北方小麥產區重金屬污染農用地安全利用技術研究進展

李建敏

（山西省農業生態保護與資源區劃中心，山西 太原 030001）

隨著工業和農業的不斷發展，重金屬元素在土壤中大量積累，對植物生長、農業生產和人體健康造成了嚴重的影響。近年來，隨著城市化、工業化進程的加快，我國北方小麥生產基地土壤的重金屬污染問題日益突出，2016 年國務院《土壤污染防治行動計劃》提出，要把重點放在農業用地上，對土壤污染進行詳細調查。十九大報告指出，要加強土壤污染治理，加強源頭治理，實施重點生態保護和恢復等重大項目，在此基礎上，對生態紅線、永久基本農田和城鎮開發邊界進行規劃。作為我國兩大糧倉之一的東北、黃淮海平原，其生態環境安全問題對實現我國農業資源的可持續發展具有十分重要的意義。北方小麥產區重金屬污染農用地防治是保護生態紅線、保護永久基本農田、防止重污染、精準脫貧三大攻堅戰的重要保障。由于重金屬的污染，我國被污染的糧食多達千萬噸，造成了近200×108元的經濟損失。

1 北方小麥產區農用地重金屬污染來源

1.1 污水灌溉

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

1.2 大氣降塵

工業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，由于工業產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，導致環境污染。

1.3 化肥農藥

近年來，我國農業發展迅速，大量化肥、農藥等不合理施用，不但使土壤中的重金屬含量升高，導致土壤結構被破壞，還導致土壤板結、生物性能下降，降低小麥的產量和品質。

1.4 固體廢物

隨著社會和經濟的發展，固體廢棄物的種類和數量也在不斷增加。工業礦渣、煤矸石、粉煤灰、城市垃圾、污泥等工業生產逐漸增多，而農用塑料薄膜作為大棚、地膜覆蓋材料的應用越來越廣泛。這些固體物質在土壤中滯留時間很長，不易揮發，也不易被微生物降解。

2 農用地重金屬污染修復技術

當前，我國農業土地的重金屬污染狀況十分嚴重，急需開展農業土地的治理技術攻關，不同類型的農田土壤重金屬污染具有各自的特點，治理措施也需要有針對性。

2.1 客土修復技術

客土技術是一種利用客土、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，使其符合農產品安全標準。深翻是解決污染較輕的土地的一種較好的方法，其優點是徹底、穩定，但工程量大、造價高，對土壤的結構造成破壞，使土壤肥力降低。所以，該技術在土壤污染治理中的應用并不多見。

2.2 物理修復技術

2.2.1 電動修復

利用電流，將重金屬和無機離子以電滲透和電遷移的形式輸送到電極，再進行集中收集。研究發現，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的影響較大。但是，傳統的電動修復技術由于能量消耗大、運行費用高、修復時會出現“聚焦現象”，使傳統的電動修復技術難以有效地解決實際的重金屬污染問題。

2.2.2 電熱修復

該技術能夠將土壤中含有汞、硒等元素污染，通過高頻高壓產生電磁波和熱量，通過加熱土壤將污染物分解，加速土壤中某些易燃物質的分解，從而實現對土壤的修復。

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行回收處理。其技術關鍵是能夠在不影響土壤結構的情況下，將多種形態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境的二次污染問題。

2.3 化學修復技術

化學修復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 石灰調節

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。通過適當的酸化處理，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，可以使有效態的重金屬離子轉變為非活性態，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。在大規模推廣之前，要對此技術進行適應性實驗，以達到小規模使用、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 定向調控

通過對土壤中的氧化還原、吸附和沉淀等過程的調控，可以實現從高效率到低效率，由高毒性變為低毒性，并能定向調控土壤中的重金屬遷移和植物的富集。在大規模使用之前，也要少量的使用，以防止過分調節和二次污染。所以，采用化學調理劑進行污染控制，必須以良好的實驗為依據。

2.4 生物修復技術

生物修復是利用生物削減、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 植物修復技術

植物對重金屬污染土壤的修復主要包括植物提取法、揮發法和植物穩定性法。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大氣擴散對環境造成進一步的污染。

采用植物修復技術，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 微生物修復技術

重金屬離子在微生物中的溶解和沉淀。在土壤中，微生物可以利用養分和能量，在滲濾過程中，通過釋放有機酸絡合來溶解重金屬。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胞表面的電荷吸附和吸收必需的養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，但當它們以高價離子形式存在時，其溶解性一般都很低，難以進行遷移；微生物對重金屬的氧化反應會導致其活性下降。

2.5 農藝調控技術

農藝調節是通過農業技術手段，降低土壤中重金屬污染物向農作物尤其是可食性物質的遷移，以保證農業的安全。

2.5.1 優化施肥

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、環境濕度、提供能沉淀重金屬的基團、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 農作物的品種代替

通過對不同的農作物進行篩選，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、重金屬污染和農戶的可接受度。

2.6 綜合性技術措施

在農田生產過程中，由于田間環境條件變化復雜，且污染狀況復雜，采用單一的方法很難保證作物可食用部位污染物含量達到要求，應根據農田污染特點，采取相應的技術措施，建立符合當地實際情況的安全利用模式。

2.6.1 綜合利用“VIP”技術

“VIP”或“VIP+ n”是指通過增加（使用）土壤調理劑、鈍化劑、葉面調控劑以及有機肥等來降低鎘含量的產品或技術，如低積累的作物（V）、灌溉優化（I）、施用氧化鈣等。在不改變原有栽培方式的基礎上，按照大面積、適時、經濟高效、科學的原則，對各種技術組合排序，并按照污染的嚴重程度對集成技術的數量和單個技術的實施力度進行相應調整。

2.6.2 調整農作物的種植結構

重污染區的食用農產品有超標的危險，要根據實際情況進行作物品種的調整，改種適宜嚴重污染農田種植的花卉苗木、纖維作物、能源作物等。要做到實事求是、生態優先、尊重民眾意愿、兼顧社會和經濟利益。

2.6.3 輪休制度的實施

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

3 農用地土壤重金屬污染治理技術模式與管控政策

3.1 土地整治與土壤修復相結合

土壤修復項目涉及到多個部門，包括自然資源、生態環境、農業農村等部門，在實施過程中由于缺少統籌規劃，造成了土壤修復項目存在技術難題。①土地整治技術和修復技術的重復性很強，二者不能相互獨立，造成大量的重復建設，一定程度上導致人力和物力的浪費；②大多數情況下，土壤修復實施主體對土地所有權不具有調控能力，被污染土壤的再利用很難進行合理控制，另外在實施修復過程中，受種植結構、土地利用類型等因素的制約，造成修復技術布局難以充分遵循土地恢復的基本原理；③農田土壤安全利用和修復需要對農田進行灌溉、排水、收獲期廢棄物處置等基礎設施建設，這是保證恢復工作的順利進行和保持良好的生態效益的重要保證，但在恢復過程中，土地恢復的投入通常不包括基礎設施建設，從而影響土地恢復工作的落實；④農田土壤修復和安全利用的資金主要依賴于國家和地方專項基金，由于缺少相關的激勵措施，相關主體實施安全利用和修復的積極性亟待提高。

3.2 進一步完善土壤重金屬污染防治標準體系

目前，國內在開展土壤污染調查與評估時，并沒有統一的目標、監測范圍、監測指標、程序方法等方面的規范，而我國已出臺的《土壤環境質量標準》僅對土壤進行分級，并沒有明確的界定。由于相關土壤質量標準的缺失，土壤生態環境執法過程中難以提供有效的標準，無法對污染責任人進行有效的環境問責。同時，要增加有機污染物的類型，制定VOCs、SVOCs 等有機物質的農用地控制指標，并結合全國各地具體情況制定相應的地方性指標。要盡快制訂出一套適合于農業生產的土壤重金屬檢測與評價標準，嚴格控制土壤中的重金屬，采取多種技術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任，簽署責任承諾書，做好農用地土壤污染防治工作的規劃，研究建立土壤污染安全利用和修復效果評價與評價制度，定期對農用地實施開展土壤環境質量評價。在橫向上，要逐步建立起政府、執法部門、民間環保組織、公眾環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。目前的公民環保團體，在政府機關和公司違反環境法行為中，也起到了很大的監督作用。自然資源部門要制訂國家農業用地的重金屬污染控制方案，并提出相應的具體方案，以促進土地資源的長期可持續利用。農業農村部門要對農用地土壤環境進行長期監測與評估，并在全國范圍內建立一個實時更新的、覆蓋全國的農用地土壤環境質量監控網絡，制訂出一套完整的技術規范和實施方案，具體落實到各個環節，并提高相關規范和方案的可操作性。生態環境部門要強化對土壤污染的統一管理和監督，要充分發揮政府的宏觀領導地位，把土壤污染作為國家生態大計中的重中之重，建立重點監管企業名錄，開展監督整改措施。

3.4 建立健全農用地土壤污染防治制度體系

3.4.1 建立農用地土壤污染治理專項資金，并按市場機制逐步實施

在受污染農用地土壤安全利用和修復過程中，如何落實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，缺乏有效的問責機制，在處罰的同時，還要明確安全利用和治理修復的責任主體，真正能夠落實“誰污染、誰付費、誰治理”。通過逐步引進市場化淘汰落后產能，通過市場推動污染治理產業的發展。

3.4.2 建立公共參與體系

結合多手段科普宣傳模式，加強公眾的土壤污染防治意識，督促農業生產者合理使用農藥、化肥、地膜等農業投入品。加強公眾監督，構建土壤污染事件監督舉報平臺，引導公眾監督舉報土壤污染事件的發生，以規范土壤污染防治責任主體的行為，形成一種有效的基層防范機制，促進政府有效執法。通過構建公眾參與機制、全民參與、公眾監督、鼓勵民間團體參與環境污染防治等措施，促進環境保護工作的順利進行。

4 結語

總之，重金屬污染治理技術具有自己的特殊性，土壤重金屬類型、重金屬濃度、重金屬價態隨污染源和環境的污染程度而變化。目前，我國的維修技術大多比較復雜，一些技術指標還不完善，需要進一步的檢驗。因地制宜，通過對不同類型北方小麥產區重金屬污染治理技術的比較和檢驗，總結出適合于北方小麥產區重金屬污染地的治理技術，針對農業生產安全利用的特征，加速農業領域的重金屬污染治理技術的研究。