農田重金屬污染原位阻控技術應用研究進展

北極星環保網訊:隨著工業化與城市化進程的加快，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，耕地土壤環境質量堪憂，工礦業廢棄地及其周邊農田土壤環境問題突出，對農產品質量安全和民眾身心健康產生潛在威脅，在一定程度上影響社會穩定發展。修復土壤重金屬污染，恢復土壤生態功能，保障食物安全和農業的可持續發展，成為當前農業環境領域的重大問題。

一、我國土壤和農產品重金屬污染現狀

我國土壤重金屬污染面廣，流域性和區域性明顯。《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業基地等等部分區域土壤污染問題較為突出，西南、中南地區土壤重金屬超標範圍較大;鎘、汞、砷、鉛4 種無機污染物含量分布呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態勢。耕地土壤點位超標率高達19.4%，高於全國土壤總超標率，主要無機污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞等。耕地土壤重金屬污染已導致我國多地出現糧食作物特別是大米重金屬超標現象較為突出，以Cd的膳食風險最高。2007年，對華東、東北、華中、西南、華南和華北6個地區縣級以上市場隨機採購的91個大米樣品中Cd 含量超標率達10 %左右，70%的大米潛存著Cd 食物暴露風險問題。2010年，湖南省各地市場購買的112個大米樣品中，Pb和Cd的超標率達21%。2012年，廣東省27 個水稻品種243 份稻米樣品中，稻米Cd 超標率為11.11%，Pb 超標率為7.41%， Cr 超標率為3.70%。2013年，福建省1458 份稻米樣品中，Cd的超標率為5%左右，但通過食用大米途徑對普通人群帶來Cd危害的概率約分別為8.67%;2014年，雲南省1950份大米樣品中，Cd的超標率僅為2.5%，但Cd危害的概率為6.23%。近年來，土壤重金屬污染呈現出複合污染趨勢，問題越來越嚴重。因此，及早實施重金屬污染土壤的修復治理，可解決因受重金屬污染而產生的農產品質量安全問題和土壤環境質量惡化問題。

十二五期間，根據農業部統一部署安排,全國範圍內開展並完成了農產品產地土壤重金屬污染防治普查工作。結果顯示，我省農產品產地土壤重金屬污染形勢不容樂觀。2017年，我省啟動土壤污染狀況詳查工作，以進一步摸清土壤污染底數，查明我省耕地土壤污染分布、污染程度和污染源頭，對受污染耕地實施風險評價、等級劃分和精確管控，從源頭保障農產品質量安全。

二、農田土壤重金屬污染原位阻控技術的應用現狀

隨著「砷毒」、「血鉛」、「鎘米」等事件的頻發,重金屬污染成為最受關注的公眾事件之一，中央財政對全國重金屬污染治理修復給予了大力支持，我國土壤污染修復技術、產品及裝備體系發展迅速，從降低植物對重金屬吸收的角度，研發形成一系列安全、低成本的原位修復技術及產品，對改善和維護污染區域農產品質量安全和民眾健康起著重要的推動作用。

1、營養調控修復技術

植物體內營養元素與重金屬間的相互作用較為複雜。30年多來，國內外許多學者對兩者之間的相互作用進行了較為廣泛的研究，已有研究表明，合理施用鈣、鎂、鋅、硅、鐵、硒、氮、磷、鉀及稀土元素等可增強植物抗逆性、降低重金屬的遷移轉化，在一定程度上可緩解農作物受重金屬脅迫的影響，降低農作物對重金屬的吸收累積，其機制主要包括重金屬與陽離子營養元素間的拮抗作用、改善農作物體內酶系統和代謝過程及調節土壤根際微環境等。通過大量的肥料選擇施用及驗證，研發了消減農作物重金屬含量的功能複合肥和鈍化土壤重金屬活性的修復專用肥料，創新集成了以養分運籌為核心的營養調控修復技術。目前，該技術在珠三角珠江流域、湖南省湘江流域、廣西環江流域及長三角太湖流域等輕度污染農田均有研究應用，對於輕度污染農田的持續安全利用具有重要意義。

2、原位鈍化修復技術

施用鈍化材料、降低土壤重金屬活性是實現重金屬污染農田安全種植的重要途徑之一。鈍化材料可分為無機、有機及無機-有機複合材料三大類，它們的性質結構、對目標重金屬元素的選擇及鈍化機理不同。目前，常用的鈍化修復劑主要包括硅鈣物質、黏土礦物、金屬氧化物、含磷材料、有機物料、生物炭及新型材料等，其作用機制主要包括調節土壤理化性狀、與重金屬發生沉澱、吸附、絡合、氧化-還原等反應。施用鈍化物料雖然不能徹底清除土壤中的重金屬，但成本低、見效快、對土壤破壞小，能在一定時期內不同程度地固定土壤重金屬，抑制其危害性，不失為在現階段控制土壤重金屬進入食物鏈的一種實用修復技術，適合於我國大面積輕中度重金屬污染農田。

隨著原位鈍化修復技術研究的深入，鈍化修復劑的研發成為科研院所和企業的研究熱點。全國各地職能部門也投入大量資金，先後組織科研和企業力量在湖南、湖北、廣東、廣西、江蘇、河南、安徽、江西、雲南等建立了多個修複試驗示範工程，對不同鈍化修復材料進行田間驗證試驗和應用示範，取得較好成效。近十年來，關於鈍化修復劑的發明專利申請數量呈逐年上升趨勢，授權數量也逐年增加，已有多種鈍化修復劑產品推向市場，其修復效果得到越來越多人的認可。

3、葉面阻隔修復技術

利用葉面阻隔劑來減少甚至阻斷重金屬向農作物可食部位遷移是近年來中國農田重金屬污染防治研究的一個新方向，其作用機製為重金屬在農作物細胞壁上的沉澱或螯合作用及增強農作物對重金屬抗逆性等。常見的葉面阻隔劑包括含氮、磷、鉀及常規微量元素(鈣、鎂、鐵、硼、錳、鋅、鉬、鈦、硫)成分的葉面阻隔劑、硅基(有機硅和無機硅)葉面阻隔劑、含硒或稀土元素成分的葉面阻隔劑及含農作物生理調節類物質的葉面阻隔劑等，應用於水稻、蔬菜、玉米、綠豆等農作物。從已發表的試驗結果來看，葉面阻隔劑對農作物吸收累積Cd、Pb、As等重金屬具有較好的降低效果，但因產地、農作物類別、重金屬種類的不同，其作用效果也不盡相同。

4、低累積作物安全種植技術

不同基因型作物對重金屬的吸收累積特性不同，甚至同一種作物不同品種間對重金屬的累積也可能有較大差異。利用這些特點，篩選可食部位重金屬富集能力較弱但生長和產量基本不受影響的農作物品種，在中、輕度重金屬污染土壤上種植，可以抑制重金屬進入食物鏈，有效降低農產品的重金屬污染風險，已成為阻控重金屬污染、保障農產品安全的有效策略之一。我國學者已篩選出多種單一污染源下的重金屬低累積作物品種，如Cd低累積水稻、玉米、菜心、莧菜、小白菜、芥菜、番茄、豇豆、小麥等，但其低累積遺傳穩定性還有待於進一步田間驗證。

5、綜合阻控技術

在農田作物在整個生育期內，田間環境因素複雜多變，加之土壤污染的複雜性，單獨的營養調控、原位鈍化、葉面調控乃至植物品種選擇等措施，難以保障農作物可食部分重金屬含量達標，需要綜合考慮土壤養分、根際環境、作物品種及其他因素等，集成多種修復技術，以保障重金屬污染農田土壤上農產品的安全生產。

2013年「鎘米」事件曝光後，湖南省率先在長株潭地區啟動農田重金屬鎘污染「VIP+N 技術」修復治理模式試點示範工作。其中，V指採用低鎘品種(Variety)，I 指水分控制(Irrigation)，P 指調節酸鹼度(pH adjustment)，N指施用土壤調理劑、葉面阻控劑、翻耕改土等，即通過選用低鎘品種，優化水分管理、施用石灰和土壤調理劑等綜合技術措施的實施，在重金屬鎘中輕度污染的稻田上生產出合格的稻米，該技術模式已初顯成效。

目前，我國已有多個相關技術成果推廣應用取得突破性進展，廣東省農業科學院農業資源與環境研究所創新集成的以養分運籌、改良劑應用、低累積作物種植為核心的「農藝綜合修復技術」、中國科學院亞熱帶農業生態研究所的以輕度污染肥料改良-中度污染鈍化降活-重度污染斷鏈改製為核心的「原位鈍化修復與安全生產技術體系」以及廣東省生態環境技術研究所的「紅壤區農田鎘砷污染阻控關鍵技術」等，相關技術與產品已在我國不同地區進行了較大面積的應用示範，在一定程度上推動了污染土壤修復產業的發展，使得區域作物安全種植更有保障，社會效益和生態效益顯著。

三、農田重金屬污染原位阻控修復技術問題

1、相關技術的修復效果評價標準缺失

多年來，我國土壤是否污染以《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)作為判斷依據。同樣，污染土壤修復的效果如何，也往往以土壤重金屬總量是否降低到該標準規定的限值以下。然而，以總量作為評價標準不能有效反映土壤環境問題的複雜多樣性和區域差異性，也難以反映重金屬對植物的效應，在作用定位上不能充分體現「預防為主,保護優先,風險管控」的土壤污染治理基本思路。因此，必須考慮土壤重金屬污染對農產品影響,揭示其有效態含量狀況。

實施原位阻控技術的目的是阻控重金屬進入食物鏈，實現污染農田的安全生產，相關技術對土壤重金屬的總量影響甚微。有學者提出了用重金屬有效態臨界值作為評價農產品產地環境質量適宜性的依據, 通過建立土壤重金屬有效態的測定規範, 形成整套耕地土壤重金屬污染監測與評價技術體系。然而，目前技術修復標準尚存諸多缺失，給重金屬污染修復技術的選擇、方案的確定及修復效果的評價帶來較大困擾，急需修訂和完善相關標準。

2、新型修復產品研發不足

與發達國家相比，我國污染土壤修復行業尚處在預熱階段，設備化、工程化、產業化還存在較大差距。儘管有少部分用於重金屬污染修復的土壤調理劑產品獲農業部登記證，實現了產業化，但這些產品修復效果的穩定性和後效研究還比較缺乏，廣泛的田間試驗評估和適用範圍研究嚴重不足。因此，需開展田間長期定位監測試驗來評價不同土壤調理劑修復效果的穩定性及對土壤性質的影響，以提高產品修復效率。此外，我國修復產品的技術含量水平總體不高，新型修復材料研發力度不大，修復成本較高;農村勞動力缺乏，產品施用方法落後，機械化程度低，大面積推廣應用存在一定難度。

3、修復技術模式示範區建設支撐不足

總體來講，就我國受重金屬污染農田的面積而言，國內不同部門建設的土壤重金屬污染修復治理技術試驗性示範區數量總體偏少，規模偏小，不足以有效遏制大面積污染農田的惡化趨勢，也缺乏充分調動廣大種植戶實施修復的積極性和主動性的激勵機制。由於土壤重金屬污染的區域性和重金屬污染的複雜性，現有修復技術缺少區域代表性，導致同種技術在不同區域實施效果差異很大。因此，只有把握污染土壤的發展態勢，建設具有區域特色的綜合修復示範區，才能充分體現污染修復技術的應用價值和推廣前景。

四、展望

土壤重金屬污染事關我國糧食民生命脈和社會穩定，在實現污染物源頭控制的基礎上，依據區域污染特點、技術產品修復成本和修復效果制定相應的修復方案和策略。對於中輕度重金屬污染農田，重點開展土壤污染阻控修復技術試點示範工程建設，對土壤重金屬賦存形態、遷移轉化、土壤環境質量及作物品質和產量等進行長期定位監測，以全面評估技術產品的實施效果，加快修復技術的標準化進程，全面構建適合我國國情的土壤污染阻控修復技術體系。

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