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1、 汇报人:孙约兵汇报人:孙约兵 农业农村部环境保护科研监测所农业农村部环境保护科研监测所2022年年8月月17日日北方污灌农田重金属污染修复与安全利用技术应用1.药方药方(技术与材料)(技术与材料)2.疗效疗效(效用)(效用)3.疗程疗程(期限)(期限)4.广谱性广谱性(适用性)(适用性)5.副作用副作用(环境效应)(环境效应)6.价格价格(修复成本)(修复成本)7.产品产品(产业化)(产业化)病兆症状、病因、治疗汇报提纲重金属污染农田修复应用与实践12天津污灌特征与土壤重金属污染思考与展望31、污灌形成的原因、污灌形成的原因二、天津污灌特征与土壤重金属污染2、污灌历史与类型、污灌历史与类型1
2、954-1978 1958-1965 1965-农民自发自发的点、片引污农民公社、大队有组织成片污灌迅速扩大223.83万亩纯污灌26.6%(污水污泥,上游及两岸)清污灌52.1%清水和污水混合使用,轮换使用间歇污灌21.1%冬灌或作物生长期不连续灌溉间歇污灌:东丽、北辰、西青、武清纯污灌:东丽区(北塘排污河)、武清(北京排污河)、津南清污灌:武清、宝坻、宁河、西青、津南二、天津污灌特征与土壤重金属污染3、排污体系、排污体系1.南排污河咸阳路泵站、双林泵站、纪庄子泵站,流入大沽排污河,工业废水:生活污水=3:12.北排污河赵沽里泵站、张贵庄泵站、北仓系统流入北排污河,排水量1.4亿吨3.北京排
3、污河北京排污河3.7亿吨,清龙湾分洪河道,永定新河河流南排污河北排污河永定新河永定新河合计排污系统纪庄子咸阳路双林张贵庄赵沽里北仓系统北京排污河污水量(亿吨)0.770.570.240.630.770.073.76.8工厂个数2973946615736554二、天津污灌特征与土壤重金属污染4、污灌面积及类型、污灌面积及类型7200600面积/万亩年份02040608010095.8(85.14%)10.3(9.18%)面积 北排污河 南排污河 北京排污河 6.07(5.41%)大田菜地水田050100150200 面积/万亩二、天津污灌特征与土壤重金
4、属污染5、灌溉水及底泥重金属含量特征、灌溉水及底泥重金属含量特征AsHgCrPbCdCuZn咸阳路341132502.53807450密云路470.50复康路791.5131200.87150纪庄子490.8153805.580470卫二440李七庄630.8132800.1110270双林650.920赵沽里371.52561083103840南大桥83600张贵庄1050.728程林庄8500880四马路114214-北仓455.1CuZ
5、nPbCdHgAsCr01600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、天津污灌特征与土壤重金属污染6、土壤重金属累积速率、土壤重金属累积速率污灌类型污灌类型平均累积速率平均累积速率g/亩亩年年HgCdPbCuZn侯台侯台0.26246.01883442122赵沽里赵沽里2.603.4483.0394.3813连村洼连村洼0.041.7040.0101.067卢北口卢北口/0.6036.0/-增加量增加量g/kg0.2-1.33-1
6、-150100150含量(mg/kg)Hg Cd Pb北灌区 南灌区 清灌区二、天津污灌特征与土壤重金属污染6、土壤重金属含量特征、土壤重金属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东丽区津南区西 青区武清区0.00.20.40.60.81.0 Cd含量(mg/kg)天津市土壤背 景 值 0.2 mg/kg东丽区津南区西 青区武清区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、天津污灌特征与土壤重金属污染7、天津市土壤重金属含量特征、天津市土壤重金属含量特征二、天津污灌特征与土壤重金属污染超过背景值的点位分别仅有 1%和 2%;Cu、Zn、Pb介于背景值和筛选值之间的点位分别为 9%、13%和 18%;As 和 Cd 介于背景值和筛选值之间的点位分别为 34%和 55%,超过筛选值的点位为4%和 1%。3.1 基于团聚体重金属分布特征的修复技术和策略应用0123204060 cbbacbbacbaabacaababcbaa a重金属含量/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 布因子土壤颗粒粒组/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 质量负载 0.25 0.25-0.5 0.5-1 1-2 2-5 5-8PbCdAsZnCuCr重金属种类不同粒径团聚体中重金属含量与有机碳含量相关关系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、重金属污染农田修复应用与实践三、重金属污染农田修复应用与实践三、重金属污染农田修复应用与实践Chemosphere,2021,275:129987;Chemosphere,2021,129590;环境科学学报,2020,40(7):2571-2580;环境科学,2020,41(7):446-453.中国环境科学,2020,41(1):293-303.pH电导率Eh有机质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 标准差0.29 58.99 10.32 1.25 0.949 变异系数(%)3.58 22.93 20.86 27.59 34.856 盐渍化、弱碱性土壤重金属生态风险评价方法王婷等,农业环境科学学报,2012,31(
11、1):119-124DTPA提取态含量与总量(p0.5%或骨粉及其复配材料蒙脱土及其复配材料;籽粒Cd降低效果蒙脱土+蚯蚓粪复配处理最好,降低了75.3%三、重金属污染农田修复应用与实践p 针对 海河流域“盐渍化-弱碱性-Cd污染”三重障碍因子条件下;p 明确了土壤颗粒重金属含量分布;p 污染土壤有效态提取方法确立;p 影响作物吸收主要因子明确;p 为土壤污染修复提供了理论基础和科学指导。北方盐渍化弱碱性Cd污染玉米土壤修复技术模式构建与应用三、重金属污染农田修复应用与实践1.土壤类型和污染程度土壤类型和污染程度红壤红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、重金属污染农田修复应用与实践张士张士东丽东丽38.4%-59.1%19.9%-45.6%南丹南丹2.土壤污染类型土壤污染类型三、重金属污染农田修复应用与实践Cd:快菜:快菜油麦油麦茄子茄子生菜;生菜;Pb:茄子:茄子油麦油麦生菜生菜快菜;快菜;3.作物品种的差异作物品种的差异三、重金属污染农田修复应用与实践4.重金属污染元素重金属污染元素三、重金属污染农田修复应用与实践5.作物不同部位作物不同部位三、重金属污染农田修复应用与实践1.材料剂型(中度污染)三
13、、重金属污染农田修复应用与实践22.8%-30.1%43.1%-61.6%44.4%-55.5%2.作用期限(中重度污染)三、重金属污染农田修复应用与实践67%51%28%3.钝化-植物阻隔修复(中重度污染)74.2%61.2%50.5%53.2%56.6%59.5%三、重金属污染农田修复应用与实践4.植物提取-钝化修复(重度污染)三、重金属污染农田修复应用与实践5.叶面阻隔(轻度、轻微污染)三、重金属污染农田修复应用与实践处理pH电导率EC/(Scm-1)有效态阳离子交换量ECEC/(cmolkg-1)有机碳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各处理土壤团聚体百分含量(%)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团聚体稳定性增强改性生物炭对土壤团聚体结构具有良好的优化作用,促进由小颗粒团聚体向大颗粒团聚体不断转化指示土壤抗塑性、孔隙、可塑性、结皮等物理过程速度和强度关键指标。三、重金属污染农田修复应用与实践三、重金属污染农田修复应用与实践碱性磷酸酶过氧
16、化氢酶脲酶酶活性增加24.90%73.35%在一定程度上表征了土壤物质能量代谢的旺盛程度,也可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量的旺盛程度改性生物炭一方面改善了土壤结构,增强土壤持水性和保水能力,有益于土壤微生物活性的提高,另一方面促进了土壤生理生化反应,提高了土壤养分有效性,进而减缓了重金属对土壤酶活性的毒害作用三、重金属污染农田修复应用与实践三、重金属污染农田修复应用与实践土壤类型土壤类型污染类型污染类型土地利用类型土地利用类型作物类型作物类型一区一策一区一策一田一策一田一策多种措施并举多种措施并举四、思考与展望四、思考与展望坚持农地农用,土壤属性不变,农用地生态功能不变;坚持风险管控优先,修复治理与安全利用并重。环境评价是目的还是手段?辅助性如何确立环境评价指标体系?稳定性;简便性是否具备评价钝化修复效率评价手段?准确性;快速性;有效性微宇宙田块尺度生态系统标准体系材料修复技术养分酶活肥力质地酶微生物生物因子非生物因子 感谢:公益性行业科研专项国家重点研发专项国家自然科学基金等项目资助