農田土壤鎘污染現狀與修復技術

彭煒東

（四川大學建筑與環境學院，四川 成都 610065）

1 農田土壤鎘污染現狀

重金屬污染是我國當今面臨的一個十分嚴峻的耕地土壤環境污染問題。調查顯示，我國農田土壤的鎘、鋅和鉛等重金屬濃度遠遠超過土壤背景值。鎘元素嚴重影響土壤的可持續利用和糧食的種植安全。研究顯示，我國鎘污染農田土壤面積已達2000萬hm2，約占總耕地面積的1/6，

全國共11個省25個地區的農田受到不同程度的Cd污染[1]。

2 土壤環境中鎘的來源、產生過程及賦存形態

農田土壤中的鎘來源很多，主要是采礦和冶煉工業排放的污水、廢氣和固體廢棄物以及大氣沉積。排放的污水通過灌溉污染農田，同時，磷肥和有機肥大量施用也是造成造成農田土壤中鎘富集的的重要原因。

土壤中鎘有多種化學形式存在，在化學相互作用、遷移率、生物利用率和潛在毒性方面表現出不同的性質。可以采用單萃取法和順序萃取法測定鎘元素的各種有效態。目前廣泛接受的分類為交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態等[1]。

3 鎘污染農田土壤修復技術

鎘污染農田修復實踐中，通常采用工程措施、電動修復、淋洗修復、固化/穩定化修復、植物修復、田間管理及聯合修復等技術，這些技術在我國的研究與應用情況如下。

3.1 工程措施

工程修復措施主要以客土、換土和深耕為主，是一種簡便的物理修復措施。客土或換土利用未污染的干凈土壤覆蓋或替換污染土壤，從而有效隔離鎘元素的遷移；客土和換土是高濃度鎘污染常用的修復技術，而深耕翻土用于輕度污染土壤[2]。總體來看，工程措施具有簡便易操作、見效快的優勢，但存在土壤開挖成本高，易造成二次污染等缺陷。所以，小面積的重度污染農田修復常采用這種修復技術。

3.2 電動修復

電動修復是一種用于分離土壤中重金屬的物理技術，這種修復方法最初用于污染土壤和地下水中提取金屬和有機化學物質。電動修復原理示意圖見圖1所示。當施加較低的直流電壓或較低的點位梯度，土壤中的重金屬會通過電遷移、電滲析和電泳遷移到電極室。在電場中，二價鎘離子遷移至陰極，負離子遷移至陽極，重金屬通過在電極上吸附、沉淀或通過離子交換樹脂而得以去除。電動修復適用于處理低滲透性粘土和泥質土，能夠有效的控制金屬離子流向。電動修復中，控制和優化土壤pH是提高電動修復效率的關鍵。

圖1 電動修復原理

3.3 化學淋洗

化學淋洗法是能夠永久去除土壤中重金屬元素的處理方法，具有處理效果明顯、見效快的特點，通常用于重度污染的土壤修復。其原理是利用化學洗脫劑和共溶劑分離土壤中重金屬元素，通過化學過程（包括解吸和溶解）使重金屬從土壤中轉移到液相中，然后再對洗脫液進行二次處理。化學洗脫法是一種原位技術，其關鍵挑戰是尋找合適的萃取試劑，萃取劑必需不破壞土壤結構，萃取效果好，廉價易得。目前常用的重金屬淋洗劑有硝酸銨、磷酸二氫銨、草酸銨、EDDS、EDTA、檸檬酸、吐溫-40、吐溫-80以及皂素等。

3.4 固化/穩定化修復

固定/穩定化修復技術指將土壤中的有效態重金屬固定，或者將其轉化性質不活潑、不易遷移的形態，抑制其在土壤中的遷移和擴散，達到控制污染的目的。固定/穩定化修復是一種原位修復技術，具有簡單易行、見效快、成本費用低等優點，該技術已在國內重金屬污染土壤場地修復中得到了廣泛應用[3]。固化/穩定化修復可原位和異位進行，實踐表明，該技術每天可處理500～2000m3污染土，修復成本為600～1000元/m3污染土，修復成本主要與修復目標、土壤的污染程度、污染種類等因素密切相關。

3.5 植物修復

植物修復技術是傳統物理和化學修復技術的替代和補充，適用于低濃度重金屬污染土壤的修復。植物修復是利用植物可耐受或超積累的特性，利用植物及其共生微生物提取、轉移、吸收、分解、轉化或固定土壤中的有機或無機污染物，從而達到移除、削減或穩定污染物，或降低污染物毒性等目的（HJ682-2014）[3]。目前鎘污染土壤修復研究主要集中在篩選鎘元素的超積累植物或通過聯合措施提高對植物對鎘元素的提取率。與工程措施、點修復、化學洗脫以及固定/穩定化技術相比，植物修復具有較大的經濟優勢。但其富集容量有限，生長緩慢，不易選擇和培養，修復效率較差，通常用于修復輕度污染的表層土壤。

3.6 田間管理

鎘污染農田修復過程中，以水肥為主的田間管理十分重要。除了以固化劑/穩定化劑的方式施加有機肥等進行土壤修復外，土壤類型、作物品種、土壤pH值以及田間含水狀況與鎘污染土壤修復效率密切相關。此外，大多數重金屬污染土壤為酸性土，在土壤中添加化學試劑，提高土壤pH值，可有效改善土壤環境，固化土壤中有效鎘，可降低水稻對鎘的吸收與富集，添加石灰石提高土壤pH值是湖南等地區運用最多，也是最為經濟實用的鎘污染土壤田間修復措施[5]。

3.7 生態和水力修復

為了提高鎘污染農田的修復的效率，可以綜合化學洗脫、穩定固定化技術、植物修復和田間管理等多種技術，開發一種新型的生態和水力修復技術。其關鍵技術流程為：栽培前期和中期的洗脫、滲濾液的導排及處理及作物生育期田間水肥的聯合調控。可以確保作物生長期內對于鎘的吸收。從經濟性適用性來講，是比較可行的措施。

3.8 聯合修復

合理聯合運用多種修復措施，可以避免單一修復措施的缺陷，提高對鎘污染的控制效果。聯合修復有助于克服單一修復技術的不足，在解決復合污染和提高修復效率方面具有明顯優勢。我國雖然已開展了鎘污染土壤的聯合修復研究，但大規模應用較少，各種技術之間的相互間作用，以及在修復時間與空間上的合理配置等還需深入研究[5]。

4 結語

我國土壤Cd污染形勢依然嚴峻，有效的治理修復工作任重而道遠。單一的修復技術對于土壤鎘污染治理效果有限，因此，我國土壤Cd污染治理工作應該切實加強實地調研，全面分析污染物來源、特征和程度，結合土壤利用方式，因地制宜選擇合適的修復技術，并監測土壤中Cd污染狀況的變化以評價修復的效果，及時調整修復措施。