我国农田土壤重金属污染修复技术的应用

孙文博

摘 要：我国农业可持续发展受到农田土壤重金属污染的严重挑战。阐述了污染的根源及其波及范围，提出了生物修复及物理化学修复等策略，实例剖析了植物与微生物修复手段在实际操作中的功效，探讨了修复技术的发展动向及所遇挑战，为我国农田土壤污染技术的应用提供一定参考。

关键词：农田土壤；重金属污染；修复技术

中图分类号：X53 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

农田土壤的重金属污染难题已上升为我国农业可持续发展的重大挑战。这种污染起源于工业、农业行为以及城市化发展，土壤质量、作物生长及人体健康均可能受到影响。针对这一难题，深入研究我国农田土壤重金属污染治理技术的应用、方法及成效，并研究其未来走向十分重要，有利于推动农田土壤生态健康、确保农产品品质和安全，促进我国农业的持续发展。

1 農田土壤重金属污染现状分析

1.1 探讨我国农田土壤重金属污染的来源及特性

我国农田土壤重金属污染来源主要包括工业排放、农药施用、化肥施用、废弃物填埋以及生活污水等。工业进程常常导致多种重金属的排放，例如，铅、镉和汞等重金属会透过大气降落与水体流转途径进入土壤。这些工业废气和废水可能对土壤产生直接或间接的影响，进而引发环境污染。不恰当的农业行为可能导致土壤重金属污染。农药与化肥内含金属成分，铜、锌等金属长期使用会使土壤中的含量升高。城市垃圾中的废弃物包含各类金属元素，这些废弃物填埋后也可能会入侵土壤。

上述途径带来的重金属会在土壤中持久沉积，久而久之便会引发土壤品质下降。重金属元素过量会导致土壤生态及植物生长受损，可能沿食物链蔓延至人体内，诱发人体健康的潜在风险。因此，重塑土壤重金属污染的治理与修复成效至关重要，有利于确保农田土壤健康，推动农业可持续发展。

1.2 关键金属元素种类及分布状况

我国农田土壤主要的重金属元素有铅、镉、汞、铬等，它们的分布状况受地域及各类污染源的制约。重金属元素，如铅、镉，在工业集聚地带含量通常较高。工业废水与废气可能释放出大量铅、镉等重金属，历经长期工业污染的影响，这些元素在土壤中易于沉积[1]。农业区的土壤重金属元素主要受农药和化肥长期施用所诱发，一般农药与化肥内皆含铜、锌等金属成分，它们随着农业活动的频繁进行逐渐在土壤中沉积。废弃物填埋可能是部分区域污染的源头，多种金属元素或许存在于其中，最终影响土壤质量。

1.3 污染物对农作物壮大及食品安全的影响

重金属污染会对农作物生长发育带来负面作用，会全方位地影响植物的生理活动和生长环境。重金属过量积累可能会影响植物对其他必需营养元素的吸收和利用，例如，氮、磷、钾等元素会导致植物的生理机能失调和生长受阻。这些重金属有可能直接抑制根部的发育，并影响了根部生长及养分摄取，致使植物全面发展受限。同时，重金属会影响植物光合作用，使其叶绿素生成受阻，叶片生理作用受损，从而制约其光合作用，引发植物生长受限。此外，植物摄取部分重金属后会在植物体内积累，民众食用含重金属的农作物时，容易发生疾病而导致健康受损，如毒素侵染、持久性疾病等。

鉴于土壤重金属污染可能影响食品安全，相关部门务必运用高效的修复技巧及管理策略以降低其对农产品的损害。相关部门应采用适当的土壤治理方法，如生物修复、化学修复、物理修复等，减少土壤重金属含量，从而降低农产品的重金属污染概率。同时，要调整农业生产和土壤利用的监测与管理策略，保障食品质量。

2 农田土壤重金属修复技术

2.1 生物治理方法

植物修复是通过植物吸收土壤中的重金属，以降低土壤重金属含量的一种生态修复手段。选用特定植物的原因是它们具备较强的重金属吸收和适应性。在此过程中，植物根部会汲取土壤中的重金属元素，并将其植入植物体内，囤积于根部与地表层。植物修复的优势在于操作简便，费用较小，修缮过程还能提升环境品质。然而，植物修复能力有限，修复进度稍显滞后，且对于某些重金属的摄取量也较为受限。

微生物修复技术可以借助微生物的代谢功能，对土壤中的重金属污染物进行分解或转变，将其转变为较低毒性或不易溶解的状态。此策略采纳了具备抗逆性和转化潜力的微生物菌种，受污染土壤纳入其中。这些微生物通过代谢能力，重金属分解或改变，从而降低其毒性和生物学效应[2]。相较于植物修复，微生物修复在效率和特异性方面表现更为优异。然而，微生物修复技术在应对微生物生存环境的复杂性和修复效果的可预测性方面仍存在挑战。

值得注意的是，生物修复技术在实际操作中通常会混合应用，各自发挥优势，规避单一方法不足。制定适宜的修复策略需兼顾土壤性质、污染程度、修复成效及经济投入等多方面因素，以适应各种环境的需求。

2.2 理化修复方法

物理化学修复技术是一种通过物理和化学方式解决土壤重金属污染问题的技术手段，旨在降低对生态和生物的负面影响。该技术涉及多种方法，包括特定物质注入、化学还原、离子交换技术以及电渗析工艺等。

特定物质注入是通过向土壤中引入特定修复剂来实现修复的方法。这些修复剂包括石灰、泥土和有机成分等，有利于优化土壤结构和特性，增强土壤对重金属的吸附能力。常见修复剂会显著降低重金属的活性，减少对土壤中生物活性的影响，从而减轻对周边环境和生物的负面影响。这一方法的优势在于简便易行，且能够在较短时间内见到效果。

化学还原方法是指通过使用还原剂，将土壤中的重金属离子转化为不易溶解或难溶状态，从而降低其毒性。常见的还原剂包括亚硫酸盐和硫酸亚铁，它们可以与金属元素发生化学反应，将其转变为难以溶解的固体物质，从而减轻毒性及迁移效应。这一方法在处理重金属污染土壤时能够有效地改变重金属的形态，使其更难对周围环境造成危害。

离子交换技术依赖于土壤本身的离子交换属性，可以通过重金属离子替换土壤胶体表面吸附的其他离子，从而降低重金属的活性。采用钙、镁等离子替代土壤内的有毒金属，有利于减少土壤中重金属的释放速度与生物利用率。这一技术有助于改变土壤中的离子平衡，减缓重金属的迁移和生物富集。

电渗析工艺主要是依托电场力量，采用电泳技术和溶质输送手段，收集并处理土壤中的有毒金属。通过电场的作用，驱使土壤中的重金属离子移向电极，完成收集或转移至指定地点进行处理。这一方法可以高效地提取土壤中的有毒金属，降低其浓度，进而减轻对生态环境的危害。

3 农田土壤重金属修复技术应用案例

3.1 案例一：植物修复在某地区农田的应用

在某地区农田，由于长期受到工业排放和农业生产行为的共同影响，土壤中的重金属含量已经过高，对生态环境和农业生产构成了威胁。为了应对这一问题，工作人员选择采用植物修复手段，通过引入适应本地生态环境且具备重金属吸收功能的植物来处理土壤污染。以下将详细阐述该植物修复计划的执行过程及取得的成果。

在实施植物修复计划前，工作人员进行了深入的土壤调研，以准确辨别土壤中重金属污染的种类和程度。这一调研为后续修复工作提供了基础数据，确保了修復计划的科学性和有效性。为了适应当地情况，选用柳树和夏枯草等生态适应性强、具备对重金属的吸收和富集能力的植物。同时，在污染农田环境中实施了全面的种植与管理措施。监测团队对土壤样本及修复植被的发展情况进行了定期搜集，并对周围状况进行了留意和记录。这一系统的监测机制有助于及时发现问题，保障修复计划的顺利进行。

随着修复计划的执行，经过一段时间的监测，土壤中的重金属被修复植物累积并逐渐减少，尤其在植物的根部发现了较多的污染物质累积。数据监测结果表明，修复后土壤中的重金属含量有所减少，而修复植物呈现出茁壮的成长态势，其株高和叶绿素含量等生长指标保持在正常范围内。这表明植物修复策略在该地农田土壤重金属污染治理上取得了显著的成果。通过对修复区域与对照区域的比对研究，可以明显看到修复地带土壤重金属含量减少以及修复植物的生长状况。这一对比验证了植物修复技术在农田土壤重金属污染治理上的高效性和实际可行性。修复后的土壤环境显示出良好的恢复趋势，证实了植物修复作为一种环保治理手段的有效性。这一案例切实展示了植物修复技术在环保治理领域的应用价值。通过引入适应性强、吸收能力优越的植物，成功地实现了农田土壤重金属污染的治理和修复。

3.2 案例二：微生物修复技术在特定农田的实施

在某农田的特定区域，土壤长期受到重金属污染的侵袭，为解决这一问题，工作人员采用了微生物修复技术进行治理。这一技术的核心思想是利用特定微生物菌株来降解和转化土壤中的重金属元素，从而减轻土壤的污染程度。在整个修复过程中，工作人员进行了细致的土壤调研与评估，鉴别了污染的种类和程度，为后续的修复工作奠定了数据基础。

为了有效应对重金属污染，工作人员选择了能够降解和转化特定重金属的微生物菌株进行治理。这些菌株经过仔细挑选和实验核实，可以确保其在农田环境中有能力分解或改变重金属元素。适宜的微生物菌株被引入到污染农田的环境中后对金属污染进行了有效的控制，修复的效果较好。

实施修复方案后，监测团队展开了对土壤样本的定期搜集与解析。采用前沿科技监测土壤中重金属成分的波动，并详细分析了微生物的繁衍状况。这一监测过程旨在全面了解修复效果，特别是关注微生物对土壤环境的影响，以评价微生物修复对环境的作用。经过一段时间的执行与监测，调研结果显示，修复区土壤中的重金属浓度有所减轻，微生物菌株具有一定程度的降解或转换功能。这表明选择的微生物菌株在实际环境中具有良好的适应性和修复效果。

4 农田土壤重金属修复技术的发展趋势和问题

4.1 技术演变与新型策略

未来农田土壤重金属修复技术的进步主要涉及生物技术驱动的优化。这需要对植物种类进行更精细的挑选，并对微生物菌株进行优化，提高重金属吸收、降解或转化的效果。针对各类土壤及重金属元素组合，科学家与研究员致力于发掘更具适应力的植物及优化微生物菌株，提升恢复成效与速度[3]。

未来的研究重点是推进智能高效修复材料的研发，新型材料如纳米材质、功能性复合材料备受瞩目，这些材料能精确地吸附、转化或修复土壤中的重金属，为修复工程提供更高效率的策略。此外，生物科技与物理化学领域的交融将成为未来治理农田金属污染的主流方法，旨在打造全面且高效的修复策略，优化重金属修复效率与速度。

4.2 存在的问题与难题

尽管某些修复方法在短时间内可能取得显著成果，但对其在长期内的效果和对土壤生态系统的影响，仍需要深入研究和验证，从而确保修复效果持久，避免引发新的环境问题。工作人员应不断改进和调整现有的治理技术，以适应不同环境条件和土壤类型。农田金属污染目前存在的问题与难题可以概括为以下3点。

第一，在广泛运用农田土壤重金属治理技术时，修复费用可能会迅速攀升，成为难以承受的负担。因此，需要寻求经济高效、可持续的治理策略，包括研发更具成本效益的技术、提高治理效率以降低成本，以及制定政策和措施，支持农民和相关产业参与土壤修复。

第二，重金属污染的来源多种多样，土壤的性质也各异。因此，不同的治理措施需要根据具体的污染类型和土壤特性进行调整。并不存在一种适用于所有情况的通用修复方法。在实施修复策略时，需要根据具体的污染状况采取有针对性的治理措施，并及时调整策略以适应不同环境条件。

第三，在修复过程中，应用的技术和材料可能会引发新的污染，或导致已经被治理的污染物重新进入环境，从而导致二次污染。为了防范这一风险，工作人员需要在修复过程中谨慎选择技术和材料，并采取措施来减少或阻止二次污染的可能性，包括监测和评估修复过程中的潜在风险、及时调整治理措施以降低风险等。

4.3 未来可持续发展的展望

为了确保农田土壤重金属修复技术的持续应用，跨学科协同与创新至关重要。运用环境科学、生物技术以及工程技术等多方面知识，持续优化修复策略与手段成为关键。这种综合性的方法有助于不断改进现有技术，寻求更高效、更可持续的土壤修复方案。

调整政策扶持和强化监管力度同样至关重要。这些措施能够推动修复技术的研发与市场应用更好地结合，进而促进其应用与普及于市场。通过更好地利用技术，可以更有效地保障农田生态系统平衡，从而确保农产品的品质，进而推动农业长期健康发展。在实施过程中，需关注技术实施的可行性、经济效益以及环保特性。

有效解决土壤重金属污染问题不仅需要技术手段，还需要考虑其在不同场景中的可行性和成本效益。这样的综合性考量有助于制定更为全面、持久有效的解决策略。针对土壤重金属污染问题，跨学科的协同合作、政策调整与监管力度的加强以及对修复技术可行性与经济效益的关注，已为提供更全面、更持久有效的解决策略打下了基础。这些努力有助于促进土壤修复技术的应用，维护生态平衡，并确保农产品品质，推动农业持续健康发展。

5 结束语

我国农田土壤重金属污染问题较为严峻，相关部门应深入探究重金属污染如何对土壤及农作物产生负面影响，并使用生物修复、物理化学修复等多类修复手段进行治疗。通过案例讨论，揭示了植物修复与微生物修复技术在实际农田中的实际运用及良好的治理效果，并在后文探讨了维修技艺的演变走向、所遇挑战和前景展望。尽管我国农田土壤重金属污染治理已经取得了一定的成果，但仍需继续努力。同时，为了确保农田土壤重金属治理的持续性，更细致地探究及跨领域协作势在必行，相关部门应致力于促进该领域科技的发展与应用。

参考文献

[1] 李雄飞.重金属污染农田土壤修复技术的工程应用分析[J].皮革制作与环保科技，2020，4（8）：138-140.

[2] 蓝慧.土壤重金属污染修复技术及在我国的应用现状分析[J].农村科学实验，2021（35）：11-13，36.

[3] 王涛，王翼鹏，杨旭，等.重金属污染农田土壤修复技术的工程应用分析[J].中国资源综合利用，2021，39（11）：130-132.