農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)狀

農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)綜述[摘要]重金屬污染因具有毒性、易通過食物鏈在植物，動物和人體內(nèi)累積，對生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著工業(yè)快速發(fā)展、農(nóng)藥及化肥的廣泛使用，農(nóng)田土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重，研究農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。綜合國內(nèi)外農(nóng)田土壤重金屬污染狀況，農(nóng)田土壤重金屬污染主要來源于固體廢棄物堆放及處置、工業(yè)廢物大氣沉降、污水農(nóng)灌和農(nóng)用物質(zhì)的不合理施用。該文綜述了國內(nèi)外有關(guān)農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)（物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)和聯(lián)合修復(fù)）的研究進(jìn)展，并針對各種修復(fù)方法，闡述了其原理、修復(fù)條件、應(yīng)用實例及其優(yōu)缺點【關(guān)鍵詞】農(nóng)田土壤；重金屬；污染；修復(fù)技術(shù)1、重金屬污染概述隨著礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)利用，工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和各種化學(xué)產(chǎn)品、農(nóng)藥及化肥的廣泛使用，含重金屬的污染物通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境，造成土壤，尤其是農(nóng)田土壤重金屬污染日益嚴(yán)重。目前，世界各國土壤存在不同程度的污染，全世界平均每年排放Hg約1.5×104t、Cu約340萬t、Pb約500萬t、Mn約1500萬t、Ni約100萬t[1]。在歐洲，受重金屬污染的農(nóng)田有數(shù)百萬公頃[2]；在日本受Cd、Cu、As等污染的農(nóng)田面積為7224hm2[3]。當(dāng)前我國受Cd、Hg、As、Cr、Pb污染的耕地面積約2000×104hm2，每年因重金屬污染而損失的糧食約1000×104t，受污染糧食多達(dá)1200×104t，經(jīng)濟(jì)損失至少達(dá)200×108元[4]。重金屬污染物不能被化學(xué)或生物降解、易通過食物鏈途徑在植物，動物和人體內(nèi)積累、毒性大，對生態(tài)環(huán)境、食品安全和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[5]。因此，農(nóng)田土壤重金屬污染己成為當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，其污染來源和修復(fù)技術(shù)也一直是國內(nèi)外研究的熱點和難點。了解農(nóng)田重金屬污染來源對重金屬污染修復(fù)有著重要的指導(dǎo)意義。目前，重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究取得了長足發(fā)展，主要包括物理、化學(xué)、生物、農(nóng)業(yè)生態(tài)和聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。本文綜合了國內(nèi)外農(nóng)田重金屬污染狀況及來源，系統(tǒng)地介紹農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)的不同技術(shù)，以及近年來國內(nèi)外修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤的一些重要案例，對農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有重要意義，同時為農(nóng)田土壤重金屬污染綜合治理與修復(fù)提供。

2、我國農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)狀對我國8個城市農(nóng)田土壤中Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Hg和As的濃度進(jìn)行統(tǒng)計分析，大部分城市高于其土壤背景值[6]。農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品污染防治重點實驗室對全國24個省市土地調(diào)查顯示，320個嚴(yán)重污染區(qū)，約548×104hm2，重金屬超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總面積的80%以上。2006年前，環(huán)境保護(hù)部對30×104hm2基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)土壤的重金屬抽測了3.6×104hm2，重金屬超標(biāo)率達(dá)12.1%[7]。我國大多數(shù)城市近郊農(nóng)田都受到了不同程度的重金屬污染，如南京市土壤已受到Pb、Hg、Cd污染，其中Hg污染比較嚴(yán)重[8]；黃浦江中上游地區(qū)2010年農(nóng)用土中Cd、Hg、As、Cr、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別超過土壤背景值的60%、68%、19%、67%、45%[9]；北京市連續(xù)5年（2005～2009年）的土壤樣品中，近郊農(nóng)田土壤中Hg、Cd和Pb平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于遠(yuǎn)郊[10]；深圳市2010年土壤Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)有37%的采樣點超過土壤背景值，6%的樣品點處于中度以上污染水平[11]。此外，在貴州、福建、河北、廣西、江西、海南、重慶、香港等許多省市地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了不同程度Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn和Ni污染[12]。3、農(nóng)田土壤重金屬污染的來源農(nóng)田土壤中重金屬污染主要來源于污染物的大氣沉降、污水農(nóng)灌、農(nóng)用物質(zhì)施用和固體廢棄物堆放等。3.1大氣沉降污染物的大氣沉降是土壤重金屬污染的重要途徑。對撫順市不同類型大氣PM10顆粒中11種重金屬含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn和Pb分別是其土壤本底值的777、5.7、291、312、56、135和39倍，相關(guān)性和主成分分析表明大氣中重金屬污染主要來自機(jī)動車排放、工業(yè)活動和煤的燃燒[13]。礦山開采和重金屬冶煉產(chǎn)生的大氣污染也是農(nóng)田土壤重金屬重要來源。交通會影響道路兩側(cè)農(nóng)田土壤中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Hg、Se和As等的水平，如青藏鐵路兩側(cè)20m范圍內(nèi)，Zn、Cd和Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)從未污染到顯著污染水平[14]。對泉州至塘頭段324國道兩側(cè)土壤中14種重金屬監(jiān)測分析，結(jié)果表明Sn、Sb、Pb、Bi、Ni、Cu、Zn和Cd主要來源于交通污染[15]；北京、上海、溫州、青島和西安等城市土壤中重金屬污染可能主要是由交通引起[16]。3．2污水農(nóng)灌污水農(nóng)灌是指用城市下水道污水、工業(yè)廢水、排污河污水以及超標(biāo)的地面水等對農(nóng)田進(jìn)行灌溉。幾個世紀(jì)以來柏林，倫敦，米蘭和巴黎一直使用污水農(nóng)灌處置廢水[17]。污水農(nóng)灌在缺水地區(qū)廣泛使用，巴基斯坦26%的蔬菜種植采用廢水灌溉，加納污灌區(qū)面積約1500hm2，墨西哥約26×104hm2。污灌條件下土壤柱模擬實驗，結(jié)果表明表層土中Zn、Cd、Cu、As的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有少量增加，且其形態(tài)穩(wěn)定性由可變型向易變型轉(zhuǎn)化，同時會導(dǎo)致鹽類在土壤中累積[18]。水資源匱乏推動污灌在我國廣泛使用。據(jù)農(nóng)業(yè)部對全國污灌區(qū)農(nóng)田的調(diào)查，約1.4×106hm2的污灌區(qū)中，重金屬污染占總面積的64.8%，其中輕度污染占46.7%，中度污染占9.7%，嚴(yán)重污染占8.4%[19]。天津大污灌區(qū)內(nèi)種植的油麥菜60%以上受到Cd污染[20]。沈陽市渾河、蒲河、細(xì)河和沈撫灌渠周邊農(nóng)田表層土中Hg、Cd、Zn、As、Cr、Cu、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值均高于遼寧土壤背景值，大部分樣點Cd和Hg嚴(yán)重超出國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)值[21]。另外，保定、西安、鄭州、蘭州、北京、哈爾濱和石家莊等城市的污灌區(qū)表層土均呈現(xiàn)不同程度的重金屬污染[22-23]。3.3農(nóng)用物質(zhì)施用隨著對農(nóng)田土壤重金屬污染認(rèn)識的深入以及對環(huán)境保護(hù)和人類健康要求的提高，對農(nóng)田土壤修復(fù)也就提出了更高的要求。單一修復(fù)技術(shù)很難對復(fù)合污染進(jìn)行理想的修復(fù)，因此如何將各種修復(fù)技術(shù)進(jìn)行合理的結(jié)合，真正在土壤污染修復(fù)方面取得突破性進(jìn)展，成為未來的發(fā)展趨勢,但聯(lián)合修復(fù)技術(shù)還存在著以下幾方面的問題：

（1）土壤重金屬污染呈現(xiàn)多樣性和地域性，同時修復(fù)技術(shù)也有選擇性，需要在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本，研究適合不同污染類型的聯(lián)合技術(shù)。

（2）生物資源豐富，修復(fù)重金屬污染土壤具有不可替代的優(yōu)勢。今后需要在超富集植物、高抗性能的富集微生物和土壤動物資源的優(yōu)異種質(zhì)發(fā)掘進(jìn)行研究，同時充分運用基因工程等先進(jìn)技術(shù)培育，利用分子生物技術(shù)提高生物修復(fù)的實用性。

（3）各種修復(fù)技術(shù)實施后，對土壤土著生物的影響以及修復(fù)生物對生物多樣性帶來的威脅、農(nóng)產(chǎn)品安全問題的研究，修復(fù)帶來的生態(tài)風(fēng)險及風(fēng)險控制措施是重金屬修復(fù)技術(shù)中必須要深入研究的問題。

（4）目前研究主要集中在實驗室或小規(guī)模的試驗上，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)化的大田試驗研究。參考文獻(xiàn)：[1]李法云,藏樹良,羅義.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)研究[J].生態(tài)學(xué)雜志.2003,22(1):35-39[2]LETAND,LUOCL,LIXD.Theuseofchelatingagentsintheremediationofmetal-contaminatedsoils:Areview[J].EnvironmentalPollution,2008,153(1):3-13[3]陳平,陳研,白璐.日本土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與污染現(xiàn)狀[J].中國環(huán)境監(jiān)測.2004.20(4):63-67[4]WUG,KANGHB,ZHANGXY,etal.Acriticalreviewonthebio-removalofhazardousheavymetalsfromcontaminatedsoils:Issues,progress,eco-environmentalconcernsandopportunities[J].JournalofHazardousMaterials.2010,174(1-3):1-8.[5]WENZELWW,UNTERBRUNNERR,SOEEERP,etal.Chelate-assistedphytoextractionusingcanola(BrassicanapusL.)inoutdoorspotandlysismeterexperiments[J].PlantSoil,2003,249(1):83-96.[6]WEIBG,YANGLS.Areviewofheavymetalcontaminationsinurbansoils,urbanroaddustsandagriculturalsoilsfromChina[J].Micro-chemicalJournal,2010,94(2):99-107[7]傅國偉.中國水土重金屬污染的防治對策[J].中國環(huán)境科學(xué),2012,2(2):373-376[8]黃順生,吳新民,顏朝陽,等.南京城市土壤重金屬含量及空間分布特征[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2007,20(4):1-4.[9]謝小進(jìn),康建成,閆國東,等.黃浦江中上游地區(qū)農(nóng)用土壤重金屬含量特征分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2010,30(8):1110-1117[10]陸安祥,孫江,王紀(jì)華,等.北京農(nóng)田土壤重金屬年際變化及其特征分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(18):3778-3789.[11]張銘杰,張璇,秦佩恒,等.深圳市土壤表層汞污染等級結(jié)構(gòu)與空間特征分析[J].中國環(huán)境科學(xué),2010,30(12):1645-1949.[12]孫建光,高俊蓮,徐晶,等.微生物分子生態(tài)學(xué)方法預(yù)警農(nóng)田重金屬污染的研究進(jìn)展[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué),2007,13(2):338-343.[13]KONGSF,LUB,JIYQ,etal.Levels,riskassessmentandsourcesofPM10fractionheavymetalsinfourtypesdustfromacoal-basedcity[J]Micro-chemicalJournal,2011,98(2):280-290[14]ZHANGH,WANGZF,ZHANGYL,etal.TheeffectsoftheQinghai-Tibetrailwayonheavymetalsenrichmentinsoils[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2012,(439):240-248.[15]趙陽,于瑞蓮,胡恭任,張雪琴,等.泉州市324國道泉州至塘頭段路旁土壤中重金屬來源分析[J].土壤通報,2011,42(3):742-746.[16]陳景輝,盧新衛(wèi),翟萌.西安城市路邊土壤重金屬來源與潛在風(fēng)險[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2011,22(7):1810-1816.[17]AATSE(AustralianAcademyofTechnologicalSciencesandEngineering),WaterRecyclinginAustralia.AATSE,Victoria,Australia.2004,32.[18]杜娟,范瑜,錢新.再生水灌溉對土壤中重金屬形態(tài)及分布的影響[J].環(huán)境污染與防治,2011,33(9):58-65.[19]王海慧,郇恒福,羅瑛,等.土壤重金屬污染及植物修復(fù)技術(shù)[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2009,25(11):210-214[20]王婷,王靜,孫紅文,等.天津農(nóng)田土壤鎘和汞污染及有效態(tài)提取劑篩選[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,31(1):119-124.[21]吳學(xué)麗,楊永亮,徐清,等.沈陽地區(qū)河流灌渠沿岸農(nóng)田表層土壤中重金屬的污染現(xiàn)狀評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2011,30(2):282-288[22]王國利,劉長仲,盧子揚,等.白銀市污水灌溉對農(nóng)田土壤質(zhì)量的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,41(1):79-82[23]楊軍,陳同斌,雷梅,等.北京市再生水灌溉對土壤、農(nóng)作物的重金屬污染風(fēng)險[J].自然資源學(xué)報,2011,26(2):209-217.[24]ZIGUHEBAG,SMOLDERSE.InputsoftraceelementsinagriculturalsoilsviaphosphatefertilizersinEuropeancountries[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2008,390(1):53-57.[25]LUOL,MAYB,ZHANGSZ,etal.AninventoryoftraceelementinputstoagriculturalsoilsinChina[J].JournalofEnvironmentalManagement,2009,90(8):2524-2530.48[26]陳苗,崔巖山.畜禽固廢沼肥中重金屬來源及其生物有效性研究進(jìn)展[J].土壤通報,2012,43(1):251-256.[27]王瑾,韓劍眾.飼料中重金屬和抗生素對土壤和蔬菜的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2008,24:90-93[28]丹丹,李戀卿,潘根興,等.垃圾堆放場周邊土壤重金屬含量的分析及污染評價[J].土壤通報,2011,42(1):185-189.[29]TANGXJ,CHENCF,SHIDZ,etal.HeavymetalandpersistentorganiccompoundcontaminationinsoilfromWenling:anemerginge-wasterecyclingcityinTaizhouarea,China[J].JournalofHazardousMaterials.2010,173(1-3):653-660.[30]林文杰,吳榮華,鄭澤純,等.貴嶼電子垃圾處理對河流底泥及土壤重金屬污染[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2011,20(1):160-163.[31]楊海琳.土壤重金屬污染修復(fù)的研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,34(6):130-135.59[32]ACARYB,ALSHAWABKEHAN.PrinciplesofElectrokineticRemediation[J].EnvironmentalScienceTechnology,1993,27(13):2638-2647.[33]DERMONTG,BERGERONM,MERCIERG,etal.Soilwashingformetalremoval:Areviewofphysical/chemicaltechnologiesandfieldapplications[J].JournalofHazardousMaterials,2008,152(1):1-31.[34]GLASSERFP.Fundamentalaspectofcementsolidificationandstabilization[J].JournalofHazardousMaterials,1997,52(2-3):151-170.[35]周東美,郝秀珍,薛艷,等.污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境,2004,13(2):232-242[36]朱蘭保,盛蒂.重金屬污染土壤生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2011,37(2):20-21.[37]SALTDE,BLAYLOCKM,NANDA-KUMARPBA,etal.Phy