1、在保障当期供给的同时，更加注重农业的可持续发展；启动重金属污染耕地修复试点”等相关内容。在今年召开的两会工作报告中也指出，要“坚守耕地红线，提高耕地土壤质量，增强农业的综合生产能力”。XX是有色金属之乡。世界已发现的160多种矿藏中，XX就有140多种。其中，钨、锑、铋、锌、铅等储量均在全国前列，开采历史长达2700多年。作为我国重要的重金属矿区，分布着大量优质的铅锌矿和铜锌矿等重金属矿。20世纪80年代以来，XX有色金属开采与冶炼提速，成为不少地区经济发展的支柱产业。数十年的疯狂开采后，周边生态环境遭到严重破坏。据调查表明，有色金属采选冶炼等工业行业的粗放发展是造成XX重金属污染的最主要原因
2、。XX有色金属平均开采回收率仅为50左右，伴生矿综合回收利用率仅为25，大量低品位矿石及伴生矿石被当做废矿渣遗弃，工业废水、废渣、废气等排放给周边生态环境造成了严重污染。对于土壤环境来说，矿产资源开发利用过程中对其造成的污染主要体现在以下方面：首先，尾矿和矿渣的无序堆放所造成的土壤污染，尤其是一些中小型的矿山企业，将尾矿和矿渣乱堆乱放，势必造成对周边土地资源的破坏和污染；其次，在采矿及冶炼过程中会产生大量的烟尘及有害气体，可通过大气沉降作用而最终落到地表，造成土壤污染；第三，由于矿区水资源受到污染，当地农田土壤在利用矿山废水长期灌溉后，势必导致土壤中的重金属含量严重超标；第四，采选矿过程产生的
3、大量废水在未经处理的条件下排入河流及暗沟，造成土壤及地下水的污染。据调查表明，在湘江下游株洲等县基本农田中采集的稻米样品中，镉含量超标严重，超标率超过80以上。目前，XX针对重金属污染土壤的治理，还没有按土地进行分类，且治理方法是统一的，主要是撒石灰、施有机肥和调整作物结构。虽然近年来有一些植物修复或钝化技术的应用及推广，但修复处理效果一般，且尚未形成规模，仍处于研究示范阶段。2014年7月，XX省政府在湘江流域长沙、株洲和湘潭三市进行试点，重点研究重金属污染农田土壤的修复与种植结构调整等方面的工作，要求集中治理170万亩污染耕地，主要目标是有效缓解重金属对当地农产品的污染，而不是将重金属从土
4、壤中抽离。针对XX严峻的土壤污染状况，近三年来国家已先后支持XX省55多亿元，实施了500多个项目用于治理重金属污染。其中，湘江流域项目数占全省的77、安排资金占全省的81；XX省本级也已安排14亿元重金属污染治理专项资金；湘江流域的市、州政府通过发行重金属污染治理专项债券的方式，已投入67亿元。若在加上企业的投入，XX省在湘江重金属污染治理方面的投入已在170亿元左右。目前，纳入湘江流域重金属污染治理实施方案的各项重点项目共927个，其中2015年前计划完成项目856个，已启动711个，已完成571个。2010年以来，全省已累计淘汰关闭涉重企业1018家，涉重企业减少了42。其中湘江流域淘汰
5、关闭了878家，减少了45。对历史遗留问题多、环境安全隐患大的老工业基地，实行工业企业整体搬迁或退出。基于此，为了进一步贯彻、落实好国家有关耕地土壤环境保护工作的重要任务和要求，亟需开展针对XX耕地土壤修复技术方面的研究及应用示范推广工作，构建先进的修复技术模式及工程方案，核算修复技术的处理成本，为XX耕地土壤的可持续利用及管理提供重要的技术支撑。二、修复面积、周期及目标2.1 修复面积基于对XX省污染农田土壤的调查分析及综合评价结果，依据环保部全国土壤污染状况调查重点区域土壤污染风险评估技术规定（环发2008115号）中的内容，可将农田土壤划分为高风险、中风险、低风险以及无风险土壤。本项目拟
6、针对不同风险等级的污染农田土壤，将“翻土+综合农艺调控”及“钝化+低积累品种种植+叶面肥喷施+水分管控”相结合的控源、消减、阻控修复技术分别应用于重金属污染农田，计划开展的修复示范区面积总共为1000亩。其中，200亩为高风险污染农田，800亩为中低风险污染农田。2.2 修复周期示范区重金属污染农田土壤的修复周期为三年，即2017年1月至2019年12月。基于修复技术的周期及成本考虑，对于中低风险污染农田来说，钝化+低积累品种种植+叶面肥喷施+水分管控修复工程将持续三年，即2017年至2019年；而对于高风险污染农田来说，翻土+综合农艺调控的修复工程仅在第三年完成，即2019年。2.3 修复目
7、标本项目的总体目标：示范区农用地污染土壤修复以尽量恢复土壤原始状态、维持土壤基本功能、保障农作物正常生长和农产品质量安全为主要目标，修复后土壤及农作物中目标污染物的达标率均超过95。具体来说，修复后土壤中目标污染物的总量低于土壤环境质量标准（GB15618-1995）、食用农产品产地环境质量评价标准（HJ 332-2006）中的限量标准值；同时农产品中污染物含量低于（等于）粮食卫生标准（GB 2715-2003）、农产品安全质量无公害蔬菜安全要求（GB 18406.1-2001）、食品安全国家标准-食品中污染物限量（GB 2762-2012）中目标污染物的限量标准值。具体的修复目标将分年度、依
8、照不同的修复区域及修复技术情况进行分类，详细的年度修复目标参见第五章的经费使用计划部分。本项目的修复目标污染物：主要为镉、铅、锌、汞等重金属。本项目具体目标和考核基数指标：基于修复示范区污染土壤的风险等级，结合修复技术比选，确定了本示范区耕地土壤修复工程拟采取的两套技术方案，即：高风险示范区-采用翻土+综合农艺调控修复技术；中低风险示范区-采用钝化+低积累品种种植+叶面肥喷施+水分管控修复技术。示范区污染土壤修复工程应达到的具体目标和考核技术指标如下所述。（1）高风险示范区该技术方案为降低土壤表层污染物含量的技术修复方案。首先，修复后耕层土壤中镉、铅、锌、汞等重金属低于土壤环境质量标准中的二级
9、标准的限量值，同时满足食用农产品产地环境质量评价标准中的土壤标准限量值（种植蔬菜：镉0.4 mg/kg、铅50 mg.kg、锌300 mg/kg、汞0.35 mg/kg；种植水稻：镉0.6 mg/kg、铅80 mg/kg、锌300 mg/kg、汞1.0 mg/kg）。其次，修复后示范区种植的蔬菜作物可食部分中镉、铅的含量低于0.05-0.2 mg/kg（镉的限量值因蔬菜种类不同而不同）和0.1-0.3 mg/kg（铅的限量值因蔬菜种类不同而不同）、食品安全国家标准-食品中污染物限量（GB 2762-2012）；种植的粮食作物水稻可食部分中的镉、铅、汞含量均低于食品安全国家标准-食品中污染物限量
10、（GB 2762-2012）中的规定的限量值（0.2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.02 mg/kg）。（2）中低风险示范区该技术方案为降低土壤污染物活性的技术修复方案。首先，修复后土壤中各重金属的有效态含量降低50%以上。其次，污染土壤修复后，修复后示范区种植的蔬菜作物可食部分中镉、铅的含量分别低于0.05-0.2 mg/kg（镉的限量值因蔬菜种类不同而不同）和0.1-0.3 mg/kg（铅的限量值因蔬菜种类不同而不同）食品安全国家标准-食品中污染物限量（GB 2762-2012）；种植的粮食作物水稻可食部分中的镉、铅、汞含量分别低于食品安全国家标准-食品中污染物限量（GB 2762-
11、2012）中的规定的限量值（0.2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.02 mg/kg）。表1 不同修复方案应用示范区的修复目标值单位：mg/kg风险级别评价类别镉汞铅标准来源高风险区土壤种植蔬菜地0.40.3550食用农产品产地环境质量评价标准种植水稻地0.61.080农产品蔬菜0.05-0.2-0.1-0.3食品安全国家标准-食品中污染物限量（GB 2762-2012）水稻0.20.02中低风险区有效态降低50%以上氯化钙提取法三、修复技术比选3.1可用技术筛选农田土壤重金属污染修复技术主要体现在三个方面：采用稀释法降低土壤中重金属的浓度，如农业工程修复技术；将重金属元素通过生物提取出来
12、，如植物修复等；将重金属元素固封于土壤，如土壤改良、重金属固化/稳定化技术。农田重金属污染土壤的修复技术按学科分类，可分为农业工程技术、化学和物理化学修复技术及生物修复技术。3.1.1农业工程修复技术农业工程修复技术主要有客土法、深耕法、工程去除法等。客土法，就是在污染土壤上覆盖新土、或将污染土壤挖走换上未被污染的土壤，从而减少重金属污染成分与植物根系的接触。该方法能有效减少重金属对环境的影响，但是工程量大、费用高，同时也会对环境和地质产生一定风险。对治理农田低浓度的重金属污染切实有效，但对地区性的重金属污染修复时，客土法基本是不现实的。深耕土层法，即将污染土壤通过深翻到土壤底层，或上下翻动土
13、壤充分混合，使得土表层土壤重金属的含量降低，这种方法工程量较小，适合于较重污染地区，但在特别严重污染地区应结合实际再考虑。工程去除法，先去除污染表层土壤15cm后，再在此基础上压实新土。例如采用工程去除法先去除污染表层土壤15cm后，再利用客土法客土20cm新土，采用间隙灌溉生产的水稻中Cd含量也不超标，当采用工程法先去除污染表层土壤15cm后，客土厚度超过30cm，无论采用什么水分条件生产出的水稻都能达标。3.1.2 化学和物理化学修复技术化学和物理化学修复技术主要包括化学固化/稳定化法、土壤性能改良法、电动修复法、热处理法等。化学固化/稳定化法是通过向土壤中添加固化剂（稳定剂）改变土壤的理
14、化性质，通过吸附或沉淀作用来降低重金属的生物有效性。该法的特点是土壤结构不受扰动，适用于修复污染面积地区大，修复成本主要取决于稳定剂的单位成本和添加量。固化/稳定化技术是工程中常用的修复技术，具有修复时间短、易操作的优点，在我国的应用已达70%以上，但是该方法会在一定程度上破坏土壤结构。土壤性能改良法通过施用改良剂，如石灰、有机肥、离子拮抗剂、化学沉淀剂等，用来改变污染重金属的价态或化学形态，降低重金属物质的水溶性、扩散性和生物有效性等，进而减少重金属在食物链中的传递，但该法可能破坏土壤微生物系统，易对环境造成二次污染的可能，只适合小面积严重污染土壤的处理。电动修复法是一种原位修复技术，可直接
15、在污染农田田间进行现场操作，主要是将电极插入受污染土壤，通过施加微弱电流形成电场，利用电场产生的电渗析、电迁移和电泳等效应，驱动土壤污染物沿电场方向定向迁移，从而将污染物富集至电极区进行集中处理或分离。电动修复过程中，主要的物质迁移有电渗、离子迁移、自由扩散和电泳等。该法具有修复成本低，修复效率高，后处理方便等优点，非常适合低渗透性的粘性土壤。但对难用水饱和的旱地土壤实用性较差，易受土壤性质、组分，重金属种类、金属离子组成等多原因限制，且该法尚处于实验摸索阶段，技术尚不够成熟。热处理法是通过对土壤加热升温，将挥发性污染物从土壤中解析出来，并收集进行处理。具有工艺简单的优点，但能耗大，且操作费用
16、较高，主要用于有机物污染土壤的修复，也适用于易挥发的重金属如汞等污染物。但该法易使土壤有机质和结构水遭到破坏而不能被再次利用，同时挥发的汞蒸汽等收集措施不完善会容易进人大气造成二次污染。3.1.3 生物修复技术生物修复技术是利用动、植物或微生物的生命代谢活动，对土壤中的重金属进行固化、分离、降解和富集，改变重金属在土壤中的生物有效形态，降低重金属对动、植物的危害。生物修复技术主要包括动物修复技术、微生物修复技术、植物修复技术和联合修复技术。动物修复技术主要是利用土壤中的某些低等动物（如蚯蚓、鼠类等）吸收和富集土壤中的重金属，进而在一定程度上降低污染土壤重金属的含量。蚯蚓、鼠等动物能改善土壤物理
17、结构、通气性和透水性、增强土壤肥力，被誉为“改良土壤的能手”，蚯蚓体内携带的各种微生物，提高土壤中活性微生物量，有利于退化的污染土壤生态系统的恢复。植物修复法是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系清除农田土壤中重金属污染物。污染物分去除过程和稳定过程两步走，第一步包括植物提取和植物挥发，利用重金属积累植物或超积累植物将农田土壤中的重金属提取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上的枝条部位或是挥发到大气中；第二步稳定过程，为植物稳定和植物过滤，植物通过分泌有机酸等生化过程改变根际环境（pH、Eh）或利用植物系统庞大根系的过滤吸收和富集作用将土
18、壤环境中重金属的流动性降低，生物可利用性下降。微生物修复技术是利用土壤中的各种微生物的吸附富集作用、氧化还原作用、成矿沉淀作用、淋滤作用和协同效应，达到对重金属的亲和吸附或转化为低度物质，从而降低重金属的污染程度，这些微生物包括与土壤环境安全和肥力息息相关的藻类、细菌、真菌等。联合生物修复技术就是协同两种或两种以上生物修复方法，克服单项修复技术的局限性,实现对多种污染物的同时处理和对复合污染土壤的修复,提高污染土壤的修复速率与效率。该方法已成为土壤修复技术中的重要研究内容，其中植物-微生物联合修复是广泛采用的联合生物修复技术。3.2 可用技术比选我国环境保护部提出农用地污染土壤修复原则上应采用
19、原位或原地修复模式，鼓励使用绿色、可持续的修复方法和技术。凡与土壤修复目标相违背的技术不应在筛选范围。根据这一意见，客土法、异位填埋法以及一些对土壤功能破坏较大的方法将不在考虑范围之内，同时考虑有成功应用案例、有前期科研示范、当地适宜这三项原则，选用翻土法、稳定化和生物修复三种常用方法进行比较，将三种技术比选情况汇总如下：表2 重金属污染土壤主要修复技术的对比评价方法翻土法稳定化修复植物修复技术可靠性可靠可靠，有一定经验技术安全性存在一定风险风险很小修复面积中等小大应用条件适用于中重度污染土壤，但过重污染不适合适用于中轻度污染的土壤适用于污染强度较轻的土壤，要求土壤的可种植性强实施条件原位原位
20、或异位后处置无后处理要求植物需定期收割，并需要干化焚烧等处理资源利用无资源利用富集重金属的植物干化焚烧可产生热量，焚烧灰份可作为冶炼原料地表水污染较小无地下水污染有一定风险土壤性质改变有一定改变破坏性较大基本无破坏投资和运行成本最高较高较低对上表具体比较分析如下：（1）翻土法。日本最初尝试翻土修复法，包括上世纪90年代我国台湾地区的污染土壤中，翻土法也是一种主要做法，对于重金属镉、铜、镍、锌，原则上建议采用土壤翻土混合稀释法。该方法实施性较强，在国内外有较多成功的案例。与其他方法相比，该方法能够迅速的降低项目所在地土壤中重金属的浓度，并减少耕作层中对作物风险性较高的重金属浓度的作用。但是该方法
21、并没有从根本上从土壤中去除污染物质，因此在实施过程中存在一定的风险，同时会改变土壤的理化性质，造成耕层土壤肥力下降等负面作用，因此该方法适宜在特定的条件下使用。但是在项目中结合相关的钝化技术和农艺措施等能够保证该方法的使用效果。（2）稳定化/钝化修复。稳定化/钝化修复可实施性强，在国外有很多的应用案例。但是在耕地土壤修复方面，由于稳定化药剂的引入会对土壤性质、结构和土壤生物等造成一定的危害，而且由于重金属污染物只是改变了形态，并未从土壤中去除，因而存在一定的潜在风险。因而在大面积的农田土壤中进行稳定化修复经济性较差，而且农田中水力流较多，容易造成稳定化效果的下降和药剂的流失。但是，对于重金属污
22、染土壤，采用钝化方法进行修复同时结合对土壤生态功能的保护措施是较为可行的。钝化修复还可以通过改变耕作方式和种植产物类型，避免钝化后土壤重金属对人体健康的危害。（3）植物修复。植物修复是目前最为热门的重金属污染土壤修复技术，而且在国内外许多修复案例中用到。特别是针对中轻度重金属污染耕地土壤，植物修复表现出很大的优势。但是植物修复会影响土壤的正常农耕活动，给农民的经济收益造成不利影响。如果全面实施植物修复，必须停止耕作数年。在保证耕作前提下，需要采用间作或者套作的方式来种植超积累植物，使重金属污染耕地得到有效修复。从上表对比评价可以看出，三种技术各有其适应面和优缺点，在实际修复过程中，需要根据耕地
23、土壤性质和污染特征综合考虑修复技术。结合XX省土壤理化性质特征和污染特征分析，XX省农田土壤主要为水田类型，普遍存在酸化现象，主要污染物是镉、铅、锌、汞等重金属，污染程度呈现出以中轻度污染为主，重度污染为辅的特征。结合上述各个修复技术特点，翻土法适宜用于示范区高风险区污染土壤的修复；钝化技术比较适宜中低风险区污染土壤的修复。以植物修复为主的生物修复方法属于绿色可持续的修复方法，对于保证农田以后的土壤生态功能最为有力，虽然符合政策导向和现实需求，但从修复周期、效率以及农民的可接受度等方面考虑，暂不将其做为示范区重金属污染农田的修复技术予以推广应用。表3 重金属污染土壤的钝化修复方法钝化修复优缺点
24、及对修复区域的适应性生物提取修复重金属磷酸盐可吸附及诱导污染物吸附，又能与重金属生成沉淀，效果较为显著。缺点是增加磷的淋失，造成水体富营养化，同时引起作物生长环境营养失衡，影响Mn、Ca等微量元素吸收，鲜见修复农田重金属污染土壤。汞植物提取：油菜，同时添加硫代硫酸铵，每公顷提取0.54kg汞不破坏农田土壤结构，具备一定经济价值，技术适合目标区域环境矿物材料（如沸石、硅藻土、海泡石、蒙脱石）等可使土壤中的重金属元素进入矿物内，避免导致地下水、地表水及土壤污染，效果较好，且廉价易操作，同时增强土壤自净能力。但易产生二次污染，改变土壤理化性质。目前此方法与微生物方法结合是目前热门交叉研究领域。苎麻，
25、年净化率41%效率高，绿色修复技术。可惜不适合目标区域，苎麻主要生长在南方。有机肥料（如腐植酸、厩肥等）对土壤污染物具有显著的吸附作用，并具有很好的络合性能，降低土壤重金属水溶态及有效态含量，对提高土壤肥力有利，取材方便，经济实惠，适用于盐碱化土壤。缺点是随着有机物质矿化分解，可导致被吸附的污染物重新释放。镉植物提取：印度芥菜，修复效率：1800mg/kg不破坏土壤结构，可持续，但生物量较低。比较适合目标区域石灰、粉煤灰、钢渣、高炉渣、碱性肥料可提高土壤pH，促进重金属生成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物沉淀。对于酸性土壤效果较好，且成本低廉。缺点是容易对土壤功能造成影响，且不适用于当地盐碱化土壤。镉
26、植物提取+农艺调控：宝山堇菜，并与油菜互作绿色可持续的修复技术，与油菜互作，既有经济价值又能维护土壤功能。符合目标区域。通过以上技术方法比选分析，翻土法和钝化修复分别适合高风险和中低风险等级的重金属污染农田修复需求。翻土法在技术层面比较单一固定，主要以上下层土壤对调为技术基础。而钝化修复在技术参数选择上面比较多样化，因此还要针对XX农田土壤的实际情况，将控源和水分管控也加入到综合的修复技术当中。3.3 修复技术方案通过对可用技术进行比选，综合考虑经济、可持续和技术实际应用性，根据XX污染农田土壤的特性和污染特征，拟采取两种技术组合的修复方案进行示范：对于少量存在的高风险污染区域，采用翻土+综合
27、农艺调控的修复方案；对于大面积存在的中轻度风险污染区域，采用钝化+低积累品种种植+叶面肥喷施+水分管控的修复技术建立两个修复示范。这一技术组合充分考虑了XX农田土壤的污染特征，因地制宜，可以充分发挥各个修复技术的优势和适应性，同时结合农艺调控措施，弥补技术本身的缺点，在修复污染土壤的同时，也保障农田土壤最重要的生态功能的恢复。这一技术组合方案属于边生产边修复的模式，即保障了农民的基本收益，又有利于以后的推广。XX污染农田土壤修复示范的总方案工艺流程见图1所示。图1 示范区污染农田土壤修复示范的总方案工艺流程翻土+综合农艺调控修复技术方案如下：首先将表层污染土壤剥离出来，之后将深层土壤挖出，并建立土壤犁底层，与表层污染土壤置换。表层污染土壤放入之后加入改性粘土修复剂重金属固定剂，在充分混合翻动的时候加强固定剂的作用。压实之后放入原有的土壤，并
