北方小麥產(chǎn)區(qū)重金屬污染農(nóng)用地安全利用技術(shù)研究進(jìn)展

李建敏

（山西省農(nóng)業(yè)生態(tài)保護(hù)與資源區(qū)劃中心，山西 太原 030001）

隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，重金屬元素在土壤中大量積累，對植物生長、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康造成了嚴(yán)重的影響。近年來，隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國北方小麥生產(chǎn)基地土壤的重金屬污染問題日益突出，2016 年國務(wù)院《土壤污染防治行動計劃》提出，要把重點(diǎn)放在農(nóng)業(yè)用地上，對土壤污染進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。十九大報告指出，要加強(qiáng)土壤污染治理，加強(qiáng)源頭治理，實(shí)施重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)等重大項目，在此基礎(chǔ)上，對生態(tài)紅線、永久基本農(nóng)田和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界進(jìn)行規(guī)劃。作為我國兩大糧倉之一的東北、黃淮海平原，其生態(tài)環(huán)境安全問題對實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。北方小麥產(chǎn)區(qū)重金屬污染農(nóng)用地防治是保護(hù)生態(tài)紅線、保護(hù)永久基本農(nóng)田、防止重污染、精準(zhǔn)脫貧三大攻堅戰(zhàn)的重要保障。由于重金屬的污染，我國被污染的糧食多達(dá)千萬噸，造成了近200×108元的經(jīng)濟(jì)損失。

1 北方小麥產(chǎn)區(qū)農(nóng)用地重金屬污染來源

1.1 污水灌溉

工業(yè)污水和生活污水中含有大量的重金屬及其他有害物質(zhì)，這些污染物未經(jīng)處理被直接排放，大量有毒和有害物質(zhì)隨降雨或灌溉流入農(nóng)田，并被土壤滯留，污染物的累積會對土壤造成一定的污染，使農(nóng)業(yè)用地的重金屬含量超標(biāo)。

1.2 大氣降塵

工業(yè)廢氣中含有二氧化硫、氟化物等有毒氣體，酸雨會滲入土壤，造成土壤酸化，同時，由于工業(yè)產(chǎn)生的粉塵中還含有鉻、鉛、銅、鎘等重金屬，在降塵過程中會滲入到土壤中，導(dǎo)致環(huán)境污染。

1.3 化肥農(nóng)藥

近年來，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，大量化肥、農(nóng)藥等不合理施用，不但使土壤中的重金屬含量升高，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被破壞，還導(dǎo)致土壤板結(jié)、生物性能下降，降低小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。

1.4 固體廢物

隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，固體廢棄物的種類和數(shù)量也在不斷增加。工業(yè)礦渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥等工業(yè)生產(chǎn)逐漸增多，而農(nóng)用塑料薄膜作為大棚、地膜覆蓋材料的應(yīng)用越來越廣泛。這些固體物質(zhì)在土壤中滯留時間很長，不易揮發(fā)，也不易被微生物降解。

2 農(nóng)用地重金屬污染修復(fù)技術(shù)

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)土地的重金屬污染狀況十分嚴(yán)重，急需開展農(nóng)業(yè)土地的治理技術(shù)攻關(guān)，不同類型的農(nóng)田土壤重金屬污染具有各自的特點(diǎn)，治理措施也需要有針對性。

2.1 客土修復(fù)技術(shù)

客土技術(shù)是一種利用客土、換土、深翻土和污染土混合的方法，減少土壤中的重金屬，降低重金屬對土壤和作物的毒性，使其符合農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)。深翻是解決污染較輕的土地的一種較好的方法，其優(yōu)點(diǎn)是徹底、穩(wěn)定，但工程量大、造價高，對土壤的結(jié)構(gòu)造成破壞，使土壤肥力降低。所以，該技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用并不多見。

2.2 物理修復(fù)技術(shù)

2.2.1 電動修復(fù)

利用電流，將重金屬和無機(jī)離子以電滲透和電遷移的形式輸送到電極，再進(jìn)行集中收集。研究發(fā)現(xiàn)，土壤酸堿度、緩沖性能、土壤成分和重金屬污染類型對土壤修復(fù)的影響較大。但是，傳統(tǒng)的電動修復(fù)技術(shù)由于能量消耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、修復(fù)時會出現(xiàn)“聚焦現(xiàn)象”，使傳統(tǒng)的電動修復(fù)技術(shù)難以有效地解決實(shí)際的重金屬污染問題。

2.2.2 電熱修復(fù)

該技術(shù)能夠?qū)⑼寥乐泻泄?、硒等元素污染，通過高頻高壓產(chǎn)生電磁波和熱量，通過加熱土壤將污染物分解，加速土壤中某些易燃物質(zhì)的分解，從而實(shí)現(xiàn)對土壤的修復(fù)。

2.2.3 土壤淋洗

土壤淋洗是通過沖洗溶液將土壤中的重金屬遷移到土壤液相中，然后對含有大量重金屬的污水進(jìn)行回收處理。其技術(shù)關(guān)鍵是能夠在不影響土壤結(jié)構(gòu)的情況下，將多種形態(tài)的重金屬元素分離出來。然而，在此工藝中，必須考慮到含重金屬的淋洗溶液對環(huán)境的二次污染問題。

2.3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)是通過向土壤中注入改性劑，使重金屬吸附、氧化還原、拮抗或沉淀，使重金屬的生物有效性降低。

2.3.1 石灰調(diào)節(jié)

適合偏酸性鎘污染的土壤，pH 值在4.5～6.5為宜，不宜用于pH 值大于6.5 或含有重金屬的土壤。通過適當(dāng)?shù)乃峄幚?，可以改善土壤的pH 值，使土壤中的重金屬離子活性下降，從而減少作物對重金屬的吸收。

2.3.2 原位鈍化

在土壤中加入一種鈍化材料，可以使有效態(tài)的重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚詰B(tài)，從而減少其在土壤中的遷移，提高植物的有效性和生物毒性。在大規(guī)模推廣之前，要對此技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性實(shí)驗，以達(dá)到小規(guī)模使用、精確控制使用劑量、防止鈍化、二次污染、評價其長期效果及潛在的不利影響的目的。

2.3.3 定向調(diào)控

通過對土壤中的氧化還原、吸附和沉淀等過程的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)從高效率到低效率，由高毒性變?yōu)榈投拘裕⒛芏ㄏ蛘{(diào)控土壤中的重金屬遷移和植物的富集。在大規(guī)模使用之前，也要少量的使用，以防止過分調(diào)節(jié)和二次污染。所以，采用化學(xué)調(diào)理劑進(jìn)行污染控制，必須以良好的實(shí)驗為依據(jù)。

2.4 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)是利用生物削減、凈化土壤中重金屬、減少重金屬毒性等手段來處理被污染土壤的一種新途徑。

2.4.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物對重金屬污染土壤的修復(fù)主要包括植物提取法、揮發(fā)法和植物穩(wěn)定性法。①萃取法。通過對土壤中重金屬的超蓄量吸收，再通過對地上部的作物進(jìn)行集中處理，從而減少或消除土壤中的重金屬污染；②植物的揮發(fā)性。通過植物根系的吸附，使其變成氣體，然后向空氣中釋放，從而減少土壤污染；③保持植株的穩(wěn)定性。利用抗重金屬的植物或過度積累的植物，可以降低重金屬的生物活性，從而降低重金屬被沖入地下水或經(jīng)大氣擴(kuò)散對環(huán)境造成進(jìn)一步的污染。

采用植物修復(fù)技術(shù)，不僅簡便，且成本低，對土壤中的重金屬污染治理有顯著的效果。但是，目前采用的方法并不能很好地處理土壤中的重金屬，而單一的富集植物只能有效地處理單一的重金屬，很難解決各種重金屬的綜合污染問題。

2.4.2 微生物修復(fù)技術(shù)

重金屬離子在微生物中的溶解和沉淀。在土壤中，微生物可以利用養(yǎng)分和能量，在滲濾過程中，通過釋放有機(jī)酸絡(luò)合來溶解重金屬。微生物以不同的代謝途徑，直接或間接地參與了土壤中的重金屬離子的分解，從而使其生成甲酸、乙酸、丙酸等低分子量有機(jī)酸。微生物吸附和富集重金屬離子。土壤中的微生物能夠通過細(xì)胞表面的電荷吸附和吸收必需的養(yǎng)分來主動地吸收和吸附重金屬。

微生物氧化和還原重金屬離子。某些重金屬元素可能以不同的價格形式存在，但當(dāng)它們以高價離子形式存在時，其溶解性一般都很低，難以進(jìn)行遷移；微生物對重金屬的氧化反應(yīng)會導(dǎo)致其活性下降。

2.5 農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)

農(nóng)藝調(diào)節(jié)是通過農(nóng)業(yè)技術(shù)手段，降低土壤中重金屬污染物向農(nóng)作物尤其是可食性物質(zhì)的遷移，以保證農(nóng)業(yè)的安全。

2.5.1 優(yōu)化施肥

因地制宜，將耕作制度、氣候、土壤、水分等因素綜合考慮。合理選用N、P、K 肥品種及施用量，防止化肥對重金屬污染的活化，影響土壤酸堿度、環(huán)境濕度、提供能沉淀重金屬的基團(tuán)、引入競爭性離子對植物根系和地面的生理代謝等，從而影響植物吸收土壤中的重金屬。

2.5.2 農(nóng)作物的品種代替

通過對不同的農(nóng)作物進(jìn)行篩選，篩選出具有較弱的可食用部分的重金屬元素，從而抑制重金屬的進(jìn)入，從而有效地減少重金屬污染。在選擇低積累作物時，要充分考慮該品種的適宜種植范圍、重金屬污染和農(nóng)戶的可接受度。

2.6 綜合性技術(shù)措施

在農(nóng)田生產(chǎn)過程中，由于田間環(huán)境條件變化復(fù)雜，且污染狀況復(fù)雜，采用單一的方法很難保證作物可食用部位污染物含量達(dá)到要求，應(yīng)根據(jù)農(nóng)田污染特點(diǎn)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，建立符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的安全利用模式。

2.6.1 綜合利用“VIP”技術(shù)

“VIP”或“VIP+ n”是指通過增加（使用）土壤調(diào)理劑、鈍化劑、葉面調(diào)控劑以及有機(jī)肥等來降低鎘含量的產(chǎn)品或技術(shù)，如低積累的作物（V）、灌溉優(yōu)化（I）、施用氧化鈣等。在不改變原有栽培方式的基礎(chǔ)上，按照大面積、適時、經(jīng)濟(jì)高效、科學(xué)的原則，對各種技術(shù)組合排序，并按照污染的嚴(yán)重程度對集成技術(shù)的數(shù)量和單個技術(shù)的實(shí)施力度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

2.6.2 調(diào)整農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)

重污染區(qū)的食用農(nóng)產(chǎn)品有超標(biāo)的危險，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行作物品種的調(diào)整，改種適宜嚴(yán)重污染農(nóng)田種植的花卉苗木、纖維作物、能源作物等。要做到實(shí)事求是、生態(tài)優(yōu)先、尊重民眾意愿、兼顧社會和經(jīng)濟(jì)利益。

2.6.3 輪休制度的實(shí)施

實(shí)行一季休耕、一季種植，在休耕期間，以生物量高、吸收積累能力強(qiáng)的作物為主，不改變耕地的性質(zhì)。提倡使用綠色肥料，減少土壤暴露，提高土壤肥力。

3 農(nóng)用地土壤重金屬污染治理技術(shù)模式與管控政策

3.1 土地整治與土壤修復(fù)相結(jié)合

土壤修復(fù)項目涉及到多個部門，包括自然資源、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等部門，在實(shí)施過程中由于缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，造成了土壤修復(fù)項目存在技術(shù)難題。①土地整治技術(shù)和修復(fù)技術(shù)的重復(fù)性很強(qiáng)，二者不能相互獨(dú)立，造成大量的重復(fù)建設(shè)，一定程度上導(dǎo)致人力和物力的浪費(fèi)；②大多數(shù)情況下，土壤修復(fù)實(shí)施主體對土地所有權(quán)不具有調(diào)控能力，被污染土壤的再利用很難進(jìn)行合理控制，另外在實(shí)施修復(fù)過程中，受種植結(jié)構(gòu)、土地利用類型等因素的制約，造成修復(fù)技術(shù)布局難以充分遵循土地恢復(fù)的基本原理；③農(nóng)田土壤安全利用和修復(fù)需要對農(nóng)田進(jìn)行灌溉、排水、收獲期廢棄物處置等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，這是保證恢復(fù)工作的順利進(jìn)行和保持良好的生態(tài)效益的重要保證，但在恢復(fù)過程中，土地恢復(fù)的投入通常不包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從而影響土地恢復(fù)工作的落實(shí)；④農(nóng)田土壤修復(fù)和安全利用的資金主要依賴于國家和地方專項基金，由于缺少相關(guān)的激勵措施，相關(guān)主體實(shí)施安全利用和修復(fù)的積極性亟待提高。

3.2 進(jìn)一步完善土壤重金屬污染防治標(biāo)準(zhǔn)體系

目前，國內(nèi)在開展土壤污染調(diào)查與評估時，并沒有統(tǒng)一的目標(biāo)、監(jiān)測范圍、監(jiān)測指標(biāo)、程序方法等方面的規(guī)范，而我國已出臺的《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》僅對土壤進(jìn)行分級，并沒有明確的界定。由于相關(guān)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的缺失，土壤生態(tài)環(huán)境執(zhí)法過程中難以提供有效的標(biāo)準(zhǔn)，無法對污染責(zé)任人進(jìn)行有效的環(huán)境問責(zé)。同時，要增加有機(jī)污染物的類型，制定VOCs、SVOCs 等有機(jī)物質(zhì)的農(nóng)用地控制指標(biāo)，并結(jié)合全國各地具體情況制定相應(yīng)的地方性指標(biāo)。要盡快制訂出一套適合于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤重金屬檢測與評價標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制土壤中的重金屬，采取多種技術(shù)措施來保證土壤的安全性，保證作物的健康生長，并盡可能減少重金屬進(jìn)入人類的食物鏈。

3.3 建立完善的管理體系

要明確各級政府的責(zé)任，簽署責(zé)任承諾書，做好農(nóng)用地土壤污染防治工作的規(guī)劃，研究建立土壤污染安全利用和修復(fù)效果評價與評價制度，定期對農(nóng)用地實(shí)施開展土壤環(huán)境質(zhì)量評價。在橫向上，要逐步建立起政府、執(zhí)法部門、民間環(huán)保組織、公眾環(huán)保組織四位一體的管理體制。在垂直方向上，從中央到地方建立治理體制。目前的公民環(huán)保團(tuán)體，在政府機(jī)關(guān)和公司違反環(huán)境法行為中，也起到了很大的監(jiān)督作用。自然資源部門要制訂國家農(nóng)業(yè)用地的重金屬污染控制方案，并提出相應(yīng)的具體方案，以促進(jìn)土地資源的長期可持續(xù)利用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門要對農(nóng)用地土壤環(huán)境進(jìn)行長期監(jiān)測與評估，并在全國范圍內(nèi)建立一個實(shí)時更新的、覆蓋全國的農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，制訂出一套完整的技術(shù)規(guī)范和實(shí)施方案，具體落實(shí)到各個環(huán)節(jié)，并提高相關(guān)規(guī)范和方案的可操作性。生態(tài)環(huán)境部門要強(qiáng)化對土壤污染的統(tǒng)一管理和監(jiān)督，要充分發(fā)揮政府的宏觀領(lǐng)導(dǎo)地位，把土壤污染作為國家生態(tài)大計中的重中之重，建立重點(diǎn)監(jiān)管企業(yè)名錄，開展監(jiān)督整改措施。

3.4 建立健全農(nóng)用地土壤污染防治制度體系

3.4.1 建立農(nóng)用地土壤污染治理專項資金，并按市場機(jī)制逐步實(shí)施

在受污染農(nóng)用地土壤安全利用和修復(fù)過程中，如何落實(shí)基金保障無疑是一個很大的問題，而我國的污染治理資金主要來自于政府的財政支持，缺乏有效的問責(zé)機(jī)制，在處罰的同時，還要明確安全利用和治理修復(fù)的責(zé)任主體，真正能夠落實(shí)“誰污染、誰付費(fèi)、誰治理”。通過逐步引進(jìn)市場化淘汰落后產(chǎn)能，通過市場推動污染治理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.4.2 建立公共參與體系

結(jié)合多手段科普宣傳模式，加強(qiáng)公眾的土壤污染防治意識，督促農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者合理使用農(nóng)藥、化肥、地膜等農(nóng)業(yè)投入品。加強(qiáng)公眾監(jiān)督，構(gòu)建土壤污染事件監(jiān)督舉報平臺，引導(dǎo)公眾監(jiān)督舉報土壤污染事件的發(fā)生，以規(guī)范土壤污染防治責(zé)任主體的行為，形成一種有效的基層防范機(jī)制，促進(jìn)政府有效執(zhí)法。通過構(gòu)建公眾參與機(jī)制、全民參與、公眾監(jiān)督、鼓勵民間團(tuán)體參與環(huán)境污染防治等措施，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

總之，重金屬污染治理技術(shù)具有自己的特殊性，土壤重金屬類型、重金屬濃度、重金屬價態(tài)隨污染源和環(huán)境的污染程度而變化。目前，我國的維修技術(shù)大多比較復(fù)雜，一些技術(shù)指標(biāo)還不完善，需要進(jìn)一步的檢驗。因地制宜，通過對不同類型北方小麥產(chǎn)區(qū)重金屬污染治理技術(shù)的比較和檢驗，總結(jié)出適合于北方小麥產(chǎn)區(qū)重金屬污染地的治理技術(shù)，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全利用的特征，加速農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重金屬污染治理技術(shù)的研究。