摘要：本文對土壤重金屬污染對環境的危害性、土壤重金屬的來源、土壤重金屬污染修復技術和化學修復技術主要藥劑和生物修復技術主要植物品種等進行簡述，提出了農田土壤重金屬污染修復技術方案，并列舉了國內外成功的案例。
關鍵詞：農田土壤； 重金屬污染； 化學修復技術；生物修復技術
農田土壤重金屬污染修復技術術是使遭受污染的農田土壤恢復正常功能的技術措施。污染物進人生態循環系統，如果超過土壤的自凈作用的負荷，即形成土壤污染。土壤因吸附能力、氧化還原作用及土壤微生物分解作用，可緩沖污染物所造成的危害，以上統稱為土壤自凈能力。土壤自凈作用的機理，既是土壤環境容量的理論依據，又是選擇針對土壤環境污染調控與污染修復措施的理論基礎。盡管土壤環境具有多種凈化作用，而且也可通過多種措施來提高土壤環境的凈化能力，但其凈化能力畢竟是有限的，預防土壤污染是保護土壤環境的根本措施。
1、土壤重金屬污染對環境的危害性
土壤重金屬污染在一定時期內不表現出對環境的危害性，當其含量超過土壤承受力或限度，或土壤環境條件變化時，重金屬有可能突然活化，引起嚴重的生態危害，被稱為“化學定時炸彈”。通常情況下，重金屬污染土壤現狀重金屬是指密度大于4.5×103kg/m3環境保護角度所說的重金屬是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的金屬元素。其中對人體毒害最大的有鉛、汞、鉻、砷、鎘等5種。重金屬首先危害到土壤微生物，不適應重金屬的微生物數量會劇烈降低，甚至滅絕，適應重金屬的微生物存活下來，逐漸成為土壤優勢菌。重金屬對土壤中生長的農作物也有很強的毒害作用，其影響在于：一方面重金屬能破壞植物的一些組織和功能，從而降低植物的產量和品質，如土壤鎘含量過高會破壞植物葉片的葉綠素結構并最終導致植物衰亡，土壤中銅、鋅含量超過一定限度時，作物根部會受到嚴重損害。治標當先治本，如果要改善蔬菜及作物的品質，土壤的重金屬污染應當先治理。
2、土壤重金屬的來源
2.1、隨大氣沉降進入土壤的重金屬；
2.2、隨污水進入土壤的重金屬；
2.3、隨固體廢棄物進入土壤的重金屬；
2.4、隨農用物資進入土壤的重金屬。
3、土壤重金屬污染修復技術
土壤重金屬污染修復技術 可按暴露情景和處置地點分類。
3.1、按暴露情景分類：
可以按“污染源-暴露途徑-受體”對修復技術分類。對污染源進行處理的技術有生物修復、植物修復、生物通風、自然降解、生物堆、化學氧化、土壤淋洗、電動分離、氣提技術、熱處理、挖掘等；對暴露途徑進行阻斷的方法有穩定/固化、帽封、垂直/水平阻控系統等；降低受體風險的制度控制措施有增加室內通風強度、引入清潔空氣、減少室內外揚塵、減少人體與粉塵的接觸、對裸土進行覆蓋、減少人體與土壤的接觸、改變土地或建筑物的使用類型、設立物障、減少污染食品的攝入、工作人員及其他受體轉移等。
3.2、按處置地點分類：
可分為原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術又可分為原位處理技術和原位控制技術，常用的原位處理技術包括物理、化學和生物方法等。異位修復技術可分為挖掘和異位處理處置技術。比較原位修復和異位修復，前者由于不需挖掘和輸送土壤，因此可節約處理成本。但其通常需要較長的實施周期，且由于土壤及含水層存在差異性，不能保證處理的一致性；后者所需的修復周期相對較短，且可通過勻化、篩分、連續攪拌等手段更好地控制處理的一致性，但其需要挖掘土壤，因此所需費用較高且需增加工程設施。
4、修復技術的比較
根據作用原理的不同，重金屬污染土壤修復技術主要可分為物理修復、化學修復和生物修復等技術。物理修復中的工程措施主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕翻土與污土混合，可以降低土壤中重金屬的含量，減少重金屬對土壤——植物系統產生的毒害，從而使農產品達到食品衛生標準。深耕翻土用于輕度污染的上壤，而客土和換土則是用于重污染區的常見方法，在這方面日本取得了成功的經驗。工程措施是比較經典的土壤重金屬污染治理措施，它具有徹底、穩定的優點，但實施工程量大、投資費用高，破壞土體結構，引起土壤肥力下降，并且還要對換出的污土進行堆放或處理?；瘜W修復就是向土壤投入改良劑，通過對重金屬的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用，以降低重金屬的生物有效性。化學修復是在土壤原位上進行的，簡單易行。但并不是一種永久的修復措施，因為它只改變了重金屬在土壤中存在的形態，金屬元素仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物。
物理／化學修復是利用污染物或污染介質的物理／化學特性，以破壞(如改變化學性質)、分離或固化污染物，具有實施周期短、可用于處理各種污染物等優點[13]。主要有電動修復、電熱修復和土壤淋洗。電動修復是通過電流的作用，在電場的作用下，土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn 等)和無機離子以電透滲和電遷移的方式向電極運輸，然后進行集中收集處理。電熱修復是利用高頻電壓產生電磁波，產生熱能，對土壤進行加熱，使污染物從土壤顆粒內解吸出來，加快一些易揮發性重金屬從土壤中分離，從而達到修復的目的。
生物修復是利用生物技術治理污染土壤的一種新方法。利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性。由于該方法效果好，易于操作，日益受到人們的重視，成為污染土壤修復研究的熱點。目前生物修復技術主要集中在植物和微生物兩方面，植物修復技術是一種利用自然生長或遺傳培育植物修復重金屬污染土壤的技術。根據其作用過程和機理，重金屬污染土壤的植物修復技術可分為植物提取、植物揮發和植物穩定3種類型。植物提取，即利用重金屬超積累植物從土壤中吸取金屬污染物，隨后收割地上部分并進行集中處理，連續種植該植物，達到降低或去除土壤重金屬污染的目的。另外，加入一些有機絡合劑來增加土壤中重金屬的生物有效性也可提高植物對重金屬的吸收。植物揮發，其機理是利用植物根系吸收金屬，將其轉化為氣態物質揮發到大氣中，以降低土壤污染。目前這方面研究最多的是類金屬元素Hg和非金屬元素Se。植物穩定，利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴散進一步污染環境的可能性。其機理主要是通過金屬在根部的積累、沉淀或根表吸收來加強土壤中重金屬的固化。修復技術在修復重金屬污染的土壤方面具有獨特的作用。其主要作用原理有：微生物通過各種代謝活動產生多種低分子有機酸直接或間接溶解重金屬或重金屬礦物，可以降低土壤中重金屬的毒性：微生物的代謝活動可以通過其氧化還原作用改變變價金屬的存在狀態，降低這些重金屬元素的活性；微生物可以通過胞外絡合作用，胞外沉淀作用以及胞內積累來實現對重金屬的固定作用；此外，細胞壁具有活性，可以將金屬螯合在細胞表面；微生物可以改變根系微環境，從而提高植物對重金屬的吸收，揮發或固定效率。
5、化學修復技術主要藥劑
5.1、多硫化物
多硫化物法是指利用Sx2-離子作為試劑，在堿性溶液中進行重金屬浸出的方法。Sx2-離子中的X可以從2到6，水溶液中，只有S42-和S52-是穩定的，多硫離子如同過氧離子（O22-）一樣具有氧化性。例如，S42-作氧化劑時，可獲得6個電子而成為S2。多硫螯合離子對重金屬離子有很強的絡合能力，在合適氧化劑的配合下，或者借助于多硫離子自身的歧化，多硫化合物能有效地溶解重金屬。多硫化物一般有多硫化鈉、多硫化鈣、多硫化銨等。該法浸重金屬的化學反應為：
6Mn + 2S2- + S42- = 6MnS-
8Mn +3S2- + S52- = 8MnS-
多硫化物法的主要缺陷是自身的熱穩定性差，分解產生硫化氫, 惡化生產環境，如多硫化銨為試劑，還會分解產生氨氣。
5.2、石硫合劑
石硫合劑法是利用石灰和硫反應制得的試劑（常稱石硫合劑），不同比例的石灰和硫磺在溶液中反應，生成多硫化鈣和硫代硫酸鈣。石硫合劑無毒，易于合成，且浸重金屬速度快，適應性強，重金屬浸出率高。其浸重金屬過程是多硫化物與硫代硫酸鹽的聯合作用，因此石硫合劑法具有極好的浸重金屬性能。該法浸重金屬的化學反應為
6Mn + 2S2- + S42- = 6MnS-
8Mn +3S2- + S52- = 8MnS-
Mn + S2O32-= Mn(S2O3)-
5.3、腐植酸類
腐植酸類可與難溶性元素發生螯合反應，并生成溶解度好的螯合物。該法浸重金屬的化學反應為：Mn2+ + 2 R-COO- = （R-COO）2 Mn
5.4、氨基酸類
氨基酸類可與難溶性元素發生螯合反應，并生成溶解度好的螯合物。該法浸重金屬的化學反應為：Mn2+ + 2 R-HCNH-COO- = （R-HCNH-COO）2 Mn
5.5、乙二胺四乙酸（EDTA）
乙二胺四乙酸，通常叫作EDTA，是化學中一種良好的有機配合劑，它是一個六齒配體，可以螯合多種金屬離子。它的4個酸和2個胺的部分都可作為配體的齒，能和堿金屬、稀土元素和過渡金屬等形成穩定的水溶性絡合物。該法螯合重金屬的化學反應為：
Mn2+ + EDTA-Na2 = EDTA- MnNa2
5.6、金屬離子捕捉劑（EDDHA-Na）
乙二胺二鄰羥苯基大乙酸鈉—EDDHA-Na是一種含有兩個苯環的酰胺類的聚合物，對鈣鎂離子具有極強的螯合作用，螯合鈣鎂離子性能是EDTA的兩倍。由于具有兩個對稱的苯環結構，也能夠牢牢的螯合鐵、鋅、銅等重金屬離子，是一種良好的金屬離子捕捉劑，是一種用途極為廣泛，無毒、無污染、易降解的環境友好型化學品。該法浸重金屬的化學反應為：
Mn2+ + 2EDDHA-Na = 2Na- + （EDDHA）2 Mn
注意事項：
1、用量不可過大，以免發生藥害；
2、撒后在土壤表面適量灑水,保持土壤一定吸水率。
6、農田土壤重金屬污染修復技術方案
土壤重金屬污染已經成為最嚴重的環境問題之一。重金屬污染土壤可以通過工程技術、化學方法和生物技術進行修復,這些修復技術分別適應于不同類型的土壤污染,其中近年發展起來的植物修復技術因成本低廉、操作安全而等倍受關注。分析和比較各類修復技術，成本低廉、操作安全的農田土壤重金屬污染修復技術方案為：
氨基酸類/腐植酸類修復技術+植物修復技術+植物生物質發電技術
6.1、腐植酸類如黃腐酸鉀是一種高效大分子有機化合物，本品能刺激作物快生根，多生根、健壯生長，增加葉綠素、Vc含量和含糖量，起到抗旱、抗寒、抗病能力，還是一種優質的價格低廉的絡合劑。該品全水溶、耐酸堿、抗二價離子，可與多種微量元素和大量元素共溶復配，不絮沉、易被作物吸收的螯合物，從而有利于植物吸收。
6.2、氨基酸類可增加植物體內所需的各種營養元素，加劇干物質的積累和從植物根部或葉部向其他部位的運轉速度和數量，調節大量元素、微量元素以及各種營養成份的比例和平衡狀態，并且氨基酸可與難溶性元素發生螯合反應，對作物所需元素產生保護作用，并生成溶解度好、易被作物吸收的螯合物，從而有利于植物吸收。
6.3、植物修復技術：氨基酸類/腐植酸類既可增加土壤中重金屬的生物有效性也可提高植物對重金屬的吸收，還是植物的營養液肥。
6.4、收割的植物作生物質發電技術的燃燒原料，燃燒后的灰塵集中作無害化處置。
7.超富集植物的種類：水稻、玉米、粟、蜈蚣草、紫薦苜蓿、芥菜、鳳眼蓮、水浮蓮、浮萍、菠菜、黑麥草、地衣及藻類等。
8、國內外成功案例
實例一：如水葫蘆，1公頃葫蘆一晝夜就能從水中吸收錳4kg、汞89g、鎳297g、鉛104g，并能從低于1×10-6的含鎘廢水中，除去97%的鎘。污水中對它生長有抑制的作用，但它仍然能富集砷，使體內砷的含量達到水中砷濃度的幾十倍。
實例二：黑麥草對黃金廢水的凈化實驗表明: 黑麥草對黃金廢水不僅有很強的凈化能力，而且也具有很高的富集功能，其根部的含金量最高可達784 g/t(干重)。而且黑麥草對其它重金屬也有良好的富集作用，從而展示了它的廣闊開發應用前景。不同于鳳眼蓮的是它比較耐寒，只要10℃以上就能生長良好。這正好在凈化處理廢水時與鳳眼蓮進行交替使用。
9、結論
農田土壤重金屬污染問題是世界性難題，解決農田土壤重金屬污染問題要有長期的思想準備和科學技術方案，避免造成對農田土壤二次污染?？偯嫜灾?，目前必須從兩方面入手：一是通過多種措施來提高土壤環境的凈化能力；二是預防土壤污染是保護土壤環境的根本策略。
參考文獻（略）
