重金屬污染土壤修復(fù)與管理研究

文_孫紅松 湖南湘江新區(qū)管理委員會

近些年，農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)已經(jīng)成為了一大嚴(yán)重社會問題，直接威脅到公眾的人身健康。目前我國已經(jīng)出臺了相關(guān)法規(guī)與政策措施，重金屬污染土壤修復(fù)工作得到了廣泛重視，相關(guān)修復(fù)技術(shù)種類眾多，需結(jié)合土壤實際情況進(jìn)行選擇和配置，落實監(jiān)測、管理等工作，保障土壤環(huán)境安全。

1 我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀

目前，全球都在面臨著土壤污染問題，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，全球Pb、Hg、Mn、Cu、Ni的排放量達(dá)到了500、1.5、1500、340、100萬t/a，重金屬污染占比超過一半，如：美國、西歐的重金屬污染產(chǎn)地分別達(dá)到了60萬個、140萬個，而日本、韓國、法國、英格蘭、西班牙等農(nóng)田重金屬超標(biāo)情況也十分屢見不鮮，相關(guān)污染治理工作持續(xù)推進(jìn)。

我國土壤重金屬污染總體狀況不容樂觀，尤其是經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)地區(qū)，重金屬污染問題越加嚴(yán)重，如：廣東輕、重度污染土壤占比達(dá)77%、12%；沈陽土壤鎘污染問題嚴(yán)重。表1為我國無機(jī)污染物超標(biāo)情況。

表1 無機(jī)污染物超標(biāo)情況

土壤污染與人類身體健康直接掛鉤，人體一旦大量淤積重金屬，將會出現(xiàn)中毒病癥，尤其是幼兒若是鉛中毒嚴(yán)重將直接威脅其智力發(fā)育。面對嚴(yán)峻的土壤污染形勢，我國出臺了一系列文件：《土壤污染防治行動計劃》（土十條）、《中華人民共和國土壤污染防治法》等為我國土壤重金屬污染治理工作開展提供了一定的依據(jù)，其核心工作在于摸家底、防增量、控風(fēng)險、治重污，根據(jù)實際風(fēng)險等級劃分情況，落實相關(guān)修復(fù)與管理工作，切實增強土壤治理效果。

2 重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其效果

重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)較多，本文著重就幾種常見技術(shù)展開論述。

2.1 工程物理技術(shù)

工程物理技術(shù)包括客土覆蓋、表層剝離、深耕稀釋等，其在治理土壤污染方面有較大的優(yōu)勢，可在短期內(nèi)達(dá)到既定修復(fù)目標(biāo)，如下圖1所示即為客土覆蓋示意圖。相關(guān)研究顯示，客土法修復(fù)重污染區(qū)第一年，Cd、Pb、Cu、Zn、Hg含量均下降，且隨著時間的增長，重金屬總量呈現(xiàn)為下降態(tài)勢。但是此方法成本較高，土壤肥力、初級生產(chǎn)力會下降，在大面積推廣方面存在諸多限制。

2.2 土壤淋洗技術(shù)

土壤淋洗是使用淋洗液將土壤中重金屬轉(zhuǎn)為液相，具體流程見圖1。淋洗劑種類較多，包括：乙二胺四乙酸、氯化鐵、檸檬酸、無機(jī)酸等等。根據(jù)相關(guān)研究顯示，重度污染土壤采用乙二胺四乙酸原地異位滲透式淋洗方法，可有效去除土壤中Cd、Cu、Pb、Zn，而與乙二胺四乙酸、無機(jī)酸相比，氯化鐵、檸檬酸在去除效率方面略遜一籌，但是對土壤的破壞相對較小，更加溫和。

根據(jù)實踐情況可知，土壤淋洗可高效去除重金屬，但對土壤有破壞性，可適當(dāng)與植物吸取修復(fù)等方法配合使用，如：使用土壤淋洗技術(shù)將土壤大部分的活性重金屬清除，一旦發(fā)現(xiàn)去除效率下降及時改用植物吸取技術(shù)修復(fù)，在保證修復(fù)效果的同時，也有效減少了淋洗劑的使用量，并獲得了較好的培肥地力效果。

2.3 土壤鈍化技術(shù)

土壤鈍化技術(shù)被認(rèn)為是對重金屬污染土壤有效且成本較低的方法，此方法的關(guān)鍵為合理選擇鈍化劑，目前常用的鈍化劑包括：無機(jī)材料（石灰、含磷材料、工業(yè)副產(chǎn)品）、有機(jī)材料（作物秸稈、畜禽糞肥）、新型材料（碳材料、納米材料）等，此類材料也可復(fù)合使用。根據(jù)相關(guān)研究顯示，鉛鎘復(fù)合污染土壤中施用蠶沙、赤泥后，復(fù)合處理效果最優(yōu)，小白菜吸收Pb、Cd降幅分別是82.7%、76.3%。

土壤鈍化修復(fù)也存在一些不足：①亟需完善鈍化劑質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，我國鈍化劑材料來源眾多、質(zhì)量參差不齊，很多材料是工礦業(yè)廢棄物，若是質(zhì)量控制不當(dāng)極易出現(xiàn)二次污染問題；②鈍化修復(fù)存在再次釋放風(fēng)險，根據(jù)相關(guān)報道，田間施用磷灰石、石灰后，土壤pH值上升，CaCl2提取態(tài)Cu、Cd顯著下降，4年后土壤酸化后，Cu、Cd出現(xiàn)再次釋放的情況；③持續(xù)提高鈍化穩(wěn)定性，加大長期鈍化修復(fù)機(jī)制研究。

2.4 植物修復(fù)技術(shù)

（1）植物提取技術(shù)

此方法使用的關(guān)鍵在于合理選用超富集植物，其種類多達(dá)400多種，如：As超富集植物——大葉井口邊草、粉葉蕨；Cd超富集植物——雜交狼尾草等等，實際需根據(jù)土壤污染類型、程度選擇相應(yīng)的植物種類，適當(dāng)添加螯合劑，提高吸取效率。

（2）植物固定技術(shù)

通過植物根系固定重金屬，阻止其在食物鏈中傳遞，此種方法下重金屬并未去除，需施以長期監(jiān)測。

（3）植物揮發(fā)技術(shù)

通過植物根系分泌物將Se、Hg、As等轉(zhuǎn)為揮發(fā)態(tài)，主要植物包括：芥菜、洋麻、煙草等，但是此類揮發(fā)物至大氣中容易出現(xiàn)二次污染，必須做好妥善處理。

植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢主要在于成本低廉，且可以對相關(guān)重金屬進(jìn)行回收，兼具環(huán)境凈化和美化的雙重作用，由于植物耐性有限，一般適用于中等污染土壤。此外，多數(shù)土壤存在幾種重金屬復(fù)合污染的情況，而一種植物往往只能修復(fù)一種重金屬污染，多種修復(fù)技術(shù)配合使用十分關(guān)鍵。

2.5 低累積作物技術(shù)

污染土壤可選擇對金屬具有抗性的植物，以能源類、纖維類、苗木花卉為宜，避免進(jìn)入食物鏈，有效降低其環(huán)境、健康風(fēng)險，同時也充分實現(xiàn)了土地資源利用，獲取一定經(jīng)濟(jì)效益，主要適用于中輕度污染土壤。

根據(jù)相關(guān)研究顯示，桑樹對重金屬的耐性相對較好，如“桑樹—養(yǎng)蠶—絲織品”生產(chǎn)模式，安全風(fēng)險小、經(jīng)濟(jì)效益高；有研究對銅冶煉廠周邊重金屬污染土壤施加石灰、磷礦粉處理后，選擇種植能源植物，經(jīng)檢測產(chǎn)物未受影響。

2.6 水肥管理技術(shù)

水肥管理主要是通過水份、肥料管理的方式，有效控制土壤重金屬污染。

（1）淹水管理

此方法可降低土壤氧化還原電位，增加土壤中還原態(tài)鐵、錳等陽離子和硫離子（S2-）等陰離子含量，同時淹水后pH值提高，沉淀作用下，有效減少水稻對鎘的吸收。但是，根據(jù)相關(guān)研究顯示，淹水處理會在一定程度上增加土壤中砷的活性，水稻抽穗后3 周內(nèi)，通過水份管理將土壤氧化還原電位、pH值分別控制在-73mV、6.2，有效控制水稻對砷的吸收。

（2）施肥管理

施加磷肥、鋅肥、硅肥等，可發(fā)揮拮抗作用，抑制作物對鎘的吸收，同時相關(guān)研究顯示，葉面施硅可抑制鎘向籽粒的轉(zhuǎn)運；施加有機(jī)肥，可發(fā)揮絡(luò)合作用，降低重金屬遷移性。

與其他修復(fù)技術(shù)相比，水肥管理操作簡單、成本低廉，對土壤環(huán)境擾動較小，目前已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，適用于輕度污染土壤。

2.7 間作套種技術(shù)

為實現(xiàn)對復(fù)合重金屬污染土壤的修復(fù)，或是在修復(fù)的同時獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，間作套種技術(shù)得到了廣泛重視。相關(guān)研究顯示，東南景天（超富集植物）+玉米+大豆套種，顯著提高了東南景天對鎘、鋅、鉛的吸收，按照半盆計，約達(dá)到了單種1.68～1.87倍。

間作套種是我國傳統(tǒng)精耕細(xì)作的農(nóng)業(yè)措施之一，合理選用高富集植物和農(nóng)作物十分關(guān)鍵，不同的植物配置下，農(nóng)作物對重金屬的吸收存在一定的差異。以玉米種植為例，相關(guān)研究中以重金屬復(fù)合污染農(nóng)田棕壤土為試驗土壤，施以4種種植模式：①玉米單作；②玉米+葵間作；③玉米+大葉井口邊草間作；④玉米+龍葵+大葉井口邊草套種。結(jié)果顯示玉米對Pb、Cd遷移總量排序如下：②＞③＞①＞④。

圖1 污染土壤原位淋洗流程

3 重金屬污染土壤風(fēng)險分區(qū)與集成修復(fù)管理

基于重金屬土壤污染的復(fù)雜性，上述修復(fù)技術(shù)在實踐中多數(shù)為復(fù)合使用，如何合理進(jìn)行集成修復(fù)管理就顯得極為重要，直接關(guān)系到最終的修復(fù)效果。本文主要從風(fēng)險分區(qū)的角度出發(fā)展開分析，根據(jù)不同地區(qū)土壤實際情況對其進(jìn)行風(fēng)險分級，包括：高風(fēng)險、中等風(fēng)險、低風(fēng)險以及安全區(qū)等，由此選用相應(yīng)的修復(fù)管理方法。

3.1 重金屬污染土壤風(fēng)險分區(qū)

重金屬污染土壤風(fēng)險分區(qū)，需對土壤及其作物的中金物污染情況進(jìn)行評價分析，綜合考慮用地類型、農(nóng)產(chǎn)品種類等，參考《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》、《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》等，采取單因子指數(shù)法評價土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，并對其進(jìn)行風(fēng)險分區(qū)（表2），針對不同分區(qū)提出相應(yīng)的管理策略，保證土壤修復(fù)效果與相應(yīng)的生產(chǎn)效益。

表2 重金屬污染土壤風(fēng)險分區(qū)

3.2 重金屬污染土壤集成修復(fù)管理措施

（1）安全區(qū)

此區(qū)域土壤重金屬含量較低，對周邊環(huán)境、農(nóng)作物生長基本未產(chǎn)生危害，可加強環(huán)境保護(hù)工作，預(yù)防新增污染，保證土壤安全。

（2）基本安全區(qū)

此區(qū)域土壤重金屬輕微污染，農(nóng)作物重金屬含量未出現(xiàn)超標(biāo)情況，但已經(jīng)存在潛在風(fēng)險，需開展污染源調(diào)查與控制工作，防止新增污染物，合理采用水肥管理技術(shù)，保證農(nóng)作物安全。

（3）低風(fēng)險區(qū)

此區(qū)域土壤與農(nóng)作物重金屬含量均已超標(biāo)，表明農(nóng)產(chǎn)品安全性已經(jīng)受到威脅，必須切斷污染源，采取綜合修復(fù)治理措施，合理調(diào)整農(nóng)作物種類，降低土壤環(huán)境風(fēng)險，具體修復(fù)技術(shù)應(yīng)用見表3。

（4）中風(fēng)險區(qū)

此區(qū)域土壤重金屬含量超標(biāo)，農(nóng)作物超標(biāo)值在2倍以內(nèi)，已經(jīng)構(gòu)成較大的安全威脅，必須實施風(fēng)險評估，落實相關(guān)防控與工程修復(fù)措施，具體如表3所示。

（5）高風(fēng)險區(qū)

此區(qū)域土壤、農(nóng)作物重金屬含量均嚴(yán)重超標(biāo)，農(nóng)用地必須限制利用，做好綜合整治工作（表3），適當(dāng)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，或是直接作為非農(nóng)用地使用，切實減小安全風(fēng)險。

表3 不同風(fēng)險區(qū)土壤修復(fù)技術(shù)建議

4 結(jié)語

土壤重金屬污染后果嚴(yán)重，開展相關(guān)修復(fù)技術(shù)與管理措施研究，對于保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與廣大人民生命安全具有重要意義。根據(jù)本文分析可知，重金屬污染問題復(fù)雜，污染源眾多、污染程度不同，相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)選擇也具有多樣性，如：植物修復(fù)、工程物理、土壤淋洗、鈍化技術(shù)等，為保證土壤修復(fù)效果，需做好目標(biāo)土壤的風(fēng)險分區(qū)工作，并基于此進(jìn)行修復(fù)技術(shù)的選擇與合理配置使用，落實監(jiān)測管理工作，確保修復(fù)效果達(dá)到理想目標(biāo)。