我国农田土壤重金属污染修复技术、问题及对策.docx

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1、我国农田土壤重金属污染修复技术、问题及对策目录引言1前言21. 土壤重金属污染的危害32. 土壤重金属污染的成因33. 土壤重金属污染治理相对复杂44. 我国农田土壤重金属污染修复技术应用44. 1.生物治理技术44. 2.工程修复技术44. 3.物化稳定一低吸收作物联合阻控技术54. 4.农艺调控技术74. 5.植物吸取修复技术74. 6.化学淋洗修复技术85. 7.农业生态修复技术96. 8.替代种植与安全利用技术97. 9.联合修复技术108. 10.改良剂改性修复技术115.农田污染修复过程中存在的问题115.1. 鲜有考虑土壤自净能力119. 2.修复目标极少考虑土壤的自然属性与肥力

2、属性111.3. 修复前调查评估难以细致、修复方案可行性不强121.4. 修复实施过程监理、第三方检测需规范与其他非技术因素126 .农田污染修复技术对策126. 1.加强修复技术基础创新137. 2.加快修复技术集成与模式创新138. 3.加强污染调查和修复过程管理与评估137 .重金属土壤污染修复实践138 .结语14引言我国农田土壤重金属污染和农产品重金属超标问题突出，引起了全社会的 广泛关注，随着土壤污染防治行动计划等各项政策措施的出台，重金属污 染农田的修复治理和安全利用迫在眉睫，全国各地启动了多个修复试点工程。文章基于我国农田土壤重金属污染修复技术，分析了存在的主要问题，探 讨今后

3、重点研究方向和对策建议。目前农田重金属污染修复技术有工程修复、 物化稳定一低吸收作物联合阻控、农艺（水分等）调控、植物吸取修复、化学淋洗 修复、替代种植与安全利用等。存在的主要问题有，鲜有考虑土壤自净能力， 修复目标极少考虑土壤的自然与肥力属性，修复前调查评估难以细致、修复方 案可行性不强，修复实施过程监理、第三方检测需规范，以及影响修复成败的 非技术因素。因此，针对我国农田土壤重金属污染修复，提出应当加强修复技 术基础创新，加快修复技术集成与模式创新，加强污染调查和修复过程管理与 评估。前言农田土壤环境质量关系到农产品安全生产和农田生态系统安全。近几十年 来伴随我国经济社会的快速发展，农田土

4、壤污染和质量下降问题日趋突出，农 产品质量安全受到严重威胁。2014年环境保护部和国土资源部发布的全国土 壤污染状况调查公报显示，我国农田土壤污染点位超标率为194%,以重金 属污染为主，其中镉、汞、碑、铜、铅、铭、锌和银8种无机污染物点位超标 率分另IJ为 7.0%、L6%、2.7%、2.1%、L5%、1.1% 0.9%和 4.8%；从污染分 布情况看，南方土壤污染重于北方，长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基 地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较 大，而这些地区正是我国主要的粮食产区。近年来，国内发生了数起重金属污 染相关的事件，包括镉大米、镉小麦、血铅超标

5、等，土壤重金属污染已成为影 响社会稳定的重要因素。早在2011年2月，国务院就出台了重金属污染综合防治“十二五规划； 2016年5月国务院发布土壤污染防治行动计划（“土十条），明确要实施农 用地分类管理，保障农业生产环境安全，开展污染治理与修复，改善区域土壤 环境质量，到2020年，受污染耕地治理与修复面积达到67万hm2 ,受污染耕 地安全利用率达到90%以上，到2030年，受污染耕地安全利用率达到95%以 上，这是现阶段和今后一段时期全国土壤污染防治工作的行动纲领。随着“土十 条的发布，土壤污染防治战役正式揭幕，治理修复工作的速度和范围不断扩大, 目前已经在浙江、江西、湖南、云南、贵州、湖

6、北、广东、广西、四川等污染 耕地集中区域开展了规模化的修复治理试点工程，江苏、安徽、河南、甘肃、 陕西等其他省份也都开展了农田重金属污染修复试点项目。本文分析目前我国农田土壤污染修复中主要采用的技术及应用效果，梳理 修复过程中存在的主要问题，探讨相应的技术对策，以期为我国农田土壤重金 属污染修复提供参考。1. 土壤重金属污染的危害重金属是一种较难通过自然环境降解的物质，铅汞之类的重金属物质对于 人体的伤害是很大的，土壤之中含有高浓度的重金属物质，将会对于地下水造 成水体污染，而水体一旦含有重金属那么将会给饮用此水源的人群造成很严重 的身体伤害。另外在土壤污染的农田上进行土地耕作将会使得重金属潜

7、移默化 的进入农作物的生长之中，大麦水稻玉米这种作为人们主食的农作物一旦含有 重金属，就将会通过饮食带入人体内部，造成很严重的影响。2. 土壤重金属污染的成因导致土壤受到重金属污染的成因有很多种。从自然方面考虑，主要分为火 山爆发以及土壤自身形成的特殊性原因。但是土壤重金属污染的关键因素依然 是人类活动。例如在干旱地区，种植业为了解决自身缺水问题，会采取灌溉的 方式，但是如果所采取的灌溉方式不正确，或灌溉用的水源自身重金属含量超 标，就会导致土壤出现重金属污染问题；其次，金属冶炼行业以及采矿行业在 生产的过程中也会出现重金属废水，如果没有对其进行无害化处理，直接将其 排放到自然界中，也会形成土

8、壤重金属污染；第三，在汽车尾气中也存在一定 量的Pb等重金属元素，尽管其最直接污染的是大气，但是一旦经过雨水冲刷， 就会导致此种金属污染物沉积到土壤中；第四，部分有机肥料由于采取城市垃 圾、河道淤泥等来制作，其原料本身中含有大量的重金属元素，在被施入到土 壤中后，会导致土壤重金属含量明显上升，同时土壤农作物会吸收一定量的重 金属，并最终富集到人体内。3. 土壤重金属污染治理相对复杂一旦土壤遭受重金属污染以后，是难以轻易降解的，而耕地如果遭受重金 属污染，基本无法恢复。与此同时，由于土壤之中富含胶体，使重金属不断富 集，长此以往，重金属污染会越发严重。随着人类的正常生产与生活等，耕地 PH值会发

9、生一定的变化，土壤中重金属含量会因化学反应使其价态与形态都受 到不同的影响。除此之外，因土壤重金属污染是无法通过感官进行轻易识别的, 因此重金属污染往往是长时间以后才被发现，这使土壤重金属污染治理难度不 断加大。4.我国农田土壤重金属污染修复技术应用农田重金属污染修复，从技术途径上1） 一是去除总量2）二是降低活性3）三是减少食物链风险目前我国重金属污染农田土壤修复所采用的技术主要有：工程修复、物化稳定 低吸收作物联合阻控、农艺（水分等）调控、植物吸取修复、化学淋洗修复、替 代种植与安全利用等技术等。4. 1.生物治理技术对于土壤重金属污染来说，生物治理技术主要是借助于植物、微生物等生 物来降

10、低土壤中的金属含量或者金属毒性等，主要分为植物治理与微生物治理 等两种方法。其中，植物治理技术是针对积累于土壤中的重金属污染物，培育 可以吸附重金属的植物来治理污染，实现对土壤重金属污染的治理。这种方法 总体来看，成本投入较低，技术工艺较为简易，适用范围相对广泛，是一种被 广泛应用的土壤治理手段。但是，这种技术对于植物的要求相对较高，治理期 限相对较长，甚至存在一定的潜在风险。4. 2.工程修复技术工程修复技术主要分为客土覆盖、表层剥离、深耕稀释等。工程技术治理 污染土壤操作简单，见效快，而且效果相对比较稳定。该技术在日本得到了较 好应用，截止2005年，日本有7327 hn?污染土壤（总污染

11、面积的87.2%）通过 客土、换土等措施得到了修复。客土前先要构建黏土不透水层，根据土壤性状、 覆盖方式、环境状态等因素不同，覆土厚度一般在2040cm,修复后需对稻米 进行连续监测。然而该技术工程量大，成本高。据统计，日本客土修复Ihm2 土地的费用, 大约2000万到5000万日元（折合人民币几百万元）。我国云南某地一客土修复 点，仅运土成本就约15万元hm2 o客土所需的洁净土通常比较难获得，而且 肥力较低，且不同批次间土壤质地相差较大、也很难混合均匀，容易造成客土 地块不同区域土壤理化性质不同、肥力低下。4. 3.物化稳定一低吸收作物联合阻控技术物化稳定（钝化）是现阶段应用最多的修复方

12、法之一，该方法向污染土壤添加 一种或多种钝化材料，通过调节土壤理化性质以及沉淀、吸附、络合、氧化一 还原等一系列反应，改变土壤中重金属形态和降低生物有效性，从而减少农作 物对重金属的吸收。常见的钝化剂包括无机钝化剂、有机钝化剂、微生物钝化 剂、复合钝化剂等。无机改良剂主要包括石灰、含磷材料（磷矿石、羟基磷灰石 和水溶性磷肥等）、黏土矿物类（膨润土、沸石、海泡石、硅藻土等）、工业副产 品类（赤泥、飞灰、磷石膏和白云石残渣等）等，这类钝化剂在重金属污染土壤钝 化修复中的研究和应用最为广泛。近年来还出现了一些新型的改良剂，如生物 质炭（包括改性生物质炭）和纳米材料（纳米羟基磷灰石和纳米零价铁）等。石

13、灰在南方酸性土壤重金属修复上应用最为广泛，施加石灰可以快速提高 土壤pH,促使Cd、Pb、CU和Zn等重金属被土壤吸附或形成氢氧化物沉淀， 同时石灰具有较高的水溶性，容易渗入土壤空隙，具有较好的修复效果。但石 灰在实际应用中也存在明显的弊端，一是粉末状石灰不便于撒施；二是大量的 Ca可能与已吸附在土壤颗粒上Cd发生竞争，降低Cd的钝化效果；三是石灰维 持土壤PH的时间一般较短，容易再次酸化；四是长期大量施用导致土壤钙化、 板结，影响农作物正常生长。黏土矿物材料在表面活性、吸附性、过滤作用、离子交换作用等方面的性 能，又辅以改性技术的研究开发，使黏土矿物的用途日益广泛。田间小区试验, 施加凹凸棒

14、石和海泡石可有效提高土壤pH,降低稀HCl提取态Cd浓度。海泡 石22.5thm2处理，使稻米中Cd浓度低于0.2mgkg.在湖南某地，农田土壤 pH 5.0,全量Cd浓度0.7 mgkg,施加黏土矿物与石灰的复合钝化剂19.5 thm2 ,连续3年6茬稻米中Cd浓度均稳定在0.2 mg/kg以下。与对照相比， 降低幅度在86.0%983%,平均降低88.7%（数据未发表）。天然黏土矿物材料, 除黏土矿物本身外，还有伴随的其它矿物，如方解石等，这些成分在进入土壤 后也会对重金属具有钝化作用。生物质炭是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高 度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质，

15、是温室气体减排、土壤重金属污染 修复方面的研究热点之一。在实际应用中，由于生物质炭的来源、制备工艺、 施用量、土壤性质以及重金属种类等因素的差异，有关生物质炭修复重金属的 效果研究结果并不一致，因此国内外学者对生物质炭的广泛应用仍存在争议。目前钝化修复还面临一些重要问题需要解决。一是缺乏钝化剂质量控制标 准，现有的钝化材料来源多样，品质层次不齐，许多材料本身就是工矿业的废 弃物，大量施用这类外源物质，带入的二次污染和对土壤性质的长期影响尚不 明确。二是随着环境条件的改变钝化后重金属存在再次释放风险。目前有关长 期效果监测的报道还不多。田间研究发现,施用22.3 thm2磷灰石或4.45 thm

16、2 石灰后，当年土壤PH由44都显著升高到5.6左右，CaC12提取态CU和Cd均 显著下降，但4年后土壤再次酸化，PH分别降低至5.0和4.7, CU和Cd被再 次释放出来。许多研究表明，我国土壤酸化比较突出，而且酸化的趋势尚未得 到有效遏制，因此，钝化修复土壤在后续利用过程中，应该持续监测，并配合 防止土壤酸化的农艺措施。重金属低吸收作物品种的筛选和应用是控制农产品重金属安全性的有效措 施。不同作物种类及同一作物不同品种间对重金属的吸收存在差异。国内外在 重金属低积累水稻、小麦、玉米、蔬菜等品种的筛选方面做了大量研究，但由 于受土壤、气候、田间管理等因素的影响，多数低积累品种的年际间表现还有 待进一步验证，而且在产量、品质、抗性等方面也没有高产主栽品