术，就是基于化学原理改良和修复土壤[5]，例如：使用改良剂、抑制剂或淋洗法，有效降低土壤中的重金属含量；生物治理技术，就是采用微生物、动物、植物等相关修复技术，加快土壤修复速度，具有环保、高效等优势；物理防治技术，就是采用电动修复、排土法、客土法等技术，使土壤产生物理反应，从而改良土壤。

发展至今，我国在农业土壤重金属污染治理方面已经取得了显著成就，例如：总结北京和昆明近郊农业土壤在治理经验可以看出，想要有效去除污泥中的Pb（铅）、Cu（铜）等金属元素，可以使用相应量的粉煤灰，使其产生钝化效应；结合湖南、广西等地区农业土壤重金属治理经验来看，适当施加硅肥，能够将Cd（镉）、As（砷）等重金属土壤固定在农田中，避免水稻、甘蔗等作物吸收；在我国油菜产区，通过层层筛选获得了两种超积累油菜品种，分别为川油Ⅱ-10和溪口花籽，在治理Cd（镉）金属污染方面发挥重要作用。除此之外，有专家通过筛选北京市某前矿场周围土壤，获得了1株青霉菌，能够抑制人工培养基中95%以上的Pb（铅）元素，成为微生物修复技术创新研究的一大里程碑。

3.2 农业重金属污染土壤安全利用技术

相关部门在提高农业土壤重金属污染治理重视程度的同时，也要安全利用污染程度较低的农田。常见安全利用方式有以下几种：

3.2.1 筛选和利用低富集品种

农业生产中，一般来说，一种作物有多个品种，不同品种对重金属元素的富集程度和吸收程度不尽相同，相关部门可以结合国内外出台的相关资料，筛选出富集程度较低的农作物品种，尽可能降低土壤重金属污染对农作物生长造成的损害，避免重金属进入食物链中。当前，这种安全利用技术被广泛应用到轻度重金属污染农田生产中。在这一背景下，越来越多专家投入到低富集品种筛选和利用的相关研究中[6]。例如：河南地区以种植小麦为主，涉及到的小麦品种有几十余种，通过筛选获得了2个Pb（铅）金属元素低富集品种。四川以种植玉米为主，专家在21种玉米品种中，筛选出了4个Hg（汞）低富集品种、5个As（砷）低富集品种、2个Hg（汞）和As（砷）低富集品种。结合实践来看，很多农作物品种同时具备部分重金属低富集和其他部分重金属高富集的特点，种植这类作物，不仅能够实现安全生产目标，还能够修复重金属污染的土壤，有利于促进农业可持续发展。

3.2.2 调整农作物种植结构

在筛选和利用低富集品种的同时，可以通过种植其他作物代替饲用或食用作物，或者种植低富集作物代替高富集作物，这也是当前农业生产中提高农田利用率的有效措施。例如：如果农业土壤中Cd（镉）元素超标，可以种植西葫芦、番茄等镉元素低富集作物，以此来替代白菜、大豆、莴笋等容易积累Cd（镉）元素的作物。尤其对于中度重金属污染或重度重金属污染的农田，想要在短期内种植食用作物和饲用作物难度较大。所以，相关部门可以在利用有效治理措施修复土壤的同时，合理调整作物种植结构。例如：浙江某示范基地通过试验表明，在使用化学修复技术改善重度重金属污染农田土壤的同时，可以栽种甘蔗等作物，实现安全生产目标。

3.2.3 科学调控农业生产技术

第一，间作、轮作和套作技术。农户可以结合地区土壤条件、气候环境、作物品种等要素，合理选择间作、轮作或套作技术，以此来降低重金属污染程度。这种生产技术的应用思路，是将重金属高富集作物与重金属低富集作物混合种植，或者先种植重金属高富集作物，后种植重金属低富集作物，使土壤中的重金属元素被高富集作物吸收，从而有效保护低富集作物[7]。例如，湖南地区相关部门通过定位试验得出以下结果：将冬种轮作模式与冬闲模式相比，前者能够有效减少土壤中的Pb（铅）、As（砷）、Cd（镉）等元素，达到良好的消减效果。其中将水稻与紫云英进行轮作，不仅能够大幅度降低重金属元素含量，还可以提高作物产量。

第二，施肥技术。首先，应用化肥施用技术。选择能降低重金属含量标准的肥料施加到农田中，能够有效改善土壤品质。另外，将化肥施用技术与土壤治理技术联合使用，能够进一步强化土壤修复效果。其次，应用气肥施用技术，二氧化碳是农业生产中较为常见的气肥，成本较低，有利于促进作物健康生长。将气肥施用技术与土壤治理技术联合使用，能够加快重金属高富集作物生长速度，同时增加作物产量。

第三，应用生物质焦利用技术。这种技术是随着科学技术不断进步发展而来的，属于新型土壤修复技术，在实际应用中获得了显著成就，受到业界高度认可。生物质焦具备较强的重金属离子吸附能力，能够将土壤中的重金属离子有效消除。例如：湖南省和福建省先后对生物质焦利用技术进行研究，发现该技术能够有效降低重金属污染土壤中油菜对Pb（铅）、Cd（镉）等金属元素的富集。

3.3 修复技术和安全利用技术的集成

随着科学技术不断进步，尤其信息技术的广泛普及，使得重金属污染土壤修复技术和安全利用技术不断优化和完善，并实现了集成目标。例如：使用GIS系统分析农业土壤重金属污染的分布特征、污染程度等要素，并在此基础上对各种修复技术的使用成本进行深入分析，确定各区块的最佳修复手段，而后制成图集，用来指导修复工作。完成以上工作后，需要对治理效果进行评价，并总结优势和不足，而后加以改进，或者将人工神经网络技术与地理信息系统相结合，形成重金属污染土壤治理复合技术，以此来提高技术适用范围和应用效果[8]。

4 我国农业土壤重金属污染的治理及安全利用的未来发展趋势

现阶段，我国有越来越多的专家和学者投入到农业土壤重金属污染修复和安全利用等研究活动中，并取得了显著研究成果，已经基本可以与发达国家保持同步。为了提高治理能力，促进农业进一步发展，还需要国内研究部门充分借鉴国外先进技术和研究思路，根据我国国情，将零散、集成度较低、治理水平较差的技术进行优化和完善，并将研究结果转换为实际运用。建议根据农艺运筹技术、生物技术、农田调控技术等新兴技术，研发操作便捷、副作用小、成本较低的技术，确保满足农业生产实际需求。在此基础上，构建健全、完善的重金属污染土壤修复体系和机制，为生态农业建设工作奠定良好基础。