重金属污染农田治理与修复案例分析

重金属污染农田治理与修复案例分析

李建亮,刘金虎

招商局生态环保科技有限公司 重庆 400067

摘要：该项目将重金属污染农田按照污染程度的不同进行分类治理，采用土壤钝化+低积累作物种植+农艺调控+种植结构调整+休耕等的综合治理修复技术。修复工程的实施使项目范围内土壤中重金属迁移性和生物活性降低，有效阻隔了污染物的污染途径，解决了项目所在区域的农田污染问题，改善后的农田环境将能更好地改善作物种植环境，保障农产品安全。

关键词：重金属污染；农田污染；农田修复；污染治理

一、项目情况

本项目按照相关土壤环境监测技术规范对项目范围内农用地进行采样监测，各个监测点位采集耕地表层0～20cm土样，并分析了土壤中Hg、Cr、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、As等重金属的含量。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）进行了评价。评价结果显示该地农田土壤中主要存在Cd、Ni、Zn、Cu等多种重金属的复合污染，尤其以Cd、Ni的污染最为严重。该项目农田污染面积约850亩，主要分为旱地和水田两部分，其中水田面积约450亩，旱地面积约400亩。分析其原因主要是由于周边煤矿的开采活动对农田灌溉水造成了污染，以及区域土壤背景值偏高两种原因造成。

二、分类治理

目前，农用地土壤治理与修复的目标主要有两大类：第一类是去除土壤中污染物，从而实现土壤达标；第二类是降低土壤中污染物的生物有效性，以保障农产品食用安全。两种不同的农用地修复目标，在修复思路、修复技术、修复成本等多方面均存在较大差异。因此，确定一个合理的、可行的农田土壤治理与修复目标极为关键。

本项目将农田土壤按照污染程度的不同进行分类治理。主要包括优先保护区、安全利用区和严格管控区，根据不同分类进行治理与修复方案的设计。

三、修复方案设计

本项目采用的修复方案为：土壤钝化+低积累作物种植+农艺调控（深翻耕、水分管理、叶面阻控、有机肥施用等）+种植结构调整+休耕等的综合治理修复技术。

图1 技术路线图

（一）优先保护区

加强土壤环境、灌溉水、肥料等日常监测，协同开展农产品不同生长期的动态监测，确保农作物安全生产。

（二）安全利用区

根据土壤和农作物的污染现状，通过单一或者组合措施包括施用土壤钝化剂、低积累作物种植、开展深翻耕、喷施叶面肥等措施，确保污染地块的安全利用。

（1）农田原位钝化

农田原位钝化修复技术具有土壤改良与土壤重金属稳定的双重作用，该方法不仅成本低，易于实施，且当季修复效果明显，特别适用于大面积轻、中度的重金属污染农田治理。此外，钝化剂还可以同时钝化多种性质相近的重金属带来的复合污染，因此钝化技术具有明显的技术优势。钝化剂的材料一般包括碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐，以及沸石等黏土矿物，有机肥等有机物料，这些材料一般重金属含量可控，不会产生二次污染[1,2]。

本项目农田土壤pH分布范围较广，在4.81~8.52的区间，高污染区多分布中性至偏碱性的土壤，中、低污染区多为中性至微酸性土壤。钝化修复剂根据土壤酸碱性不同采用适宜酸性土壤和适宜中碱性土壤的两类不同药剂。

（2）低累积作物种植

低累积农作物种植属于种植结构调整的一种，利用农作物对重金属的低吸收特性，在不借助其他措施的前提下，既保证了作物可食部分重金属含量达到国家标准，另一方面，农作物不可食用部分累积的重金属，在秸秆移除的过程中，也将土壤中的重金属一并移除[3]。

本项目当地主要农作物为水稻和玉米，主要经济作物为油菜，项目地农户主要为玉米/水稻和油菜轮作的方式进行农田耕作。水稻品种选取“隆平602”系列，玉米选择品种为“川单428”。

（3）农艺调控

1）深翻耕

深翻耕一般是指相对于常规耕作层（0~20 cm）进行浅层的翻耕处理，在此基础上利用农业机械对土壤耕层进行20~40 cm甚至更深层的深度翻耕。通过深翻耕，可以打破土壤表面板结层，改善土壤孔隙度等物理性状，增加土壤通透性，减弱土壤水分蒸发；还能让上下层土壤充分混合，从重金属治理角度，可以通过稀释作用有效降低表层重金属浓度；此外，深翻耕还可掩埋有机肥料、清除残茬杂草、消灭寄生在土壤中或残茬上的病虫害。甚至配合良好的灌溉排水措施，可使表层土壤盐碱度降低。

2）叶面阻控

叶面阻控一般是指对于那些主要通过叶面转运将根系或叶面吸收的重金属转运到籽粒或果实等农产品，在采用关键生育期喷施具有拮抗或生理调控的叶面阻控剂，来有效阻控重金属往籽粒里转运，最终降低籽粒重金属超标风险的技术。

3）有机肥施用

有机肥中的有机质能提供农作物所需的养分，且有机质的含量与施加量呈正相关，施用后会使土壤有机质含量显著提高；有机肥中有机质的矿化不仅释放出微生物生命活动所必需的能量，而且有机质有保水、保肥作用，使土壤既能迅速地、不断地释放出足够的养分供给农作物的需要，又能好的保持土壤的养分，增加土壤的肥力，促进农作物生长发育，增加产量。而且有机肥中的有益微生物对重金属有很强的亲和性，降低土壤中重金属的水溶态及可交换态组分，降低其生物有效性，减少农作物对重金属的吸收积累。

（三）严格管控区

当重金属含量超过管控值时，种植农产品的风险较高，且难以采取安全利用措施实现安全利用，原则上应当采用退耕还林还草和种植结构调整等方式。

种植结构调整是指用农产品重金属超标风险较低的作物替代超标风险较高的作物的技术措施。主要是利用不同作物在种内及品种之间，对土壤重金属的吸收、积累和体内分配上差异，选择种植对重金属吸收能力弱或在可食用部位分配少的作物。

本项目对超标严重的区域可种植一些桑、麻、饲用作物或能源植物等非食用经济作物。

四、结语

农田修复可减少土壤中重金属的总量，降低其迁移性，以及降低农作物吸收率。减少了污染物对农田土壤及周边环境的危害，同时可保证农产品的食用安全，确保人体身体健康。本项目的顺利实施为当地安全、快捷、高效地修复农田提供了理论依据和数据支持。

参考文献

[1] 冯敬云,聂新星,刘波,等.镉污染农田原位钝化修复效果及其机理研究进展[J].农业资源与环境学报,2021,38(5):764-777.

[2] 王进进,杨行健,胡峥,等.基于风险等级的重金属污染耕地土壤修复技术集成体系研究[J].农业环境科学学报,2019,38(2):249-256.

[3] 孙丽娟,秦秦,宋科,等. 镉污染农田土壤修复技术及安全利用方法研究进展[J].生态环境学报,2018,27(7):1377-1386.

第一作者、通讯作者简介：李建亮（1980- ），男，高级工程师，主要研究方向为土壤及地下水、矿山、农田修复技术的研究与应用。