河南某煙草種植基地有機氯有機磷農(nóng)藥復(fù)合污染土壤的原位修復(fù)實例及探索

楊風(fēng) 張勇 楊嘉驊

摘要 以河南某煙草種植基地約333.33 m2和6 666 m2的煙田有機氯有機磷農(nóng)藥復(fù)合污染修復(fù)工程為例，概述了該煙田土壤有機氯有機磷農(nóng)藥復(fù)合污染的特點，證明了以廢棄食用菌菌棒和泥炭土按1：（0.2～0.25）配比混配生成的土壤修復(fù)混合料，發(fā)酵后與還田碎秸稈一起埋入20 cm以下的土層中，可對土壤中的有機氯和有機磷農(nóng)藥殘留進行快速降解。

關(guān)鍵詞 農(nóng)藥復(fù)合污染;土壤修復(fù);廢食用菌菌棒;泥炭土;秸稈。

中圖分類號：TQ447.3 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）01–0144–04

煙草是我國的重要經(jīng)濟作物之一，種植面積及產(chǎn)量均居世界首位。煙田農(nóng)藥長期、大量、不合理的使用，造成我國大部分煙草種植區(qū)土壤中農(nóng)藥殘留指標(biāo)居高不下。其中，不僅有DDT、DDD、DDE等難降解的有機氯農(nóng)藥殘留，也有敵敵畏、敵百蟲、馬拉硫磷等有機磷農(nóng)藥殘留。研究表明，農(nóng)藥長期污染的土壤將會出現(xiàn)明顯的酸化、板結(jié)、生物豐度下降、有毒有害成分在農(nóng)產(chǎn)品中富集危害人類健康、破壞自然環(huán)境和生態(tài)平衡等問題[1]。而煙草種植過程中造成的煙田有機氯和有機磷復(fù)合型農(nóng)藥污染，對土壤環(huán)境的影響尤劇。

河南省某煙草種植基地位于豫西南平原地區(qū)，基地單元規(guī)模1 200萬m2，為了提高復(fù)種指數(shù)，基地農(nóng)戶多年來廣泛實行的是“小麥—烤煙（套種蔬菜或紅薯）”和“小麥—玉米—蔬菜—烤煙”等輪作種植模式。高強度的種植帶來的農(nóng)藥過量施用問題日益嚴重，影響了該基地區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全。針對該煙草種植基地土壤有機氯和有機磷農(nóng)藥復(fù)合型污染問題，連續(xù)實施了兩個批次為期兩年的實驗性原位修復(fù)。

1 面積約為333.33 m2和6 666 m2的煙田實驗性修復(fù)

1.1 待修復(fù)煙田土壤農(nóng)藥殘留背景值

1.1.1 面積約為333.33 m2的典型性地塊 實驗性修復(fù)的典型性地塊面積約為333.33 m2，該地塊近年來實行的是“玉米—蠶豆—烤煙”隔年輪作種植方式。煙葉采收期間，經(jīng)第三方取樣檢測，該地塊表層土的淺層（5 cm）和深層（20 cm）土壤中有機磷、有機氯類殘留量（表1）?？梢娫摰湫偷貕K有機氯農(nóng)藥六六六和滴滴涕、有機磷農(nóng)藥敵敵畏等殘留量，分別超過《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準（試行）》（GB15618—2018）和《場地土壤環(huán)境風(fēng)險評估篩選值》等標(biāo)準限值。

1.1.2 面積約為6 666 m2的典型性地塊 實驗性修復(fù)的典型性地塊面積約6 666 m2，該地塊近年來的種植模式是“煙菜輪作”和“煙薯套種”。該基地?zé)熑~采收完畢后，對土壤中有機磷、有機氯類農(nóng)藥殘留量進行檢測，結(jié)果（表2）。可見該煙葉種植基地土壤中的農(nóng)藥殘留量，除未檢出的狄氏劑和艾氏劑外，敵敵畏、六六六、滴滴涕、七氯、林丹等農(nóng)藥殘留量均超過國內(nèi)已有標(biāo)準。

1.2 農(nóng)藥復(fù)合污染土壤修復(fù)目標(biāo)

目前，國內(nèi)涉及土壤農(nóng)藥殘留量指標(biāo)的標(biāo)準有國家《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準（試行）》（GB15618—2018）、《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準（試行）》（GB36600—2018）和重慶市《場地土壤環(huán)境風(fēng)險評估篩選值》（DB50/T723—2016），本次實驗性修復(fù)參照上述標(biāo)準限值，確定修復(fù)目標(biāo)值（表3）。

1.3 農(nóng)藥復(fù)合污染土壤修復(fù)技術(shù)路線

研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藥在土壤中的降解作用有微生物降解、光化學(xué)降解、化學(xué)降解和土壤自由基降解等，有機磷和有機氯農(nóng)藥均可以被細菌、真菌等微生物降解。微生物降解作用是影響農(nóng)藥最終是否在土壤中殘留和殘毒量大小的決定因素，微生物對農(nóng)藥的代謝作用，是土壤對農(nóng)藥最徹底的、最主要的降解過程[2-4]。

向土壤投加功能微生物的生物強化修復(fù)技術(shù)可加快有機農(nóng)藥殘留分解[5]。食用菌的菌絲體在生長過程中，會分泌出可促進有機污染物分解的酶，菌絲體共生細菌、真菌和放線菌數(shù)量大、種類多。故食用菌菌渣可作為生物強化修復(fù)的功能微生物來源[6-7]。泥炭具有提高土壤孔隙度、降低PH值、激活離子、增加養(yǎng)分和增強酶的生物學(xué)活性等效果，在農(nóng)藥污染土壤的微生物原位修復(fù)中具有較大的促進作用[8]。鑒于該煙葉種植基地土壤中有機磷、有機氯農(nóng)藥殘留量均已超過相關(guān)標(biāo)準，綜合經(jīng)濟情況設(shè)計的微生物原位修復(fù)技術(shù)方案如下圖所示（圖1）。

該方案以食用菌采摘后的廢棄菌棒為原料，經(jīng)干燥、粉碎，得到富含菌絲殘體的廢菌糠顆粒;將廢菌糠顆粒與泥炭營養(yǎng)土混配，制得土壤修復(fù)混合料，存儲發(fā)酵后撒播至被有機氯和有機磷復(fù)合型農(nóng)藥污染的農(nóng)田中;再借助深耕技術(shù)，將土壤修復(fù)混合料顆粒與還田碎秸稈埋入土壤深層。

2 污染土壤修復(fù)的工藝

2.1 面積約為333 m2的典型性地塊修復(fù)實驗

2.1.1 制備廢菌糠顆粒 從河南省某縣食用菌標(biāo)準化生產(chǎn)基地購得香菇采摘后的廢棄菌棒200 kg，平菇、金針菇、杏鮑菇采摘后的廢棄菌棒各20 kg。采用手工破袋并分揀雜物后，將廢菌棒烘干至平均含水率達到28%，送至廢菌棒粉碎機破碎并經(jīng)5目振動篩篩分，得到篩下物110 kg。經(jīng)測定，該篩下物（廢菌糠顆粒）含水率為22%。

2.1.2 土壤修復(fù)混合料制備 購買吉林神農(nóng)實業(yè)有限公司生產(chǎn)的神農(nóng)之友（sunnow）牌袋裝改土專用泥炭土（Special peat soil）30 kg，該泥炭營養(yǎng)土含水率為35%，經(jīng)烘干粉碎和5目振動篩篩分后，得到含水率為26%的木本泥炭營養(yǎng)土24 kg。將110 kg含水率為22%的廢菌糠顆粒與24 kg含水率為26%的木本泥炭營養(yǎng)土，投入滾筒混合機進行充分混配，制成土壤修復(fù)混合料132 kg。經(jīng)測定，該混合料的含水率為23%;混合料中各類細菌、放線菌和真菌總量與類群數(shù)指標(biāo)（表4）。

2.1.3 土壤修復(fù)混合料的存儲發(fā)酵 將第二步制成的132 kg土壤修復(fù)混合料裝入防潮、防鼠的木箱中，木箱內(nèi)混合料的最大堆存厚度為36 cm。將木箱放至溫度為20℃±5℃的庫房中進行自然發(fā)酵。發(fā)酵35 d后測定，該混合料的質(zhì)量為130 kg、含水率為25%;混合料中各類細菌、放線菌和真菌總量與類群數(shù)指標(biāo)（表5）。

2.1.4 實施土壤修復(fù) 在該地塊煙草收獲完畢之后，將上述130 kg土壤修復(fù)混合料與粉碎后的300 kg玉米秸稈一起投入滾筒混合機進行充分混合，其中，碎玉米秸稈的粒徑為1～10 mm，含水率為35%。隨后在土地翻耕前，將上述混合料通過人工撒播方式，均勻撒布在面積約為333 m2的實驗田內(nèi)間，借助旋耕機將混合料掩埋至土壤深層中。經(jīng)測定，大部分混合料埋深為22～28 cm。

2.2 面積約為6 666 m2的典型性地塊修復(fù)實驗

2.2.1 制備廢菌糠顆粒 從河南省某縣食用菌標(biāo)準化生產(chǎn)基地購得廢棄香菇菌棒3 000 kg，廢棄平菇、金針菇、杏鮑菇、雞腿菇菌棒各300 kg，合計4 200 kg廢菌棒。采用機械破袋并分揀雜物后，將廢菌棒烘干至平均含水率達到30%，送至廢菌棒粉碎機破碎并經(jīng)5目篩網(wǎng)篩分，得到篩下物3 600 kg。經(jīng)測定，該篩下物（廢菌糠顆粒）含水率為26%。

2.2.2 土壤修復(fù)混合料制備 購買吉林神農(nóng)實業(yè)有限公司出品的含水率為33%的神農(nóng)之友（sunnow）牌袋裝改土專用泥炭土（Special peat soil）900 kg，經(jīng)晾曬粉碎和5目振動篩篩分后，得到含水率為29%的木本泥炭營養(yǎng)土840 kg。將上述3 600 kg含水率為26%的廢菌糠顆粒與840 kg含水率為29%的木本泥炭營養(yǎng)土，均勻投入滾筒混合機進行充分混配，制成土壤修復(fù)混合料4 400 kg。經(jīng)測定，該混合料的含水率為27%，各類細菌、放線菌和真菌總量與類群數(shù)指標(biāo)（表6）。

2.2.3 土壤修復(fù)混合料的存儲發(fā)酵 將上述制成的4 400 kg土壤修復(fù)混合料堆存入防潮、防鼠的發(fā)酵倉中，堆存厚度為30～40 cm，發(fā)酵倉溫度為20℃±5℃。經(jīng)自然發(fā)酵30 d后測定，該混合料的含水率為26%，各類細菌、放線菌和真菌總量與類群數(shù)指標(biāo)（表7）。

2.2.4 實施土壤修復(fù) 在該地塊煙草和紅薯全部收獲完畢后，將4 400 kg土壤修復(fù)混合料與5 000 kg粉碎后的玉米秸稈一起投入滾筒混合機進行充分混合，其中，碎玉米秸稈的粒徑為2～12 mm、含水率為38%。隨后將上述混合料用編織袋分裝后運送至田間，在土地翻耕時，通過機械撒播方式均勻撒布在面積約為6 666 m2的實驗田間，借助旋耕機將混合料掩埋至土壤深層中。經(jīng)測定，大部分混合料埋深為20～25 cm。

3 土壤修復(fù)現(xiàn)場施工修復(fù)效果及工程成本

3.1 面積約為333 m2的典型性地塊實驗性修復(fù)效果

在面積約為333 m2的典型性地塊修復(fù)實驗實施后的第12個月，采集該實驗田表層土的淺層（5 cm）和深層（20 cm）土壤，就有機磷、有機氯類農(nóng)藥殘留量進行了跟蹤檢測化驗，化驗結(jié)果（表8）。

3.2 面積約為6 666 m2的典型性地塊實施性修復(fù)效果

在面積約為6 666 m2的典型性地塊修復(fù)實驗實施性修復(fù)后的第13個月，采集該實驗田表層土的淺層（5 cm）和深層（20 cm）土壤，就有機磷、有機氯類農(nóng)藥殘留量進行了跟蹤檢測，結(jié)果（表9）。

3.3 修復(fù)成本核算

以面積約為6 666m2的典型性地塊實施性修復(fù)為例計算修復(fù)成本如下（表10）。如果將修復(fù)工程與小麥（玉米）聯(lián)合收割機的秸稈粉碎還田一起實施，修復(fù)成本將大為降低。

4 農(nóng)藥復(fù)合型污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用設(shè)想

經(jīng)過對大約333 m2煙田的實驗性修復(fù)和大約6 666 m2煙田的實施性修復(fù)，證明廢菌糠顆粒攜帶的菌絲殘體等菌種，在厭氧狀態(tài)下以還田碎秸稈和土壤中有機質(zhì)為營養(yǎng)基質(zhì)，在碎秸稈及廢菌糠顆粒周邊土壤中，生成包括眾多細菌和真菌的微生物群落。在該微生物群落作用下，土壤中的有機氯和有機磷農(nóng)藥殘留通過氧化、還原、水解、脫氫、脫鹵、芳烴基化、異構(gòu)化等生物化學(xué)反應(yīng)而得到有效降解。

以食用菌廢棄菌棒為主要原料，不僅可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)固體廢棄物的綜合利用，減少環(huán)境污染，而且可以實現(xiàn)菌棒中N、P、K等營養(yǎng)元素的充分利用，提高土壤肥力，改善土壤理化性狀;添加泥炭營養(yǎng)土后，可以充分利用泥炭土所具有的比表面積大、富含腐殖酸等特質(zhì)，增強土壤微生物群落中酶的生物學(xué)活性，加快細菌分解農(nóng)藥殘留的酶促反應(yīng)過程，可在較短時間內(nèi)完成農(nóng)藥污染土壤的微生物原位修復(fù)。修復(fù)實施過程中，可以通過收割機（或秸稈還田機）均勻撒播廢菌糠顆粒與泥炭營養(yǎng)土混配制成的混合料顆粒，并借助深耕技術(shù)，將混合料與還田碎秸稈一起深埋入土層之中，工藝簡便，經(jīng)濟實用，方便高效，可大大節(jié)省煙田復(fù)合型農(nóng)藥污染土壤修復(fù)的成本。棉花及蔬菜種植過程中，同樣會出現(xiàn)有機氯和有機磷農(nóng)藥復(fù)合性污染問題，該修復(fù)技術(shù)也可以實現(xiàn)快速修復(fù)的目的。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

In-situ Remediation of Soil Contaminated by Organ-

ochlorine and Organo-

phosphorus Pesticides in a Tobacco Planting Base in Henan Province

YANG Feng et al （Guangdong Guanlv Environmental Engineering Co.，Ltd.， Dongguan， Guangdong 523182）

Abstract A tobacco planting base in Henan Province， 0.5 Mu and 10 mu of the tobacco field of organochlorine organophosphorus pesticide complex remediation project as an example， summarized the characteristics of soil organochlorine organophosphorus pesticide complex pollution in the tobacco field， it is proved that the mixture of waste edible fungus stick and peat soil， which is made up of the mixture of 1： （0.2～0.25） ， is fermented and buried in the soil layer below 20 cm with the returning Straw， it can rapidly degrade organochlorine and organophosphorus pesticide residues in soil.

Key words Pesticide compound pollution; Soil remediation; Waste Edible Fungus Stick; Peat soil; Straw.