農(nóng)用地土壤重金屬污染修復(fù)研究

方雁雄

（廣州草木蕃環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510000）

引言

農(nóng)用地土壤受到人類活動和工業(yè)生產(chǎn)的影響，一部分農(nóng)用地土壤中含有大量的重金屬元素，會對農(nóng)作物的正常生長造成極為嚴(yán)重的不良影響。同時，重金屬造成的土壤污染問題，還會對土壤中的微生物造成影響，從而間接影響農(nóng)作物的健康生長狀態(tài)[1]。此外，如果這些重金屬通過植物介質(zhì)或者呼吸等渠道進入人體內(nèi)部，還會對人體健康造成直接威脅，對人們的正常生活和生產(chǎn)經(jīng)營造成嚴(yán)重干擾[2]。因此，我們需要針對農(nóng)用地土壤重金屬污染問題展開更加深入的研究，并通過有效的修復(fù)手段，恢復(fù)農(nóng)用地土壤的健康狀態(tài)。

1 材料與方法

1.1 實驗地質(zhì)信息

某實驗項目位于我國華北平原南部，該地區(qū)交通便利，春秋季節(jié)干旱少雨、冬季少雪、夏季炎熱多雨，為半濕潤半干旱地區(qū)，年平均氣溫為13.5 ℃。受到太平洋東南季風(fēng)的影響，年降水量差異較大，降水一般會集中在6～9月，這一階段的降水量占全年總降水量的70%以上。經(jīng)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)此地區(qū)的主要種植物為水稻、玉米、小麥和各種時令蔬菜[3]。

1.2 實驗樣品采集與分析

在實驗正式開始前，為保證實驗研究具備針對性，各項研究資料具備真實性，實驗組在此區(qū)域內(nèi)專門采集了33份實驗土壤樣品，每份樣品均采用隨機抽取法，在將整塊土壤劃分成多個區(qū)塊后，在每個區(qū)塊內(nèi)隨機攫取部分土壤作為樣品，經(jīng)過系統(tǒng)檢測后，得出土壤中污染物的具體含量。重金屬超標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 土壤中重金屬污染物超標(biāo)參數(shù)

針對表1的調(diào)查結(jié)果進行分析，為保證被污染的土壤能夠恢復(fù)到安全使用狀態(tài)，需要對土壤污染程度和治理經(jīng)費等多項因素加以綜合分析，確保劃定的土壤修復(fù)范圍的合理性。基于此，本次實驗劃定了200畝種植地，針對重金屬含量過高的耕作層土壤結(jié)構(gòu)進行修復(fù)治理。

首先，修復(fù)人員針對現(xiàn)有的各類重金屬污染修復(fù)手段進行類比篩選，在對成本參數(shù)、可持續(xù)性特征以及技術(shù)實用性進行綜合考量后，以本項目中的受污染土壤特點為基礎(chǔ)，設(shè)定了“客土+農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)+鈍化/穩(wěn)定化”的修復(fù)方式，希望可以通過復(fù)合形式的修復(fù)技術(shù)達(dá)到修復(fù)效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 田間中試實驗

在本次實驗開始前，需要保證實驗的對比效果，在保證各項實驗條件一致的基礎(chǔ)上，進行針對性實驗作業(yè)，即可保證最終的實驗結(jié)果具備實際參考價值，可以作為后續(xù)修復(fù)的主要參考要素。

修復(fù)人員首先對實驗區(qū)域進行劃分，設(shè)為A組和B組，A組區(qū)域內(nèi)的土壤是以純粉煤灰土壤為主的農(nóng)田，與之相對應(yīng)的B組則是由少量粉煤灰覆蓋的農(nóng)田，（即農(nóng)田中的粉煤灰土層厚度在3～5 cm之間）。此后，在設(shè)定好的兩組實驗組中再次進行劃分，各分成9塊新的實驗田區(qū)塊，對所有實驗田使用客土移植修復(fù)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)，通過復(fù)合修復(fù)方式，設(shè)定實驗方案，并以此為基礎(chǔ)，分別對A、B兩塊農(nóng)田采取針對性修復(fù)處理手段。在實驗過程中，所有參與種植測試的作物種子均在所在地直接采購，確保種子等其他因素不會對實驗造成直接影響。

在田間中試實驗期間，相關(guān)人員對參與實驗的A、B兩組實驗田信息在進行統(tǒng)一整理，土壤中攜帶的Pb、Cd和Hg三種重金屬含量走勢如圖1所示。

圖1 中試實驗檢測到的Pb、Cd與Hg含量走勢圖

在本次實驗中，以保證土壤重金屬治理效果為基礎(chǔ)，即保證土壤中攜帶的Pb、Cd和Hg可以被成功治理。在此基礎(chǔ)上，出苗4 d后，修復(fù)人員記錄和分析了兩塊實驗田內(nèi)的玉米作物生長信息，詳情如表2所示。其中，A0為本次實驗田的A組對照組作物生長數(shù)據(jù)、BO對應(yīng)本次實驗田中的B組對照組作物生長數(shù)據(jù)。

表2 不同土壤改良措施對玉米作物產(chǎn)生的影響

針對表2內(nèi)容進行分析，可得出如下結(jié)論：將A3與A0的株高參數(shù)進行對比，上升了14.20%，每株干重上升65.38%；將A5與A0進行對比，株高參數(shù)上升了13.34%，每株干重上升80.70%；將B5與B0進行對比，株高上升了7.18%，每株干重上升194.44%。

綜上，在保證實驗處理水平不存在過大差異的前提下，針對本次實驗手段的成本支出情況進行分析，結(jié)論如下：（1）對純粉煤灰地質(zhì)土壤而言，在對其進行改良處理的過程中，客土比例參數(shù)為20%～30%黃土，為土壤增添G2類型的土壤改良劑，施行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為900 kg/畝即可，對于部分重金屬含量過高的田塊，可以上升到120 kg/畝，應(yīng)確?；什牧系氖褂媚軌蜻_(dá)到理想的修復(fù)效果并實現(xiàn)改良目標(biāo)。（2）針對粉煤灰含量較低的土壤改良，使用的客土比例為黃土20%，然后再次增添類型為G2的專業(yè)土壤改良劑即可，具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為900 kg/畝即可，在土壤重金屬含量較高時，可以上調(diào)至120 kg/畝，確?；什牧峡梢赃_(dá)到理想的修復(fù)效果并順利達(dá)成改良目標(biāo)。

2.2 炭基鈍化劑應(yīng)用實驗

實驗對炭基鈍化劑在土壤改良中的實際應(yīng)用效果進行分析，本次實驗特將田間作物不同情況下的生長參數(shù)進行對比分析。詳情如下：首先，配制出重量為18 kg、客土比例為20%的實驗土壤樣，并將其均勻分裝至準(zhǔn)備好的6個專用實驗盆內(nèi)，然后再依次在實驗盆中按照設(shè)計比例添加炭基鈍化劑材料，比例為：0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%以及0.25%，將其攪拌均勻后再次以常規(guī)方式進行管理，即按照種植-管護-間苗等普通種植程序完成雞毛菜的種植任務(wù)，經(jīng)過15 d時間，開始對雞毛菜作物的平均生物量參數(shù)和Cd元濃度進行準(zhǔn)確測量和記錄。最終實驗結(jié)果如表3所示。

表3 炭基鈍化劑對土壤重金屬含量的影響

針對表3內(nèi)容進行分析，可以了解到如下信息：本次實驗未對實驗田土塊采取其他治理手段，在編號B01的測試中，農(nóng)業(yè)生物的平均產(chǎn)量在所有實驗組中處于最低水平，實際產(chǎn)量僅為13.49 g/株，該比例已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)雞毛菜（即莖類蔬菜）設(shè)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（Cd限值標(biāo)準(zhǔn)為：0.1 mg/kg）。在實驗過程中，為B02～B06實驗土壤添加不同量的專業(yè)炭基鈍化劑材料，最終這幾塊實驗土壤中的雞毛菜實際產(chǎn)量均有一定程度的提升。在此期間，B05樣品對應(yīng)的平均生物產(chǎn)量提升最高，將其與B01進行對比，產(chǎn)量上升比例達(dá)到42.03%。除上述內(nèi)容外，雞毛菜作物中的Cd比例有明顯降低，最高值僅有0.016 mg/kg（即B04實驗土壤），由此可證明，該組實驗具備實際應(yīng)用價值。

綜上，通過炭基鈍化劑測試可以了解到，在土壤中添加適量的炭基鈍化劑，可以對土壤中的重金屬比例產(chǎn)生良好的調(diào)節(jié)作用。在這樣的情況下，后續(xù)階段的土壤修復(fù)工程可以借助添加炭基鈍化劑材料的方式提升土壤質(zhì)量，按照濃度為600 kg/畝的比例添加治理藥劑，可以保證土壤重金屬治理效果達(dá)到預(yù)期要求標(biāo)準(zhǔn)，為土壤的后續(xù)使用奠定良好基礎(chǔ)。

2.3 工程修復(fù)流程

首先，修復(fù)人員將待修復(fù)土壤進行統(tǒng)一劃分，劃分出100個獨立修復(fù)單元，經(jīng)過這樣的劃分，可以將所有修復(fù)單元的待治理面積控制在1畝左右。在此期間，還需要在所有修復(fù)單元中再次加入比例為20%的客土，此時可以使用挖掘機設(shè)備對土壤進行充分混合，保證其質(zhì)地均勻。在完成客土混合任務(wù)后，具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)需要以不同修復(fù)單元的重金屬含量為基礎(chǔ)，有針對性地進行治理。

完成上述操作任務(wù)后，還需要對所有經(jīng)過改良處理的農(nóng)田進行種植，主要作物為：玉米、白菜或胡蘿卜等比較常見的農(nóng)作物，并在這些作物成熟后，對其進行采樣檢測；農(nóng)田土壤同樣需要進行專門的采樣檢測，借此判定最終的治理修復(fù)效果是否可以達(dá)到預(yù)期水平。

2.4 重金屬污染區(qū)的修復(fù)情況

經(jīng)過修復(fù)處理后的土壤樣品含有的Pb、Cd和Hg的比例發(fā)生變化，在16和18號測試樣品中，重金屬Pb、Cd與Hg的含量相對較高。造成上述情況的主要原因為：實驗田部分地塊土壤重金屬含量不一致，同時，部分田塊存在客土混合均勻度不足的情況，再加上一部分實驗田塊的原始粉煤灰土壤污染程度較高，重金屬比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實驗前的檢測數(shù)值，所以會對最終治理效果造成直接影響，這三方面原因是導(dǎo)致16和18兩塊實驗田治理效果受到影響的核心因素。

在得出上述結(jié)論后，排除16與18號測試樣品，其他測試樣品中攜帶的Pb、Cd和Hg元素比例為：27.74 mg/kg、0.16 mg/kg和0.064 mg/kg，此項參數(shù)證明本次實驗設(shè)計具備修復(fù)效果，可以達(dá)到理想的土壤修復(fù)水平。

3 結(jié)語

綜上所述，在本次土壤修復(fù)實驗過程中，修復(fù)人員首先針對實驗區(qū)域內(nèi)的待改良土壤進行合理選擇，然后將取得的樣本土壤進行分組處理，對所有實驗樣品采取統(tǒng)一規(guī)格的處理方式，并在中試環(huán)節(jié)對所有實驗樣本進行檢測，以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行分析，判斷各種修復(fù)手段之間的效果差異，最后再通過實際應(yīng)用對土壤修復(fù)方案的具體效果進行檢驗。最終結(jié)果證明，除少部分地塊受到土壤污染信息不準(zhǔn)確因素影響外，其余大部分土壤的最終改良效果顯著，均可達(dá)到理想的處理水平，因此本次實驗具備研究和應(yīng)用價值。