土壤污染問題日益得到重視。近期，我國(guó)科學(xué)家針對(duì)酸性土壤重金屬污染修復(fù)的研究取得重要進(jìn)展，為治理酸性土壤和重金屬污染提供一種新思路：利用黏土、生物炭等天然材料制備出一種復(fù)合納米材料，材料呈多孔納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其不僅能夠固定土壤中鹽基陽離子，提高土壤pH值，從根本上修復(fù)酸性土壤，還能夠還原、吸附土壤中的重金屬離子。據(jù)悉，該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)先適用于農(nóng)田地塊，可使植物中六價(jià)鉻的富集量降低60%。另外，經(jīng)濟(jì)上，這項(xiàng)材料畝均成本只要10元—30元，且使用便捷。相關(guān)成果以論文形式刊登于美國(guó)化學(xué)會(huì)綠色化學(xué)領(lǐng)域核心期刊《ACS可持續(xù)化學(xué)與工程》。

該課題組的負(fù)責(zé)人吳正巖告訴記者，該材料可以針對(duì)不同環(huán)境和土壤類型調(diào)整配方，以適用于礦山、工業(yè)用地、農(nóng)田等條件。目前課題組發(fā)表的文章和專利中的技術(shù)優(yōu)先適用于農(nóng)田地塊。同時(shí)，課題組正在研發(fā)工業(yè)重金屬?gòu)U水源頭治理技術(shù)以及有機(jī)肥中重金屬修復(fù)技術(shù)，重點(diǎn)治理對(duì)象為鉻、鎘、銅、砷等，預(yù)計(jì)1—2年后研發(fā)成功。

南方日?qǐng)?bào)駐京記者王詩(shī)堃記者謝慶裕

同時(shí)修復(fù)酸性土壤和重金屬污染

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，含重金屬的污染物通過灌溉、干濕沉降等多種途徑進(jìn)入土壤，造成土壤中重金屬富集。其不但影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，而且涉及大氣和水環(huán)境質(zhì)量，并可通過食物鏈危害人類和動(dòng)物的生命和健康。

目前，全世界平均每年排放汞約15000噸，銅約340萬噸，鉛約500萬噸，錳約1500萬噸，鎳約100萬噸。在我國(guó)，長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，以及東北老工業(yè)基地等區(qū)域，都面臨著土壤污染問題。

針對(duì)這一世界性難題，日前，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所吳正巖課題組，于美國(guó)化學(xué)會(huì)綠色化學(xué)領(lǐng)域核心期刊《ACS可持續(xù)化學(xué)與工程》發(fā)表論文，提出了一種用于酸性土壤重金屬污染修復(fù)的方法。

據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)利用黏土、生物炭等天然材料制備出一種復(fù)合納米材料，材料呈多孔納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其不僅能夠固定土壤中鹽基陽離子，提高土壤pH值，從根本上修復(fù)酸性土壤。另外，這種材料可以有效控制六價(jià)鉻的遷移，將六價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為三價(jià)鉻，降低農(nóng)作物對(duì)六價(jià)鉻的富集，有效緩解六價(jià)鉻污染。

六價(jià)鉻是世界公認(rèn)的有毒致癌物，可以透過細(xì)胞膜刺激皮膚，使皮膚過敏，并對(duì)食道、呼吸道造成損害，通過食物鏈在人體內(nèi)富集，引發(fā)一系列病變，嚴(yán)重威脅人類健康。近年來，隨著冶金、金屬加工、制革、顏料和有機(jī)合成等行業(yè)的發(fā)展，鉻及其化合物被廣泛應(yīng)用，隨之而來的大量含鉻廢水、廢氣及廢渣被排放到環(huán)境中，引發(fā)環(huán)境問題。2014年由環(huán)保部和國(guó)土資源部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中，鉻的點(diǎn)位超標(biāo)率有1.1%。

鉻在自然環(huán)境中最常見的價(jià)態(tài)是三價(jià)和六價(jià)，而六價(jià)鉻的毒性遠(yuǎn)高于三價(jià)鉻。特別是六價(jià)鉻被人體吸入后可能具有致癌性，而一般認(rèn)為三價(jià)鉻毒性較小或無顯著毒性。

新型修復(fù)材料成本低使用方便

吳正巖向記者簡(jiǎn)要地介紹了制備這種復(fù)合納米材料的方式：首先需要將原材料進(jìn)行重力分層和輻照處理;然后進(jìn)行有機(jī)修飾，并按照一定比例進(jìn)行復(fù)配;最后進(jìn)行篩分、造粒和分裝，得到重金屬修復(fù)劑產(chǎn)品。

據(jù)了解，這種新型的土壤修復(fù)材料畝均成本只要10元—30元，修復(fù)過程直接融入耕種流程之中，使用便捷。另外相較于傳統(tǒng)修復(fù)方法，效率也有提高。另外這種材料易于加工，可制成粉劑、液劑或顆粒劑。

這項(xiàng)技術(shù)的效果在實(shí)驗(yàn)中已得到初步驗(yàn)證。在盆栽試驗(yàn)(指用盆缽栽培作物進(jìn)行農(nóng)業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，常用于模擬環(huán)境污染物對(duì)植物的危害)中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，使用這種修復(fù)材料，可以有效降低玉米對(duì)六價(jià)鉻的攝取，對(duì)葉片的高度、葉綠素含量和玉米根長(zhǎng)有積極的影響。

吳正巖告訴記者，除了盆栽試驗(yàn)外，研究團(tuán)隊(duì)還做了面積約為10平方米的小區(qū)試驗(yàn)，結(jié)果表明，該技術(shù)可以使植物中六價(jià)鉻的富集量降低60%。他同時(shí)表示，今年將在江西、湖南、浙江等地進(jìn)行大田試驗(yàn)。

值得注意的是，在2014年，吳正巖團(tuán)隊(duì)即已申請(qǐng)了“一種修復(fù)土壤重金屬的功能性肥料及修復(fù)劑”專利。吳正巖告訴記者，這項(xiàng)專利與其新近發(fā)表的論文的技術(shù)相似，僅在配方和生產(chǎn)工藝存在一定差別。具體而言，論文中所述的是酸性土壤六價(jià)鉻修復(fù)劑，而專利中的六價(jià)鉻修復(fù)劑適用于普通土壤(即對(duì)土壤類型沒要求)。

吳正巖介紹，酸性土壤大約占世界不凍土的30%，它能夠造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，而且會(huì)激活重金屬離子，加劇重金屬對(duì)人體的危害和對(duì)環(huán)境的污染，已經(jīng)成為我國(guó)乃至世界農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。

相關(guān)

廣東：分類施策試點(diǎn)治理土壤污染

同樣受到土壤污染困擾的廣東，近年來將重金屬污染防治與土壤污染治理相結(jié)合，在重金屬污染綜合防治、土壤污染調(diào)查、污染土壤治理修復(fù)試點(diǎn)示范等方面已開展一系列工作，并取得初步成效。

作為14個(gè)重金屬污染防治重點(diǎn)省份之一，廣東在“十二五”重金屬污染防治考核中被評(píng)為良好等級(jí)。截至2015年，全省鉛、汞、鎘、鉻、砷等主要重金屬排放量分別較2007年減少28.2%、20.4%、22.2%、17.9%和28.5%，7個(gè)重點(diǎn)防控區(qū)已有5個(gè)實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)重金屬排放量比2007年減少15%的目標(biāo)，非重點(diǎn)防控區(qū)全部實(shí)現(xiàn)了2015年排放量不超過2007年的目標(biāo)。

廣東省環(huán)境科學(xué)研究院總工程師肖榮波博士表示，土壤污染治理是長(zhǎng)期的過程，國(guó)家“土十條”和去年底省政府印發(fā)的《廣東省土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》都把安全利用率作為土壤污染防治的一個(gè)核心指標(biāo)。該指標(biāo)強(qiáng)調(diào)的是污染土壤采取治理措施后，風(fēng)險(xiǎn)得到防控并能安全利用。例如輕度、中度污染耕地可以通過農(nóng)藝調(diào)控、替代種植得以重新安全利用。根據(jù)環(huán)保部數(shù)據(jù)，全國(guó)耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，廣東這個(gè)比例會(huì)更高一些。所以根據(jù)實(shí)際，把全省2020年和2030年的污染地塊安全利用率的階段目標(biāo)分別定在90%和95%。

工業(yè)用地向土壤添加改良劑穩(wěn)定游離態(tài)重金屬

技術(shù)人員揮舞著鐵鏟，向機(jī)器添加泥土和化學(xué)藥劑，機(jī)器發(fā)出陣陣轟鳴的同時(shí)，一撮撮經(jīng)過充分混合的碎土從末端被排出、堆積……而一年前回填上混合碎土的土地，已重新長(zhǎng)出植被。

這是記者在環(huán)保部華南環(huán)境科學(xué)研究所(下簡(jiǎn)稱“華南所”)清遠(yuǎn)市龍?zhí)伶?zhèn)泗合村的一處土壤修復(fù)試驗(yàn)場(chǎng)地所看到的情景。這里曾經(jīng)是廢舊金屬拆解廠，被取締后仍然遺留下土壤重金屬污染。

“我們需要把受到污染的土壤挖掘出來進(jìn)行晾曬，然后放置到機(jī)器中進(jìn)行粉碎，并按一定比例與固化劑充分混合。接下來，經(jīng)過一定時(shí)間的放置、養(yǎng)護(hù)后，再回填到原來的地方。”華南所技術(shù)人員告訴記者。

該土壤修復(fù)試驗(yàn)采用的是固化穩(wěn)定技術(shù)，通過在土壤中添加改良劑，將其中處于游離態(tài)的重金屬元素轉(zhuǎn)化為化學(xué)性質(zhì)不活潑的形態(tài)，使其穩(wěn)定起來、難以在環(huán)境中遷移、擴(kuò)散。按照華南所每周采樣的結(jié)果顯示，效果較為顯著，“土壤中重金屬的有效態(tài)減少了約50%—70%”。

田地土壤改良、植物凈化與調(diào)整種植結(jié)構(gòu)結(jié)合

耕地土壤的修復(fù)因?yàn)橐M可能地恢復(fù)其種植的功能，技術(shù)難度較高。當(dāng)前廣東部分地區(qū)已開始進(jìn)行耕地污染修復(fù)試驗(yàn)，其中清遠(yuǎn)龍?zhí)伶?zhèn)就是試點(diǎn)之一。

“我們將三處試驗(yàn)田分為輕度污染、中度污染和重度污染區(qū)。”為得到更好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及修復(fù)成果，華南所專門制定了“一區(qū)一策”的規(guī)劃，即按照地區(qū)污染源、污染程度制定出更具針對(duì)性的治理辦法。

位于民平村的試驗(yàn)田屬于輕度污染的耕地，華南所的研究人員針對(duì)該地的情況調(diào)配施加了特殊的土壤改良劑并篩選出低吸收的水稻品種。目前該方法的效果已初步體現(xiàn)。輕度污染的農(nóng)田在改良劑的作用下，種植低吸收水稻品種，可以出產(chǎn)符合安全標(biāo)準(zhǔn)的水稻。

據(jù)介紹，改良劑的原理是在耕地中添加化學(xué)藥劑，能有效穩(wěn)定土壤中的重金屬，使其通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰妆恢参镂盏姆肿有螒B(tài)，達(dá)到減少重金屬積累的效果。

對(duì)于受到中度污染的農(nóng)田，華南所在民平村的試驗(yàn)田采取了低吸收作物與土壤改良雙管齊下的辦法。“我們從當(dāng)?shù)氐乃酒贩N中篩選出兩個(gè)早稻和兩個(gè)晚稻品種，加以改良后種植到試驗(yàn)田中。此外，我們也挑選了一部分低吸收的玉米品種進(jìn)行種植實(shí)驗(yàn)。”華南所專家介紹：“目前出產(chǎn)的作物均符合食品安全標(biāo)準(zhǔn)。”

重度污染耕地修復(fù)試驗(yàn)田位于定安村。過去建在村里田邊的電線拆解小作坊，在清遠(yuǎn)市持續(xù)數(shù)年的整治行動(dòng)中已被一一清除，但其對(duì)土壤遺留下的重金屬污染則需要大力修復(fù)。華南所在此采用的修復(fù)技術(shù)屬于植物提取修復(fù)技術(shù)范疇，即在農(nóng)田里種植東南景天等超富集植物，通過其對(duì)重金屬的富集作用凈化受污染的土地;在種植作物方面，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，挑選園藝類的經(jīng)濟(jì)作物，“建議不再種植可食用的農(nóng)作物，修復(fù)的過程中盡量保持耕地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。”

礦山中和土壤酸性實(shí)現(xiàn)大面積覆綠

連綿的礦山因?yàn)橥寥乐薪饘俚淖匀槐镜字稻洼^高，土壤修復(fù)則需要通過覆綠防止水土流失，避免污染山下的河流。

蜿蜒的山路兩旁是連綿的礦脈，原來光禿禿的山頭現(xiàn)在已經(jīng)有大半覆蓋上了郁郁蔥蔥的植被。“這是大寶山礦區(qū)近年實(shí)施的尾礦堆土區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程的結(jié)果。”大寶山礦業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“大寶山礦業(yè)”)環(huán)保部負(fù)責(zé)人說。據(jù)悉，由于區(qū)域土壤本底值偏高、再加上早期民間非法采礦遺留下的污染，因此大寶山礦業(yè)優(yōu)先選擇切斷暴露途徑，對(duì)礦山進(jìn)行覆綠，通過水土保持控制污染擴(kuò)散。

負(fù)責(zé)大寶山礦區(qū)覆綠工程的經(jīng)理說，由于尾礦區(qū)的土壤基本由生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的礦渣構(gòu)成，土壤酸性強(qiáng)，重金屬容易析出，因此之前種植的樹木撐不了多久就枯萎了。覆綠項(xiàng)目工程組首先要在原來的尾礦區(qū)上撒上石灰中和土壤酸性，然后覆上一層50厘米厚的客土，最后選擇松樹、桉樹等耐酸性較強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快、抗逆性強(qiáng)的樹種種上。種上樹之后，還必須定期進(jìn)行灑水，定期撒石灰防止土壤反酸，枯死的樹木要及時(shí)補(bǔ)種。

經(jīng)過多年整治，大寶山約12萬平方米的3個(gè)大型堆土區(qū)均成功覆綠，水土保持初見成效，也有效緩解了礦渣外流的情況。

鏈接

盤點(diǎn)修復(fù)土壤大招

對(duì)于不同類型的土壤，由于土壤本身的性質(zhì)、重金屬污染的形式、程度差別都很大，選擇合適的修復(fù)方式顯得尤為重要。據(jù)介紹，針對(duì)土壤重金屬修復(fù)的方法很多，大體來分，主要有物理法、生物法和化學(xué)法。其中，物理法和部分化學(xué)法主要適用于礦山和工業(yè)用地，因?yàn)樘幚硪?guī)模較小，成本較高;生物法和部分低成本化學(xué)法主要適用于農(nóng)田，因?yàn)橐?guī)模大、成本較低。

物理方式

客土法：在污染土壤表層加入非污染土壤，或?qū)⒎俏廴就寥琅c污染土壤混勻，使得重金屬濃度降低到臨界危害濃度以下，從而達(dá)到減輕危害的目的。

換土法：將污染土壤部分或全部換去，換入非污染土壤。去表土法是根據(jù)重金屬污染表層土的特性，耕作活化下層的土壤。

深耕翻土法:翻動(dòng)土壤上下土層，使得重金屬在更大范圍內(nèi)擴(kuò)散，濃度降低到可承受的范圍。

玻璃化技術(shù):即將重金屬污染土壤置于高溫高壓環(huán)境下，待其冷卻后形成堅(jiān)硬的玻璃體物質(zhì)，這時(shí)土壤重金屬被固定，達(dá)到阻抗重金屬遷移的目的。但這項(xiàng)技術(shù)耗能太高，因此很少被使用，目前多用于處理核廢料。

電動(dòng)修復(fù):即是向重金屬污染土壤中插入電極，施加直流電壓，導(dǎo)致重金屬離子在電極附近富集，進(jìn)而進(jìn)行清理。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)中都顯示出較好的修復(fù)效果，特別是其使用方便的特點(diǎn)尤其突出。不過，其最大的問題是成本太高，因而各項(xiàng)研究多以實(shí)驗(yàn)性質(zhì)為主，少有大面積使用。

化學(xué)方式

固化法:即向土壤中添加改良劑，使土壤中的重金屬轉(zhuǎn)化為低溶解性、低毒性或低移動(dòng)性的物質(zhì)，以減輕其危害。

可根據(jù)不同的土壤情況施放不同改良劑，例如常用的通過施用石灰來提高土壤pH值，從而減緩?fù)寥乐亟饘俚臐撛谖：?。改良劑的成本一般較低，但其并未將重金屬?gòu)耐寥乐懈厩宄?，因此需要進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)以防止重金屬再次活化。

傳統(tǒng)的改良劑，包括無機(jī)物，如磷酸鹽、硅酸鹽、石灰、赤泥、骨粉、沸石、鈣鎂磷肥等，以及有機(jī)物，如秸稈堆肥、泥炭和畜禽糞便等。

淋洗法：主要利用淋洗液沖刷被重金屬污染的土壤，通過淋洗劑與重金屬離子間的作用，將污染物與土壤分離。這種方法優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用較低，但同時(shí)也存在引入的清洗劑易造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)?？捎糜诖竺娣e、重度污染土壤的治理，尤其是在輕質(zhì)土和砂質(zhì)土中效果較好。

生物方式

利用動(dòng)物、微生物或植物的生命代謝活動(dòng)，削減土壤環(huán)境中的重金屬含量或通過改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)從而降低其毒性。

據(jù)了解，自然界中存在一些植物，對(duì)某一種或幾種重金屬元素具有超富集能力，能將土壤中重金屬元素通過植物根系轉(zhuǎn)移到莖、葉、果實(shí)中，從而降低土壤重金屬污染物含量，這種植物稱為超富集植物，其對(duì)金屬元素吸收量甚至超過一般植物100倍以上。

例如，將印度芥菜種植在重金屬污染的土壤上，其對(duì)土壤中的鉛、鎘、銅、鋅等元素具有特殊的吸收富集能力。隨后將植物收獲并進(jìn)行妥善處理(如灰化回收)，即可減少土壤中重金屬離子含量。

生物法的優(yōu)勢(shì)很明顯：費(fèi)用低、易于管理與操作、不產(chǎn)生二次污染，因而日益受到人們的重視。不過其缺點(diǎn)也同樣明顯：植物生長(zhǎng)速度緩慢，若將污染土壤修復(fù)至正常標(biāo)準(zhǔn)，往往需要十?dāng)?shù)年乃至數(shù)十年時(shí)間。