我国农田土壤污染状况及防治对策

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  • 更新时间2018-09-24
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  摘要:我国农田土壤污染日趋严重,农田受污染率从20世纪80年代末期的不足5%,上升至目前的19.4%;污染物主要来自工矿业三废(废水、废气、废渣),并通过大气沉降、洪水冲积和不合理的农业生产过程3个路径进入农田,其中不合理的农业生产过程,尤其是污水灌溉是污染物进入农田的首要路径;不仅化肥会污染农田,有机肥同样也会污染农田。通过调节Cd超标农田土壤的PH值可以降低Cd的活性,减轻对农作物的危害;不同作物对Cd的敏感性不同,通过调整农作物品种结构,可以降低危害;治理农田土壤污染,首要工作是强化农田土壤污染防控,并因情而宜,走综合治理之路。该文首次量化了我国农田土壤污染变化态势,明确提出了化肥在农田土壤污染中的3方面体现,概括出污染物进入农田土壤的3个路径,首次将污水灌溉从过去的严重缺水区域有意识地利用污水灌溉扩展到有意识地利用污水灌溉和无意识地利用了受到污染的水源进行灌溉两个方面,明确提出了有机肥同样会污染农田的结论,并提出了防治土地污染的3项对策。


  关键词:农田土壤污染;重金属污染;土壤修复;耕地质量;防治对策;中国;


  万物土中生,人们吃的粮食、瓜果、蔬菜,以及植物油料、糖料、中药材等几乎全部产自土壤;人们吃的肉、蛋、奶等畜禽产品,以及淡水产品多数也是由土中生长的饲料转化而来。只有保有清洁的土壤,才有可能生产出安全的食物,才能从源头上保障舌尖上的安全。然而,目前我国的土壤污染问题日趋严重,舌尖上的安全受到了严重威胁,已到了必须采取行动的时刻。


  1我国农田土壤污染状况


  1.1农田土壤受污染率呈明显上升之势


  根据国家环保部公布的资料,1989年全国受污染农田600万hm2[1],占当年耕地总面积的4.6%;1990年全国受污染农田面积667万hm2[2],占当时全国耕地总面积的5.1%;1991全国受污染农田1000万hm2[3],占当年全国耕地总面积的7.7%;2000年对30万hm2基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测结果表明,土壤重金属超标率达12.1%[4];2011年在全国31个省(市、区)364个村庄的监测结果表明,农村土壤样品污染物超标率达21.5%[5]。根据宋伟等人的测算,我国受到重金属污染的农田面积占耕地总面积的16.67%[6]。根据赵其国院士的材料[7],我国重金属污染农田土壤超过2000万hm2,占耕地总面积的16.4%,加上农药污染农田土壤933万hm2、污水灌溉污染农田217万hm2、受石油污染的土壤50万hm2、受工业废渣污染的农田10万hm2和受采矿污染的土壤面积20万hm2,共计3230万hm2,相当于当时全国耕地面积的26.5%(1)。首次全国土壤污染状况调查结果表明,全国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[8]。


  综合各方面的材料,我国农田土壤受污染率已从20世纪80年代末期的不足5%,上升至目前的近20%。尤其令人震惊的是,部分经济发达地区农田污染问题非常突出,例如,广东省清洁土壤只有11%,轻度污染农田占耕地总面积的77%,重度污染农田占耕地总面积的12%左右[9]。


  1.2土壤污染趋向多源性和复杂性,并且治理难度巨大


  我国土壤污染正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物;土壤污染从局部蔓延到大区域,从城市郊区延伸到乡村,从单一污染扩展到复合污染,从有毒有害污染发展至有毒有害污染与氮、磷营养污染的交叉,形成点源与面源污染共存,生活污染、农业污染和工业污染叠加、各种新旧污染与二次污染相互复合或混合的态势[10]。目前,受到重金属污染的农田已遍布我国多个省(市、区)[11]。


  土壤污染与大气污染和水污染不同,大气污染和水污染一般比较直观,容易被人们发觉;而土壤污染往往不易被人们发现,一般要等到农产品发生危害时,人们才会追溯到土壤,并且需要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测才能确定。另外,污染物质在大气和水体中一般容易扩散和稀释,所以只要切断污染源并采取有效的治理措施,很快就会见效;而污染物在土壤中一般难以扩散和稀释,土壤污染一旦发生,则很难恢复,治理成本较高、治理周期较长,甚至被某些重金属污染的土壤需要200~1000年的时间才能够恢复[10]。


  2农田土壤中主要污染物质及污染物进入农田路径


  2.1农田土壤中的主要污染物质


  农田土壤污染有化学污染、物理污染和生物污染。影响农产品安全质量的主要是化学污染。因此,目前引人关注的也主要是化学污染及化学污染物。


  化学污染物质可分为:无机污染物和有机污染物两大类[12]。无机污染物包括对生物有危害作用的元素和化合物,主要指重金属元素如汞(Hg)、镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)、钴(Co)等,当前最引人关注的是Hg、Cd、As、Pb、Cr等,尤其是2013年湖南“镉米”事件给人们带来了很大的恐慌;有机污染物包括有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、苯氧羧酸类、苯酰胺类等,主要来自化工厂排放和化学农药。


  2.2污染物质进入农田的主要路径


  众所周知,土壤中的污染物主要来自工矿业三废(废水、废气、废渣)、机动车尾气排放,以及生活垃圾、污泥、肥料、农药和农膜。但这些污染物质是怎么进入农田中的?概括起来主要有以下3种路径:


  2.2.1大气沉降


  工矿企业每天向大气排放大量的粉尘和废气,热电厂、餐饮企业和家庭每天向大气排放大量的烟尘,机动车每天向大气排放大量的尾气,大风将地表有害的粉尘吹向天空,机动车在行驶过程中将路面的粉尘抛向天空。可以说,每天有大量的粉尘和废气排向大气,而这些物质又以降尘的形式,或伴随着降水回到地面,进入农田,污染土壤。大气沉降物质包括Hg、Pb、Cd、Zn等重金属[13],以及二氧化硫、氟化物、氮氯化物、碳氢化合物等;有的地方,大气沉降甚至是农田土壤污染物的主要来源,如据天津郊区农田重金属来源分析结果,农田土壤中Cd和Pb的90%来自于大气沉降[14]。大气污染物沉降所造成的土壤污染具有区域范围广和外源污染的特点。某一个区域,即使不使用任何污染物质,也有可能受周边大气污染的影响,以大气污染物沉降的方式造成土壤污染。酸雨是一种典型的大气沉降污染,目前,全国近12.2%的国土受到酸雨的影响[15]。


  2.2.2洪水冲积


  在矿区经常看到堆积如山的矿渣堆放场,或规模巨大的尾矿库;在一些工矿企业周边星状分布着大大小小的渣山或废水塘。这些含有大量有害物质的尾矿、废渣、废水,平时只危害当地的水体和土壤,但一旦遇到暴雨和洪水,大量的有害物质就会冲向周边和下游地区的农田,污染水体和土壤。如2001年6月广西壮族自治区环江毛南族自治县遭遇特大暴雨袭击,环江河上游的3家选矿企业尾矿库溃坝,洛阳镇、大安乡、思恩镇600hm2农田被尾矿及废矿渣淹没[16],庄稼大面积死亡,到了第二年,地里种什么作物都不长,严重的地方寸草不生。土壤化验结果表明,农田土壤酸度过大,Pb、Zn、As等元素超标。因洪水造成矿区尾矿库溃坝,或因暴雨造成工矿企业污水泛滥的现象时有发生,造成大面积农田土壤污染,同时还造成灌溉水源的污染。


  2.2.3农业生产


  农业生产过程,包括灌溉、用肥、用药、覆膜,已成为污染物质进入农田土壤的主要路径。


  (1)污水灌溉。包括在北方缺水地区和南方特旱季节,人们为了保障农产品产量无奈地利用未经处理或处理不彻底的生活污水、工业废水浇灌田地;也包括在广大的灌区,人们并未意识到灌溉用水受到了污染,无意之中将含有污染物质的水浇灌到了农田,造成土壤污染。白银市污水灌区调查分析结果表明,Cd为重度污染,Hg、As、Ni、Pb、Cu、Zn等在大部分区域内属于中度污染,个别区域为重度污染[17]。西安市西北郊沣惠渠灌区调查分析结果表明,长期污水灌溉,农田土壤Cd、Hg、Cr、Cu、Zn5种元素表现出不同程度污染,其中Cd和Hg污染尤为严重[18]。利用污水浇灌农田是造成土壤污染的主要原因,我国80%的土壤污染与灌溉有关[19];环境保护部和国土资源部开展的首次土壤污染状况调查结果表明,55个污水灌溉区中有39个(占71%)存在土壤污染问题,在1378个土壤点位中,超标点位占26.4%,主要污染物为镉、砷和多环芳烃[8]。


  (2)不合理地使用农药。农药包括各种杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、杀线虫剂、杀鼠剂、除草剂、脱叶剂、植物生长调节剂等。不合理地使用农药主要体现在3个方面:一是违规使用高毒高残留农药;二是过量使用农药;三是在不适宜的时间使用农药。农药在农业保产增产中发挥了重要作用,但不合理使用农药所造成的土壤污染问题日益突出,全国受农药污染的农田土壤已达933万hm2[7]。


  (3)不合理地使用肥料。关于肥料对土壤的污染问题,人们一般只关注化肥,很少关注有机肥。实际上,不仅化肥会污染土壤,有机肥同样也会污染土壤。


  化肥污染包括3个方面:一是某些用于生产化肥的原料中所伴生的天然重金属物质在化肥生产过程中未被完全清除,导致化肥中含有重金属而污染土壤,在部分磷肥中存在这种现象[20-21],如有学者认为,2013年湖南的“镉米”事件主要是农田使用的磷肥中镉含量高[16],吴卓耕等人的分析结果也表明土壤镉含量高与长期大量施用磷肥有直接关系[22];二是过量使用化肥和化肥与有机肥比例失衡造成土壤结构恶化和土壤微生物环境的改变,或因土壤环境的改变加剧土壤中有害重金属物质活化,危害农作物;三是由于过量使用化肥,未被作物吸收的化学成分进入水体(包括地下水和地表水),污染水环境。


  有机肥污染主要是指有机肥中含有的有毒有害物质对土壤的污染。农民自家粗制的农家肥,有的因掺入含毒生活垃圾(包括电子产品废弃物、各类化学试剂)而含大量有害污染物质,有的是掺入含重金属的湖塘底泥或污水处理厂含重金属的污泥,有的是牲畜粪便本身含有病原菌、重金属、激素、抗生素及其他有机污染物[23];另外,不少商品有机肥同样含有重金属等有害物质。如刘荣乐等人对162个商品有机肥样品测试分析结果表明:按照我国现有的有机-无机复混肥料国家标准(GB18877-2002)在162个测试样品中有1个样品Cr超标,2个样品Pb超标,9个样品Cd超标;但按照德国腐熟堆肥中部分重金属限量标准,在162个样品中有110个Cd超标,73个Ni超标,31个Zn超标[24],等等。王飞等人于2012年8~11月对华北地区42个商品有机肥样品测试分析结果表明:按照中国有机肥行业标准,Pb的超标率高达80.56%,其他测试重金属不超标;但按照德国腐熟堆肥标准,大部分测试重金属超标[25]。


  (4)不合理使用地膜。2012年全国地膜使用量131.1万t,地膜覆盖面积1758万hm2。地膜在我国各地的广泛推广使用,大大延长了冷凉地区农作物种植季节,扩大了某些农作物的种植区域,提高了农产品产量。但与此同时,大量的废弃残膜也带来了农田白色污染问题[26]。


  3农田土壤污染防治对策


  3.1首要工作是强化土壤污染防控


  土壤污染具有隐蔽性、滞后性以及累积性和治理的艰难性,农田土壤一旦受到污染,其治理难度很大,成本很高。因此,必须强化污染防控,控制污染物进入土壤。当前最为迫切的工作有8个方面:


  (1)严控工矿企业三废(废水、废气、废渣)排放,强化垃圾堆放场和矿区尾矿库的防渗、防漏、防刮(风吹)、防冲(洪水冲击)能力,防止污染物质进入水体、大气和农田。


  (2)强化灌溉水源质量监控工作。一旦发现水源受到污染,及时通报相关灌区,严控未经处理和处理不达标的污水灌溉农田。


  (3)严控高毒、高残留农药的使用,并强化农药使用知识的宣传,做到科学用药。


  (4)强化化肥质量监控,尤其是强化对磷肥重金属的监控,严控重金属超标化肥进入市场,并强化科学用肥技术的推广,做到化肥用量适度、化肥施用时机与频率适宜、化肥与有机肥比例合理。


  (5)强化对商品有机肥重金属等有害物质的监控,严控重金属等有害物质超标的有机肥进入市场。


  (6)开展对农村粗制农家肥质量的抽查检测工作,并加大宣传力度,让广大农民认识到含毒生活垃圾等有害物质进入农家肥的危害性。


  (7)强化农家肥无害化处理技术的研发与推广,并针对广大农民自制农家肥所存在的重金属污染问题,开展有机肥安全生产与使用专项行动。


  (8)科学使用地膜,广泛推广可降解地膜或可回收地膜,严控地膜对土壤的污染。


  3.2因情而宜,走综合治理之路


  首先应强化对土壤污染状况的调查,包括污染物类型、污染物来源、污染程度、污染区域的水热环境与土壤环境状况,以及不同作物对各类污染物的响应机理等,针对不同区域、不同类型的污染土壤走不同的治理之路。


  (1)改善土壤环境,促使有害重金属固化,减轻对农作物的危害。重金属在自然界是一种客观存在的微量元素,也普遍存在于土壤之中。重金属成害需要一定的条件,一是含量超过一定的标准,二是有适宜的环境条件。比如,重金属Cd在pH值为4.5~5.5时最容易被水稻吸收[27]。通过增施有机肥和在土壤中加入化学试剂,提升土壤pH值到5.5以上,土壤中黏土矿物和氧化物与重金属生成络合、螯合物,性质趋于稳定[28],水稻对镉的吸收性大大降低。


  (2)调整粮食作物品种结构,躲避重金属污染。不同的作物品种对重金属有着不同的吸附能力,通过调整粮食作物品种结构,可以大大地降低重金属的污染。如粳稻与籼稻相比,其对重金属Cd的吸收性小得多,台湾在镉米事件之后,大力推广粳稻种植,劝阻农户在Cd浓度较高的区域种植籼稻[27]。


  (3)暂时性退出可食用性农作物的生产,改种非食用性植物。某些受到污染的农田不能继续从事粮食、蔬菜、水果等可食性农产品的种植,但可以种植绿化植物或其他非食用性工业原料作物。当然,在选择非食用性工业原料时,必须考虑它们在后续可能对人类造成的危害。


  (4)暂时性退耕,进行修复。对于近期无法进行农作物种植的污染农田,退出农作物种植,采取包括生物修复、化学修复、农业生态修复在内的修复技术,对污染土壤进行修复。


  (5)彻底退耕,禁止进行农产品生产。对于污染严重且难以修复的污染农田,划定为农产品禁止生产区域,不再进行农产品生产。需要注意的是,必须强化对污染物的控制,避免污染物向周边地区扩散。