孫約兵-北方污灌農田重金屬污染修復與安全利用技術應用.pdf

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1、 匯報人：孫約兵匯報人：孫約兵 農業農村部環境保護科研監測所農業農村部環境保護科研監測所2022年年8月月17日日北方污灌農田重金屬污染修復與安全利用技術應用1.藥方藥方（技術與材料）（技術與材料）2.療效療效（效用）（效用）3.療程療程（期限）（期限）4.廣譜性廣譜性（適用性）（適用性）5.副作用副作用（環境效應）（環境效應）6.價格價格（修復成本）（修復成本）7.產品產品（產業化）（產業化）病兆癥狀、病因、治療匯報提綱重金屬污染農田修復應用與實踐12天津污灌特征與土壤重金屬污染思考與展望31、污灌形成的原因、污灌形成的原因二、天津污灌特征與土壤重金屬污染2、污灌歷史與類型、污灌歷史與類型1

2、954-1978 1958-1965 1965-農民自發自發的點、片引污農民公社、大隊有組織成片污灌迅速擴大223.83萬畝純污灌26.6%（污水污泥，上游及兩岸）清污灌52.1%清水和污水混合使用，輪換使用間歇污灌21.1%冬灌或作物生長期不連續灌溉間歇污灌：東麗、北辰、西青、武清純污灌：東麗區（北塘排污河）、武清（北京排污河）、津南清污灌：武清、寶坻、寧河、西青、津南二、天津污灌特征與土壤重金屬污染3、排污體系、排污體系1.南排污河咸陽路泵站、雙林泵站、紀莊子泵站，流入大沽排污河，工業廢水：生活污水=3：12.北排污河趙沽里泵站、張貴莊泵站、北倉系統流入北排污河，排水量1.4億噸3.北京排

3、污河北京排污河3.7億噸，清龍灣分洪河道，永定新河河流南排污河北排污河永定新河永定新河合計排污系統紀莊子咸陽路雙林張貴莊趙沽里北倉系統北京排污河污水量（億噸）0.770.570.240.630.770.073.76.8工廠個數2973946615736554二、天津污灌特征與土壤重金屬污染4、污灌面積及類型、污灌面積及類型19771987199720060100200300400面積/萬畝年份02040608010095.8(85.14%)10.3(9.18%)面積 北排污河 南排污河 北京排污河 6.07(5.41%)大田菜地水田050100150200 面積/萬畝二、天津污灌特征與土壤重金

4、屬污染5、灌溉水及底泥重金屬含量特征、灌溉水及底泥重金屬含量特征AsHgCrPbCdCuZn咸陽路341132502.53807450密云路470.5152303370990復康路791.5131200.87150紀莊子490.8153805.580470衛二44113114146330李七莊630.8132800.1110270雙林650.91219031802320趙沽里371.52561083103840南大橋8311624045400600張貴莊1050.72817011160480程林莊851241701820900880四馬路114214-北倉45511810052100.1CuZ

5、nPbCdHgAsCr0102080012001600含量(mg/kg)灌溉水：灌溉水：As8.1倍、倍、Cd2.6倍，倍，Cu20.9倍，倍，Hg1倍；倍；污泥：污泥：Cu、Zn、Pb、Cd、Cr1.8、3.9、1.7、1.4倍倍二、天津污灌特征與土壤重金屬污染6、土壤重金屬累積速率、土壤重金屬累積速率污灌類型污灌類型平均累積速率平均累積速率g/畝畝年年HgCdPbCuZn侯臺侯臺0.26246.01883442122趙沽里趙沽里2.603.4483.0394.3813連村洼連村洼0.041.7040.0101.067盧北口盧北口/0.6036.0/-增加量增加量g/kg0.2-1.33-1

6、230200-2415500-1976335-106100012350100150含量(mg/kg)Hg Cd Pb北灌區 南灌區 清灌區二、天津污灌特征與土壤重金屬污染6、土壤重金屬含量特征、土壤重金屬含量特征南排污河北排污河北京排污河0.00.20.40.60.81.0 含量(mg/kg)1980s 1990s 2000s 2010s東麗區津南區西 青區武清區0.00.20.40.60.81.0 Cd含量(mg/kg)天津市土壤背 景 值 0.2 mg/kg東麗區津南區西 青區武清區0.00.10.20.30.40.50.60.7 Hg含量(mg/kg)天津市土壤背 景 值 0.025 m

7、g/kg二、天津污灌特征與土壤重金屬污染7、天津市土壤重金屬含量特征、天津市土壤重金屬含量特征二、天津污灌特征與土壤重金屬污染超過背景值的點位分別僅有 1%和 2%；Cu、Zn、Pb介于背景值和篩選值之間的點位分別為 9%、13%和 18%；As 和 Cd 介于背景值和篩選值之間的點位分別為 34%和 55%，超過篩選值的點位為4%和 1%。3.1 基于團聚體重金屬分布特征的修復技術和策略應用0123204060 cbbacbbacbaabacaababcbaa a重金屬含量/mg kg-1 0-5 5-10 10-15 15-20Zn Cr Pb Cu As Cd01234 富集因子CrCu

8、ZnAsCdPb3.120.91.01.11.21.3 分 布因子土壤顆粒粒組/mm Cr Cu Zn As Cd Pb5-8 2-5 1-2 0.5-1 0.25-0.5 0.250.00.20.40.60.81.0 質量負載 0.25 0.25-0.5 0.5-1 1-2 2-5 5-8PbCdAsZnCuCr重金屬種類不同粒徑團聚體中重金屬含量與有機碳含量相關關系R2Cry=-0.0534x+20.535-0.110Cuy=0.2057x+10.4940.594Zny=0.4821x+31.8690.422Asy=0.016x+2.46540.363Cdy=0.0142x+0.30670

9、.615Pby=0.1601x+13.4110.316三、重金屬污染農田修復應用與實踐三、重金屬污染農田修復應用與實踐三、重金屬污染農田修復應用與實踐Chemosphere,2021,275:129987；Chemosphere,2021,129590;環境科學學報，2020,40(7):2571-2580;環境科學，2020,41(7):446-453.中國環境科學,2020,41(1):293-303.pH電導率Eh有機質Cd全量S18.25 249.88 71.97 3.94 2.83 S28.19 244.35 53.52 5.00 2.49 S38.52 238.43 37.91 5

10、.82 4.13 S48.36 291.15 46.68 3.60 3.36 S58.36 223.48 51.82 3.78 1.66 S67.70 388.30 44.25 5.80 1.62 S78.27 217.62 46.80 2.55 1.98 S87.76 204.83 42.98 5.87 3.70 平均值8.17 257.26 49.49 4.54 2.722 標準差0.29 58.99 10.32 1.25 0.949 變異系數（%）3.58 22.93 20.86 27.59 34.856 鹽漬化、弱堿性土壤重金屬生態風險評價方法王婷等，農業環境科學學報,2012，31(

11、1):119-124DTPA提取態含量與總量(p0.5%或骨粉及其復配材料蒙脫土及其復配材料；籽粒Cd降低效果蒙脫土+蚯蚓糞復配處理最好，降低了75.3%三、重金屬污染農田修復應用與實踐p 針對 海河流域“鹽漬化-弱堿性-Cd污染”三重障礙因子條件下；p 明確了土壤顆粒重金屬含量分布；p 污染土壤有效態提取方法確立；p 影響作物吸收主要因子明確；p 為土壤污染修復提供了理論基礎和科學指導。北方鹽漬化弱堿性Cd污染玉米土壤修復技術模式構建與應用三、重金屬污染農田修復應用與實踐1.土壤類型和污染程度土壤類型和污染程度紅壤紅壤黑土黑土棕壤棕壤74.2-92.2%,56.2-90.0%和和23.9-8

12、4.9%21.5-63.7%,29.4-67.8%和和17.2-72.1%26.8-39.6%,17.3-28.5%和和4.3-21.8%三、重金屬污染農田修復應用與實踐張士張士東麗東麗38.4%-59.1%19.9%-45.6%南丹南丹2.土壤污染類型土壤污染類型三、重金屬污染農田修復應用與實踐Cd：快菜：快菜油麥油麥茄子茄子生菜；生菜；Pb：茄子：茄子油麥油麥生菜生菜快菜；快菜；3.作物品種的差異作物品種的差異三、重金屬污染農田修復應用與實踐4.重金屬污染元素重金屬污染元素三、重金屬污染農田修復應用與實踐5.作物不同部位作物不同部位三、重金屬污染農田修復應用與實踐1.材料劑型（中度污染）三

13、、重金屬污染農田修復應用與實踐22.8%-30.1%43.1%-61.6%44.4%-55.5%2.作用期限（中重度污染）三、重金屬污染農田修復應用與實踐67%51%28%3.鈍化-植物阻隔修復（中重度污染）74.2%61.2%50.5%53.2%56.6%59.5%三、重金屬污染農田修復應用與實踐4.植物提取-鈍化修復（重度污染）三、重金屬污染農田修復應用與實踐5.葉面阻隔（輕度、輕微污染）三、重金屬污染農田修復應用與實踐處理pH電導率EC/(Scm-1）有效態陽離子交換量ECEC/(cmolkg-1)有機碳SOC/%CK8.520.13b 270.123.59a67.0511.59b1.6

14、70.29bCBC8.540.23b293.231.9a72.275.09ab1.640.11bCBC8.620.02ab267.32.35a74.433.69ab1.910.17aCBC8.670.02a285.713.98a75.481.22a2.140.02a各處理土壤團聚體百分含量（%）58 mm25 mm12 mm0.51 mm0.250.5 mm0.25 mmCK2.030.37Dc14.490.99Cb15.010.89Cc18.311.13Bab18.740.71Ba31.420.86AaCBC 2.560.79Ec16.070.90Dab 16.771.16CDab18.95

15、1.35Bab18.550.80BCa 27.102.36AabCBC3.920.30Eb15.481.60Db 17.130.32CDa 20.471.43Ba 19.341.39BCa 23.661.68AbCBC5.260.51Da18.121.14Ba15.270.80Cbc 17.590.16Bb 18.200.78Ba 25.571.89Ab團聚體穩定性增強改性生物炭對土壤團聚體結構具有良好的優化作用，促進由小顆粒團聚體向大顆粒團聚體不斷轉化指示土壤抗塑性、孔隙、可塑性、結皮等物理過程速度和強度關鍵指標。三、重金屬污染農田修復應用與實踐三、重金屬污染農田修復應用與實踐堿性磷酸酶過氧

16、化氫酶脲酶酶活性增加24.90%73.35%在一定程度上表征了土壤物質能量代謝的旺盛程度，也可以作為評價土壤肥力高低、生態環境質量的旺盛程度改性生物炭一方面改善了土壤結構，增強土壤持水性和保水能力，有益于土壤微生物活性的提高，另一方面促進了土壤生理生化反應，提高了土壤養分有效性，進而減緩了重金屬對土壤酶活性的毒害作用三、重金屬污染農田修復應用與實踐三、重金屬污染農田修復應用與實踐土壤類型土壤類型污染類型污染類型土地利用類型土地利用類型作物類型作物類型一區一策一區一策一田一策一田一策多種措施并舉多種措施并舉四、思考與展望四、思考與展望堅持農地農用，土壤屬性不變，農用地生態功能不變；堅持風險管控優先，修復治理與安全利用并重。環境評價是目的還是手段？輔助性如何確立環境評價指標體系？穩定性；簡便性是否具備評價鈍化修復效率評價手段？準確性；快速性；有效性微宇宙田塊尺度生態系統標準體系材料修復技術養分酶活肥力質地酶微生物生物因子非生物因子 感謝：公益性行業科研專項國家重點研發專項國家自然科學基金等項目資助