我國農田土壤重金屬污染修復技術的應用

孫文博

摘 要：我國農業可持續發展受到農田土壤重金屬污染的嚴重挑戰。闡述了污染的根源及其波及范圍，提出了生物修復及物理化學修復等策略，實例剖析了植物與微生物修復手段在實際操作中的功效，探討了修復技術的發展動向及所遇挑戰，為我國農田土壤污染技術的應用提供一定參考。

關鍵詞：農田土壤；重金屬污染；修復技術

中圖分類號：X53 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

農田土壤的重金屬污染難題已上升為我國農業可持續發展的重大挑戰。這種污染起源于工業、農業行為以及城市化發展，土壤質量、作物生長及人體健康均可能受到影響。針對這一難題，深入研究我國農田土壤重金屬污染治理技術的應用、方法及成效，并研究其未來走向十分重要，有利于推動農田土壤生態健康、確保農產品品質和安全，促進我國農業的持續發展。

1 農田土壤重金屬污染現狀分析

1.1 探討我國農田土壤重金屬污染的來源及特性

我國農田土壤重金屬污染來源主要包括工業排放、農藥施用、化肥施用、廢棄物填埋以及生活污水等。工業進程常常導致多種重金屬的排放，例如，鉛、鎘和汞等重金屬會透過大氣降落與水體流轉途徑進入土壤。這些工業廢氣和廢水可能對土壤產生直接或間接的影響，進而引發環境污染。不恰當的農業行為可能導致土壤重金屬污染。農藥與化肥內含金屬成分，銅、鋅等金屬長期使用會使土壤中的含量升高。城市垃圾中的廢棄物包含各類金屬元素，這些廢棄物填埋后也可能會入侵土壤。

上述途徑帶來的重金屬會在土壤中持久沉積，久而久之便會引發土壤品質下降。重金屬元素過量會導致土壤生態及植物生長受損，可能沿食物鏈蔓延至人體內，誘發人體健康的潛在風險。因此，重塑土壤重金屬污染的治理與修復成效至關重要，有利于確保農田土壤健康，推動農業可持續發展。

1.2 關鍵金屬元素種類及分布狀況

我國農田土壤主要的重金屬元素有鉛、鎘、汞、鉻等，它們的分布狀況受地域及各類污染源的制約。重金屬元素，如鉛、鎘，在工業集聚地帶含量通常較高。工業廢水與廢氣可能釋放出大量鉛、鎘等重金屬，歷經長期工業污染的影響，這些元素在土壤中易于沉積[1]。農業區的土壤重金屬元素主要受農藥和化肥長期施用所誘發，一般農藥與化肥內皆含銅、鋅等金屬成分，它們隨著農業活動的頻繁進行逐漸在土壤中沉積。廢棄物填埋可能是部分區域污染的源頭，多種金屬元素或許存在于其中，最終影響土壤質量。

1.3 污染物對農作物壯大及食品安全的影響

重金屬污染會對農作物生長發育帶來負面作用，會全方位地影響植物的生理活動和生長環境。重金屬過量積累可能會影響植物對其他必需營養元素的吸收和利用，例如，氮、磷、鉀等元素會導致植物的生理機能失調和生長受阻。這些重金屬有可能直接抑制根部的發育，并影響了根部生長及養分攝取，致使植物全面發展受限。同時，重金屬會影響植物光合作用，使其葉綠素生成受阻，葉片生理作用受損，從而制約其光合作用，引發植物生長受限。此外，植物攝取部分重金屬后會在植物體內積累，民眾食用含重金屬的農作物時，容易發生疾病而導致健康受損，如毒素侵染、持久性疾病等。

鑒于土壤重金屬污染可能影響食品安全，相關部門務必運用高效的修復技巧及管理策略以降低其對農產品的損害。相關部門應采用適當的土壤治理方法，如生物修復、化學修復、物理修復等，減少土壤重金屬含量，從而降低農產品的重金屬污染概率。同時，要調整農業生產和土壤利用的監測與管理策略，保障食品質量。

2 農田土壤重金屬修復技術

2.1 生物治理方法

植物修復是通過植物吸收土壤中的重金屬，以降低土壤重金屬含量的一種生態修復手段。選用特定植物的原因是它們具備較強的重金屬吸收和適應性。在此過程中，植物根部會汲取土壤中的重金屬元素，并將其植入植物體內，囤積于根部與地表層。植物修復的優勢在于操作簡便，費用較小，修繕過程還能提升環境品質。然而，植物修復能力有限，修復進度稍顯滯后，且對于某些重金屬的攝取量也較為受限。

微生物修復技術可以借助微生物的代謝功能，對土壤中的重金屬污染物進行分解或轉變，將其轉變為較低毒性或不易溶解的狀態。此策略采納了具備抗逆性和轉化潛力的微生物菌種，受污染土壤納入其中。這些微生物通過代謝能力，重金屬分解或改變，從而降低其毒性和生物學效應[2]。相較于植物修復，微生物修復在效率和特異性方面表現更為優異。然而，微生物修復技術在應對微生物生存環境的復雜性和修復效果的可預測性方面仍存在挑戰。

值得注意的是，生物修復技術在實際操作中通常會混合應用，各自發揮優勢，規避單一方法不足。制定適宜的修復策略需兼顧土壤性質、污染程度、修復成效及經濟投入等多方面因素，以適應各種環境的需求。

2.2 理化修復方法

物理化學修復技術是一種通過物理和化學方式解決土壤重金屬污染問題的技術手段，旨在降低對生態和生物的負面影響。該技術涉及多種方法，包括特定物質注入、化學還原、離子交換技術以及電滲析工藝等。

特定物質注入是通過向土壤中引入特定修復劑來實現修復的方法。這些修復劑包括石灰、泥土和有機成分等，有利于優化土壤結構和特性，增強土壤對重金屬的吸附能力。常見修復劑會顯著降低重金屬的活性，減少對土壤中生物活性的影響，從而減輕對周邊環境和生物的負面影響。這一方法的優勢在于簡便易行，且能夠在較短時間內見到效果。

化學還原方法是指通過使用還原劑，將土壤中的重金屬離子轉化為不易溶解或難溶狀態，從而降低其毒性。常見的還原劑包括亞硫酸鹽和硫酸亞鐵，它們可以與金屬元素發生化學反應，將其轉變為難以溶解的固體物質，從而減輕毒性及遷移效應。這一方法在處理重金屬污染土壤時能夠有效地改變重金屬的形態，使其更難對周圍環境造成危害。

離子交換技術依賴于土壤本身的離子交換屬性，可以通過重金屬離子替換土壤膠體表面吸附的其他離子，從而降低重金屬的活性。采用鈣、鎂等離子替代土壤內的有毒金屬，有利于減少土壤中重金屬的釋放速度與生物利用率。這一技術有助于改變土壤中的離子平衡，減緩重金屬的遷移和生物富集。

電滲析工藝主要是依托電場力量，采用電泳技術和溶質輸送手段，收集并處理土壤中的有毒金屬。通過電場的作用，驅使土壤中的重金屬離子移向電極，完成收集或轉移至指定地點進行處理。這一方法可以高效地提取土壤中的有毒金屬，降低其濃度，進而減輕對生態環境的危害。

3 農田土壤重金屬修復技術應用案例

3.1 案例一：植物修復在某地區農田的應用

在某地區農田，由于長期受到工業排放和農業生產行為的共同影響，土壤中的重金屬含量已經過高，對生態環境和農業生產構成了威脅。為了應對這一問題，工作人員選擇采用植物修復手段，通過引入適應本地生態環境且具備重金屬吸收功能的植物來處理土壤污染。以下將詳細闡述該植物修復計劃的執行過程及取得的成果。

在實施植物修復計劃前，工作人員進行了深入的土壤調研，以準確辨別土壤中重金屬污染的種類和程度。這一調研為后續修復工作提供了基礎數據，確保了修復計劃的科學性和有效性。為了適應當地情況，選用柳樹和夏枯草等生態適應性強、具備對重金屬的吸收和富集能力的植物。同時，在污染農田環境中實施了全面的種植與管理措施。監測團隊對土壤樣本及修復植被的發展情況進行了定期搜集，并對周圍狀況進行了留意和記錄。這一系統的監測機制有助于及時發現問題，保障修復計劃的順利進行。

隨著修復計劃的執行，經過一段時間的監測，土壤中的重金屬被修復植物累積并逐漸減少，尤其在植物的根部發現了較多的污染物質累積。數據監測結果表明，修復后土壤中的重金屬含量有所減少，而修復植物呈現出茁壯的成長態勢，其株高和葉綠素含量等生長指標保持在正常范圍內。這表明植物修復策略在該地農田土壤重金屬污染治理上取得了顯著的成果。通過對修復區域與對照區域的比對研究，可以明顯看到修復地帶土壤重金屬含量減少以及修復植物的生長狀況。這一對比驗證了植物修復技術在農田土壤重金屬污染治理上的高效性和實際可行性。修復后的土壤環境顯示出良好的恢復趨勢，證實了植物修復作為一種環保治理手段的有效性。這一案例切實展示了植物修復技術在環保治理領域的應用價值。通過引入適應性強、吸收能力優越的植物，成功地實現了農田土壤重金屬污染的治理和修復。

3.2 案例二：微生物修復技術在特定農田的實施

在某農田的特定區域，土壤長期受到重金屬污染的侵襲，為解決這一問題，工作人員采用了微生物修復技術進行治理。這一技術的核心思想是利用特定微生物菌株來降解和轉化土壤中的重金屬元素，從而減輕土壤的污染程度。在整個修復過程中，工作人員進行了細致的土壤調研與評估，鑒別了污染的種類和程度，為后續的修復工作奠定了數據基礎。

為了有效應對重金屬污染，工作人員選擇了能夠降解和轉化特定重金屬的微生物菌株進行治理。這些菌株經過仔細挑選和實驗核實，可以確保其在農田環境中有能力分解或改變重金屬元素。適宜的微生物菌株被引入到污染農田的環境中后對金屬污染進行了有效的控制，修復的效果較好。

實施修復方案后，監測團隊展開了對土壤樣本的定期搜集與解析。采用前沿科技監測土壤中重金屬成分的波動，并詳細分析了微生物的繁衍狀況。這一監測過程旨在全面了解修復效果，特別是關注微生物對土壤環境的影響，以評價微生物修復對環境的作用。經過一段時間的執行與監測，調研結果顯示，修復區土壤中的重金屬濃度有所減輕，微生物菌株具有一定程度的降解或轉換功能。這表明選擇的微生物菌株在實際環境中具有良好的適應性和修復效果。

4 農田土壤重金屬修復技術的發展趨勢和問題

4.1 技術演變與新型策略

未來農田土壤重金屬修復技術的進步主要涉及生物技術驅動的優化。這需要對植物種類進行更精細的挑選，并對微生物菌株進行優化，提高重金屬吸收、降解或轉化的效果。針對各類土壤及重金屬元素組合，科學家與研究員致力于發掘更具適應力的植物及優化微生物菌株，提升恢復成效與速度[3]。

未來的研究重點是推進智能高效修復材料的研發，新型材料如納米材質、功能性復合材料備受矚目，這些材料能精確地吸附、轉化或修復土壤中的重金屬，為修復工程提供更高效率的策略。此外，生物科技與物理化學領域的交融將成為未來治理農田金屬污染的主流方法，旨在打造全面且高效的修復策略，優化重金屬修復效率與速度。

4.2 存在的問題與難題

盡管某些修復方法在短時間內可能取得顯著成果，但對其在長期內的效果和對土壤生態系統的影響，仍需要深入研究和驗證，從而確保修復效果持久，避免引發新的環境問題。工作人員應不斷改進和調整現有的治理技術，以適應不同環境條件和土壤類型。農田金屬污染目前存在的問題與難題可以概括為以下3點。

第一，在廣泛運用農田土壤重金屬治理技術時，修復費用可能會迅速攀升，成為難以承受的負擔。因此，需要尋求經濟高效、可持續的治理策略，包括研發更具成本效益的技術、提高治理效率以降低成本，以及制定政策和措施，支持農民和相關產業參與土壤修復。

第二，重金屬污染的來源多種多樣，土壤的性質也各異。因此，不同的治理措施需要根據具體的污染類型和土壤特性進行調整。并不存在一種適用于所有情況的通用修復方法。在實施修復策略時，需要根據具體的污染狀況采取有針對性的治理措施，并及時調整策略以適應不同環境條件。

第三，在修復過程中，應用的技術和材料可能會引發新的污染，或導致已經被治理的污染物重新進入環境，從而導致二次污染。為了防范這一風險，工作人員需要在修復過程中謹慎選擇技術和材料，并采取措施來減少或阻止二次污染的可能性，包括監測和評估修復過程中的潛在風險、及時調整治理措施以降低風險等。

4.3 未來可持續發展的展望

為了確保農田土壤重金屬修復技術的持續應用，跨學科協同與創新至關重要。運用環境科學、生物技術以及工程技術等多方面知識，持續優化修復策略與手段成為關鍵。這種綜合性的方法有助于不斷改進現有技術，尋求更高效、更可持續的土壤修復方案。

調整政策扶持和強化監管力度同樣至關重要。這些措施能夠推動修復技術的研發與市場應用更好地結合，進而促進其應用與普及于市場。通過更好地利用技術，可以更有效地保障農田生態系統平衡，從而確保農產品的品質，進而推動農業長期健康發展。在實施過程中，需關注技術實施的可行性、經濟效益以及環保特性。

有效解決土壤重金屬污染問題不僅需要技術手段，還需要考慮其在不同場景中的可行性和成本效益。這樣的綜合性考量有助于制定更為全面、持久有效的解決策略。針對土壤重金屬污染問題，跨學科的協同合作、政策調整與監管力度的加強以及對修復技術可行性與經濟效益的關注，已為提供更全面、更持久有效的解決策略打下了基礎。這些努力有助于促進土壤修復技術的應用，維護生態平衡，并確保農產品品質，推動農業持續健康發展。

5 結束語

我國農田土壤重金屬污染問題較為嚴峻，相關部門應深入探究重金屬污染如何對土壤及農作物產生負面影響，并使用生物修復、物理化學修復等多類修復手段進行治療。通過案例討論，揭示了植物修復與微生物修復技術在實際農田中的實際運用及良好的治理效果，并在后文探討了維修技藝的演變走向、所遇挑戰和前景展望。盡管我國農田土壤重金屬污染治理已經取得了一定的成果，但仍需繼續努力。同時，為了確保農田土壤重金屬治理的持續性，更細致地探究及跨領域協作勢在必行，相關部門應致力于促進該領域科技的發展與應用。

參考文獻

[1] 李雄飛.重金屬污染農田土壤修復技術的工程應用分析[J].皮革制作與環?？萍?，2020，4（8）：138-140.

[2] 藍慧.土壤重金屬污染修復技術及在我國的應用現狀分析[J].農村科學實驗，2021（35）：11-13，36.

[3] 王濤，王翼鵬，楊旭，等.重金屬污染農田土壤修復技術的工程應用分析[J].中國資源綜合利用，2021，39（11）：130-132.