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湖北大冶市国家农田土壤修复示范项目 National demonstration project for farmland soil remediation in Daye City, Hubei


一、项目简介

大冶市有近3000年的矿产开采和冶炼历史,是我国重要的有色金属、钢铁和原材料基地。但是由于长期粗放式的金属矿产开采和金属冶炼,大冶市土壤、水体和农产品受到了严重的重金属污染,因此国家《重金属污染综合防治“十二五”规划》和《湖北省重金属污染防治“十二五”规划》将大冶市划为重点防控区域之一。2016年5月28日国务院公开发布的《土壤污染防治行动计划》也明确提出湖北省黄石市是我国六大土壤污染综合防治先行区之一。

图1 修复前农田——无人种植农田

为恢复农田的基本功能,确保农产品和生态安全,保障人民群众的健康和社会和谐稳定,国家环保部、湖北省环保厅、大冶市政府、大冶市环保局及金湖街道办就栖儒村和柯湾村的一块具有代表性的283亩农田(污染物是镉、砷)开展农田土壤修复示范工程。

示范工程在四年时间里通过修复示范,探索经济、合理、绿色的修复技术和方法,找到适合当地社会经济水平、可持续、可复制、可推广的重金属污染农田的修复模式。项目依据示范区农田土壤重金属的污染状况及耕地利用历史与现状,在充分比较和分析国内外相关农田土壤修复技术可行性的基础上,采用污染源隔离、多种重金属超富集植物提取和其它农艺方法为主进行污染农田土壤的治理修复,使农田土壤耕作层中的重金属含量达到修复要求。

根据示范项目招标文件,项目基本情况见下表。修复目标污染物为农田土壤中的镉和砷,总体修复目标是通过四年的农田土壤修复,使示范区耕地土壤重金属镉、砷达到土壤环境质量III级标准,第五年为缓冲观察和补救期。通过修复示范,探索经济、合理、绿色的修复技术和方法,找到适合当地社会经济水平、可持续、可复制、可推广的重金属污染农田的修复模式。


修复示范工程项目基本情况


二、技术路线

修复技术路线本着因地制宜的原则,通过“控源、调整、修复、恢复和示范”进行农田重金属污染治理。

控源:源头控制,截断农田重金属污染的污染源,防止“边修复边污染”。

调整:调整土壤结构和理化性质,包括土壤pH、土壤结构、土壤有机质、重金属活性等,提升土壤对重金属的缓冲性能;调整植物种植结构,注重修复植物多样性,兼顾环境效益和经济效益。

修复:通过植物提取、农艺措施和土壤改良措施降低土壤中重金属污染物浓度。

恢复:降低或利用土壤重金属生物活性,恢复农田生态和农业生产使用功能,使农民愿能持续种植。在确保安全利用前提下,“边修复边收益”。

示范:探索适合当地社会经济水平、可持续、可推广的农田土壤重金属污染修复的模式。


三、工程内容


示范项目工程具体内容如下:


(1)修复工程基本建设


示范工程种植区的水土保持;


排灌系统的建设;

污染源的隔离,包括地表径流隔离坝、污染隔离缓冲带和污染地表径流排洪干渠建设;


其他相关附属设施的建设,包括道路、库房等。


(2)修复工程

以植物修复、农艺措施和土壤改良方式,降低用地范围内(283亩)土壤中的砷和镉重金属元素浓度,使其耕作层土壤中的重金属镉、砷含量达到修复目标值的要求,恢复其农田使用功能,确保安全种植,起到示范作用。


四、主要实施方式

图2 土壤修复主要实施方式

分区修复,对示范区进行区域划分,对区域内不同污染程度的土壤采用不同的土壤与种植植物结构调整和修复助剂施用,在不同的分区内种植不同的修复植物、采用不同的农艺措施、修复助剂和种植顺序,通过不断优化的修复模式,确保修复项目适合当地经济水平需求、可复制和可推广。

植物修复,筛选适合当地自然条件的重金属超富集/富集植物、耐性植物、经济作物、能源植物、观赏植物等,实施绿色修复,兼顾环境效益和经济效益,确保修复项目的可持续性和可推广性。

土壤改良,通过调整土壤结构和添加环境友好型改良剂,改变重金属的活性分布和土壤理化性质,科学施肥,提高修复植物对重金属的吸收量,减少经济作物及其他作物对重金属的吸收量。


五、项目进展情况

中环循(北京)环境技术中心(以下简称中环循)于2015年5月11日进驻大冶并开始办公场所整修及生活配套设施建设工作,对栖儒村和柯湾村项目涉及的农田开展了详细的现场勘查,并拟定和实施现场测量方案;开展种植植物实地筛查和调研工作,初步筛选和收集种苗;组织编制了详细的项目实施方案并通过专家评审。2015年10月8日正式启动农田基本建设工作。

项目开工后,中环循首先开展了农田排水降渍施工、水利排灌系统整治、农田整地、污染源隔离坝建设、水土保持、道路建设、泵站建设等基本建设工程,并且对项目所涉及的项目区域之外的排水设施开展了疏通和整修工作。由于项目所在农田由于长期撂荒,农田基本设施基本全部被破坏。加上农田地势较低,长期处在污染矿山洪水的排放淹没范围内。项目开展第一年就多次遇到当地强降雨和几次大洪水,示范农田地多次长时间受涝被淹没,修复植物频繁遭受浸泡,洪水携带的含重金属大量泥沙进入修复农田,修复工作面临极大的挑战。项目区域之外的排水设施建设和疏通变成基本建设的重中之重。为了加快示范工程进度,在基本建设工作同时,中环循同步开展了超富集植物、耐受植物、经济作物等农田土壤修复植物的试种和规模化种植工作。具体开展的各项工作包括:

1、建立育苗实验室,在大棚和部分农田试种各种实施方案中设计的拟种植植物。


2、配电、供水、仓储扩建。扩建仓库130平方米。

3、农田土壤污染浓度详细检测及详细勘察测绘。采样分析检测包括细化的农田土壤重金属含量、土壤理化性质、土壤肥力、土壤重金属形态、有机肥重金属含量、改良剂重金属含量、矿井口废水重金属含量、外来山洪水重金属含量、外来山洪泥沙重金属含量检测、灌溉用水重金属含量、附近山体污染源土壤重金属含量、附近重金属耐性植物重金属含量检测等。

4、机械设备配置。根据项目的特殊需要,设计配置了耕地拖拉机、翻耕犁、旋耕机、开沟机、抽水泵、割草机及粉碎机等基本农业机械,配置电动喷雾器、播种机等农用器具。

5、污染隔离坝及隔离与运输道路修建。项目完成了隔离坝和隔离缓冲带的建设。经过在大雨时对摇篮山山体径流的实地现场踏勘和及时采样检测分析,发现山体裸露大量矿渣经洪水冲刷,山体径流中的悬浮物重金属含量超标严重。因为修复区外排洪干渠常年失修严重阻塞,排洪能力过小,污染的地表径流直接通过修复区边界道路路面溢流汇入修复农田,再次污染修复中的农田,给农田修复工作带来严重困难。为彻底杜绝“边修复边污染”,提交了对修复区外排洪干渠修整和建设工作的申请。同时项目已完成了干路、田埂小路和田间小路的修建工作。

6、农田水利建设及农田降渍工程。农田水利建设特别是农田降渍工程是水田改旱田、开展农田重金属修复的前提条件。工程包括农田整地、排灌干支渠建设和泵站建设。已完成泵站主体结构,基本完成排灌干渠、排灌支渠建设。

7、农田修复农艺整治。修复区的农田绝大部分长期处于荒芜状态,农业基础设施破损严重。为保证种植工作顺利开展,中环循投入多方力量开展农田整治工作。包括:①全部农田区格整治,农田除草,完成283亩农田边界打桩(便于以后恢复田埂)、翻地、平整、旋耕和开沟工作;②农田水利配套整治,完成283亩农田排水沟挖建工作,沟宽0.8~1.5m,总长达9000余米。③沿排水干渠建设水利枢纽台6座,建设桥梁4座,铺设277个直径600-800mm的涵管及排水渠建设。

8、修复性植物筛选和培育。在试种和充分检测的基础上,已经筛选出了一批能适应当地气候条件、可以大田种植的修复性植物,包括蜈蚣草、圆叶遏蓝菜、商陆、籽粒苋、八宝景天、蓖麻、红麻、油菜等,并通过不断研究,实现蜈蚣草、圆叶遏蓝菜等非常规育苗方式植物的育苗及田间移栽工作。

9、土壤改良及大田种植、田间管理和植物种植与收获。依据各修复地块土壤的土壤理化性质、重金属浓度、土壤肥力结构等情况对土壤进行改良,并在试种的基础上完成修复区春季规模化种植工作,种植的植物包括重金属超富集植物蜈蚣草、圆叶遏蓝菜、红菾菜、籽粒苋等,重金属富集植物商陆、八宝景天、蓖麻、红麻、菥蓂等,重金属耐受经济作物艾草、玉米、向日葵、大豆(豆科)、芋头、薏苡、田菁(豆科)、紫花苜蓿(豆科)等。完成艾草植株的采样检测及第一茬收获工作(艾草一年可收获三茬)、玉米植株的采样检测工作。

10、水土保持工程。在摇篮山山脚、修复区田埂及道路两侧种植起污染源隔离和水土保持作用的药用经济作物栀子、高大乔木杨树和观赏植物银桂。

11、建立现场农田重金属减量试验室,开展相关的现场实验与研究。依据土壤污染情况、土壤理化性质及土壤肥力情况,探索土壤重金属减量的高效方法和修复助剂。

12、实施以“安全利用”为目的的本地农作物选种和种植试验。根据“土十条”的精神,开展相关的本地常见农作物的种植实验与重金属富集情况分析研究工作。在当前的土壤污染情况、土壤理化性质及土壤肥力前提下,探索污染农田的“安全利用”,寻找本地农作物的“安全种植清单”。