农田修复范文

农田修复范文（精选4篇）

农田修复 第1篇

1 北方农田土壤现状

我国北方农作物以玉米、大豆、小麦和水稻为主,蔬菜和中草药以及其他杂粮亦有种植。原本肥沃的黑土地,略施肥料即可满足作物生长。然而,由于人们的需求不断增加,不合理使用有机农药现象严重,甚至威胁到人类健康。

当今社会,玉米已经发展成为了集合口粮、饲料以及工业原料于一体的重要谷类作物,因此人类对玉米的需求也愈来愈大。玉米田的除草剂也从20世纪50年代初期全球通用的均三氮苯类除草剂例如莠去津,发展到近些年来广泛使用的三酮类除草剂甲基磺草酮[2]。目前,莠去津仍是我国玉米生产中最重要的除草剂品种,但由于其脱氯与烷基代谢产物造成了地下水体的严重污染,经植物的代谢过程与环境的降解作用产生的氧烷基与羟基[3],均对哺乳动物产生免疫性与毒性作用,已被法国、比利时、德国等若干欧洲国家早已禁用或限制使用。我国还应尽快以混合制剂取代单剂,并加快对其污染土地进行修复。

黑龙江省是我国种植大豆面积最大、产量最高的地区之一。大豆田杂草约有70余种,2015年我国大豆田登记所使用的除草剂单剂品种有31个,复配剂品种多达59种,其中春大田的三元复配品种17种,占总数的29%。因此,我国大豆田仍然存在很多问题,其中很大一部分农民对单剂品种与复配依据存在着盲目性和随意性。在使用除草剂过程中的药害问题依然时有发生。并且许多稳定型除草剂残留在农田之中极易对后续敏感作物造成残留药害,在长残留药害影响下致使后茬作物减产、绝产的事件屡见不鲜,且呈逐年上升状态。

由此可见,科学的认识有机农药污染现状,以及相应的修复技术研究,已成为北方农业可持续发展过程中急需解决的科学问题。

2 污染物在土壤中的迁移规律

2.1 垂向迁移规律

污染物垂向迁移指的是污染物质随着水的渗透作用而在土壤中垂直向下的运动,是发生在土壤颗粒与水之间的解吸、分配或者吸附等综合性作用。垂向迁移的产生主要由于溶解在土壤颗粒缝隙之中的污染物质,随着水的渗透作用而不断做垂直向下运动,进而混入地下水而造成其污染。绝大多数化学性质稳定的农药,都是从地表随着水流的垂向迁移作用,下渗进入到含水层中。有机污染物在土壤中的垂向迁移方式主要有两种:一种,是有机污染物质随着水流通过质地均匀的土壤颗粒介质,流速较慢且数量不大,大部分的农药都是采用这种方式做垂向迁移运动;另一种,则是有机污染物质随水的流动,通过土壤颗粒中间的缝隙或是蚯蚓的洞道以及植物的根系等大直径孔道而迁移到土壤下层[4]。中间的土壤层是连接着地下水与地表水的主要过渡带,且可净化入渗水并保护地下水体,但是这种保护并不是无限度的保护。随着人口数量的大幅度增加和农业的迅速发展,有机农药的滥用现象日益加剧,大量未经处理的污水直接或者间接排入河流海洋,造成了深远的有机农药污染问题。

2.2 横向迁移规律

从水土流失的角度来看,当土体的抵抗力小于水的破坏力时,便会引起污染物质的横向迁移作用,即水土流失作用[5]。然而,造成水土流失作用的因素有很多,降雨、地质地貌、植被措施以及人为活动等因素均在一定程度上影响着水土流失的发生与发展。其中,降雨是水土流失的原动力,植被、坡面和人为因素对水土流失有重要影响。一旦横向迁移发生,会加剧土壤中养分流失,导致可利用土地面积减少,毁坏农田;还会导致水质恶化,物种多样性降低,自然景观遭到严重破坏。

3 修复技术

3.1 物理修复技术

物理修复是指通过温度、电动力或者其他物理因素将污染物从土壤中分离出来的修复技术,常用的有热脱附、蒸汽浸提、通风、固化和填埋等。其中,蒸气浸提修复技术以其实用性强且不破坏土壤结构而被广泛使用。但不足之处在于应用到原位土壤中,下层土壤的异质性、低渗透性、地下水位高等都可能成为其限制因素。热脱附技术是利用热量交换的原理,将土壤加热到足够有机污染组分蒸发的温度使其蒸发,从而达到污染物与土壤分离的目的。近年来,兴起了微波热脱附和远红外线热脱附技术,可在一定程度上达到更好的修复效果。但是,高腐蚀性的进料往往会对处理单元产生破坏影响,以及高黏土含量与处理费用等相关问题还有待进一步研究。

3.2 化学修复技术

化学修复技术就是利用化学原理、反应或试剂,来减少或者去除土壤中有机污染物,以达到农田土壤的治理与修复的目的。化学修复技术主要包括化学淋洗技术、还原脱氯修复技术、氧化还原修复技术以及溶剂浸提等技术。化学淋洗法又称洗土法或萃取法,是用含有化学助剂的水溶液或清水淋洗液淋洗被污染的土壤。研究表明,在适宜条件下Tween80对DDTs的去除率最高达70%左右[6]。多种化学试剂都对PCBs有较高的溶解性,5%的正己烷与丙酮混合溶液对Aroclor1016的移除效率为95.4%[7]。因此以其技术范围广、效果显著等优点,奠定了良好的应用前景。但是如果土壤粘粒含量达到25%左右,将不考虑该项技术。

3.3 生物修复技术

生物修复技术的研究始于20世纪90年代初期,是指通过土壤生物(包括动植物及微生物单独或联合作用)吸收、降解和转化的作用,使土壤污染物含量降低或将毒害物质转化为无害物质的过程。生物修复技术主要包括微生物修复技术、植物修复技术和动物修复技术,其中以微生物修复技术与植物修复技术的研究应用最为广泛。

3.3.1 微生物修复技术

微生物修复技术的研究始于20世纪50年代左右,从目前来看,是最具发展潜力和应用前景的技术[8]。主要有两种微生物修复技术原理:一是,利用某些微生物本身能以有机污染物作为唯一碳源和能源进行代谢。这种方法不会产生二次污染物或导致污染转移,且微生物类型广泛,现已发现了大量细菌、真菌、放线菌、藻类等农药降解菌[9]。二是,利用微生物与其他有机物共代谢作用,以此来对有机农药进行降解作用。其中,微生物的数量、种类都对其降解作用有着不同程度的影响。而且,微生物个体微小,还存在与修复现场土著菌株竞争等不利因素。若要形成新的生态型结构充分利用土著微生物,建立固定化的农药生物降解模型[10]。

3.3.2 植物修复技术

植物修复是近年来兴起的一种新方法,其作为专业术语在20世纪80年代才被提出[11]。植物修复是以太阳能为能源,利用植物来使环境污染物无害化的绿色生物技术,有着其他传统修复处理技术无法相比的优势。研究表明,适量的螯合剂可以显著提高油菜对Pb的转运效率,同时可以加快Pb由根部系统向地上部转移的速率[12]。由此可见,关于植物修复技术研究的重点应该在有强有机污染物吸收能力,并且可分泌特异性物质的植物上,再通过接种专性或非专性细菌和真菌的方式,以建立起高效率的植物修复体系[13]。此外,现在分子生物技术正处发展之中,如果可以将两者结合,那么在提高植物修复的实用性方面将有实质性突破。植物修复技术以其独特的优点必将成为污染环境修复研究热点之一。

4 结语

我国是农业大国,对农田土壤的依赖更高于其他发达国家。因此,要更加重视对农田土壤的保护以及各种物质对农田土壤的污染,特别是有机农药的残留、迁移和转化等相关问题。近年来,我国的修复技术进步比较迅猛,例如,科研人员在微生物降解途径、资源以及其修复技术等方面取得了一定的技术研发。但是,在应用中还需要解决类似温度、环境、技术组合以及兼容性等一系列实际问题,还可开展多种修复技术之间的组合研究。总之,科技在进步,相信在我们的努力下,修复技术很快会大规模应用到实际中去,在生态环境友好的基础上,实现最高效的农田土壤修复。

摘要：结合了我国北方农田的有机农药使用状况及污染情况,在分析污染物迁移规律的基础上,本文详细介绍了一些国内外先进土壤修复技术手段的原理、实用性及局限,并展望了今后农田土壤修复技术的发展趋势。

农田修复 第2篇

申报项目须符合以下形式审查条件要求。1.推荐程序和填写要求

（1）由指南规定的推荐单位在规定时间内出具推荐函。（2）申报单位同一项目须通过单个推荐单位申报，不得多头申报和重复申报。

（3）项目申报书（包括预申报书和正式申报书，下同）内容与申报的指南方向基本相符。

（4）项目申报书及附件按格式要求填写完整。2.申报人应具备的资格条件

（1）项目及下设任务（课题）负责人申报项目当年不超过60周岁（1956年1月1日以后出生）。

（2）项目及下设任务（课题）负责人具有高级职称或博士学位。

（3）受聘于内地单位的外籍科学家及港、澳、台地区科学家可作为重点专项的项目（含任务或课题）负责人，全职受聘人员须由内地受聘单位提供全职受聘的有效证明，非全职受聘人员须由内地受聘单位和境外单位同时提供受聘的有效证明，并随纸质项目申报书一并报送。

（4）项目（含任务或课题）负责人限申报一个项目，973计划（含重大科学研究计划）、863计划、国家科技支撑 计划、国家国际科技合作专项、国家重大科学仪器设备开发专项、公益性行业科研专项（以下简称“改革前计划”）在研项目（含任务或课题）以及国家科技重大专项在研项目（含任务或课题）负责人不得申报国家重点研发计划重点专项项目（含任务或课题）；项目主要参加人员的申报项目和改革前计划、国家科技重大专项在研项目总数不得超过两个；改革前计划、国家科技重大专项的在研项目（含任务或课题）负责人不得因申报国家重点研发计划重点专项项目（含任务或课题）而退出目前承担的项目（含任务或课题）。计划任务书执行期到2016年12月底之前的在研项目（含任务或课题）不在限项范围内。

（5）特邀咨评委委员及参与重点专项咨询评议的专家，不能申报本人参与咨询和论证过的重点专项项目（含任务或课题）；参与重点专项实施方案或本项目指南编制的专家，不能申报该重点专项项目（含任务或课题）。

（6）在承担（或申请）国家科技计划项目中，没有严重不良信用记录或被记入“黑名单”。

（7）中央和地方各级政府的公务人员（包括行使科技计划管理职能的其他人员）不得申报项目。

3.申报单位应具备的资格条件

（1）在中国境内登记注册的科研院所、高等学校和企业等法人单位；政府机关不得作为申报单位进行申报。

（2）注册时间在2015年3月31日前。（3）在承担（或申请）国家科技计划项目中，没有严重不良信用记录或被记入“黑名单”。

4.本重点专项指南规定的其他形式审查条件要求（1）项目申请书需经过国务院有关部门（直属机构、直属事业单位）科技主管机构推荐，或各省、自治区、直辖市、计划单列市及新疆生产建设兵团科技主管部门推荐。

（2）项目须整体申报，须覆盖全部考核指标。（3）同一申报材料不得多头重复推荐；同一推荐主体对同一项目只能推荐1项。

（4）项目申报单位（包括联合申报中的任意一方）和项目参加人员，对同一项目不得进行重复或交叉申报。

（5）项目下设课题数不超过7个，每个课题参加单位不超过4家（含承担单位）。

农田修复 第3篇

随着社会主义新农村建设的不断推进,土地整理、灌区规划项目越来越受到广泛的重视,农田水利设施在农业生产中具有基础性的重要地位。农田水利设施是发展现代农业的重要基础性设施,是农业生产的经济命脉。因此农田水利设施整治管理具有极其重要的现实意义。我国的农田水利设施大部分兴建于20世纪七八十年代,目前,这部分农田水利设施已严重老化,处于闲置或废弃状态。这部分农田水利设施具有分布广泛、数量巨大、损毁严重和建设年代久远等显著特点。然而对于这部分农田水利设施,多年来没有得到相关管理部门的重视,没有进行相应系统的数据统计、整理汇总工作,也没有开展全面有效的整治处理工作。

这部分处于闲置或废弃状态的农田水利设施,不仅长期占据我国大量土地资源,而且影响土地耕作和农业生产,有些破烂不堪的农田水利设施矗立于村庄,严重影响村容村貌,部分废弃的机井、池塘和蓄水池还时常导致到人畜安全事故的发生。上述这些问题已成为新农村建设中亟待解决的突出问题。如何充分利用现有资源,节约社会投入,实现旧有农田水利设施的再利用是一个具有重要现实意义的问题。在旧有农田水利设施的再利用之前,应首先对旧有农田水利设施的再利用价值进行客观的评价,确定其再利用价值情况,在评价的基础上,根据其再利用价值情况,对旧有农田水利设施进行相应的有针对性的处理。可以用于旧有农田水利设施再利用价值评价的方法有专家会议法、相关技术资料分析法、综合评估法、层次分析法和模糊综合评判法[1]等方法,应根据工程特点,选择适宜的方法对旧有农田水利设施的再利用价值做出客观的评价,通过评价可以确定旧有农田水利设施的再利用价值情况,对于那些确无再利用价值的旧有农田水利设施,应立即拆除,尽快恢复耕地,并对建筑垃圾进行相关的资源化利用处理;而对于那些还有再利用价值的旧有农田水利设施,应通过修复或改造后再继续加以利用。

旧有农田水利设施的再利用途径、方式和方法是多方面的。因为农田水利设施的灌溉渠道系统主要由渠首工程、输配水工程和田间工程这三大部分构成[2],而这大三部分的损坏程度往往是不同的,这三大部分中各部分的组成单元也同样具有不同的损坏程度。所以,对旧有农田水利设施的再利用不一定是全部的再利用,可能是某部分或者某部分构成单元的再利用。如某地区的农田水利工程中,其输配水工程为跨越不利地形,建有一长度约为96 m的渡槽工程,由于建设年代久远,长期失修等原因,U型混凝土渡槽已严重损坏,出现开裂,漏筋和深度剥落等病害。显然,此严重损坏的U型混凝土渡槽已处于报废状态,无再利用价值,但是经过认真勘察,发现其砌石基础并没有发生明显位移和沉陷,重力式砌石基础只是砌石表面发生了风化和轻微损伤,但是对其受力性能却影响不大,仍然非常坚固耐用,所以重力式砌石基础的再利用价值很大。在这段渡槽工程处理中,可以采取局部再利用的方案,即拆除报废的U型混凝土渡槽,保留坚固耐用的砌石基础,作为新建工程的基础继续加以利用。如果处理时采取这种方案,只需重新将原渡槽拆除清理后,重新安装新渡槽即可满足灌溉要求。从而实现了旧有农田水利设施的再利用,减少了工程量,缩短了工期,节约了投资,具有显著的经济效益。

2 旧有农田水利设施的修复与改造

对于那些修复改造后还有再利用价值的旧有农田水利设施,应进行修复改造再利用,从而节约建设投资。旧有农田水利设施的修复改造可以实现其全部或者部分再利用,旧有农田水利设施改造是实现其再利用的重要途径,改造的方式是多种多样的,有使用功能的改造,有结构尺寸的改造,有改变结构形式的改造。农田水利设施常见修复改造途径如下。

(1)维修加固。旧有农田水利设施常见病害、损坏的修复技术已较为成熟,混凝土渠道表层损坏常用修补方法主要有:水泥砂浆修补法、混凝土材料修补法、预缩砂浆修补法和环氧材料修补法;混凝土渠道常见裂缝修复方法主要有:表面处理法(包括表面涂抹法和表面贴补法)、凿槽嵌补法和灌浆法[3]。旧有农田水利设施的受力构件承载能力不足时则应进行加固改造,通过改造改善其受力性能。加固改造技术发展迅速,在工程实践中常用增大截面加固法、粘贴高强材料加固法、体外预应力加固法、增加辅助构件加固法和改变结构体系加固法等方法。应用时依据各种修复加固方法的适用条件、技术要求和注意事项操作即可。渡槽工程是农田水利设施中常见加固对象,梁式渡槽结构简单,施工方便,在我国农田水利工程中应用广泛,它的工作条件与梁相似,槽身作为纵梁来承担荷载。图1是渡槽出现承载能力不足时的一种简易而有效的加固改造方案,该方案将渡槽原有简支结构受力体系变为连续结构受力体系,在梁式渡槽底部架设钢筋混凝土支撑结构,钢筋混凝土支撑结构由水平撑和斜撑组成,具体的截面尺寸与配筋情况根据工程实际计算确定,该加固改造方案具有操作简单,施工方便和合理有效的突出优点,通过加固改造,可改善原来的受力状况,显著提高渡槽的承载能力。

(2)改建、扩建原有设施。灌区改建、扩建内容丰富,形式多样,引起改建、扩建的原因是多方面的,有灌区灌溉面积的变化、水源水位的变化、河床的迁移以及渠道防渗、防冲、防淤和灌溉节水需要等众多原因。传统明渠渠道渗漏水量占渠系损失水量的绝大部分,占渠道引入水量的30%~50%,有的灌区高达60%~70%。渠系水量损失不仅降低了渠系水利用系数,减少了灌溉面积还浪费了宝贵的水资源,而且会引起地下水位上升,导致农田渍害。在有盐碱化威胁的地区,会引起土壤次生盐渍化。水量损失还会增加灌溉成本和农民的用水负担,降低灌溉效益。为了解决传统渠道经常出现的渗漏问题,要采取防渗工程措施,减少渠道渗漏水量。渠道防渗处理有利于提高渠床抗冲能力,防止渠道滑坡,减小渠道糙率系数,加大渠道流速,提高渠道输水能力,节约工程维护费用,降低灌溉成本和提高灌溉效益。某市引黄灌区统计资料表明,该市大中型灌区骨干渠道采取防渗处理后,衬砌长度达到220余km,每年平均节水量约为1.7亿m3,每年平均节约清淤费用1 900多万元。灌区灌溉面积扩大,渠道输水能力不足时,则需要扩建原有的渠道系统或配套续建相关的农田水利设施。

(3)改变传统灌溉形式。由于旧有农田水利设施的灌溉系统多包含大量的明渠灌溉方式,甚至有些灌溉系统的田间工程多是土渠,这便造成了水分的浪费严重,通过灌溉形式的整体或局部改变,采用较为节水的灌溉形式,有利于节约水资源,增加农业产量,促进农业现代化的发展。“以管代渠”即是一种典型的做法,采用低压管道代替原来明渠输水灌溉的工程形式,在许多灌区得到了大面积推广应用,低压管道根据需要和实际状况可设置在地面或地下,采用低压管道输水,可以最大限度的减少输水过程中的渗漏和蒸发损失,使输水效率达95%以上,比土渠、砌石渠道、混凝土板衬砌渠道分别节水约30%、15%和7%。对于井灌区,由于减少了水的输送损失,使从井中抽取的水量减少,从而可减少25%左右的能耗。另外,“以管代渠”,可以减少输水渠道占地,使土地利用率提高2%~3%,且具有管理方便、输水速度快、省工省时、便于机耕和养护等许多优点。因此,对于干渠保存较完好,支渠或更低级渠道损坏严重的灌区,应大力推广这种渠道改造方式,尤其是井灌区更适合低压管道输水的改造。通过这种改造,实现了旧有农田水利设施的部分再利用,节省了工程建设投资,又充分发挥了管灌的优势,提高了水分利用率,节约了水资源。

3 土地资源释放与建筑垃圾资源化利用

对于那些经过科学、客观评价,确无再利用价值的旧有农田水利设施,应及时进行拆除,释放宝贵的土地资源。我国土地的基本现状是土地资源总量多,人均占有量少,尤其是耕地少,耕地后备资源少。我国用不到世界10%的耕地养育了占世界22%的人口,随着人口的增加和经济的发展,土地资源形势日趋严峻。一方面,我国耕地面积大量减少,土地退化、损毁严重,土地后备资源严重不足,60%以上的耕地分布在水源不足或者水土流失、沙化、盐碱化严重的地区,通过开发补充耕地的潜力也十分有限;另一方面,土地利用粗放,利用率和产出率低,浪费土地的情况十分严重。因此,我国要实行严格的土地管理制度,积极有效的利用好每一份宝贵的土地资源。但是目前在我国各地仍有大量报废的农田水利设施,依然长期占据良田,没有得到应有的重视、及时的整治。

据调查,某县是典型的井灌区,由于地下水位下降和自然淤积等原因,每年会出现几万眼报废的机井。这些报废的机井中只有个别的得到了简单的处理:在井口盖一井盖或者掩埋。还有许多机井没有进行相关的处理,每年都会发生许多人畜不幸落井意外伤亡的事件。这些报废的机井如果得到妥善处理后,不但可以杜绝各类事故的发生,还可以增加出大量的耕地资源。

还有些大型灌区,伴随着节水技术的发展,采用管灌,取代了传统的灌溉方式,提高了灌溉水的利用率。在这些灌区中,管灌取代了传统的灌溉方式,从而造成了原来灌区中农田水利设施的大量闲置。这些大量闲置的农田水利设施已失去灌溉的意义和利用价值。经某灌区管理部门粗略估算,在其管理灌区内闲置的农田水利设施占地约4 hm2,近三年该灌区的平均产值约为2.25万元/hm2,两者相乘即可得出近三年这些闲置的农田水利设施占据土地资源造成的直接经济损失约为9万元。而这些农田水利设施已闲置接近8年,粗略推测在这8年期间,这些闲置的农田水利设施占据土地造成的直接经济损失达70多万元。从这笔经济账中,可以看出,长期闲置的农田水利设施占据大量土地已造成较为严重的经济损失。所以,应该尽快对这些闲置的农田水利设施妥善处治,释放长期占据的土地,恢复农业生产。

农田水利设施拆除后的土壤普遍存在物理性状不良、养分失衡、土壤垃圾多和有机质缺少等问题,释放土壤存在的上述问题严重影响土壤水、肥、气、热状况,影响作物吸收水分、养分及根系伸展,还影响耕作质量,增加耕作消耗的能量。为了满足庄稼正常生长的需要,农田水利设施拆除后一般需要经过改良处理后才能进行农业耕种,常用改良处理方法有深翻法、客土法、补充和平衡土壤养分法、施加土壤改良剂法和生物修复法等方法。实际操作中根据土地实际状况合理选择相应的处理方法,也可联合运用上述方法。释放土地土壤改良处理可以改善土壤结构和理化性质,可以促进气体交换和土壤熟化,改善土壤的温热条件,加强土壤的氧化作用,使土壤中的潜在肥力发挥作用,不断供应作物所需的水分与养分,为其生长发育创造良好的条件。

农田水利设施的主要建筑材料为石料和混凝土,报废的农田水利设施拆除后将产生大量的建筑垃圾,如果处理不当,可能会导致许多新的负面影响,而如果合理利用,却能变废为宝。这些建筑垃圾经过简易处理后可以作为农村建设材料。石料和混凝土可以作为农村道路的优质基层材料,石料还可以作为房屋等建筑物的砌石基础、墙体和其他砌筑材料,破碎处理后还可以生产出建筑用的石子。采取这种方式处理以后,可以释放出大量宝贵的耕地,方便土地耕作,提高农业产值,处理产生的建筑垃圾又可作为建筑材料资源应用到农村建设的各个领域,节约了农村建设投资,具有显著的经济效益和良好的社会效益。

4 结 语

我国广大农村存在着大量的旧有农田水利设施,面对数目如此庞大的旧有农田水利设施,如果全部推到重建,既不科学,也不现实。只能采取因地制宜,科学规划,合理再利用的指导思想,对这些农田水利设施的再利用价值进行科学、客观的评价,根据评价结果进行相应的处理。这些农田水利设施有的已经完全破坏,处于报废状态;有的保存较为完好,仍然具有一定的再利用价值,在新的农田规划中,可以全部或者部分加以利用。旧有农田水利设施的修复和再利用技术研究有利于降低农田水利设施建设的资金投入,减少工程量,加快施工进度,缩短工期;报废的农田水利设施通过拆除整治后,可以释放宝贵的土地资源,有利于增加耕地面积,促进土地资源可持续发展,缓解地区人地矛盾,促进地区经济健康发展。

参考文献

[1]李明,徐学东.基于模糊数学理论的废弃农田水利设施再利用评价模型研究[J].中国农村水利水电,2008,(3):103-105.

[2]郭元裕.农田水利学[M].北京:中国水利水电出版社,1997.

农田修复 第4篇

土壤重金属污染问题是当今主要的环境问题。重金属难降解、易积累、毒性大,对作物的生长、产量和品质都有影响,尤其是它还有被作物吸收进入食物链[1,2],从而危害人体健康的潜在威胁[3,4,5]。近年来,伴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,我国面临的土壤环境安全问题日益突出。

2 我国土壤重金属污染现状

据国家环保总局的调查,目前我国一些地区土壤污染严重,对生态环境、食品安全和农业发展都构成威胁。据不完全统计,目前全国受污染的耕地已达1 000万hm2,约占耕地总面积20%以上,每年因为土壤污染造成的经济损失达200亿元,其中每年因重金属污染的粮食达1 200万t[6]。而目前我国受 Cd、As、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积近2 000万hm2,约占总耕地面积的1/5[7]。据资料显示我国的耕地和大多数城市近郊农田都受到了不同程度的污染,如北京市通惠河灌区土壤铅含量近年来有所升高,凉水河灌区的锌、镉、汞也有明显上升;一些位点的汞、锌已超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)的极限值。长期的污水灌溉已经引起了土壤以及稻米、小麦等粮食作物中镉等重金属元素的积累,局部地区蔬菜重金属的含量已超标[8]。天津市土壤重金属污染已经形成环境问题,东丽、西青和津南菜田土壤的重金属污染均为3级,属于轻度污染,北辰菜田土壤的重金属污染,达到了中度污染[9]。此外,在重庆、香港、贵州、福建、河北、广西、江西、海南、珠江三角洲、北方河套地区等许多省市地区都发现了不同程度Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Ni 污染。我国的一些主要水域如淮河、长江流域、太湖流域、胶州湾等也发现了重金属污染[10]。

2.1 随污水进入土壤的重金属

污水灌溉一般是指经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业污水[11]。随着污水灌溉而进入土壤的重金属,以不同的方式被土壤截留,固定的重金属被土壤矿质胶体和有机质迅速吸附,一般累积在土壤表层,自上而下递减。污灌区的累积分布特点是离污染源近土壤含量高,距离远则土壤含量低。中国自20世纪60年代至今,污灌面积迅速扩大,以北方干旱地区污灌最为严重。南方地区污灌面积仅占6%,其余在西北和青藏[12]。污灌导致农田重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。

2.2 随着大气沉降进入土壤的重金属

大气中的重金属污染有自然来源和人为来源两种,由于宇宙天体作用及地球上各种地质作用而使某些重金属元素进入大气中属于自然来源,人为来源主要为工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等,他们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染,主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心,向四周及两侧扩散与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系,距城市越近污染的程度就越重,污染强弱顺序为城市、郊区、农村,随离城市的距离加大而降低,特别是城市的郊区污染较为严重。此外,还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关,重工业越发达,污染相对就越严重。

2.3 随固体废弃物进入土壤的重金属

固体废弃物种类繁多,成分复杂,不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中,由于日晒、雨淋等影响导致重金属极易移动,以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤,造成土壤重金属污染。如随着我国畜牧生产的发展,产生大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物,这类农业固体废弃物中含有植物所需N、P、K和有机质,同时由于饲料中添加了一定量的重金属盐类,因此作为肥料施入土壤增加了土壤Zn、Mn等重金属元素的含量。磷石膏属于化肥工业废物,由于其有一定量的正磷酸以及不同形态的含磷化合物,并可以改良酸性土壤,从而被大量施入土壤,造成了土壤中Cr、Pb、Mn、As含量增加。磷钢渣作为磷源施入土壤时,土壤中发现有Cr的累积。污水处理产生的污泥含有较高的有机质和氮、磷养分,因此土壤成为污泥处理的主要场所。一般来说,污泥中Cr、Pb、Cu、Zn、As极易超过控制标准,污泥的施用可使土壤重金属含量有不同程度的增加。其增加的幅度与污泥中的重金属含量、污泥的施用量及土壤管理有关。

2.4 随农用物资进入土壤的重金属

农药、化肥和地膜是重要的农用物资,对农业生产的发展起着重大的推动作用。但长期不合理施用,也易导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物,少数为有机——无机化合物或纯矿物质,个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。肥料中重金属含量一般是磷肥>复合肥>钾肥>氮肥。氮、钾肥料中重金属含量较低,磷肥中含有较多的有害重金属,复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带入。随着磷肥及复合肥的大量施用,土壤有效态Cd的含量不断增加,作物吸收Cd量也相应增加。近年来,地膜的大面积推广使用,造成了土壤的白色污染。由于地膜生产过程中加入了含有Cd、Pb的热稳定剂,同时也增加了土壤重金属污染。

3 土壤重金属污染修复技术

土壤重金属污染在一定时期内不表现出对环境的危害性,当其含量超过土壤承受力或限度,或土壤环境条件变化时,重金属有可能突然活化,引起严重的生态危害,被称为“化学定时炸弹”。通常情况下,重金属首先危害到土壤微生物,不适应重金属的微生物数量会剧烈降低,甚至灭绝,适应重金属的微生物存活下来,逐渐成为土壤优势菌。重金属对土壤中生长的农作物也有很强的毒害作用,其影响在于:一方面重金属能破坏植物的一些组织和功能,从而降低植物的产量和品质,如土壤镉含量过高会破坏植物叶片的叶绿素结构并最终导致植物衰亡,土壤中铜、锌含量超过一定限度时,作物根部会受到严重损害。治标当先治本,如果要改善蔬菜及作物的品质,土壤的重金属污染应当先治理。

3.1 工程措施

通过客土、换土和深耕翻土等措施,可以降低土壤中重金属的含量,减少重金属对土壤及植物系统产生的毒害,从而使农产品达到食品卫生标准。深耕翻土用于轻度污染的土壤,而客土和换土则实用于重污染区。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施,它具有彻底、稳定的优点,但实施工程量大、投资费用高,破坏土体结构,引起土壤肥力下降,并且还要对换出的污土进行堆放或处理。

3.2 物理修复

(1)电动修复是通过,在电场的作用下,土壤中的重金属离子(如Pb,Cd,Cr,Zn等)和无机离子以电透渗和电迁移的方式向电极运输,然后进行集中收集处理。研究发现,土壤pH、缓冲性能、土壤组分及污染金属种类会影响修复的效果。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。在沙土上的实验结果表明,土壤中Pb2+,Cr6+等重金属离子的除去率也可达90%以上。电动修复是一种原位修复技术,不搅动土层,并可以缩短修复时间,是一种经济可行的修复技术。

(2)电热修复是利用高频电压产生电磁波,产生热能,对土壤进行加热,使污染物从土壤颗粒内解吸出来,加快一些易挥发性重金属从土壤中分离,从而达到修复的目的。该技术可以修复被Hg和Se等重金属污染的土壤。另外把重金属污染区土壤置于高温高压下,形成玻璃态物质,从而达到从根本上消除土壤重金属污染的目的。

3.3 化学修复

化学修复是利用化学试剂、化学反应或化学原理来降低土壤中重金属的迁移性、生物可利用率,减少甚至去除土壤中的重金属,从而达到土壤的治理和修复[13]。化学修复主要包括淋洗、淋洗——提取法、固化法、电化学方法和施用改良剂法等。淋洗法是用清水淋洗液或含有化学助剂的水溶液淋洗被污染的土壤,又称洗土法或萃取法[14,15]。在多数情况下,为提高淋洗液的洗脱效率,需要在淋洗液中加入一些能增大重金属水溶性和迁移性的化学助剂;最常用的化学助剂是酸和鳌合剂,而后者对土壤的就地淋洗更适用,因为它们对环境的危害更小。淋洗土壤所用的主要的化学试剂有乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)、酸、弱酸盐等。

向土壤投入改良剂,通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用,以降低重金属的生物有效性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂,常用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质,不同改良剂对重金属的作用机理不同。施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值,促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。如当土壤pH>6.5时,Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。化学修复是在土壤原位上进行的,简单易行。但并不是一种永久的修复措施,因为它只改变了重金属在土壤中存在的形态,金属元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。

3.4 生物修复

生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。由于该方法效果好,易于操作,日益受到人们的重视,成为污染土壤修复研究的热点。目前生物修复技术主要集中在植物和微生物两方面,国内对土壤重金属的植物修复方面研究较多[16,17,18,19],动物修复方面也有涉及[20,21],在微生物修复方面国外研究较多[22,23]。

3.4.1 植物修复

植物修复技术是一种利用自然生长或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术。根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可分为植物提取、植物挥发和植物稳定3种类型[24]。植物提取,即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物,随后收割地上部分并进行集中处理,连续种植该植物,达到降低或去除土壤重金属污染的目的。另外,加入一些有机络合剂来增加土壤中重金属的生物有效性也可提高植物对重金属的吸收[25]。植物挥发,其机理是利用植物根系吸收金属,将其转化为气态物质挥发到大气中,以降低土壤污染。目前这方面研究最多的是类金属元素Hg和非金属元素Se。植物稳定,利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性,从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机理主要是通过金属在根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固化。

3.4.2 微生物修复

微生物修复技术在修复重金属污染的土壤方面具有独特的作用。其主要作用原理有:微生物通过各种代谢活动产生多种低分子有机酸直接或间接溶解重金属或重金属矿物[26],可以降低土壤中重金属的毒性:微生物的代谢活动可以通过其氧化还原作用改变变价金属的存在状态,降低这些重金属元素的活性[27];微生物可以通过胞外络合作用,胞外沉淀作用以及胞内积累来实现对重金属的固定作用[28];此外,细胞壁具有活性,可以将金属螯合在细胞表面[29];微生物可以改变根系微环境,从而提高植物对重金属的吸收,挥发或固定效率。

4 结语