农田重金属污染现状

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1、农田重金属污染现状及修复技术综述 摘要 重金属污染因具有毒性、 易通过食物链在植物， 动物和人体内累积， 对生态环境和人体 健康构成严重威胁。 随着工业快速发展、 农药及化肥的广泛使用， 农田土壤重金属污染越来 越严重， 研究农田土壤重金属污染现状及修复技术对农产品安全具有重要意义。 综合国内外 农 田土壤重金属污染状况， 农田土壤重金属污染主要来源于固体废弃物堆放及处置、 工业废 物大 气沉降、 污水农灌和农用物质的不合理施用。 该文综述了国内外有关农田重金属污染土 壤修复 技术（物理修复、化学修复、生物修复、农业生态和联合修复）的研究进展，并针对 各种修复方 法，阐述了其原理、修复条件、应

2、用实例及其优缺点【关键词】 农田土壤；重金属；污染；修复技术1、重金属污染概述随着矿产资源的大量开发利用， 工业生产的迅猛发展和各种化学产品、 农药 及 化肥的广泛使用， 含重金属的污染物通过各种途径进入环境， 造成土壤， 尤其 是农 田土壤重金属污染日益严重。 目前，世界各国土壤存在不同程度的污染， 全 世界平均 每年排放 Hg 约 1.5 XI04 t、Cu 约 340 万 t、Pb 约 500 万 t、Mn 约 1500 万 t、Ni 约 100 万 t1 。在欧洲，受重金属污染的农田有数百万公顷 2 ；在日本 受 Cd、 Cu、 As 等污染的农田面积为 7224 hm23 。当前我国

3、受 Cd、 Hg、 As、 Cr、 Pb 污染的耕地 面积约2000X104 hm2,每年因重金属污染而损失的粮食约1000 x 104t，受污染粮食多 达1200 X04t，经济损失至少达200 X08元。重金属污染物不能被化学或生物降解、 易通过食物链途径在植物， 动物和人 体 内积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁 5 。因此， 农田土壤重金属污染己成为当前日益严重的环境问题， 其污染来源和修复技术也 一直 是国内外研究的热点和难点。 了解农田重金属污染来源对重金属污染修复有 着重要的 指导意义。 目前，重金属污染土壤的修复技术研究取得了长足发展， 主 要包括物 理、

4、化学、生物、农业生态和联合修复技术。本文综合了国内外农田重 金属污染状况 及来源， 系统地介绍农田重金属污染土壤修复的不同技术， 以及近 年来国内外修复 重金属污染农田土壤的一些重要案例， 对农产品安全生产具有重 要意义，同时为农田 土壤重金属污染综合治理与修复提供。2、我国农田重金属污染现状对我国8个城市农田土壤中Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Hg和As的浓度进行 统计分析，大部分城市高于其土壤背景值 6 。农业部农产品污染防治重点实验室 对全 国24个省市土地调查显示，320个严重污染区，约548 X 04 hm2，重金属超标的农 产品占污染物超标农产品总面积的 80%以上。 200

5、6 年前，环境保护部对30d04hm2基本农田保护区土壤的重金属抽测了 3.6X104 hm2，重金属超标率达 12.1%7 。我国大多数城市近郊农田都受到了不同程度的重金属污染，如南京市 土壤 已受到Pb、Hg、Cd污染，其中Hg污染比较严重；黄浦江中上游地区2010年 农用土中 Cd、 Hg、 As、 Cr、 Pb 质量分数分别超过土壤背景值的 60%、 68%、 19%、67%、45%9;北京市连续5年（2005一2009年）的土壤样品中，近郊农田 土壤中 Hg、 Cd 和 Pb 平均质量分数均高于远郊 10 ；深圳市 2010 年土壤 Hg 质量分 数有 37% 的采样点超过土壤背景值

6、， 6%的样品点处于中度以上污染水平 11 。此 外，在贵州、 福建、河北、广西、江西、海南、重庆、香港等许多省市地区都发现了 不同程度 Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn 和 Ni 污染g。3、农田土壤重金属污染的来源农田土壤中重金属污染主要来源于污染物的大气沉降、 污水农灌、农用物质 施 用和固体废弃物堆放等。3.1 大气沉降 污染物的大气沉降是土壤重金属污染的重要途径。对抚顺市不同类型大 气PM10 颗粒中 11 种重金属含量进行分析，发现 Cr、 Mn、 Co、 Ni、 Cu、 Zn 和 Pb 分 别是其土壤本底值的 777、 5.7、 291、 312、 56、 135 和 3

7、9 倍，相关性和主成 分分 析表明大气中重金属污染主要来自机动车排放、 工业活动和煤的燃烧 13 。矿 山开采 和重金属冶炼产生的大气污染也是农田土壤重金属重要来源。 交通会影响 道路两侧农 田土壤中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Hg、Se和As等的水平，如青藏 铁路两侧 20m 范围内， Zn、 Cd 和 Pb 质量分数从未污染到显著污染水平 14 。 对泉 州至塘头段 324 国道两侧土壤中 14 种重金属监测分析，结果表明 Sn、 Sb、 Pb、 Bi 、 Ni 、 Cu、 Zn 和 Cd 主要来源于交通污染 15 ；北京、上海、温州、青岛和 西安 等城市土壤中重金属污

8、染可能主要是由交通引起 16 。32 污水农灌污水农灌是指用城市下水道污水、 工业废水、 排污河污水以及超标的地面水 等 对农田进行灌溉。 几个世纪以来柏林， 伦敦，米兰和巴黎一直使用污水农灌处 置废 水17 。污水农灌在缺水地区广泛使用，巴基斯坦 26%的蔬菜种植采用废水灌 溉，加 纳污灌区面积约1500 hm2，墨西哥约26X104 hm2。污灌条件下土壤柱模 拟实验， 结果表明表层土中 Zn、 Cd、 Cu、 As 的质量分数均有少量增加，且其形 态稳定性由 可变型向易变型转化，同时会导致盐类在土壤中累积 18 。水资源匮乏推动污灌在我国广泛使用。据农业部对全国污灌区农田的调查， 约1.

9、4 X 106hm2 的污灌区中，重金属污染占总面积的 64.8%，其中轻度污染占 46.7%，中度污染占 9.7%，严重污染占 8.4%19 。天津大污灌区内种植的油麦菜 60%以上受到 Cd 污染20 。沈阳市浑河、 蒲河、细河和沈抚灌渠周边农田表层土中Hg、 Cd、 Zn、 As、 Cr、 Cu、 Pb 质量分数均值均高于辽宁土壤背景值，大部分样 点 Cd 和 Hg 严重超出国家土壤环境质量二级标准值 21 。另外，保定、西安、郑州、 兰 州、北京、哈尔滨和石家庄等城市的污灌区表层土均呈现不同程度的重金属污22-233.3 农用物质施用农药、化肥、地膜、畜禽粪便和污泥堆肥产品等农用物质的

10、不合理施用，可 导致 农田重金属污染 24 。一些农药中含有 Hg、As、Cu、Zn 等，如随着西力生消 毒种 子进入土壤的Hg为6一9mg/hm2；目前，含As、Hg和Pb的农药已在大部分国家 禁用（如中国，美国，日本及欧洲各国等）25，但含Cu和Zn的各种杀菌剂（如 波尔多液、多宁、碱式氯化铜、福美锌、噻唑锌、代森锌等）还在世界各国 农业生产 中广泛使用， 每年随农药进入农田的 Cu 和 Zn 不容忽视。 重金属是肥料 中报道最 多的污染物质，其质量分数一般是磷肥复合肥钾肥氮肥。畜禽粪便及其堆肥产品长期施用对农田重金属的污染也越来越严重。 在畜禽 养 殖过程中， 除了使用含 Cu 和 Zn

11、 的饲料添加剂， 有时还用含 As、 Cd、 Cr、 Pb 和 Hg 的添加剂 26 ，如义乌、萧山、宁波 3 地区猪饲料中 As 质量分数高达 110 mgg-i27。畜禽粪便中重金属质量分数与饲料直接相关。另外，城市污泥中Cr、 Pb、Cu、Zn和As极易超过控制标准，施用可使农田土壤重金属质量分数有不同程 度的增加。3.4 固体废弃物堆放及处置固体废弃物中重金属极易移动， 以辐射状、 漏洞状向周围土壤、 水体扩散。 对苏北某垃圾堆放场、杭州铬渣堆放区附近农田土壤中重金属质量分数进行测 定，发 现Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Pb等质量分数均高于当地土壤背景值曲。电子电器及 其废弃物中含有

12、大量 Cu、 Zn、 Cr、 Hg、 Cd 和 Pb 等，对其拆解、回收利用 及处置 过程中会产生重金属污染。 Tang29 对台州电子废物拆解点附近农田土壤进 行监测分 析， 发现重金属超标率为 100%，主要超标元素依次为 Cd、 Cu、 Hg 和 Zn。 对广 东省汕头市贵屿镇电子垃圾处理场附近农田土壤中重金属形态分布研究， 发现农田土 壤中 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 均超过土壤环境质量标准 （ GB156181995）30二级标准。4、农田土壤重金属污染修复技术目前，世界各国对农田土壤重金属污染修复技术主要包括物理、 化学、生物、 农业生态和联合修复技术等。4.1 物理修复技术4.

13、1.1 工程措施 工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。深耕翻土用于轻度污染 土壤， 而客土和换土是重污染区的常用方法。 工程措施具有彻底、 稳定的优点， 但 工程 量大、投资高，易破坏土体结构，引起土壤肥力下降，为避免二次污染，还要对 污染土壤进行集中处理。因此，只适用于小面积严重污染土壤的修复 31 。4.1.2 热脱附热脱附是对污染土壤进行加热，将一些具有挥发性的重金属如 Hg、 As、 Se 等 从土壤中解吸出来的一种方法。该方法工艺简单，但能耗大，操作费用高，且 只适用于易挥发的污染物，脱附的气体需收集处理。4.2 化学修复技术4.2.1 电动修复电动修复是通过在污染土壤两侧施加直

14、流电压形成电场梯度， 土壤中重金属 污 染物在电场作用下通过电迁移、 电渗流或电泳的方式被带到电极两端， 然后进 行集 中收集处理，从而清洁土壤 32 。该方法特别适合于低渗透的粘土和淤泥土， 可以控 制污染物的流动方向。目前，已经在池体设计、电动过程及其机理、模型 建立等方面 开展了一些探索性工作。 电动修复是一种原位修复技术， 可同时去除 重金属和有机 污染物、不搅动土层、操作简单、处理效率高，是一种经济可行的 修复技术， 但易导 致土壤理化性质变化。 电动修复效率可能因土壤表面颗粒对污 染物吸附及电极两端 H+ （正极）和OH-（负极）聚集影响而降低。4.2.2 淋洗技术土壤淋洗技术是将

15、水或含有冲洗助剂的螯合剂（柠檬酸、EDTA、DTPA、 EDDS、 ） 酸/碱溶液（ H2SO4、 HNO3、 ） 络合剂（ 醋酸、醋酸铵、环糊精 ） 、表 面活性剂）（APG、SDS、SDBS、DDT、鼠李糖脂）等淋洗剂注入到污染土壤或 沉积物中，洗脱和清洗 土壤中污染物的过程。 该技术的关键是寻找一种既能提取各种 形态的重金属， 又 不破坏土壤结构的淋洗液。 大量工程实践表明， 土壤淋洗技术是 一种快速、 高效 的方法。 对于地质粘重、 渗透性比较差的土壤修复效果较差。 高 效淋洗剂价格昂 贵，洗脱废液可能造成土壤和地下水的二次污染 33 。目前， 可规 模化应用的土 壤淋洗技术及成套设备

16、研制相对滞后，亟待进一步提高和完善。4.2.3 稳定/ 固化修复技术稳定/固化（ solidification/stabilization， S/S） 土壤修复技术指运用物理或化学的方法将土壤中有害污染物固定起来， 或将污染物转化成化学性质不活 泼的 形态，阻止其在环境中迁移、 扩散等活动， 从而降低污染物质的毒害程度的 修复技 术。玻璃化 （ vitrification）也属于固化技术， 是把重金属污染土壤置于高温高压下（1400一2000C），形成玻璃态物质一种热固化方法。常用固化剂分为 4 类34 ：无机粘结物质 （如水泥、石灰等），有机粘结剂（如沥青等热塑性材 料） ， 热硬化有机聚合物（如尿素、酚醛塑料和环氧化物等） ，玻璃质物质。化学固定主要通过加入化学药剂或材料