淺析耕地土壤污染現狀及修復措施

劉海龍

（陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075）

經過數十年的發(fā)展，我國在各方面都取得了舉世矚目的發(fā)展成果，但與此同時，第三次全國國土調查結果顯示，我國面臨著耕地資源總量減少、優(yōu)質耕地資源保有量不足以及耕地質量受到多方污染的困境，現有耕地面積中70%左右為中低產田[1]。耕地資源是人類開展農業(yè)生產活動的物質保障和基本載體，是保障我國糧食安全的基礎。而目前的耕地資源面臨來自工業(yè)、農業(yè)、生態(tài)環(huán)境等多方面的影響，由此帶來的耕地土壤污染對人居生活穩(wěn)定、人類身體健康和糧食安全問題產生了較大威脅[2]。此外，在農業(yè)耕作過程中，由于當地群眾缺乏必要的土地安全知識和科學管理體系，也引發(fā)了諸如農村土地資源利用率較低、農藥化肥不合理施用以及鄉(xiāng)村生活廢棄物排放不當等造成的土壤污染問題[3]。作為一個農業(yè)生產和消費大國，耕地土壤安全的重要性不言而喻，受污染的土壤不僅會造成大面積耕地無法利用，同時也會降低耕地質量，造成農作物大面積減產或絕收，更為嚴重的是，部分土壤污染物帶有毒副作用，通過生物循環(huán)進入人體后會嚴重影響人類的身體安全[4]。因此，從根本上摸清耕地土壤污染的來源，制定行之有效的土壤修復措施，將是改善我國耕地土壤污染的重點研究方向。

1 耕地土壤污染的現實狀況

對農村耕地土壤污染情況和污染程度進行調查分析可知，農村耕地土壤污染的主要來源有自然因素影響和人為因素影響。自然因素污染物的主要來源為自然界的某些礦山產生的污染物通過大氣、地下水等途徑富集在土壤中，使土壤中的重金屬或某些有害物質含量超標而引發(fā)嚴重的土壤污染。而人為的耕地土壤污染主要來源于工業(yè)發(fā)展過程中帶來的重金屬污染、在農業(yè)生產活動過程中化肥應用過量或農藥濫用以及鄉(xiāng)村居民生活過程中產生的固體廢棄物及生活污水等。尤其是在如今糧食生產和糧食安全更為嚴格的大背景下，各類有害物質通過不同方式進入耕地土壤，不僅會降低和削弱耕地土壤本身的肥力，而且也會降低土地利用率進而導致耕地產能減弱。另外，部分地區(qū)在工業(yè)發(fā)展中的金屬冶煉、煤炭燃燒等產生的粉塵、污染顆粒物、廢水廢渣等都會導致土壤受到不同程度的污染。而且此類污染物具有隱蔽性、持久性和復合性等多種特點，治理難度較高，不僅需要高昂的治理費用也需要較強的技術可操作性，給耕地土壤污染防治工作帶來了極大的壓力?！度珖寥牢廴緺顩r調查公報》顯示，我國耕地土壤污染超標率大概在20%左右，耕地土壤污染問題已十分嚴峻[5]。而由此產生的農作物減產問題嚴重威脅到了我國糧食安全，不利于我國人民生活水平的穩(wěn)步提升。

2 耕地土壤污染的誘發(fā)因素

2.1 工業(yè)廢棄物排放引發(fā)的土壤污染

工業(yè)生產是推進我國經濟發(fā)展的中堅力量，而作為工業(yè)生產的重要支柱，大量資源的開采和消耗均會產生嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，如很多地區(qū)的煤炭資源開采和煤炭燃燒產生的有害物質會通過大氣傳播、地表水和地下水等渠道流向耕地；部分地區(qū)由于煤炭資源開采利用而產生煤矸石，其在堆放過程中會產生大量廢氣，并且其產生的重金屬污染物質具有難遷移、穩(wěn)定性強等特點，會長期積聚在土壤中導致耕地土壤無法利用。另外，隨著城鎮(zhèn)人口的增長加劇和城區(qū)可利用土地資源的極速減少，為緩解人居條件和環(huán)境污染之間的矛盾，眾多工業(yè)企業(yè)也逐步搬遷至農村地區(qū)，并開展相應的生產活動。由于環(huán)保意識淡薄和廢棄物處理成本較高，很多企業(yè)未能嚴格落實引進生產所必備的廢水廢棄物處理設備，任由此類未經處理的污染物質排放，不僅會對鄉(xiāng)村人居水源造成嚴重污染，也會通過水源進入耕地土壤造成糧食污染。工業(yè)生產中排放的廢水廢棄物一般具有大量有害物質，由此而產生的食品安全問題更是建設美麗鄉(xiāng)村和建設農業(yè)強國的巨大阻礙。

2.2 農業(yè)生產引發(fā)的耕地土壤污染

我國長期以來就是以農業(yè)為主的農業(yè)生產大國，為了保障全國人口的糧食安全，我國進行了長達幾十年的研究，發(fā)現在化肥使用、農藥使用、農用地膜殘留以及未處理的秸稈還田等多個方面均導致耕地土壤不斷受到污染。在農業(yè)生產發(fā)展早期階段，為了使農作物增產增收，提高農作物品質，一般會使用各類肥料和農藥為農作物補充營養(yǎng)，控制病蟲害擴散與雜草的生長。我國化肥使用量是歐盟的2.5倍，但主要糧食作物氮、磷、鉀肥的使用效率卻僅僅為33%、24%、42%，對肥料造成極大浪費的同時也污染了耕地土壤[6]。但由于很多群眾對于農藥、化肥使用量的把握不精確，會造成化肥、農藥用量過大等問題。而過量的化肥會隨著作物生長、灌溉和采收過程進入到耕地土壤中，對土壤結構產生不良影響，極易引發(fā)土壤質量退化、土壤板結、土壤侵蝕、土壤耕作層變淺以及土壤的蓄水保墑能力減弱等問題，部分地區(qū)甚至會通過灌水將其帶入地下水中，不僅會對耕地土壤造成污染，也會嚴重危害地下水資源。同時，我國農藥使用量遠超發(fā)達國家，但是其利用率卻僅為發(fā)達國家的61%～73.2%[7]。農藥施用后，僅有30%左右可附著于農作物，剩余的70%左右則通過空氣傳播至土壤中，加劇耕地土壤中的農藥殘留，進而導致土壤污染。而農藥造成的長期污染，會通過其成分造成土壤酸化并降低土壤孔隙度，有可能導致土壤養(yǎng)分的流失。另外，地膜在我國耕地中已被廣泛使用，雖然在一定程度上提高了作物產量，增加了群眾收益，但作物采收之后殘存于耕地土壤中的地膜將對耕作層土壤產生不良影響。截至目前，我國耕地中的地膜殘留總量約為212 t，耕作層中的地膜殘留量達60 kg/hm2。殘留的地膜不僅在一定程度上破壞了土壤結構，降低了土壤孔隙度，還通過其特殊的屬性抑制了水肥通過土壤孔隙傳輸，對微生物活性和菌群穩(wěn)定性造成了影響，進而引發(fā)作物減產[8]。

3 耕地土壤污染的修復方式

3.1 物理修復方法

作為最常見的土壤修復方法，物理修復主要是利用物理原理，在不改變土壤性質的基礎上實現土壤與污染物的有機分離，再通過技術手段去除土壤中的污染物。目前應用較廣泛的土壤物理修復技術主要有電動修復、玻璃化修復以及熱脫附修復等[9]。其中，電動修復方法是通過將電極插入土壤，利用電遷移或電滲流等方式將土壤中的重金屬污染物和部分有機污染物去除，該方法對重金屬污染物的消除能力較強，但需要耗費較多的電能，在使用的過程中，工作人員需要結合具體情況，在充分考慮利弊之后方可使用。而玻璃化修復技術主要通過利用電極，在高溫條件下將土壤中的有機污染物和部分無機污染物以揮發(fā)和熱解的方式從土壤中去除，通過熔化污染土壤，使其產生惰性較強的固體玻璃物質，進而達到修復污染土壤的目的，其對于放射性污染物的修復也具有較好的效果。熱脫附修復方法的主要原理為在不破壞土壤肥力的前提下，使用燃燒產生的熱能去揮發(fā)被污染土壤中的有機物等易揮發(fā)物質，可以顯著去除土壤中的多氯聯苯類含氯有機污染物，尤其是對多環(huán)芳烴（PAH）類污染物的去除效率可達99.3%以上。物理修復的主要特點在于：雖然處理過后會較為有效地改善土壤條件，污染物的去除效果較為顯著，所耗費的時間也較短，但其修復成本較高，且在修復過程中易引起二次污染等問題，不能實現大范圍改良土壤的效果。

3.2 化學修復方法

對于環(huán)境修復領域，化學修復技術比物理修復技術的應用歷史更悠久。這種技術可以克服土壤污染深度，實現深層土壤的有效凈化。化學修復技術的優(yōu)點有操作便捷和修復效果良好等，而缺點則在于所需投入較高，在處理污染土壤時可能存在因操作不當引發(fā)二次污染的風險。淋洗技術屬于化學修復技術中一種常見的技術方法，其基本原理是向土壤中注入淋洗劑，從而分離土壤中的污染物與有機物質，實現土壤凈化[10]。不過，由于不同的淋洗劑對污染物的清除效率不同，因此，在利用淋洗技術進行土壤修復時，需要先對土壤的污染狀況展開綜合分析，并根據土壤質地的檢測情況，選擇更適合的淋洗劑。化學修復方法較為快捷方便，但是其修復成本相對偏高。值得注意的是，由于淋洗劑包含較多水分，可能在清除土壤污染物的同時降低其中的有機物含量，對土壤肥力產生影響。另外，通過化學淋洗也有可能導致土壤中的有害物質淋溶至深層地下水中，引起地下水污染等問題。

3.3 生物修復方法

作為一種新型的綠色環(huán)保修復技術，生物修復已成為當前常用的修復方法之一，主要原理為利用動植物和微生物的生物學特性吸收土壤中的有機污染物，其最重要的特點是可以不改變土壤的化學性質而進行有效的修復，相較于物理和化學修復方法具有成本低但是周期長的特點，而且對土壤污染的情況要求較高，一旦土壤污染超過生物生長的正常范圍，就需要采用其他修復方式[11]。目前已有較多研究圍繞蚯蚓、東南景天、蜈蚣草、龍葵、遏藍菜等進行土壤污染修復，其中，較多是針對土壤重金屬污染的修復。而微生物修復技術主要是通過微生物在生長發(fā)育過程中的生理代謝對污染物進行生物降解，將土壤污染物轉化為H2O、CO2和無機鹽等物質。目前，應用較多的是原位微生物修復和異位微生物修復方法，可以直接對受污染的土壤投放對應的微生物或者將受污染的土壤挖出，利用微生物修復后進行集中降解。此外，利用微生物正常生理代謝過程中產生的有機酸可較為有效地對土壤中的重金屬污染物進行吸收，以此實現土壤污染修復。但值得注意的是，微生物在土壤中的新陳代謝是一項十分復雜的生理過程，若微生物菌群之間發(fā)生紊亂或者由于環(huán)境變化導致微生物菌群死亡，也有對土壤造成二次污染的可能性。

3.4 聯合修復方法

聯合修復技術就是采用兩種或兩種以上的修復技術對污損土地進行修復，可以克服傳統(tǒng)單項修復技術存在的缺點，對污損土地有更好的修復效果[12]。目前較為常見的聯合修復方法是將物理和化學修復方式結合、物理和生物修復方式結合以及化學和生物修復方式結合。實驗發(fā)現，將超聲波技術與表面活性修復技術進行有效融合，可將溶液萃取效率從66%提高至88%左右，進而大大提高了污損土地的修復效率。山寶琴等[13]研究發(fā)現，將植物與微生物進行有效融合實現了對石油污染土地的有效修復。此外，已有較多試驗利用生物炭與生物聯合修復技術在廢棄礦山、重金屬污染嚴重以及有機物污染嚴重的地區(qū)進行土壤污染修復，也取得了一定成果。聯合修復技術存在與多個修復技術有效融合的可能性，是目前的研究熱點之一，但聯合修復技術還處于實驗模擬階段，其操作成本以及聯合修復之間是否會產生不良影響、是否能切實大規(guī)模應用于污損土地治理修復等問題還有待進一步研究。

4 結語

土壤污染治理的主要機制是對土壤污染進行修復，盡量還原土壤本質，其基本方式 是根據物理、生物、生態(tài)學、化學原理，實現對土壤污染的控制。我國于2016年提出《土壤污染防治行動計劃》，這為耕地土壤污染修復技術的發(fā)展提供了政策支撐，同時，為了盡可能提升土壤修復效果，還應當繼續(xù)加大科技在土壤污染修復工作中的投入力度，以政府為主導，整合企業(yè)、高校以及群眾等各方資源優(yōu)勢，協調工業(yè)和農業(yè)等范圍內的污染物排放，從根本上緩解耕地中的土壤污染問題。本文從工業(yè)和農業(yè)領域出發(fā)，分析了耕地土壤污染的誘因，并針對性地提出了修復土壤的幾項常用的修復技術，以期為做好耕地土壤修復工作、切實保障國家糧食安全服務。