农田土壤Cd污染修复技术及效果评价

农田土壤Cd污染修复技术及效果评价

殷玥萌1,2,3,4

（1. 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司, 陕西 西安 710075；2. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司, 陕西 西安 710075；3. 陕西省土地整治重点实验室, 陕西 西安 710061；4. 陕西省土地整治工程技术研究中心,陕西 西安 710075）

摘要：镉（Cd）作为自然环境中生物毒性最大的元素之一，能够通过食物链的生物富集作用进入人体，引发癌症、基因病变等，影响人体健康。近年来Cd污染修复技术备受关注，农田土壤Cd污染的修复技术及修复效果评价对保障食品安全和促进经济社会发展具有重要意义。本文论述了多种修复技术的作用机制，重点阐释了植物-微生物的协同修复机制，总结了目前发现对Cd具有富集作用的植物和微生物种类，并讨论了未来修复领域的研究方向和研究重点。

关键词：农田土壤；Cd；植物；微生物；土壤修复

土壤是人类赖以生存和发展的资源基础，对农产品质量和人类社会发展起着重要作用。随着工业化的飞速发展，出现了大气和水源污染现象，加之施肥过量等人为因素，导致农田土壤Cd污染日益严重[1]。截至目前，国内外学者对农田土壤Cd污染修复进行了大量试验研究，提出了多种修复方法和技术，包括原位钝化法、化学淋洗法、电动修复法等，但传统修复方法因其成本高、易产生二次污染、操作复杂、易对土壤结构和养分造成破坏等缺点，不适用于污染范围较大的农田土壤Cd污染修复[2]。植物-微生物协同修复技术是目前广泛推广的新型修复技术，具有成本较低、不产生二次污染、易于操作的优点，具有广阔的应用前景。

1 农田土壤Cd污染来源

（1）大气沉降。目前我国工业厂区废气和汽车尾气排放是大气沉降的重要来源。吸附在空气悬浮物颗粒上的Cd，通过大气干湿沉降进入土壤中，在土壤中不断积累富集。这一过程是土壤中Cd外源性输入的主要途径，是农田土壤Cd的重要外部来源。

（2）污水灌溉。我国是农业大国，农业灌溉用水量较大，为缓解农业用水短缺的问题，污水灌溉被广泛应用到农业生产中。污水灌溉主要来源于居民生活和工业生产废水，地表和地下污水灌溉也是造成重金属进入农田土壤的主要来源。近年来采用污水灌溉造成了一系列污染问题，例如采用工业废水灌溉农用地。工业废水中含有大量的重金属和有机污染物，对农田土壤产生了较大危害。我国有90%的农田灌溉污水重金属含量超过国家农田污水灌溉水质标准，近年来，农田灌溉污水中的汞含量得到有效控制，含量逐年降低，但污水中的Cd含量仍较高，导致农田土壤Cd污染。

（3）施肥过量。当农田土壤中Cd大量输入，难以向地上和地下迁移转化时，Cd就会在农田土壤中大量积累。农田土壤中的Cd以淋溶方式渗入地表水、地下水或通过农作物吸收转化输出，会造成一定程度的生态环境污染，因此减少农田土壤中Cd的输入十分必要。肥料在农业生产过程中广泛使用，肥料中普遍含有各种重金属元素，尤其重金属Cd含量较高，会随着耕作时间的延长而不断积累。农业生产中过量施用肥料，会导致重金属在农田土壤中不断积累富集，长此以往极易导致土壤中重金属含量超标，威胁农产品质量安全和人体健康。

（4）施用禽畜粪肥。禽畜粪便含多种营养元素及大量有机质，农业生产中人们常将禽畜粪便作为有机肥料施加到农田土壤中。禽畜进食含有微量重金属的饲料后，微量重金属通过禽畜体内生理代谢，转化到禽畜粪便中，其中的重金属含量往往超出土壤重金属背景值数倍。选用禽畜粪便制作粪肥施用到农田土壤中时，应选择重金属含量较低的禽畜粪便类型，降低农田土壤中重金属的外源输入量。

2农田土壤Cd污染常见修复技术

（1）原位钝化法是应用较广泛且易于操作的一种修复技术，该技术通过改变重金属Cd的存在形态，达到降低浓度的管控效果，此方法并未从根本上除去农田土壤中的Cd，需长期跟踪监测土壤环境风险。农田土壤修复过程中常用的钝化剂主要包括有机类、无机类和无机-有机混合类。各种钝化剂的钝化作用机制不同，在实际修复过程中，应结合农田土壤类型、受污染状况及修复条件综合选择适宜的钝化剂修复Cd污染[3]。

（2）化学淋洗法可以将农田土壤中的重金属Cd转移到淋洗剂中，使土壤中的Cd污染得以根除，保障农业生产的安全性，被广泛应用到农田土壤修复工程中。目前常用的淋洗剂包括清水、草酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠等。

（3）植物-微生物协同修复是一种绿色环保可持续的修复技术，已成为国内外研究的热点[4]。在自然条件下，植物和土壤微生物存在共生关系，植物的生长能够为土壤微生物提供良好的生存环境和多种生长所需的营养元素。这项修复技术通过组合不同种类的植物和微生物，发挥二者的修复优势，直接或间接地吸收转化农田土壤中的重金属Cd，修复过程中对土壤环境产生的二次影响较小。在植物-微生物协同修复农田土壤Cd污染的过程中，植物可以直接或者间接地吸收大量土壤中的Cd

，降低农田土壤Cd浓度，也可以利用其根系分泌物钝化农田土壤中的Cd，降低Cd的生物毒性。土壤微生物的修复机制主要有溶解作用、吸附沉淀作用和转化作用，通过这些作用机制来影响Cd在农田土壤中的迁移转化过程，缓解其生物毒性[5]。

3 展望

目前已有的土壤Cd污染修复技术中，植物-微生物协同修复技术具有无二次污染且破坏性较小等优势，是国内外研究土壤Cd污染修复的热点。结合实际修复过程，建议未来可以加强对农田土壤Cd污染来源的鉴别及影响因子研究，形成不同类型的农田土壤Cd生物有效性调控技术体系；多种修复技术联合应用，结合耕作模式、农作物种类和田间管理措施等探索最优的联合修复机制，指导农业生产。

参考文献

[1] 杨寒雯, 刘方, 刘秀明, 等.农田土壤镉污染修复技术研究进展[J].山地农业生物学报, 2020, 39(2): 58-63．

[2] 李婧, 周艳文, 陈森, 等. 我国土壤镉污染现状、危害及其治理方法综述[J]. 安徽农学通报, 2015, 21(24): 104-107.

[3] 陶玲, 管天成, 刘瑞珍, 等. 热改性坡缕石对土壤Cd污染的钝化修复研究[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(4): 782-790.

[4] 卢晋晶, 郜春花, 武雪萍, 等. 植物-微生物联合修复技术在Cd污染土壤中的研究进展[J].山西农业科学, 2019, 47(6): 1115-1120.

[5] 常海伟, 刘代欢, 贺前锋.重金属污染农田微生物修复机理研究进展[J].微生物学杂志, 2018, 38(2): 120-127.