土壤重金属污染原位阻控技术应用问题仍存在

【中国环保在线 技术前沿】随着“砷毒”、“血铅”、“镉米”等事件的频发，重金属污染成为受关注的公众事件之一。目前，我国已有多个相关技术成果推广应用取得突破性进展，推动了污染土壤修复产业的发展，使得区域作物安全种植更有保障，社会效益和生态效益显著。

土壤重金属污染原位阻控技术应用问题仍存在
随着工业化与城市化进程的加快，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地及其周边农田土壤环境问题突出，对农产品质量安全和民众身心健康产生潜在威胁，在一定程度上影响社会稳定发展。修复土壤重金属污染，恢复土壤生态功能，保障食物安全和农业的可持续发展，成为当前农业环境领域的重大问题。
一、我国土壤和农产品重金属污染现状
我国土壤重金属污染面广，流域性和区域性明显。《全国土壤污染状况调查公报》显示，长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大;镉、汞、砷、铅4 种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。耕地土壤点位超标率高达19.4%，高于全国土壤总超标率，主要无机污染物为镉、镍、铜、砷、汞等。耕地土壤重金属污染已导致我国多地出现粮食作物特别是大米重金属超标现象较为突出，以Cd的膳食风险高。2007年，对华东、东北、华中、西南、华南和华北6个地区县级以上市场随机采购的91个大米样品中Cd 含量超标率达10 %左右，70%的大米潜存着Cd 食物暴露风险问题。2010年，湖南省各地市场购买的112个大米样品中，Pb和Cd的超标率达21%。2012年，广东省27 个水稻品种243 份稻米样品中，稻米Cd 超标率为11.11%，Pb 超标率为7.41%， Cr 超标率为3.70%。2013年，福建省1458 份稻米样品中，Cd的超标率为5%左右，但通过食用大米途径对普通人群带来Cd危害的概率约分别为8.67%;2014年，云南省1950份大米样品中，Cd的超标率仅为2.5%，但Cd危害的概率为6.23%。近年来，土壤重金属污染呈现出复合污染趋势，问题越来越严重。因此，及早实施重金属污染土壤的修复治理，可解决因受重金属污染而产生的农产品质量安全问题和土壤环境质量恶化问题。
二、农田土壤重金属污染原位阻控技术的应用现状
随着“砷毒”、“血铅”、“镉米”等事件的频发，重金属污染成为受关注的公众事件之一，中央财政对全国重金属污染治理修复给予了大力支持，我国土壤污染修复技术、产品及装备体系发展迅速，从降低植物对重金属吸收的角度，研发形成一系列安全、低成本的原位修复技术及产品，对改善和维护污染区域农产品质量安全和民众健康起着重要的推动作用。
1、营养调控修复技术
植物体内营养元素与重金属间的相互作用较为复杂。30年多来，国内外许多学者对两者之间的相互作用进行了较为广泛的研究，已有研究表明，合理施用钙、镁、锌、硅、铁、硒、氮、磷、钾及稀土元素等可增强植物抗逆性、降低重金属的迁移转化，在一定程度上可缓解农作物受重金属胁迫的影响，降低农作物对重金属的吸收累积，其机制主要包括重金属与阳离子营养元素间的拮抗作用、改善农作物体内酶系统和代谢过程及调节土壤根际微环境等。通过大量的肥料选择施用及验证，研发了消减农作物重金属含量的功能复合肥和钝化土壤重金属活性的修复专用肥料，创新集成了以养分运筹为核心的营养调控修复技术。目前，该技术在珠三角珠江流域、湖南省湘江流域、广西环江流域及长三角太湖流域等轻度污染农田均有研究应用，对于轻度污染农田的持续安全利用具有重要意义。
2、原位钝化修复技术
施用钝化材料、降低土壤重金属活性是实现重金属污染农田安全种植的重要途径之一。钝化材料可分为无机、有机及无机-有机复合材料三大类，它们的性质结构、对目标重金属元素的选择及钝化机理不同。目前，常用的钝化修复剂主要包括硅钙物质、黏土矿物、金属氧化物、含磷材料、有机物料、生物炭及新型材料等，其作用机制主要包括调节土壤理化性状、与重金属发生沉淀、吸附、络合、氧化-还原等反应。施用钝化物料虽然不能彻底清除土壤中的重金属，但成本低、见效快、对土壤破坏小，能在一定时期内不同程度地固定土壤重金属，抑制其危害性，不失为在现阶段控制土壤重金属进入食物链的一种实用修复技术，适合于我国大面积轻中度重金属污染农田。
随着原位钝化修复技术研究的深入，钝化修复剂的研发成为科研院所和企业的研究热点。全国各地职能部门也投入大量资金，先后组织科研和企业力量在湖南、湖北、广东、广西、江苏、河南、安徽、江西、云南等建立了多个修复试验示范工程，对不同钝化修复材料进行田间验证试验和应用示范，取得较好成效。近十年来，关于钝化修复剂的发明申请数量呈逐年上升趋势，授权数量也逐年增加，已有多种钝化修复剂产品推向市场，其修复效果得到越来越多人的认可。
3、叶面阻隔修复技术
利用叶面阻隔剂来减少甚至阻断重金属向农作物可食部位迁移是近年来中国农田重金属污染防治研究的一个新方向，其作用机制为重金属在农作物细胞壁上的沉淀或螯合作用及增强农作物对重金属抗逆性等。常见的叶面阻隔剂包括含氮、磷、钾及常规微量元素(钙、镁、铁、硼、锰、锌、钼、钛、硫)成分的叶面阻隔剂、硅基(有机硅和无机硅)叶面阻隔剂、含硒或稀土元素成分的叶面阻隔剂及含农作物生理调节类物质的叶面阻隔剂等，应用于水稻、蔬菜、玉米、绿豆等农作物。从已发表的试验结果来看，叶面阻隔剂对农作物吸收累积Cd、Pb、As等重金属具有较好的降低效果，但因产地、农作物类别、重金属种类的不同，其作用效果也不尽相同。
4、低累积作物安全种植技术
不同基因型作物对重金属的吸收累积特性不同，甚至同一种作物不同品种间对重金属的累积也可能有较大差异。利用这些特点，筛选可食部位重金属富集能力较弱但生长和产量基本不受影响的农作物品种，在中、轻度重金属污染土壤上种植，可以抑制重金属进入食物链，有效降低农产品的重金属污染风险，已成为阻控重金属污染、保障农产品安全的有效策略之一。我国学者已筛选出多种单一污染源下的重金属低累积作物品种，如Cd低累积水稻、玉米、菜心、苋菜、小白菜、芥菜、番茄、豇豆、小麦等，但其低累积遗传稳定性还有待于进一步田间验证。
5、综合阻控技术
在农田作物在整个生育期内，田间环境因素复杂多变，加之土壤污染的复杂性，单独的营养调控、原位钝化、叶面调控乃至植物品种选择等措施，难以保障农作物可食部分重金属含量达标，需要综合考虑土壤养分、根际环境、作物品种及其他因素等，集成多种修复技术，以保障重金属污染农田土壤上农产品的安全生产。
2013年“镉米”事件曝光后，湖南省在长株潭地区启动农田重金属镉污染“VIP+N 技术”修复治理模式试点示范工作。其中，V指采用低镉品种(Variety)，I 指水分控制(Irrigation)，P 指调节酸碱度(pH adjustment)，N指施用土壤调理剂、叶面阻控剂、翻耕改土等，即通过选用低镉品种，优化水分管理、施用石灰和土壤调理剂等综合技术措施的实施，在重金属镉中轻度污染的稻田上生产出合格的稻米，该技术模式已初显成效。
目前，我国已有多个相关技术成果推广应用取得突破性进展，广东省农业科学院农业资源与环境研究所创新集成的以养分运筹、改良剂应用、低累积作物种植为核心的“农艺综合修复技术”、中国科学院亚热带农业生态研究所的以轻度污染肥料改良-中度污染钝化降活-重度污染断链改制为核心的“原位钝化修复与安全生产技术体系”以及广东省生态环境技术研究所的“红壤区农田镉砷污染阻控关键技术”等，相关技术与产品已在我国不同地区进行了较大面积的应用示范，在一定程度上推动了污染土壤修复产业的发展，使得区域作物安全种植更有保障，社会效益和生态效益显著。
三、农田重金属污染原位阻控修复技术问题
1、相关技术的修复效果评价标准缺失
多年来，我国土壤是否污染以《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)作为判断依据。同样，污染土壤修复的效果如何，也往往以土壤重金属总量是否降低到该标准规定的限值以下。然而，以总量作为评价标准不能有效反映土壤环境问题的复杂多样性和区域差异性，也难以反映重金属对植物的效应，在作用定位上不能充分体现“预防为主，保护优先，风险管控”的土壤污染治理基本思路。因此，必须考虑土壤重金属污染对农产品影响，揭示其有效态含量状况。
实施原位阻控技术的目的是阻控重金属进入食物链，实现污染农田的安全生产，相关技术对土壤重金属的总量影响甚微。有学者提出了用重金属有效态临界值作为评价农产品产地环境质量适宜性的依据， 通过建立土壤重金属有效态的测定规范， 形成整套耕地土壤重金属污染监测与评价技术体系。然而，目前技术修复标准尚存诸多缺失，给重金属污染修复技术的选择、方案的确定及修复效果的评价带来较大困扰，急需修订和完善相关标准。
2、新型修复产品研发不足
与发达国家相比，我国污染土壤修复行业尚处在预热阶段，设备化、工程化、产业化还存在较大差距。尽管有少部分用于重金属污染修复的土壤调理剂产品获农业部登记证，实现了产业化，但这些产品修复效果的稳定性和后效研究还比较缺乏，广泛的田间试验评估和适用范围研究严重不足。因此，需开展田间长期定位监测试验来评价不同土壤调理剂修复效果的稳定性及对土壤性质的影响，以提高产品修复效率。此外，我国修复产品的技术含量水平总体不高，新型修复材料研发力度不大，修复成本较高;农村劳动力缺乏，产品施用方法落后，机械化程度低，大面积推广应用存在一定难度。
3、修复技术模式示范区建设支撑不足
总体来讲，就我国受重金属污染农田的面积而言，国内不同部门建设的土壤重金属污染修复治理技术试验性示范区数量总体偏少，规模偏小，不足以有效遏制大面积污染农田的恶化趋势，也缺乏充分调动广大种植户实施修复的积极性和主动性的激励机制。由于土壤重金属污染的区域性和重金属污染的复杂性，现有修复技术缺少区域代表性，导致同种技术在不同区域实施效果差异很大。因此，只有把握污染土壤的发展态势，建设具有区域特色的综合修复示范区，才能充分体现污染修复技术的应用价值和推广前景。
四、展望
土壤重金属污染事关我国粮食民生命脉和社会稳定，在实现污染物源头控制的基础上，依据区域污染特点、技术产品修复成本和修复效果制定相应的修复方案和策略。对于中轻度重金属污染农田，重点开展土壤污染阻控修复技术试点示范工程建设，对土壤重金属赋存形态、迁移转化、土壤环境质量及作物品质和产量等进行长期定位监测，以全面评估技术产品的实施效果，加快修复技术的标准化进程，全面构建适合我国国情的土壤污染阻控修复技术体系。
原标题：农田重金属污染原位阻控技术应用研究进展