試析農業土壤重金屬污染的治理及安全利用

賀鵬

（湘鄉市東郊鄉農業綜合服務中心，湖南 湘鄉 411400）

在新時期背景下，農業生產規模逐漸擴大，污水灌溉、施肥不當等問題層出不窮，加上自然環境變化多端，使得農業土壤重金屬污染現象日益嚴峻，在一定程度上降低了土壤自凈能力，導致農產品大幅度減產。對此，需要相關部門構建完善的土壤重金屬污染檢測機制，并在此基礎上開展防治工作和安全利用分析工作，盡可能降低土壤污染對農業發展帶來的不利影響。

1 新時期農業土壤重金屬污染現狀及不良影響

1.1 農業土壤重金屬污染現狀

新時期背景下，我國農業生產規模不斷擴大，但土壤重金屬污染現象卻越來越嚴峻，不僅污染物種類大量增加，污染源也逐漸趨于多樣化。重金屬污染物相較于其他污染物而言，在土壤中的遷移速度較慢，并且降解難度較大，因此受到相關部門高度關注。據有關部門調查分析來看，農業土壤重金屬污染源主要有三種，分別為大氣污染、污水灌溉以及固體廢棄物丟棄。其中大氣污染指人們在生活和工作中不合理排放某些物質，導致多種類型的金屬粉塵與空氣混合在一起，通過空氣沉降或降雨進入農業土壤，最終形成耕地重金屬污染現象[1]。結合實際情況來看，位于道路或煤礦周圍的農業土壤，受重金屬污染程度相對更高，同時城市郊區污染情況明顯高于偏遠山區。尤其近年來，我國工業化進程持續深入，很多企業為了創造更高經濟效益，盡可能減少生產成本，沿用已經淘汰的生產工藝和設施設備，將未處理或處理不當的廢棄物及污水直接排出，導致農業土壤遭受大面積污染。我國是農業生產大國，農業土壤質量好壞關系到國計民生，這也意味著治理農業土壤重金屬污染問題刻不容緩。

1.2 農業土壤重金屬污染造成的不良影響

農業土壤污染類型復雜多樣，其中重金屬污染造成的危害最為嚴重。因為重金屬污染物本身具有不可逆、降解難等特點，會長時間滯留在土壤中，也就是說，農業土壤一旦存在重金屬污染問題，則很難被遷移，甚至會對周邊土壤造成一定損害。另外，部分重金屬污染物會被植物吸收，而后通過食物鏈進入人類或動物體內，從而威脅著人類和動物生命健康安全，并且吸收了污染物的農產品質量也會嚴重降低，無法達到健康安全飲食需求。同時受重金屬污染的土壤有益菌會大幅度減少，在一定程度上影響了土壤自凈能力，導致土壤質量下降，無法充分滿足農作物生長需求，最終造成農作物減產[2]。例如：鎘是農業土壤重金屬污染中較為常見的一種元素，會對作物生長造成不良影響，如果農業生產區域的土壤中鎘含量超標，會直接破壞農作物葉綠體結構，同時制約根系發展，不利于作物吸收土壤中的養分和水分。再如：農業土壤如果汞元素超標，會被農作物吸收，汞元素是一種有毒有害物質，一旦人們食用被汞污染的農作物，會引發急性中毒，使人體出現頭暈、乏力等現象，嚴重的甚至會損害消化道和腎臟[3]。

2 農業土壤重金屬污染的形成原因

2.1 自然因素

自然因素是引發農業土壤重金屬污染的常見原因，主要體現在兩個方面：第一，基巖中含有大量重金屬元素，在風化作用下導致農業土壤被污染；第二，新時期背景下，全球變暖現象日益嚴峻，多種自然災害頻繁發生，包括地震、火山爆發等，使得農業土壤重金屬污染問題愈加嚴峻。

2.2 人為因素

我國人口基數較大，人類活動對農業土壤造成的危害十分顯著。具體來說：第一，污水灌溉導致的重金屬污染。據調查研究來看，當前很多農戶直接使用未處理的污水進行灌溉，導致污水中的金屬物質進入土壤，嚴重降低了土壤質量，對農業可持續發展造成阻礙；第二，施肥不當造成的重金屬污染。農作物在生長發育過程中需要消耗大量肥料。當前市面上銷售的化學肥料，大多由磷礦石等原料制作而成[4]。肥料市場缺乏市場監管，加上行業門檻較低，導致很多不合格化學肥料流入市場，一旦施加到農田中，就會造成土壤重金屬污染。另外，農民群眾普遍文化水平較低，在肥料施加中存在諸多違規操作，沒有嚴格按照化肥標準用量施加肥料，或者在不了解土壤結構的基礎上隨意施肥，均會導致土壤產生嚴重的重金屬污染問題。第三，工業化發展速度加快。工業生產排放的廢渣、廢氣、廢水中含有諸多重金屬元素，一旦處理不當，便會污染土壤。例如：汞元素具有熔點低、揮發性強等特點，會在土壤中不斷沉積和擴散，導致土壤中的重金屬大量積累。第四，城市垃圾逐漸增多。我國城市化進程不斷深入，城市垃圾也隨之增加，并與工業生產的廢棄物混合在一起。很多城市近郊農民在生產過程中，習慣使用城市垃圾作為肥料，這些垃圾中含有大量鉛、汞等重金屬元素，長期使用勢必會產生重金屬污染問題。

3 新時期我國農業土壤重金屬污染的治理及安全利用技術

3.1 農業土壤重金屬污染治理技術

新時期，農業土壤重金屬污染問題受到農民群眾及相關部門高度重視，為了從根源上切斷污染源，同時快速恢復土壤能力。需要采用以下兩種手段：第一，結合土壤重金屬污染實際情況有針對性地選擇修復技術，盡可能將土壤中的重金屬元素移除；第二，將重金屬元素固定在土壤中，避免被農作物吸收。這種方式適用于食用作物或飼用作物種植土壤治理中。當前，專家和學者在研發土壤重金屬污染治理技術時，均按照以上兩種思路進行創新?？梢詫⒊Ｒ娂夹g歸納為三種，分別為化學治理技術、生物治理技術以及物理治理技術。其中化學治理技術，就是基于化學原理改良和修復土壤[5]，例如：使用改良劑、抑制劑或淋洗法，有效降低土壤中的重金屬含量；生物治理技術，就是采用微生物、動物、植物等相關修復技術，加快土壤修復速度，具有環保、高效等優勢；物理防治技術，就是采用電動修復、排土法、客土法等技術，使土壤產生物理反應，從而改良土壤。

發展至今，我國在農業土壤重金屬污染治理方面已經取得了顯著成就，例如：總結北京和昆明近郊農業土壤在治理經驗可以看出，想要有效去除污泥中的Pb（鉛）、Cu（銅）等金屬元素，可以使用相應量的粉煤灰，使其產生鈍化效應；結合湖南、廣西等地區農業土壤重金屬治理經驗來看，適當施加硅肥，能夠將Cd（鎘）、As（砷）等重金屬土壤固定在農田中，避免水稻、甘蔗等作物吸收；在我國油菜產區，通過層層篩選獲得了兩種超積累油菜品種，分別為川油Ⅱ-10和溪口花籽，在治理Cd（鎘）金屬污染方面發揮重要作用。除此之外，有專家通過篩選北京市某前礦場周圍土壤，獲得了1株青霉菌，能夠抑制人工培養基中95%以上的Pb（鉛）元素，成為微生物修復技術創新研究的一大里程碑。

3.2 農業重金屬污染土壤安全利用技術

相關部門在提高農業土壤重金屬污染治理重視程度的同時，也要安全利用污染程度較低的農田。常見安全利用方式有以下幾種：

3.2.1 篩選和利用低富集品種

農業生產中，一般來說，一種作物有多個品種，不同品種對重金屬元素的富集程度和吸收程度不盡相同，相關部門可以結合國內外出臺的相關資料，篩選出富集程度較低的農作物品種，盡可能降低土壤重金屬污染對農作物生長造成的損害，避免重金屬進入食物鏈中。當前，這種安全利用技術被廣泛應用到輕度重金屬污染農田生產中。在這一背景下，越來越多專家投入到低富集品種篩選和利用的相關研究中[6]。例如：河南地區以種植小麥為主，涉及到的小麥品種有幾十余種，通過篩選獲得了2個Pb（鉛）金屬元素低富集品種。四川以種植玉米為主，專家在21種玉米品種中，篩選出了4個Hg（汞）低富集品種、5個As（砷）低富集品種、2個Hg（汞）和As（砷）低富集品種。結合實踐來看，很多農作物品種同時具備部分重金屬低富集和其他部分重金屬高富集的特點，種植這類作物，不僅能夠實現安全生產目標，還能夠修復重金屬污染的土壤，有利于促進農業可持續發展。

3.2.2 調整農作物種植結構

在篩選和利用低富集品種的同時，可以通過種植其他作物代替飼用或食用作物，或者種植低富集作物代替高富集作物，這也是當前農業生產中提高農田利用率的有效措施。例如：如果農業土壤中Cd（鎘）元素超標，可以種植西葫蘆、番茄等鎘元素低富集作物，以此來替代白菜、大豆、萵筍等容易積累Cd（鎘）元素的作物。尤其對于中度重金屬污染或重度重金屬污染的農田，想要在短期內種植食用作物和飼用作物難度較大。所以，相關部門可以在利用有效治理措施修復土壤的同時，合理調整作物種植結構。例如：浙江某示范基地通過試驗表明，在使用化學修復技術改善重度重金屬污染農田土壤的同時，可以栽種甘蔗等作物，實現安全生產目標。

3.2.3 科學調控農業生產技術

第一，間作、輪作和套作技術。農戶可以結合地區土壤條件、氣候環境、作物品種等要素，合理選擇間作、輪作或套作技術，以此來降低重金屬污染程度。這種生產技術的應用思路，是將重金屬高富集作物與重金屬低富集作物混合種植，或者先種植重金屬高富集作物，后種植重金屬低富集作物，使土壤中的重金屬元素被高富集作物吸收，從而有效保護低富集作物[7]。例如，湖南地區相關部門通過定位試驗得出以下結果：將冬種輪作模式與冬閑模式相比，前者能夠有效減少土壤中的Pb（鉛）、As（砷）、Cd（鎘）等元素，達到良好的消減效果。其中將水稻與紫云英進行輪作，不僅能夠大幅度降低重金屬元素含量，還可以提高作物產量。

第二，施肥技術。首先，應用化肥施用技術。選擇能降低重金屬含量標準的肥料施加到農田中，能夠有效改善土壤品質。另外，將化肥施用技術與土壤治理技術聯合使用，能夠進一步強化土壤修復效果。其次，應用氣肥施用技術，二氧化碳是農業生產中較為常見的氣肥，成本較低，有利于促進作物健康生長。將氣肥施用技術與土壤治理技術聯合使用，能夠加快重金屬高富集作物生長速度，同時增加作物產量。

第三，應用生物質焦利用技術。這種技術是隨著科學技術不斷進步發展而來的，屬于新型土壤修復技術，在實際應用中獲得了顯著成就，受到業界高度認可。生物質焦具備較強的重金屬離子吸附能力，能夠將土壤中的重金屬離子有效消除。例如：湖南省和福建省先后對生物質焦利用技術進行研究，發現該技術能夠有效降低重金屬污染土壤中油菜對Pb（鉛）、Cd（鎘）等金屬元素的富集。

3.3 修復技術和安全利用技術的集成

隨著科學技術不斷進步，尤其信息技術的廣泛普及，使得重金屬污染土壤修復技術和安全利用技術不斷優化和完善，并實現了集成目標。例如：使用GIS系統分析農業土壤重金屬污染的分布特征、污染程度等要素，并在此基礎上對各種修復技術的使用成本進行深入分析，確定各區塊的最佳修復手段，而后制成圖集，用來指導修復工作。完成以上工作后，需要對治理效果進行評價，并總結優勢和不足，而后加以改進，或者將人工神經網絡技術與地理信息系統相結合，形成重金屬污染土壤治理復合技術，以此來提高技術適用范圍和應用效果[8]。

4 我國農業土壤重金屬污染的治理及安全利用的未來發展趨勢

現階段，我國有越來越多的專家和學者投入到農業土壤重金屬污染修復和安全利用等研究活動中，并取得了顯著研究成果，已經基本可以與發達國家保持同步。為了提高治理能力，促進農業進一步發展，還需要國內研究部門充分借鑒國外先進技術和研究思路，根據我國國情，將零散、集成度較低、治理水平較差的技術進行優化和完善，并將研究結果轉換為實際運用。建議根據農藝運籌技術、生物技術、農田調控技術等新興技術，研發操作便捷、副作用小、成本較低的技術，確保滿足農業生產實際需求。在此基礎上，構建健全、完善的重金屬污染土壤修復體系和機制，為生態農業建設工作奠定良好基礎。

5 結束語

綜上所述，自然環境的不斷變化以及人類活動的頻繁干預，導致農業土壤重金屬污染問題日益嚴峻，不僅制約了農業經濟健康發展，還無法滿足人們健康飲食需求。對此，需要相關部門加大農業土壤重金屬污染治理力度，提高農田安全利用水平，為生態農業建設提供保障，促進農業可持續發展。