浅析耕地土壤污染现状及修复措施

刘海龙

（陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075）

经过数十年的发展，我国在各方面都取得了举世瞩目的发展成果，但与此同时，第三次全国国土调查结果显示，我国面临着耕地资源总量减少、优质耕地资源保有量不足以及耕地质量受到多方污染的困境，现有耕地面积中70%左右为中低产田[1]。耕地资源是人类开展农业生产活动的物质保障和基本载体，是保障我国粮食安全的基础。而目前的耕地资源面临来自工业、农业、生态环境等多方面的影响，由此带来的耕地土壤污染对人居生活稳定、人类身体健康和粮食安全问题产生了较大威胁[2]。此外，在农业耕作过程中，由于当地群众缺乏必要的土地安全知识和科学管理体系，也引发了诸如农村土地资源利用率较低、农药化肥不合理施用以及乡村生活废弃物排放不当等造成的土壤污染问题[3]。作为一个农业生产和消费大国，耕地土壤安全的重要性不言而喻，受污染的土壤不仅会造成大面积耕地无法利用，同时也会降低耕地质量，造成农作物大面积减产或绝收，更为严重的是，部分土壤污染物带有毒副作用，通过生物循环进入人体后会严重影响人类的身体安全[4]。因此，从根本上摸清耕地土壤污染的来源，制定行之有效的土壤修复措施，将是改善我国耕地土壤污染的重点研究方向。

1 耕地土壤污染的现实状况

对农村耕地土壤污染情况和污染程度进行调查分析可知，农村耕地土壤污染的主要来源有自然因素影响和人为因素影响。自然因素污染物的主要来源为自然界的某些矿山产生的污染物通过大气、地下水等途径富集在土壤中，使土壤中的重金属或某些有害物质含量超标而引发严重的土壤污染。而人为的耕地土壤污染主要来源于工业发展过程中带来的重金属污染、在农业生产活动过程中化肥应用过量或农药滥用以及乡村居民生活过程中产生的固体废弃物及生活污水等。尤其是在如今粮食生产和粮食安全更为严格的大背景下，各类有害物质通过不同方式进入耕地土壤，不仅会降低和削弱耕地土壤本身的肥力，而且也会降低土地利用率进而导致耕地产能减弱。另外，部分地区在工业发展中的金属冶炼、煤炭燃烧等产生的粉尘、污染颗粒物、废水废渣等都会导致土壤受到不同程度的污染。而且此类污染物具有隐蔽性、持久性和复合性等多种特点，治理难度较高，不仅需要高昂的治理费用也需要较强的技术可操作性，给耕地土壤污染防治工作带来了极大的压力。《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤污染超标率大概在20%左右，耕地土壤污染问题已十分严峻[5]。而由此产生的农作物减产问题严重威胁到了我国粮食安全，不利于我国人民生活水平的稳步提升。

2 耕地土壤污染的诱发因素

2.1 工业废弃物排放引发的土壤污染

工业生产是推进我国经济发展的中坚力量，而作为工业生产的重要支柱，大量资源的开采和消耗均会产生严重的环境污染和生态破坏，如很多地区的煤炭资源开采和煤炭燃烧产生的有害物质会通过大气传播、地表水和地下水等渠道流向耕地；部分地区由于煤炭资源开采利用而产生煤矸石，其在堆放过程中会产生大量废气，并且其产生的重金属污染物质具有难迁移、稳定性强等特点，会长期积聚在土壤中导致耕地土壤无法利用。另外，随着城镇人口的增长加剧和城区可利用土地资源的极速减少，为缓解人居条件和环境污染之间的矛盾，众多工业企业也逐步搬迁至农村地区，并开展相应的生产活动。由于环保意识淡薄和废弃物处理成本较高，很多企业未能严格落实引进生产所必备的废水废弃物处理设备，任由此类未经处理的污染物质排放，不仅会对乡村人居水源造成严重污染，也会通过水源进入耕地土壤造成粮食污染。工业生产中排放的废水废弃物一般具有大量有害物质，由此而产生的食品安全问题更是建设美丽乡村和建设农业强国的巨大阻碍。

2.2 农业生产引发的耕地土壤污染

我国长期以来就是以农业为主的农业生产大国，为了保障全国人口的粮食安全，我国进行了长达几十年的研究，发现在化肥使用、农药使用、农用地膜残留以及未处理的秸秆还田等多个方面均导致耕地土壤不断受到污染。在农业生产发展早期阶段，为了使农作物增产增收，提高农作物品质，一般会使用各类肥料和农药为农作物补充营养，控制病虫害扩散与杂草的生长。我国化肥使用量是欧盟的2.5倍，但主要粮食作物氮、磷、钾肥的使用效率却仅仅为33%、24%、42%，对肥料造成极大浪费的同时也污染了耕地土壤[6]。但由于很多群众对于农药、化肥使用量的把握不精确，会造成化肥、农药用量过大等问题。而过量的化肥会随着作物生长、灌溉和采收过程进入到耕地土壤中，对土壤结构产生不良影响，极易引发土壤质量退化、土壤板结、土壤侵蚀、土壤耕作层变浅以及土壤的蓄水保墒能力减弱等问题，部分地区甚至会通过灌水将其带入地下水中，不仅会对耕地土壤造成污染，也会严重危害地下水资源。同时，我国农药使用量远超发达国家，但是其利用率却仅为发达国家的61%～73.2%[7]。农药施用后，仅有30%左右可附着于农作物，剩余的70%左右则通过空气传播至土壤中，加剧耕地土壤中的农药残留，进而导致土壤污染。而农药造成的长期污染，会通过其成分造成土壤酸化并降低土壤孔隙度，有可能导致土壤养分的流失。另外，地膜在我国耕地中已被广泛使用，虽然在一定程度上提高了作物产量，增加了群众收益，但作物采收之后残存于耕地土壤中的地膜将对耕作层土壤产生不良影响。截至目前，我国耕地中的地膜残留总量约为212 t，耕作层中的地膜残留量达60 kg/hm2。残留的地膜不仅在一定程度上破坏了土壤结构，降低了土壤孔隙度，还通过其特殊的属性抑制了水肥通过土壤孔隙传输，对微生物活性和菌群稳定性造成了影响，进而引发作物减产[8]。

3 耕地土壤污染的修复方式

3.1 物理修复方法

作为最常见的土壤修复方法，物理修复主要是利用物理原理，在不改变土壤性质的基础上实现土壤与污染物的有机分离，再通过技术手段去除土壤中的污染物。目前应用较广泛的土壤物理修复技术主要有电动修复、玻璃化修复以及热脱附修复等[9]。其中，电动修复方法是通过将电极插入土壤，利用电迁移或电渗流等方式将土壤中的重金属污染物和部分有机污染物去除，该方法对重金属污染物的消除能力较强，但需要耗费较多的电能，在使用的过程中，工作人员需要结合具体情况，在充分考虑利弊之后方可使用。而玻璃化修复技术主要通过利用电极，在高温条件下将土壤中的有机污染物和部分无机污染物以挥发和热解的方式从土壤中去除，通过熔化污染土壤，使其产生惰性较强的固体玻璃物质，进而达到修复污染土壤的目的，其对于放射性污染物的修复也具有较好的效果。热脱附修复方法的主要原理为在不破坏土壤肥力的前提下，使用燃烧产生的热能去挥发被污染土壤中的有机物等易挥发物质，可以显著去除土壤中的多氯联苯类含氯有机污染物，尤其是对多环芳烃（PAH）类污染物的去除效率可达99.3%以上。物理修复的主要特点在于：虽然处理过后会较为有效地改善土壤条件，污染物的去除效果较为显著，所耗费的时间也较短，但其修复成本较高，且在修复过程中易引起二次污染等问题，不能实现大范围改良土壤的效果。

3.2 化学修复方法

对于环境修复领域，化学修复技术比物理修复技术的应用历史更悠久。这种技术可以克服土壤污染深度，实现深层土壤的有效净化。化学修复技术的优点有操作便捷和修复效果良好等，而缺点则在于所需投入较高，在处理污染土壤时可能存在因操作不当引发二次污染的风险。淋洗技术属于化学修复技术中一种常见的技术方法，其基本原理是向土壤中注入淋洗剂，从而分离土壤中的污染物与有机物质，实现土壤净化[10]。不过，由于不同的淋洗剂对污染物的清除效率不同，因此，在利用淋洗技术进行土壤修复时，需要先对土壤的污染状况展开综合分析，并根据土壤质地的检测情况，选择更适合的淋洗剂。化学修复方法较为快捷方便，但是其修复成本相对偏高。值得注意的是，由于淋洗剂包含较多水分，可能在清除土壤污染物的同时降低其中的有机物含量，对土壤肥力产生影响。另外，通过化学淋洗也有可能导致土壤中的有害物质淋溶至深层地下水中，引起地下水污染等问题。

3.3 生物修复方法

作为一种新型的绿色环保修复技术，生物修复已成为当前常用的修复方法之一，主要原理为利用动植物和微生物的生物学特性吸收土壤中的有机污染物，其最重要的特点是可以不改变土壤的化学性质而进行有效的修复，相较于物理和化学修复方法具有成本低但是周期长的特点，而且对土壤污染的情况要求较高，一旦土壤污染超过生物生长的正常范围，就需要采用其他修复方式[11]。目前已有较多研究围绕蚯蚓、东南景天、蜈蚣草、龙葵、遏蓝菜等进行土壤污染修复，其中，较多是针对土壤重金属污染的修复。而微生物修复技术主要是通过微生物在生长发育过程中的生理代谢对污染物进行生物降解，将土壤污染物转化为H2O、CO2和无机盐等物质。目前，应用较多的是原位微生物修复和异位微生物修复方法，可以直接对受污染的土壤投放对应的微生物或者将受污染的土壤挖出，利用微生物修复后进行集中降解。此外，利用微生物正常生理代谢过程中产生的有机酸可较为有效地对土壤中的重金属污染物进行吸收，以此实现土壤污染修复。但值得注意的是，微生物在土壤中的新陈代谢是一项十分复杂的生理过程，若微生物菌群之间发生紊乱或者由于环境变化导致微生物菌群死亡，也有对土壤造成二次污染的可能性。

3.4 联合修复方法

联合修复技术就是采用两种或两种以上的修复技术对污损土地进行修复，可以克服传统单项修复技术存在的缺点，对污损土地有更好的修复效果[12]。目前较为常见的联合修复方法是将物理和化学修复方式结合、物理和生物修复方式结合以及化学和生物修复方式结合。实验发现，将超声波技术与表面活性修复技术进行有效融合，可将溶液萃取效率从66%提高至88%左右，进而大大提高了污损土地的修复效率。山宝琴等[13]研究发现，将植物与微生物进行有效融合实现了对石油污染土地的有效修复。此外，已有较多试验利用生物炭与生物联合修复技术在废弃矿山、重金属污染严重以及有机物污染严重的地区进行土壤污染修复，也取得了一定成果。联合修复技术存在与多个修复技术有效融合的可能性，是目前的研究热点之一，但联合修复技术还处于实验模拟阶段，其操作成本以及联合修复之间是否会产生不良影响、是否能切实大规模应用于污损土地治理修复等问题还有待进一步研究。

4 结语

土壤污染治理的主要机制是对土壤污染进行修复，尽量还原土壤本质，其基本方式 是根据物理、生物、生态学、化学原理，实现对土壤污染的控制。我国于2016年提出《土壤污染防治行动计划》，这为耕地土壤污染修复技术的发展提供了政策支撑，同时，为了尽可能提升土壤修复效果，还应当继续加大科技在土壤污染修复工作中的投入力度，以政府为主导，整合企业、高校以及群众等各方资源优势，协调工业和农业等范围内的污染物排放，从根本上缓解耕地中的土壤污染问题。本文从工业和农业领域出发，分析了耕地土壤污染的诱因，并针对性地提出了修复土壤的几项常用的修复技术，以期为做好耕地土壤修复工作、切实保障国家粮食安全服务。