行業(yè)動態(tài)
農(nóng)田土壤重金屬污染原位阻控技術(shù)的應(yīng)用
來源：原創(chuàng)
編輯：富生源
時間：2017-10-31 12:06
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隨著“砷毒”、“血鉛”、“鎘米”等事件的頻發(fā)，重金屬污染逐漸成為最受關(guān)注的公眾事件之一。目前，中央財(cái)政對全國重金屬污染治理修復(fù)給予了大力支持，土壤污染修復(fù)技術(shù)、產(chǎn)品及裝備體系發(fā)展迅速，從降低植物對重金屬吸收的角度，研發(fā)形成一系列安全、低成本的原位修復(fù)技術(shù)及產(chǎn)品，對改善和維護(hù)污染區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和民眾健康起著重要的推動作用。
1、營養(yǎng)調(diào)控修復(fù)技術(shù)
植物體內(nèi)營養(yǎng)元素與重金屬間的相互作用較為復(fù)雜。30年多來，國內(nèi)外許多學(xué)者對兩者之間的相互作用進(jìn)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(qiáng)植物抗逆性、降低重金屬的遷移轉(zhuǎn)化，在一定程度上可緩解農(nóng)作物受重金屬脅迫的影響，降低農(nóng)作物對重金屬的吸收累積，其機(jī)制主要包括重金屬與陽離子營養(yǎng)元素間的拮抗作用、改善農(nóng)作物體內(nèi)酶系統(tǒng)和代謝過程及調(diào)節(jié)土壤根際微環(huán)境等。
通過大量的肥料選擇施用及驗(yàn)證，研發(fā)了消減農(nóng)作物重金屬含量的功能復(fù)合肥和鈍化土壤重金屬活性的修復(fù)專用肥料，創(chuàng)新集成了以養(yǎng)分運(yùn)籌為核心的營養(yǎng)調(diào)控修復(fù)技術(shù)。目前，該技術(shù)在珠三角珠江流域、湖南省湘江流域、廣西環(huán)江流域及長三角太湖流域等輕度污染農(nóng)田均有研究應(yīng)用，對于輕度污染農(nóng)田的持續(xù)安全利用具有重要意義。
2、原位鈍化修復(fù)技術(shù)
施用鈍化材料、降低土壤重金屬活性是實(shí)現(xiàn)重金屬污染農(nóng)田安全種植的重要途徑之一。鈍化材料可分為無機(jī)、有機(jī)及無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料三大類，它們的性質(zhì)結(jié)構(gòu)、對目標(biāo)重金屬元素的選擇及鈍化機(jī)理不同。目前，常用的鈍化修復(fù)劑主要包括硅鈣物質(zhì)、黏土礦物、金屬氧化物、含磷材料、有機(jī)物料、生物炭及新型材料等，其作用機(jī)制主要包括調(diào)節(jié)土壤理化性狀、與重金屬發(fā)生沉淀、吸附、絡(luò)合、氧化-還原等反應(yīng)。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(nèi)不同程度地固定土壤重金屬，抑制其危害性，不失為在現(xiàn)階段控制土壤重金屬進(jìn)入食物鏈的一種實(shí)用修復(fù)技術(shù)，適合于我國大面積輕中度重金屬污染農(nóng)田。
隨著原位鈍化修復(fù)技術(shù)研究的深入，鈍化修復(fù)劑的研發(fā)成為科研院所和企業(yè)的研究熱點(diǎn)。全國各地職能部門也投入大量資金，先后組織科研和企業(yè)力量在湖南、湖北、廣東、廣西、江蘇、河南、安徽、江西、云南等建立了多個修復(fù)試驗(yàn)示范工程，對不同鈍化修復(fù)材料進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)和應(yīng)用示范，取得較好成效。
近十年來，關(guān)于鈍化修復(fù)劑的發(fā)明專利申請數(shù)量呈逐年上升趨勢，授權(quán)數(shù)量也逐年增加，已有多種鈍化修復(fù)劑產(chǎn)品推向市場，其修復(fù)效果得到越來越多人的認(rèn)可。
3、葉面阻隔修復(fù)技術(shù)
利用葉面阻隔劑來減少甚至阻斷重金屬向農(nóng)作物可食部位遷移是近年來中國農(nóng)田重金屬污染防治研究的一個新方向，其作用機(jī)制為重金屬在農(nóng)作物細(xì)胞壁上的沉淀或螯合作用及增強(qiáng)農(nóng)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(guī)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(jī)硅和無機(jī)硅)葉面阻隔劑、含硒或稀土元素成分的葉面阻隔劑及含農(nóng)作物生理調(diào)節(jié)類物質(zhì)的葉面阻隔劑等，應(yīng)用于水稻、蔬菜、玉米、綠豆等農(nóng)作物。
從已發(fā)表的試驗(yàn)結(jié)果來看，葉面阻隔劑對農(nóng)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(chǎn)地、農(nóng)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(shù)
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(diǎn)，篩選可食部位重金屬富集能力較弱但生長和產(chǎn)量基本不受影響的農(nóng)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(jìn)入食物鏈，有效降低農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，已成為阻控重金屬污染、保障農(nóng)產(chǎn)品安全的有效策略之一。
我國學(xué)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(wěn)定性還有待于進(jìn)一步田間驗(yàn)證。
5、綜合阻控技術(shù)
在農(nóng)田作物在整個生育期內(nèi)，田間環(huán)境因素復(fù)雜多變，加之土壤污染的復(fù)雜性，單獨(dú)的營養(yǎng)調(diào)控、原位鈍化、葉面調(diào)控乃至植物品種選擇等措施，難以保障農(nóng)作物可食部分重金屬含量達(dá)標(biāo)，需要綜合考慮土壤養(yǎng)分、根際環(huán)境、作物品種及其他因素等，集成多種修復(fù)技術(shù)，以保障重金屬污染農(nóng)田土壤上農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)。
目前，我國已有多個相關(guān)技術(shù)成果推廣應(yīng)用取得突破性進(jìn)展，技術(shù)與產(chǎn)品已在我國不同地區(qū)進(jìn)行了較大面積的應(yīng)用示范，在一定程度上推動了污染土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得區(qū)域作物安全種植更有保障，社會效益和生態(tài)效益顯著。
1、營養(yǎng)調(diào)控修復(fù)技術(shù)
植物體內(nèi)營養(yǎng)元素與重金屬間的相互作用較為復(fù)雜。30年多來，國內(nèi)外許多學(xué)者對兩者之間的相互作用進(jìn)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(qiáng)植物抗逆性、降低重金屬的遷移轉(zhuǎn)化，在一定程度上可緩解農(nóng)作物受重金屬脅迫的影響，降低農(nóng)作物對重金屬的吸收累積，其機(jī)制主要包括重金屬與陽離子營養(yǎng)元素間的拮抗作用、改善農(nóng)作物體內(nèi)酶系統(tǒng)和代謝過程及調(diào)節(jié)土壤根際微環(huán)境等。
通過大量的肥料選擇施用及驗(yàn)證，研發(fā)了消減農(nóng)作物重金屬含量的功能復(fù)合肥和鈍化土壤重金屬活性的修復(fù)專用肥料，創(chuàng)新集成了以養(yǎng)分運(yùn)籌為核心的營養(yǎng)調(diào)控修復(fù)技術(shù)。目前，該技術(shù)在珠三角珠江流域、湖南省湘江流域、廣西環(huán)江流域及長三角太湖流域等輕度污染農(nóng)田均有研究應(yīng)用，對于輕度污染農(nóng)田的持續(xù)安全利用具有重要意義。
2、原位鈍化修復(fù)技術(shù)
施用鈍化材料、降低土壤重金屬活性是實(shí)現(xiàn)重金屬污染農(nóng)田安全種植的重要途徑之一。鈍化材料可分為無機(jī)、有機(jī)及無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料三大類，它們的性質(zhì)結(jié)構(gòu)、對目標(biāo)重金屬元素的選擇及鈍化機(jī)理不同。目前，常用的鈍化修復(fù)劑主要包括硅鈣物質(zhì)、黏土礦物、金屬氧化物、含磷材料、有機(jī)物料、生物炭及新型材料等，其作用機(jī)制主要包括調(diào)節(jié)土壤理化性狀、與重金屬發(fā)生沉淀、吸附、絡(luò)合、氧化-還原等反應(yīng)。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(nèi)不同程度地固定土壤重金屬，抑制其危害性，不失為在現(xiàn)階段控制土壤重金屬進(jìn)入食物鏈的一種實(shí)用修復(fù)技術(shù)，適合于我國大面積輕中度重金屬污染農(nóng)田。
隨著原位鈍化修復(fù)技術(shù)研究的深入，鈍化修復(fù)劑的研發(fā)成為科研院所和企業(yè)的研究熱點(diǎn)。全國各地職能部門也投入大量資金，先后組織科研和企業(yè)力量在湖南、湖北、廣東、廣西、江蘇、河南、安徽、江西、云南等建立了多個修復(fù)試驗(yàn)示范工程，對不同鈍化修復(fù)材料進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)和應(yīng)用示范，取得較好成效。
近十年來，關(guān)于鈍化修復(fù)劑的發(fā)明專利申請數(shù)量呈逐年上升趨勢，授權(quán)數(shù)量也逐年增加，已有多種鈍化修復(fù)劑產(chǎn)品推向市場，其修復(fù)效果得到越來越多人的認(rèn)可。
3、葉面阻隔修復(fù)技術(shù)
利用葉面阻隔劑來減少甚至阻斷重金屬向農(nóng)作物可食部位遷移是近年來中國農(nóng)田重金屬污染防治研究的一個新方向，其作用機(jī)制為重金屬在農(nóng)作物細(xì)胞壁上的沉淀或螯合作用及增強(qiáng)農(nóng)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(guī)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(jī)硅和無機(jī)硅)葉面阻隔劑、含硒或稀土元素成分的葉面阻隔劑及含農(nóng)作物生理調(diào)節(jié)類物質(zhì)的葉面阻隔劑等，應(yīng)用于水稻、蔬菜、玉米、綠豆等農(nóng)作物。
從已發(fā)表的試驗(yàn)結(jié)果來看，葉面阻隔劑對農(nóng)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(chǎn)地、農(nóng)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(shù)
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(diǎn)，篩選可食部位重金屬富集能力較弱但生長和產(chǎn)量基本不受影響的農(nóng)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(jìn)入食物鏈，有效降低農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，已成為阻控重金屬污染、保障農(nóng)產(chǎn)品安全的有效策略之一。
我國學(xué)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(wěn)定性還有待于進(jìn)一步田間驗(yàn)證。
5、綜合阻控技術(shù)
在農(nóng)田作物在整個生育期內(nèi)，田間環(huán)境因素復(fù)雜多變，加之土壤污染的復(fù)雜性，單獨(dú)的營養(yǎng)調(diào)控、原位鈍化、葉面調(diào)控乃至植物品種選擇等措施，難以保障農(nóng)作物可食部分重金屬含量達(dá)標(biāo)，需要綜合考慮土壤養(yǎng)分、根際環(huán)境、作物品種及其他因素等，集成多種修復(fù)技術(shù)，以保障重金屬污染農(nóng)田土壤上農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)。
目前，我國已有多個相關(guān)技術(shù)成果推廣應(yīng)用取得突破性進(jìn)展，技術(shù)與產(chǎn)品已在我國不同地區(qū)進(jìn)行了較大面積的應(yīng)用示范，在一定程度上推動了污染土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得區(qū)域作物安全種植更有保障，社會效益和生態(tài)效益顯著。