我国矿产资源丰富，为国家经济建设做出了巨大的贡献，是工业经济的重要支柱，促进了社会进步，但在矿产开采和冶炼过程中也存在一系列严重的环境问题。首先，矿产开采会占用大片土地，并会造成地质灾害。在采矿的过程中产生大量的矿渣，包括选矿渣、尾矿渣及生活垃圾等。据统计，中国铁矿石开采经选矿后68%以上为尾矿，黄金矿开采选矿后几乎100%为尾矿[1]。超过90%的矿区废弃物采取堆放处理，占用了大片的土地。我国矿山多为地下开采，常常导致地表裂缝与塌陷，严重危及到地表的人类活动。其次，矿山开采过程破坏生态环境，造成环境污染。矿区大片植被遭到破坏，表土剥离，加剧了水土流失，引起了土壤退化，导致生态失衡。矿产开采中产生的废弃物成分复杂，含有大量的酸性、碱性或有毒的物质，这些物质能对周边地区导致非常严重的影响。许多矿物有重金属伴生，矿物开采过程中常产生重金属污染。重金属具有长期性，稳定性和隐蔽性的特征，同时重金属元素会在植物体内积累，并通过食物链富集到动物和人体中，诱发癌变或其他疾病[2]，危害人类健康。如铅中毒会影响人的神经系统、造血系统和消化系统等，镉中毒则会引起骨痛病。矿区土壤重金属污染已不容忽视，到了亟待解决的地步。矿区固体废弃物和矿山酸性废水是矿区土壤中重金属的大多数来自。尤其是在Pb/Zn矿、Fe/S矿的开采过程中,尾矿废石中的Pb、Cd、Zn、Cr、Cu、As等在地表水的冲洗和雨水的淋滤下进入土壤并累积起来。而酸性废水则使矿区中的重金属元素活化，以离子形态迁移到矿区周边的农田土壤或河流中，导致土壤和河流中重金属含量远超于背景值[3]，影响农产品品质和饮水健康。另外，在矿石采矿、运输及排土过程中，尘埃污染也是矿区周边土壤中重金属的一个来源。在发达国家和地区，矿区废弃地治理已达50%以上[4]，而我国还不到10%。近年来，我国开始重视矿区重金属污染的治理，如中国污染场地修复科学技术创新与产业高质量发展论坛中来自全国各地的重金属污染场地修复专家一起商议湖南重金属污染矿区的治理措施，并对各方法的实用性做了分析。土壤重金属的各个修复办法能够降低重金属的浓度或生物可利用度，降低对生态环境及人类健康的危害。重金属污染土壤的修复中，方法的选择至关重要。本文在阐述了重金属污染土壤的基本修复原理后，着重分析了土壤重金属污染的物理修复法、化学修复法和生物修复法，为土壤中重金属的去除、固化及钝化提供了理论依据。

  国内外用来修复土壤污染的方法较多，在具体的应用过程中多为交叉使用，大体上分为三大类，即物理修复方法、化学修复方法和生物修复方法[5]。其修复原理如下：（1）加入化学改良剂转化重金属在土壤中的存在化学价态和存在形态，使其固化或钝化。或者采用物理修复等方法，使重金属在土壤中稳定化，降低其对植物和人体的毒性；（2）利用重金属累积植物、动物、微生物吸收土壤中的重金属，然后处理该生物或者回收重金属；（3）将重金属变为可溶态、游离态，接着进行淋洗并收集淋洗液中的重金属，达到降低土壤中重金属含量的目的[5]。

  物理修复法是基于机械物理的工程方法，它最重要的包含客土、换土和翻土法、电动修复法和热处理法三种。

  客土法是指向被重金属污染的土壤中加入大量干净土壤，覆盖在土壤表层或混匀，使重金属浓度降低至低于临界危害浓度，进而达到减轻污染的目的[6]。对移动性较差的重金属污染物（如铅）采用客土法时，相对较少的客土量也能满足规定的要求，可减少工程量。换土法是指把受重金属污染的土壤取走，代之以干净的土壤。该方法适用于小面积严重污染的地区，以迅速地处理问题，并防止污染扩大化。此方法要求对换出的受污染土壤进行妥善处理，以防止二次污染[7]。翻土法是指深翻土壤，使表层的重金属污染物分散到更深的土层，达到减少表层土壤污染物的目的。在矿区重金属治理的过程中，换土法治理较为彻底，而客土法和翻土法并未根除土壤中的重金属污染物，相反把重金属继续留在土壤中，因此这两种方法只适用于移动性差的重金属污染物，以免土壤中重金属污染物对地下水造成污染。

  电动修复法是由美国路易斯安那州立大学研究出的一种治理土壤污染的原位修复方法，该方法近年来在一些欧美发达国家发展非常迅速。它适合修复低渗透粘土和淤泥土，能控制污染物流向[8]。在电动修复过程中，利用天然导电性土壤加载电流形成的电场梯度使土壤中的重金属离子（如铅、镉、锌、镍、钼、铜、铀等）以电迁移和电透渗的方式向电极移动，然后在电极部位进行集中处理。郑喜坤等[9]在沙土上的实验表明，土壤中Pb2+、Cr3+等重金属离子的除去率可达90%以上。该方法不搅动土层，且修复时间较短[10]，是一种可行的修复技术。

  热处理法是利用高频电压释放电磁波产生的热能对土壤加热，使一些易挥发性有毒重金属从土壤颗粒内解吸并分离，进而达到修复的目的[11]。该技术能修复被Hg和As等重金属污染的土壤。虽然物理修复方法取得了一定的成果，但其还存在局限性。客土、换土和翻土法操作起来花费具大，破坏土壤结构，使土壤肥力下降，同时还依然需要对换土进行堆放或处理；电动修复法在实际运用中受其他多种因素影响，可控性差；热处理法对气体汞不易回收。

  该方法是指向重金属污染土壤中添加化学改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，改变其在土壤中的存在形态，使其钝化后减少向土壤深层和地下水迁移，以此来降低其生物有效性。常用的化学改良剂有石灰、碳酸钙、沸石、硅酸盐、磷酸盐等，不同改良剂对重金属的作用机理不同。如施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值，促使土壤中镉、铜、汞、锌等元素形成氢氧化物或碳酸盐等结合态盐类沉淀。如当土壤pH6.5时，Hg就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀[12]。沸石是一种碱土金属矿物，通过吸附、离子交换等降低土壤中的重金属生物有效性。黄占斌等指出对于铅、镉复合污染土壤，环境材料腐殖酸对铅有显著固定作用，而高分子材料SAP及材料组合（腐殖酸、高分子材料SAP和沸石）对镉起到明显固定作用。A.Chlopecka等发现沸石、磷石灰等能降低重金属Pb、Cd的移动性，且能够减少玉米和大麦对重金属Pb、Cd的吸收量。

  化学淋洗修复法是指在重力或外压下向污染土壤中加入化学溶剂，使重金属溶解在溶剂中，从固相转移至液相，然后再把溶解有重金属的溶液从土层中抽提出来，进行溶液中重金属的处理过程[15]。利用此方法开展修复工作时，既可以在原位进行，也可采用异位修复[16]。原位化学淋洗修复法要在污染地进行全部过程，包括清洗液投加、土壤淋出液收集和淋出液处理等。由于原位化学淋洗过程形成了可迁移态污染物，因此要把处理区域封闭起来避免污染扩大化；异位化学淋洗修复法则要把重金属污染土壤挖掘出来，用化学试剂清洗，以去除重金属，再处理含有重金属的废液，最后清洁后的土壤可以回填或作其他用途。化学淋洗法的重点是试剂的选择，可用来淋洗土壤重金属的试剂主要有盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、草酸、氢氧化钠、EDTA等。现已证明EDTA是针对重金属污染最有效的提取剂，但其价格昂贵，且对EDTA的回收还存在技术问题[17]。

  生物修复法是通过植物、微生物或者动物的代谢活动，降低土壤中重金属含量方法。它最重要的包含植物修复法、微生物修复法、动物修复法和菌根修复法四种。

  植物修复是将对重金属有超累积能力的植物种植在污染土壤上，待植物成熟后收获并进行妥善处理（如灰分回收）。通过该种植物可将重金属移出土壤，达到治理污染的目的。对于修复重金属污染土壤，植物修复法主要有植物钝化、植物提取和植物挥发三种。植物钝化是指利用植物根系分泌物降低重金属的活性，由此减少重金属的生物毒性和有效性，并防止其进入地下水和食物链，减少对人类健康的威胁。如植物分泌的磷酸盐与土壤中的铅结合成难溶的磷酸铅，使铅得到固化。除直接与重金属发生作用外，根系分泌物导致的根际环境pH值和Eh值的变化也可转变重金属的化学形态，使重金属固化在土壤中。但是这种方法并未将重金属去除，因此环境条件的改变仍有可能活化重金属。植物提取是指利用重金属超累积植物从污染土壤中吸收重金属，并将其转移、储存在植物地上部分（茎或叶），随后收割地上部分并集中处理其中的重金属，进而达到降低土壤重金属含量的目的。蒋先军等发现，印度芥菜对铜、锌、铅污染的土壤有良好修复效果。夏星辉[22]指出蕨类植物对镉的富集能力很强，杨柳科能大量富集镉，十字花科的芸苔能富集铅，芥子草能富集铅、锡、锌、铜等。在英国和澳大利亚等国家，一些对重金属有高耐受性的植物的培育已经商业化。植物挥发是指植物将其吸收的重金属转化为可挥发态，并挥发出植物的过程。如植物能吸收土壤中的Hg2+，然后使之转化成气态HgO后，通过蒸腾作用从叶片蒸发出来。这种方法只适用于具有挥发性的重金属污染物，应用场景范围较小。同时，该方法将污染物转移到大气中，对大气环境能够造成一定影响。

  微生物修复法是利用微生物对重金属的亲和吸附作用将其转化为低毒产物，以此来降低污染程度。虽然微生物不能直接降解重金属，但其可改变重金属的物理或化学特性，进而影响重金属的迁移与转化。微生物修复重金属污染土壤的机理包括生物吸附、生物转化、胞外沉淀、生物累积等。通过这一些过程，微生物便可降低土壤中重金属的生物毒性[23]。由于细胞表面带有电荷，土壤中的微生物可吸附重金属离子或通过摄取将重金属离子富集在细胞内部。微生物与重金属离子的氧化还原反应也可降低重金属的生物毒性，如在好气或厌气的条件下，异养微生物可将Cr6+还原为Cr3+，降低其毒性。杜立栋等[24]从铅污染矿区土壤中筛选出一株青霉菌，对人工培养基中有效铅的去除率达96.54%，且富集效果较为稳定，可应用于铅污染矿区土壤的生物修复。

  土壤重金属污染的动物修复是指利用土壤动物在自然条件或人工控制下，在污染土壤中生长、繁殖等活动过程中对污染物进行富集和钝化等作用，从而使污染物降低或消除的一种修复技术。在评价污染物的生态学危害研究中，科研工作者对土壤动物并未给予足够的重视，所以与微生物修复相比，国内外的相关报道还不多。而在众多土壤动物中，一致认为蚯蚓是改良土壤的能手，并且对土壤污染具有指示作用，具有巨大的修复污染土壤潜力。朱永恒等[25]研究得出蚯蚓对重金属的富集量随着污染浓度的增加而增加，蚯蚓体内的Pb、Cd和As的含量和土壤中这三项元素的含量拥有非常良好的相关性。且蚯蚓体内的金属硫蛋白和溶酶体机制可以解毒重金属。除蚯蚓外，腐生波豆虫及梅氏扁豆虫等动物对重金属也有明显的富集作用[27]。土壤动物不仅直接富集重金属，还和微生物、植物协同富集重金属，改变重金属的形态，使重金属钝化而失去毒性。

  菌根是指土壤中真菌菌丝与植物根系形成的联合体。成熟的菌根是一个复杂的群体，包括真菌、固氮菌和放线菌，这些菌类有一定的修复重金属污染的能力。菌根真菌可通过分泌特殊的分泌物改变植物根际环境，从而使重金属转变为无毒或低毒的形态，降低其毒性，起到促进重金属的植物钝化作用。申鸿等[28]通过对菌根的研究发现，菌根玉米地上部铜浓度降低24.3%，根系铜浓度降低24.1%，表明菌根植物对铜污染土壤具有一定的生物修复作用。黄艺等[29]采用根垫法和连续形态分析技术，分析了生长在重金属污染土壤中有菌根小麦和无菌根小麦根际铜、锌、铅、镉的形态分布和变化趋势，发现菌根可调节根际中土壤重金属形态降低重金属的生物有效性。此外，菌根还能使菌根植物体中重金属积累量增加，强化植物提取的效果。

  不同于水和大气，土壤是90%污染物的最终归宿，比如大气污染造成的污染物沉降，污水的灌溉和下渗，固体废弃物的填埋，其“受害者”都是土壤，且这些危害隐藏于无形。土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。从根本上说，修复已被污染土壤的技术原理可概括为：（1）改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；（2）降低土壤中有害于人体健康的物质的浓度。

  目前土壤及地下水污染的修复技术很多，但经济又实用的很少，归纳起来常用的有：热力学修复、热解吸附修复、焚烧法、土地填埋法、化学淋洗、堆肥法、植物修复、渗透反应墙、微生物修复等。这里主要介绍以下三种。

  微生物修复是治理污染土壤较有效的方法，它主要利用土壤中的土著微生物，或向对环境造成污染补充经过驯化的高效微生物，在优化的操作条件下，加速分解污染物，修复被污染的土壤。这种技术的优点是：成本低于热力学修复及化学淋洗，不破坏植物生长所需的土壤环境；污染物降解较完全，不产生二次污染；对低分子量的污染物去除率可达99%以上。

  渗透反应墙是一种原位处理技术，它在浅层土壤和地下水之间构筑一个具有渗透性、含有反应材料的墙体，污染水体经过墙体时，其中的污染物与墙内反应材料发生物理、化学反应而被除去。

  热解吸附修复技术则是目前世界上最先进的污染废弃物处理技术之一，它将受有机物污染的土壤加热至有机物沸点以上，使吸附在土壤中的有机物挥发成气态后再分离处理。其工作原理为利用污染废弃物中有机物的热不稳定性，通过非焚烧的间接加热方式实现污染物与土壤的分离。该技术可将废弃物中绝大部分的固相、油相、水相、气相回收利用，从根本上实现无害化处理。

  对于污染我们不必谈虎色变，只要从自身做起，消除污染源，保护自然环境，积极地寻找科学的方法，污染终究会得到治理。

  1. 为避免城市环境被污染，某市决定将一化工厂迁到郊区。右上图为该市待开发地区的地图：一条河流自西向东流；气候干燥，常刮西北风；现有5个厂址待选。如果你是决策者，请选出合理的厂址，并简述理由。

  2. 当土壤中的污染物质数量超越土壤的容量和自净能力时，土壤的情况必然恶化。被污染的土壤对农作物生长不利。请根据右下图完成以下任务：

  取约250克紫色卷心菜，洗净后切碎，放入不锈钢锅内，加水至浸没一半，加热煮沸10分钟，并不断搅拌菜叶。把煮后的菜汁滤入容器中，冷却至室温后装瓶，得到的紫色卷心菜滤汁即可用作酸碱指示剂。也可以把滤纸剪成条状，浸在紫色卷心菜汁内，浸透后取出晾干，再次浸泡、晾干，这样操作1～2遍后，即得到自制的pH试纸。可用这种自制的酸碱指示剂或pH试纸来检测当地自来水和土壤的酸碱性。

  自制酸碱指示剂或pH试纸的显色情况如下：pH值小于3时显红色，在3～5时显浅紫色，在6～7时显蓝色，在8～9时显青绿色，在10～12时显绿色，大于13时显黄色。

  化学污染是指化学物质进入环境所造成的污染，即由化学污染物引起的环境污染。

  土壤是地球表面的疏松表层，它是人类赖以生存的重要自然资源，并且在生态环境中占有主体地位。而近年来，随工业的快速发展和乡镇城市化，土壤重金属污染日益严重，由此会破坏人类生态环境，进而影响人们的健康，因此，土壤重金属污染的修复技术已成为一个研究热点。

  随着工农业的加快速度进行发展，多种工业如采矿、冶炼、电镀、废电池处理、金属加工等的排放以及农业中各种农药，化肥的施用均是土壤重金属污染的来源。据报道，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Mn 1500万吨，Pb 500万吨，Ni 100万吨[1]。土壤重金属污染具有污染面积达、积累时间长、不易被微生物降解、有明显的生物富集作用等特点，被重金属污染的土壤会极度影响到农作物的生长和发育，因此导致农作物的减产并污染农作物。安志装等人[2]研究之后发现镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合会引起氨基酸蛋白质的失活，甚至使植物死亡。另外，土壤中的重金属会被农作物吸收并在农作物体内富集，通过食物链进入人体，从而严重危害人体健康。

  化学固化法指的是通过在土壤中加入土壤固化剂来改变土壤的有机质含量、矿物组成、pH值和Eh值等理化性质，再经重金属的吸附或共沉淀作用来调节其在土壤中的移动性，以此来降低其共生物有效性。固化剂将污染土壤中的重金属固定后，不但可以减少重金属通过径流和淋洗作用对地表水和地下水的污染，而且被污染的土壤还有可能重建植被[3]。虽然化学固化法可以固化土壤中的重金属，但固化剂只是改变重金属在土壤中的存在形态，重金属仍留在土壤中，因而该方法还有待进一步的研究探讨。

  电动修复是近年来加快速度进行发展的技术，其作用机理是将电极对插入被污染的土壤中，在通入微弱电流形成电场，使土壤中的重金属在电场形成的各种电动力学效应下定向移动，在电极区附近富集，从而将重金属处理或分离。

  对于低渗透的粘土和淤泥土的修复，电动修复是常用的技术。郑喜坤等人[4]研究了电动修复技术对沙土中Pb2+、Cu3+等重金属离子的去除效果，根据结果得出，重金属离子的去除率达99%以上。电动修复技术是一种原位修复技术，它可以轻松又有效的去除土壤中的重金属离子，并且经济效益好，是一种可行的修复技术。

  土壤淋洗是一种适用于治理大面积重废污染土壤的方法。所谓淋洗，是指利用提取剂（包括有机或无机酸、碱、盐、表面活性剂和聚合剂等）将土壤中的固相重金属转化为液相，土壤在经水淋洗处理后可归回原位利用，而对于富含重金属的废水也可进行回收处理，进而达到修复土壤的目的[5]。吴华龙等人[6]研究了被铜污染土壤修复的有机调控机理，研究根据结果得出，外加EDTA对降低红壤对铜的吸收率与加入的EDTA量的对数量显著负相关。土壤淋洗法虽然处理量大，处理效率高，但会造成二次污染，因此，寻找一种既能提取各种形态重金属又不破坏土壤结构的提取剂将成为土壤淋洗法的研究热点。

  植物修复是指在被重金属污染的土壤中，种植某种特定的植物，利用该植物对重金属的耐性和超富集作用将重金属移出土壤，使土壤中的重金属降低到可接受的浓度，达到重金属污染修复的目的。

  根据其修复过程和作用机理可将植物修复技术分为4种：①植物萃取技术，即利用超富集植物将重金属从土壤提取出来，并将其转移，贮存到地上部分，然后通过植物收割来对重金属进行集中处理的过程[7]。韦朝阳等人[8]研究之后发现了一种大叶井口草，它对As的富集有明显的效果，其地上部分最大含量可达694mg/Kg。②植物固化技术，即利用耐金属植物及其根系微生物的一些生物化学作用降低重金属的活性，使其固化，由此减少对土壤的危害。该方法一般适用于有机质含量的矿区污染土壤的修复。③根圈生物技术，即利用植物根际分泌物和根际脱落物刺激细菌和真菌的生长，通过细菌和真菌对重金属的吸附固定作用，是重金属矿化的过程。④植物挥发技术，即利用植物根系的吸收、积累和挥发作用减少土壤中一些挥发性污染物，及植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中[9]。

  工程措施是比较经典和传统的修复土壤重金属污染的方法，最重要的包含客土、换土及深耕翻土等方法。通过客土、换土或者将深耕翻土与污土混合，使土壤中重金属的含量降低，减少重金属对土壤植物的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准[10]。

  客土法是将干净的土壤覆盖在已受污染的土壤上混匀，以此来降低土壤中污染物的浓度；换土法是用干净的土壤代替受污染的的土壤，对于换出的土壤应做处理，防止二次污染的发生；深耕翻土是将表层已受到污染的土壤翻至深层，从而使土壤中污染物的浓度降低。

  目前运用于修复土壤重金属污染的技术有很多，但每种修复技术对于土壤重金属污染修复均有一定的弊端，并且对于不一样的土壤受重金属的污染的程度的不同，单一的使用某种技术并不能够达到理想的效果，因此，在实际应用中，应综合多种修复技术的优点，互取优势，研究出新型的具有高效，低耗的修复技术。

  [1]周泽义.中国蔬菜重金属污染及控制[J].资源生态环境网络研究动态.1999，10（3）：21-27.

  [2]安志装，王校常.重金属与营养元素交互作用的植物生理效应[J].土壤与环境，2002，11（4）：392-296.

  [4]郑喜坤，鲁安怀，等. 土壤重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境，2002，11（1）：79-84.

  [5]龙新宪，杨肖娥，倪吾钟. 重金属污染土壤修复技术探讨研究的现状与展望[J].应用生态学报，2002，13（6）：757-762.

  [6]吴龙华，骆永明，黄焕忠. 铜污染土壤修复的有机调控研究I.可溶性有机物和EDTA对污染红壤的释放作用[J].土壤，2000，（2）：62-66.

  [8]韦朝阳，陈同斌，黄泽春，等. 大叶井口边草—一种新发现的富集砷的植物[J].生态学报，2002，22（5）：777-778.

  工程措施主要是利用新鲜未受污染的土壤替换或部分替换污染的土壤，以稀释原污染物浓度，增加土壤环境容量，进而达到修复土壤污染的一种物理方法，包括客土、换土、深耕翻土等方法。其中，深耕翻土法适用于轻度污染的土壤，而客土法和换土法则适用于相对重污染的土壤。工程措施法是较为经典的重金属污染土壤治理手段，具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大，投资费用高，破坏土体结构，易引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或进一步处理，因此不是一种理想的污染土壤修复方法。

  1.2玻璃化玻璃化技术大多数都用在重金属污染土壤的修复过程中，通过对污染土壤固体组分施加高温度高压力处理，使之形成化学性质稳定、不渗水、坚硬的玻璃态物质，将重金属固定于其中，进而达到从根本上消除土壤重金属污染的目的。王贝贝等采用微波技术对土壤中Cd进行玻璃化固定处理，根据结果得出，当微波（539W）辐照5min时，Cd的固定率可达95%以上。玻璃化技术最大的特点是见效快，适用于对受到重金属污染严重的土壤进行抢救性修复工作，但该技术实施工程量大，费用偏高，限制了其推广应用。

  热处理技术是通过直接或间接热交换，将污染土壤及其所含的污染物质加热到足够的温度，使污染物挥发或分离，最重要的包含热脱附和微波热修复。该技术一般适用于处理土壤中的VOC和SVOC、农药、高沸点氯代化合物等，不适用于处理土壤中除Hg、As和Se外的大部分重金属、腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂等。美国海军工程服务中心采用热处理技术在154℃条件下修复油类污染土壤，总石油烃浓度由4700mg/kg降至257mg/kg，去除率达到95%；Kunkel等采用原位热解吸技术修复受Hg污染土壤，研究表明在温度不高于土壤沸点的条件下可以去除污染土壤中99.8%的Hg；此外，Navarro等还研究了利用太阳能来热解吸污染土壤中的Hg和As，以解决热解吸技术能源消耗的问题，取得了较好的处理效果。

  与传统热处理技术由外至内的热传导不同，微波加热可使被加热的土壤介质内外同时加热升温，从而有很大效果预防了由外至内的热传导造成的土壤外层易挥发性物质和水份的快速挥发而引起的土壤外层结构发生变化，以致阻碍土壤内层污染物挥发的问题。曹梦华等研究了微波对某实际有机氯农药污染场地的修复效果，根据结果得出，当微波功率为4kW、土壤量为1kg、辐照30min时，土壤中总DDT的去除率可达77.6%，较常规加热方式提高了27.4%；任大军等以MnO2作为微波吸收剂，研究微波辐照技术在密封体系中对受2，4-二氯酚污染的土壤的修复效果，根据结果得出，微波辐照10min即可使50mg/kg的2，4-二氯酚污染土壤得到较好的修复。目前，国内外学者对微波热修复的研究还集中在修复机理、修复效果等方面，尚缺少对修复技术的系统性及工业化的可操作性等的深入研究。

  光降解技术适用于VOC污染土壤的修复，主要有土壤表层直接光解、土壤悬浮液光解、光催化氧化等。其中，土壤表层直接光解应用较广泛，一般适用于处理水溶性低、具强光降解活性的化学物质。李智冬等利用模拟可见光照射石油污染的土壤样品，根据结果得出，在光降解50h后，石油的饱和烃组分中高碳数的烷烃相对含量降低，低碳数的烷烃相对含量提高；在光照60h后土壤萃取液中可能会产生了羰基类化合物，说明石油在光降解过程中逐渐发生了氧化降解。

  土壤淋洗技术是借助能促进土壤中污染物溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头推动淋洗液，将其注入被污染土层中，使吸附或固定在土壤颗粒上的污染物脱附、溶解，然后再将含有污染物的淋洗液从土层中抽提出来，进行分离和处理的技术。该技术的关键是淋洗液的选择，要既能高效提取污染物又不破坏土壤本身结构，常用淋洗液有水、酸/碱溶液、络合剂、表面活性剂、氧化剂和超临界CO2流体等。该技术的适合使用的范围广，既可用于修复重金属污染土壤，也可用于修复有机物污染土壤。

  于红艳等以黑腐酸为原料，制得改性黑腐酸MHA12、MHA16和MHA18，用于PAHs污染土壤中萘、菲、荧蒽、芘的洗脱，根据结果得出，黑腐酸经过改性后引入了烷基和磺甲基，具备比较好的水溶性和表面活性，对萘、菲、荧蒽、芘都拥有非常良好的洗脱能力；陈洁等研究之后发现，皂角苷对污染土壤中的菲、芘的洗脱率分别高达84.1%和81.4%；马满英等研究表明，由铜绿假单胞菌发酵产生的代表性生物表面活性剂鼠李糖脂对污染土壤中多氯联苯（PCBs）有较高洗脱效率；张景环等研究之后发现，月桂醇聚氧乙烯（4）醚（Brij30）和月桂醇聚氧乙烯（23）醚（Brij35）对土壤中柴油的解吸率分别为22.5%和58.1%。

  土地在人发展中的作用举足轻重。人们的生产和生活均需要土地资源的支撑，土地是人类赖以生存的基础，也是经济社会持续健康发展的最基本要素资源，加强土地资源保护对于人类社会持续健康发展至关重要。

  耕地是土地的核心组成部分，耕地的数量和质量对于一个国家的粮食安全、食品安全、人民健康水平、生态环境乃至整个经济发展均具有决定性作用。近年来，由于我们国家的经济粗放型发展的特点较为突出，加之工业化、城市化的快速推进，耕地资源的破坏情况相当严重，农业可持续发展面临严峻挑战。

  我国地域广阔，土地资源总量较大，但由于人口众多，人均土地资源不足，2014年我国年中人口为13.6亿人，人口密度为145人/km2，是世界平均人口密度的2.59倍。另一方面，我国地形较为复杂，高原、山地较多，适合耕种的土地相对较少，耕地资源稀缺。2013年我国人均耕地面积为0.078 hm2，是世界中等水准的39.62%，是耕地资源较为稀缺的东亚及太平洋地区中等水准的75.4%，即使与同样人口大国的印度相比也有很大的差距（表1）。

  我国耕地资源平均质量水平偏低。国土资源部《2014中国国土资源公报》显示，根据土地评定级别划分，我国优等地面积仅占全国耕地评定总面积的2.9%；高等地面积占全国耕地评定总面积的26.5%；中、低等地面积占全国耕地评定总面积的70.6%。

  近年来，我国政府积极采取各种严厉措施，严格保护耕地数量。2006年，《国民经济与社会持续健康发展第十一个五年规划纲要》将1.2亿hm2耕地保有量作为具有法律上的约束力的约束性指标；2008年，《全国土地利用总体规划纲要（2006―2020年）》进一步明确2020年我国耕地保有量1.203亿hm2的目标；2013年底中央农村工作会议再次强调，耕地红线耕地红线仍然必须坚守。但由于工业化、城市化加快速度进行发展，开发区、工业园区、房地产项目建设如火如荼，特别是部分地方盲目追求经济稳步的增长速度，竞相攀比开发项目，耕地资源受到不同程度的侵害。根据国土资源部《2014中国国土资源公报》显示，在政策严控的背景下，近年来我国耕地面积整体仍呈现微弱减少态势。2013年，我国耕地面积为1.35亿hm2（图1），较2009年减少26.67万hm2。

  改革开放以来，我国农业活力得到了释放，农作物产量大幅度提高。2014年，我国粮食产量达到6.07亿t，是1978年的1.99倍；棉花总产量617.8万t，是1978年的2.85倍。在温饱问题得到解决的同时，单纯追求产量，生产方式粗放，农业生产呈现出化肥、农药过度依赖特征。化肥的不合理施用不但可以导致土壤酸化，降低微生物活性，而且还会增加土壤中的重金属和有毒元素。同时，由于土壤肥力和化肥施用效率的下降，往往会陷入不断进一步过量施肥的恶性循环[1-2]。2014年，我国化肥施用量达到5 995.9万t（表2），是1978年的6.78倍。部分发达国家公认的单位土地化肥施用合理上限约为225 kg/hm2，2014年我国单位土地化肥施用量已经为362.4 kg/hm2，是上述标准的1.61倍。农药的危害更为突出，有研究指出，只有30%～40%农药被利用，真正作用于靶标生物的仅为0.1%，绝大部分农药对土壤、水、大气等环境介质产生严重污染[3-4]。目前，我国是世界最大的农药生产和使用国，2013年农药施用强度为10.95 kg/hm2，是1991年的2.1倍，为世界中等水准的2.5倍。

  除此之外，污水灌溉、地膜大量使用以及工矿企业和城市的间接污染，我国耕地污染状况已经相当严重[5]。2005―2013年，环保部和国土资源部联合开展了首次全国土壤污染状况调查，2014年了调查公报。调查的最终结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧。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。

  改革开放以来，经过30多年的努力，我国农业发展成效卓著，基本解决了世界最多人口的温饱问题。党的十提出到2020年全面建成小康社会，对农业发展提出了更高的要求。然而，耕地污染已经成为制约我国农业发展的关键问题。耕地污染不仅降低农作物产量，危及我国的粮食安全，而且农作物吸收和残留的污染物将通过食物链对人体健康造成不利影响。2013年，广东“镉大米”事件受到了广泛关注，食品安全已经成为全社会高度关注的话题。

  除了“显性影响”之外，近年来“隐性饥饿”现象也越来越受重视。“隐性饥饿”是指机体由于营养不平衡或者缺乏某种维生素及人体必需的矿物质，同时又存在其他营养成分过度摄入，从而产生隐蔽性营养需求的饥饿症状。营养不平衡所形成的“隐性饥饿”将导致人类多种疾病，对人们健康需求构成了极大威胁。目前，普遍认为，农作物的“隐性饥饿”是人类“隐性饥饿”的主要原因，而耕地污染是造成农作物营养缺失的主要诱因。

  如何探寻一条适合我国特色的耕地土壤修复和治理之路，不仅对促进农业持续发展具有重要意义，而且也是我国建成小康社会的重要保障。针对土壤调查所展现出的问题，2013年初国务院办公厅印发了《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》，提出力争到2020年，建成国家土壤环境保护体系，使全国土壤环境质量得到明显改善。

  目前，我国耕地土壤污染途径呈现多样化的态势，既有传统农业生产方式所形成的内生性污染，也有工业企业和城市生活产生废弃物所造成的转移性污染，污染物包括有机污染物和无机污染物，持续性污染和非持续性污染相结合。在这种背景下，我国耕地土壤修复面临较大挑战。

  休耕是指在土地耕种一段时期后，停止一段时期作物种植，以保证耕地营养成分的恢复以及污染物的降解。世界上许多国家均设立了休耕制度，20世纪80年代中期美国就开始实施“土地休耕保护计划”，重点补贴土壤极易腐蚀和环境敏感的作物用地。轮作是利用不同作物的特点，在不同时间段有顺序地轮换种植不同作物，以实现土地肥力的保护。轮作无论是在我国还是在欧洲，都有很长的发展历史。休耕和轮作不仅对于保护地力有重要作用，而且也对土壤污染的治理有积极作用[6-7]。有研究显示，休耕和轮作对缓解土壤酸化、增强土壤对酸碱的缓冲性能、降低土壤酸化速度均具有积极作用。近年来，我国政府也积极尝试开展休耕轮作制度，农业部引发的《2016年种植业工作要点》中明确指出，在玉米非优势产区、河北地下水漏斗区和南方重金属污染区，分别开展轮作和休耕试点。

  休耕和轮作虽然对于土壤恢复具有积极作用，但土壤修复的作用有限，特别是对于持续性污染的治理很难发挥效果，而且也无法阻止新污染物的产生。同时，由于休耕和轮作均对农业生产造成一定的限制，在我国耕地资源稀缺的背景下，大范围应用和推广难度较大。

  重金属是耕地土壤污染的主要组成部分，近年来随着来自工业和机动车的污染增加，耕地重金属污染状况有所加剧。重金属不仅通过食物链对人健康产生影响，而且也会对地下水及生态环境造成破坏。重金属污染治理一直是土壤修复的重点，目前已经形成了一系列修复方法[8-10]。

  2.2.1 物理修复技术。物理修复技术是通过物理方法进行重金属污染修复的技术总称。传统方法有客土、换土、去表土和深耕翻土法，其基本思路是通过土壤混合和置换来降低污染。热脱附法是通过对土壤加热，去除具有挥发性的重金属，该方法工艺简单，但操作成本高，去除重金属的种类有限。

  2.2.2 化学修复技术。与物理修复不同，化学修复往往涉及重金属或土壤的化学反应。土壤淋洗是采用淋洗剂去处重金属污染，该方法可以应用于重度污染的土壤，但淋洗液成本较高，同时易造成地下水污染和植物营养缺失。化学改良剂修复是通过添加改良剂改变土壤特性，促使重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附等作用，降低重金属的生物有效性，面对不同的h境该方法尚待研究。

  2.2.3 物理化学法。物理化学法是综合采用物理和化学的方法。电动修复是在土壤中构建电场梯度，促进重金属迁移和聚集，再采用适当的物理或化学方法处理，该技术目前还处于研制阶段。稳定/固化修复技术是通过物理或者化学方法阻止重金属的释放、迁移和扩散，从而降低重金属对于农作物及生态环境的影响，但该方法并未实现重金属的根本性去除，仍存在潜在风险。离子拮抗技术是通过元素之间相关作用降低重金属毒性，例如硒对部分重金属具有显著的拮抗作用。

  2.2.4 生物修复技术。生物修复技术是利用动物、微生物和植物降低重金属含量和毒性。就本质而言，生物修复技术也是将重金属吸附或固定。植物修复主要分为植物提取、植物挥发和植物固定，提取和挥发是通过植物作用将重金属从土壤中去除，而固定则是降低重金属的移动性和毒性。微生物修复是利用微生物对重金属吸附、沉淀、氧化-还原作用降低重金属的毒性。动物修复是利用低等动物吸收土壤中的重金属，该方法具有一定的局限性。总体来看，生物技术成本低、风险小，是土壤修复的重要方向。植物修复技术虽然具有费用低和环境优化的特点，但处理重金属能力有限，单一植物修复范围较小，同时需要较长的种植周期，对农业生产具有一定的影响。相比较而言，微生物修复技术更具发展潜力和应用前景，是耕地修复技术的研究重点。

  化肥、农药的大量使用使我国耕地面临较为严重的有机污染，有机污染是土壤酸化和板结的重要原因，同时也对人类健康和生态环境构成巨大威胁[11-12]。有机污染修复是土壤治理研究中的重要领域，有机污染修复技术得到世界各国的重视。综合来看，有机污染修复主要理念和途径与重金属修复相同，各种方法均具有各自的优缺点（表3）。随着微生物技术的发展，微生物修复在处理有机污染方面展现出较好的发展前景。

  经过几十年的探索，尽管部分技术还未成熟，但土壤污染修复已经形成了多种技术路线并行发展的技术体系，为耕地污染治理奠定了基础。综合来看，目前土壤修复技术仍秉承了线性思维，即以问题为导向的解决方法。这种思维方式存在如下主要问题：一是将污染修复与污染防治分离，无论是物理法、化学法还是生物法，修复主要是降低污染物含量或毒性，而无法对新增污染物进行控制；二是将污染修复与农业生产分离，目前修复技术基本上是事后处理，即延续了传统的先污染后治理的思路，而且修复过程往往与农业生产过程脱节，修复过程或多或少对农业生产造成影响，部分修复技术还需要停止农业生产活动，在我国耕地资源稀缺的背景下，现有修复技术大幅推广面临挑战。

  与传统的线性思维不同，循环经济强调经济活动与自然生态的统一，最大限度地降低人类生产活动对生态环境的影响。自21世纪初引入我国以来，循环经济在各个领域的实践发展迅速，取得了显著成效。农业是重要的基础性行业，也是循环经济发展的重点领域。2013年，国务院印发的《循环经济发展战略及近期行动计划》提出了构建循环型农业体系的总体要求。立足生态环境发展，以循环经济理念引导耕地土壤修复对于提升耕地治理水平具有重要现实意义。

  在减少土壤中污染物存量的同时，最大限度地减少污染物增量，实现污染物存量“减量化”和污染物增量“减量化”的统一。一方面，在土壤修复过程中严格避免对土壤的二次污染；另一方面，积极探讨与农业生产过程相融合的土壤修复新方法，将农业生产与土壤修复、土壤保护相结合。

  一般而言，经济活动都将伴随废弃物的产生，转变传统方式，积极开发废弃物的再生利用是循环经济的核心内容。目前，国内外研究表明，禽畜粪便、生物有机肥不仅有利于土壤改良，增加土壤肥力，而且也对于修复土壤重金属污染、减少污染物的生态风险具有显著作用，成为相关领域的研究前沿。畜禽粪便属于典型的农业废弃物，其在耕地修复领域的应用为耕地治理资源化利用农业废弃物奠定了基础、开辟了道路。

  耕地土壤修复中的“再利用”原则。农业生产是一个复杂的系统，经过多年的摸索，目前已经形成了多种种植、养殖、加工的循环经济体系，这些循环经济产业链代表了现代农业发展的方向。作为农业生产的重要环节，将耕地土壤修复纳入农业循环经济体系，积极推进适应循环经济要求的耕地土壤修复方法和途径，实现整个农业生产过程的循环再利用是现代农业发展的必然要求。

  安徽一企业采用了生物有机肥、微生物、微量元素相结合的方法进行土壤修复，在基于循环经济理念的耕地土壤修复方面进行了有益的探索[13-14]。该方法的核心思路是将土壤修复技术引入生物有机肥之中，从而实现农业生产与土壤修复过程的统一，降低土壤修复对农业生产的影响，降低新污染物的增加。

  该技术的载体为生物有机肥，主要原料为禽畜粪便和沼气池沼液，以此为基础可以构建“养殖―沼气―生物有机肥―种植”的农业循环经济体系。土壤修复主要来自2个方面：一是通过提取和培育区域性土壤原生态益生菌，对土壤微生物环境进行修复和改善。微生物环境的改善，有利于促进农作物对养分的平衡吸收，减少生长对化学肥料的依赖性，同时还由于生防微生物的参与，提高植物自身免疫功能和对抗多种病虫害的综合抗性水平，减少化学农药的施用。此外，该方法还有助于保护区域土壤的多样性，由于采取区域代表性的原生菌群落，促进区域土壤原生微生物环境的修复，对于区域特色农产品的种植具有积极作用。二是通过微量元素的补充，对土壤中的重金属污染物产生一定的拮抗作用，降低重金属的毒性。另外，土壤微量营养元素（如锌、硒、硅等）的平衡补充也对于农作物生长、产品品质提高具有促进作用。

  整体而言，该方法仍处于探索阶段，但在相关领域的应用已经展现出一定的实践效果。2013年开始，相关机构在安徽省金寨县以六安瓜片的种植为基础开展了一系列土壤修复技术应用研究。目前，已经完成了对作物和土壤的初步检测。

  在茶叶叶片对比分析之中，该方法培育出的茶叶叶片栅栏组织相对厚度、栅栏组织细胞平均数、叶面背后平均气孔数均要多于普通方法种植和野生环境生长的茶叶。在茶叶成分比较中，该方法培育出的茶叶微量元素和营养成分含量均远高于市场上销售的主要茶叶品种。

  对土壤进行微生物基因组DNA分析，结果为该方法对茶园真菌群落构成的影响是使之向原生态环境“趋近”，并由此带来整个土壤微生物环境的改变，使土壤细菌群落构成有异于传统茶园。

  目前，我国耕地土壤污染问题已经相当突出，由此造成的经济社会问题也日益凸显，加强耕地土壤修复和治理已经迫在眉睫。耕地土壤修复既是一个技术问题，也是一个经济问题，具有很强的复杂性，合理选择耕地土壤修复方法和路径对于我国农业健康发展具备极其重大意义。

  充分认识农业生产的系统性，综合考虑各种影响因素，特别是在我国耕地资源相对不足、粮食安全面临挑战的背景下，注重耕地土壤修复与治理的整体效应，尽可能降低对农业生产的影响。作为系统理论的重要体现，经过多年努力循环经济已经在农业领域中得到了较快发展，并取得了@著效果，代表了现代农业的发展方向。耕地土壤修复与治理要积极融入农业循环经济体系，加强循环经济理念对技术路径选择的指导，从而切实解决我国土壤污染问题。

  目前，我国还没有耕地土壤修复的专项政策和规划，耕地土壤修复缺乏整体的指导。根据目前我国耕地污染状况，应加快相关政策的制订，科学评估现有土壤修复的技术和方法，制订切实可行的耕地土壤修复总体战略。耕地土壤治理和循环经济发展涉及多个主管部门，国家发改委、环保部、农业部等有关部门应加强沟通交流，增强相关政策之间的衔接，加强循环经济理念对耕地土壤修复的指导，积极探索耕地土壤修复循环经济新模式。

  耕地土壤修复有着非常强的技术性，土壤污染问题治理有赖于技术创新的支撑。支持科研院所、高校开展相关研究，基于我国土壤特点创新土壤修复技术。根据农业生产和农业循环经济的特点，重点突破关键技术，为耕地土壤修复与农业循环经济融合发展创造条件。鼓励有条件的企业组织基于循环经济的土壤修复模式的试验和示范，完善有关技术的服务支撑体系，加强对有关技术的评估，积极推广和应用先进的技术，探索适合我国国情的耕地土壤治理途径。

  [1] 肖军，秦志伟，赵景波.农田土壤化肥污染及Σ[J].环境保护科学，2005（5）：32-34.

  [2] 张锋.中国化肥投入的面源污染问题研究：基于农户施用行为的视角[D].南京：南京农业大学，2011：1.

  [3] 潘攀.土壤-植物体系中农药和重金属污染研究现状及展望[J].农业环境科学学报，2011（12）：2389-2398.

  [4] 陈晓明，王程龙，薄瑞.中国农药使用现状及对策建议[J].农药科学与管理，2016（2）：4-8.

  [5] 韩冬梅，金书秦.我国土壤污染分类、政策分析与防治建议[J].经济研究参考，2014（43）：42-48.

  [6] 刘嘉尧，吕志祥.美国土地休耕保护技术及借鉴[J].商业研究，2009（8）：134-136.

  [7] 邓琳璐.休耕轮作对黑土酸化的影响[J].水土保持学报，2013（6）：184-188.

  [8] 樊霆，叶文玲，陈海燕，等.农田土壤重金属污染状况及修复技术探讨研究[J].生态环境学报，2013（10）：1727-1736.

  [9] 黄益宗，郝晓伟，雷鸣，等.重金属污染土壤修复技术及其修复实践[J].农业环境科学学报，2013（3）：409-417.

  [10] 孙鹏轩.土壤重金属污染修复技术及其研究进展[J].环境保护与循环经济，2012（11）：48-51.

  [11] 刘惠，陈奕.有机污染土壤修复技术及案例研究[J].环境工程，2015，33（增刊1）：920-923.

  [12] 陈健，胡筱敏，姜彬慧.种植基地有机磷农药污染土壤的微生物修复[J].环境保护与循环经济，2012（5）：35-38.