农田土壤重金属修复技术讲座.ppt

我国农田土壤重金属污染及其修复 土壤修复讲座 我国土壤重金属污染现状农田土壤重金属修复技术农田土壤重金属修复案例重金属污染土壤控制对策 主要内容 我国土壤重金属污染现状农田土壤重金属修复技术农田土壤重金属修复案例重金属污染土壤控制对策 主要内容 重金属 比重 5 0 大约有50种 不包括天然放射性和人工合成放射性核素 元素周期表 在国民工农业生产中具有重要作用矿山开采 金属冶炼 工业生产 农药 饲料添加剂等引起重金属污染问题不可降解 进入环境会不断累积高毒性 持久性 生物放大效应 为什么出现土壤重金属污染 有色金属矿山开采 废气 废水 尾矿 pH4 17 Cu11 04 Zn9 66 Cd0 015 Pb1 34mg L 土壤水 mg L Cu1 55Zn14 8Cd0 024Pb0 048 表层土壤 mg kg Cu561Zn1135Cd2 45Pb429 当地农作物重金属污染 大白菜 Cu15 0 Zn62 8 Cd0 2 Pb1 5mg kg 我国铅 钨矿分布图 废水 废石 废渣 废气 土壤污染 我国土壤污染趋势 流域性和区域性污染 Cd 湖南 益阳 江苏 苏州 4 5 超标 59 2 0 2ppm11 1 1 0ppm 中科院红壤生态试验站长期肥料试验 李本银 周东美等 土壤学报 2008 国家粮食卫生标准为200 g kg 稻米Cd含量 ug kg 认识 有机肥农业并不安全 我国设施农业概况 我国设施农业栽培面积达到86 7万公顷 按绝对面积计算为世界第一 其中塑料中小棚40 7万公顷 占46 9 塑料大棚23 3万公顷 占26 9 温室22 7万公顷 占26 2 设施农业在我国各地得到了广大推广 目前我国已经成为世界上设施栽培面积及总产量最大的国家 重金属积累和有效性提高更为显著 Cu Cd 南京市江宁区湖熟镇设施蔬菜基地 种植5年以上重金属即出现明显积累 10年以上土壤Cd最高可高出露天菜地5倍 也受土地利用类型影响 山东寿光设施蔬菜土壤重金属随种植年限的变化 Ecotoxico Environ Saf 2013 97 204 209 98 324 330Sci TotalEnviron 2013 470 471 1140 1150 设施土壤环境问题 团粒结构被破坏 土壤容重变小 土壤板结 通气透水性差 长期大量使用化学肥料 尤其是许多生理酸性肥料或者氮肥均会造成土壤酸化 缺少雨水淋溶作用 且土壤蒸发程度高 出现土壤盐分累积 最高可达到露地土壤的20倍以上 经常处于高温高湿条件 土壤中真菌等各种病菌大量繁殖 侵害蔬菜秧苗培育和设施大田的种植生长 病菌的繁殖危害极大影响到设施蔬菜的产量与品质 土壤污染现状 2006 2010年间 国家环保部和国土资源部开展了 全国土壤现状调查及污染防治专项 资金达10亿元 截至2010年底 全国共采集土壤 农产品等各类样品21 3754个 获得有效调查数据495万个 制作图件近1 1000件 建成全国土壤污染状况调查数据库和样品库 全国土壤污染状况调查公报 耕地 土壤点位超标率为19 4 其中轻微 轻度 中度和重度污染点位比例分别为13 7 2 8 1 8 和1 1 主要污染物为镉 镍 铜 砷 汞 铅 滴滴涕和多环芳烃 从污染分布情况看 南方土壤污染重于北方 长江三角洲 珠江三角洲 东北老工业基地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 土壤污染现状 2012年 财政部与农业部两部委联合印发了 农产品产地土壤重金属污染防治实施方案 财政部向农业部拨款8 27亿 由农业部在未来五年的时间内对全国农产品产地的土壤污染状况进行调查 农业部组织全国农业环境监测站开展调查 全国有130多万个点位 其中江苏 江西各3万多个点 山东 山西各6万多个点 检测重金属主要包括 Cd Cr Pb As Hg 我国土壤重金属污染现状农田土壤重金属修复技术农田土壤重金属修复案例重金属污染土壤控制对策 主要内容 修复思路 从区域 流域角度工矿企业废水 废气 废渣达标排放存在风险或潜在风险的尾矿库 矸石堆和开采面等的复垦废水的净化处理 严格阻断污染源对农田系统重金属的供给 避免 边修复 边污染 客土法调节pH土壤改良植物修复微生物修复动物修复 如蚯蚓等 化学淋洗电动 重金属污染耕地修复技术 1980s 改良研究 最早与矿区和污灌等污染有关1990s 植物修复2000s 电动修复 微生物修复 动物修复 蚯蚓 联合修复技术 农田修复 土壤调查 评估 分级 农产品安全性 土壤重金属有效性 快速诊断技术 不同来源重金属其生物有效性存在差异 降活 改良剂 降低重金属活性或释放能力 吸附 络合 沉淀 新矿物 竞争 Ca Mg H等 减存 植物 作物 超积累植物 能源植物 草坪草等 移除 经济效益和二次风险问题 降活与减存是一对矛盾 前茬植物影响后茬植物 中低度污染农田需加强水肥管理和品种 淹水可以有效降低水稻Cd吸收 而增加对As等的吸收 对Cd问题 淹水减少吸收 但增加收割的困难 机械设备问题 生理酸性肥料如NH4 N会降低土壤酸度 应避免使用集约化养殖畜禽粪肥应该慎用 防止带入重金属品种吸收确有差异 应进一步加强 但品种产量和退化问题需考虑 镉低积累水稻品种筛选 利用这些Cd低积累水稻品种 可实现低污染农田土壤的安全生产 田间条件下 随着钙镁磷肥施用量的增加 水稻产量逐渐增高 分别为5706kghm 2 6504kghm 2和7265kghm 2 施用钙镁磷肥对水稻地上部重金属含量的降低有良好作用 田间试验水稻地上部锌镉浓度变化 水稻品种A16 水稻高产栽培技术 不同水分管理下成熟期水稻糙米总As和Cd浓度 灌溉糙米As浓度升高 而Cd浓度降低 Cd的变化比As明显 Cd轻度污染土壤上传统灌溉和淹水保证安全生产 As变化范围 1 3 2 1倍 Cd变化范围 8 5 40 8倍 调节土壤pH 土壤重金属吸附与pH关系 土壤pH缓冲作用 时间 pH 如 石灰石 生石灰等 改良剂对稻米Cu Cd含量的影响 施用改良剂处理稻米中Cu Cd含量分别降低了7 64 37 07 和13 63 50 38 紫云英 锌肥和CK处理稻米中Cd含量超出 食品中镉限量卫生标准 0 2mg kg 2 5 32 羟基磷灰石显著减少水稻对Cd的吸收 生物质炭制备 高温厌氧质量 产生PAHs等重金属的浓缩 气体颗粒物 生物质炭 生物质炭对土壤Cd固定及水稻Cd吸收影响 土壤和生物质炭的基本性质 试验处理 土壤性质变化 水稻生长变化 水稻籽粒中的Cd含量 面积 1公顷 生物量 12吨 公顷 Cd去除率 12 年 对于低污染农田土壤 全量Cd 1mgkg 1 考虑修复效率的递减规律 预计种植3 4次可实现达标修复 浙江富阳 湖南湘潭 超富集植物 连续种植伴矿景天 修复9次后土壤全量Cd和Zn分别下降80 1 96 8 和24 8 70 1 低污染土壤全量Cd 0 11mgkg 1 Zn 111mgkg 1 已经低于国家环境质量二级标准 土壤电动修复研究 络合诱导可显著提高电动修复效率 阐明了土壤pH调控是土壤重金属活化和迁移的关键因素 Cu Zn Cr等单一 复合以及有机物存在下的电动修复 Chemosphere 2004 56 3 265 273Chemosphere 2005 61 4 519 527Environ Int 2005 31 6 885 890J Hazard Mater 2007 142 111 117 三个月土壤铜去除率达76 Chemosphere 2006 63 964 971 铜污染土壤电动修复中试试验 电动修复技术是一种具有较强的竞争力的场地污染土壤修复技术 处理前 DGS6等菌株对植物生长具有一定促生作用 玉米地上部玉米根系 CK Cu400G m Cu400G i Cu400摩西球囊霉 Glomusmosseae 根内球囊霉 Glomusintraradices 丛枝菌根真菌 提高植物耐铜性 促进生长 CK副冠球囊霉Glomuscoronatum 重度污染土壤 耐性 超富集 特色经济植物 美洲商陆 Phytolaccaamericana 海州香薷 Elsholtziahaichowensis 黄花月见草 Oenotherabiennis 龙葵 Solanumnigrum 凤丹 Paeoniasuffruticosa 发展农田土壤的联合修复技术 肥料 微生物菌 改善植物生长能力和吸收重金属能力叶面肥或植物重金属吸收抑制剂 使用Si Se Zn 稀土等间作 套种 促生 增加非粮食作物而减少粮食作物中重金属的吸收轮作 粮食作物 非粮食作物 粮食作物 草坪草 粮食作物 花卉 粮食作物 速生苗木 我国土壤重金属污染现状农田土壤重金属修复技术农田土壤重金属修复案例重金属污染土壤控制对策 主要内容 Yoursitehere 贵溪冶炼厂是目前国内规模最大 技术最先进的闪速炼铜厂 但冶炼过程中产生的废渣约20万t a 周围农田受到废气 渗漏水和废水等的污染面积达2000 3000亩 厂渣冶贵 贵溪冶炼厂修复工程项目 2012 1 2013 12 项目中标价格 1572 36万元 江西省领导视察并给予高度评价 江铜贵冶周边区域九牛岗土壤修复示范项目 贵冶周边Cu Cd土壤集成修复示范工程 修复前 修复中 修复后 337504kg 贵溪窜山垅老灌区修复区水稻测产 2012 10 09 窜山垅老灌区修复区水稻稻米中铜镉含量 主要修复单元区修复前后土壤有效态铜镉含量 核心修复区巨菌草长势 修复植物或作物使用 作物含量仍超标 应该用于制作工业酒精 成本与效益分析 等非食用性的产品能源植物用于发电 沼气发酵 草坪花卉可以用于居民装饰 堆肥 有益元素的强化肥料等一些耐性或超积累植物可以提取一些有用药物 如香精等防治二次环境污染 海州香薷 伴矿景天 示范 1 5公顷 生物量 16吨 公顷 Cu去除率 10 年 示范 1公顷 生物量 12吨 公顷 Cd去除率 12 年 浙江富阳建立铜 镉污染土壤植物修复示范基地 湖南湘潭 镉污染稻田土壤修复示范河南济源 镉砷污染旱地土壤示范浙江慈溪 锌镉污染菜地土壤修复试验辽宁沈阳 镉污染菜地土壤试验贵州贵阳 多金属污染菜地土壤试验 修复技术示范推广情况 湖南湘潭示范基地 2013 6 14 土壤Cd 0 6mg kg植物Cd 86 0mg kg田间修复效率 15 6 河南济源修复示范区 2013 7 13 土壤Cd 2 81mg kg植物Cd 101mg kg田间修复效率 6 9 粮食作物 修复植物间作 实现边生产边修复 修复后植物的后续处理 甘肃白银市农田土壤工程修复项目 2011 4 2012 10 总平布置图 修复费用非常高 长株潭地区重点污染区域农田修复 治理技术与经验 水稻 VIP 降镉技术模式 VIP n 2014年修复示范效果 棉花 蚕桑 麻类 花卉等 日本农田土壤Cd污染治理 重度污染主要采用客土方法对污染土壤进行更换 中轻度土壤主要采用水分管理措施 如2007年通过水分管理来控制植物镉含量的水田面积近60万亩 日本在二战后土壤都定时施用硅肥 也曾进行大面积的石灰试验 但结果不甚理想 被认为只能作为辅助措施 但在实际应用中很少 修复费用 日本现在修复1公顷土地的费用 大约是2000万到5000万日元 约数百万元人民币 据日媒报道 导致日本痛痛病的神通川的863公顷的污染土壤 通过客土法 在耗费33年和407亿日元 约合人民币30亿元 后 终于在2012年3月17日完成 电动修复现场示范工程全景图 直流稳压电源 2套pH自动记录仪 1套电流记录仪 江苏省典型重金属污染农田修复试点示范项目 2015 2018 负责人 周东美研究员 江苏省农业环境监测与保护站 二级标准值 pH6 5 7 50 6mg kg 项目概况 2014年6月起 先后在常州 宜兴 南京 徐州等地进行采样 确认宜兴和徐州镉污染农田作为修复示范场地 1 徐州泉旺头村土壤pH为7 12 0 42 Cd浓度0 68 0 24mg kg 2 宜兴长福村土壤pH为5 39 0 28 Cd浓度0 62 0 06mg kg 二级标准值 pH 6 50 3mg kg 预期目标 67 确保示范区农产品重金属含量不超标 食品安全国家标准食品中污染物限量 GB2762 2012 且农产品重金属含量降低30 以上 施用后土壤重金属有效性 0 01MCaCl2提取 降低30 以上 举例 宜兴市长福村 我国土壤重金属污染现状农田土壤重金属修复技术农田土壤重金属修复案例重金属污染土壤控制对策 主要内容 关于加强土壤污染防治工作的意见 2008 环境保护部 十二五 科技发展规划 2011 关于加强完善环境保护标准体系的意见 2012 2012年全国环境保护科技标准工作要点 2012 国家环境保护标准 十二五 发展规划 2013 政策文件 国家环保部 农业部 农业部关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见 2015 4 13 国务院关于加强环境保护重点工作的意见 2011 国家环境保护 十二五 规划 2011 2013年1月23日 国务院办公厅关于印发 近期土壤环境保护和综合治理工作安排的通知 工作目标 逐步建立土壤环境保护政策 法规和标准体系 保障措施 完善土壤环境保护标准体系 制 修 订土壤环境质量 污染土壤风险