产地土壤污染现况及防治研究

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本文作者：方堃1,2刘潇威1王静2徐新宇3作者单位：1.农业部环境保护科研监测所2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所3.江苏省无锡市惠山区环境监测站

土壤是种养殖农产品主要的环境要素，其承担着产地环境中大约90％来自各方的污染物［1］。近年来，由于产地土壤环境受到污染而造成的农产品质量安全问题逐渐增多，引起了广泛的重视和研究［2］。土壤污染具有多源性、隐蔽性、累积性等特性，决定了它对生长在其中的农产品危害的复杂性、长期性、潜在性和突发性［3］。因此，研究产地土壤环境中主要污染物的来源、特点以及污染现状，提出相应的防治措施，对有效保护我国农产品产地土壤环境，保障农产品质量安全具有重要的意义。

一、产地土壤环境污染的定义及分类

土壤污染的定义目前不统一，主要有3种不同观点。（1）“绝对性”定义，即部分学者认为由人类向土壤添加有害物质，土壤中该有害物质含量超过了土壤背景值，土壤就受到了污染。（2）“相对性”定义，即有学者以特定的参照数据来加以判断，如以土壤背景值加2倍标准值为临界值，如果超过临界值，则认为土壤已被污染。（3）“综合性”定义，即定义为不但要看含量的增加，还要看后果，即当加入土壤的污染物超过土壤的自净能力，或污染物在土壤中累积量超过土壤基准值，而给生态系统造成危害，此时才能被称为污染。由于第3种定义更具有实际意义，而被使用的最多。土壤污染主要可分为无机物污染（重金属、化肥、盐碱类），有机物污染（主要是持久性有机污染物，如多环芳烃、多氯联苯以及难降解的农药等有机物质），生物污染（带有病菌的城市垃圾、厩肥等）以及放射性污染（锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素）等类型，污染物可单独对土壤的污染起作用，但多数是多种污染物共存的复合污染。产地土壤环境的污染物来源复杂，但主要来自工矿企业“三废”污染和污水灌溉两个方面。据统计，我国耕地污染退化面积约占总耕地面积的1／10，其中工业“三废”污染的耕地近1000万hm2，使用污水灌溉的耕地已达330多万hm2［4］。近年来，农业面源污染也开始成为引起土壤污染的一个重要因素。

二、主要的产地土壤环境污染物

（一）重金属类物质

目前，国际上公认影响比较大、毒性较高的重金属类物质一般有5种，即汞、镉、铅、铬、砷。20世纪50－70年代，日本富士县的“骨痛病”就是由于镉污染而导致糙米中镉超标而引起的，患者数千人，其中数百人死亡，至今还有人不断提出起诉和索赔。随着我国工业和农业的快速发展，城市化进程的不断加快，由于污水灌溉和工矿企业排污引起的产地土壤环境重金属污染问题也逐渐显现。如我国20世纪70年代，就有学者研究发现辽宁省沈阳张士灌区的土壤重金属超标严重，污染面积达2500多hm2，造成农产品无法食用［5］。雷鸣等人对湖南工矿污染区的调查也显示，株洲和湘潭等地工矿污染地区的镉、砷和铅污染面积占当地耕地总面积的90％以上［6］。在各类农产品中，水稻和叶菜类蔬菜是最易富集重金属元素的农作物［7～8］，因此，当土壤被环境中的重金属污染后，稻米和叶菜类蔬菜中重金属残留问题值得关注。重金属污染普遍具有以下共同点：（1）污染面积逐渐扩大。由于重金属类物质与污染排放密不可分，随着工农业的快速发展，特别是重工业的地域性转移，重金属元素威胁的范围逐渐加大。（2）污染治理耗时较长。土壤中的重金属很难靠稀释作用和自净化作用来消除，即使通过生物修复等手段，某些被重金属污染的土壤也可能要100～200年时间才能够恢复。（3）累积性和不可逆性。土壤中的重金属会被农作物吸收，通过食物链逐级放大和改变存在形态，从而对人体健康造成严重威胁。比如，汞被生物体甲基化后形成甲基汞，其具有神经毒性的环境污染物，主要侵犯中枢神经系统，可造成语言和记忆能力障碍等严重问题。人体长期摄入重金属，会蓄积于内脏和骨骼中，引起多种疾病。如在人体内，镉的半衰期长达7～30年，可蓄积50年之久，能对多种器官和组织造成损害［9］。如此长的半衰期，对人体来说甚至是不可逆的，一旦进入体内就难以排出。

（二）持久性有机污染物（POPs）

POPs是指一类具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，能够在大气环境中长距离迁移并能沉积回地球，对人类健康和环境具有严重危害的天然或人工合成的有机物质。目前，我国污染较为严重的POPs物质主要有：（1）多环芳烃（PAHs）。我国已有学者开展了对京津及附近地区、长三角地区、珠三角地区及东南沿海等区域的研究。结果表明，土壤中的PAHs主要来源于燃烧源（包括工业燃煤、汽车尾气排放等）。对北京郊区土壤中16种PAHs的研究表明，土壤中16种PAHs的平均浓度为1350μg／kg，其含量范围在16～3880μg／kg之间［10］。（2）有机氯农药（OCPs）。OCPs具有高效的杀虫力，1950－1970年被广泛用于农业生产，但是由于OCPs特殊的物理化学性质，其难以被化学降解和生物降解，在土壤中半衰期可达几年甚至十几年。由于OCPs严重对环境的影响，从20世纪80年代起许多国家开始禁止或限制使用OCPs。据统计，我国多年来累计施用滴滴涕40多万t，六六六等OCPs19万余t，虽然OCPs目前已被禁止使用，但是由于降解缓慢，其对土壤的污染仍不容小视［11～12］。（3）二英（Dioxin）。二英是一类物质的简称，包括210多种化合物。焚烧垃圾和塑料制品，以及有机物和氯的热处理过程，都会释放二英类物质。它们通过大气干湿沉降、污水污泥农用以及废弃物堆放等多种途径进入土壤环境［13］。我国有学者对一些地区土壤中二英含量的调查显示，部分省份土壤存在二英污染问题，其中钢铁厂和垃圾焚烧厂周围土壤污染尤为明显［14～16］。（4）多氯联苯（PCBs）。PCBs不但具有持久性有机污染物高毒、难降解的共同特点，同时还是内分泌干扰物，对人类健康和环境具有严重危害。目前，在工业发达的国家和地区，已发现有较高浓度的PCBs。在不发达国家和地区、人迹罕至的海洋、大气、水、土壤中也发现了PCBs。我国从1965年开始生产PCBs，到20世纪80年代初停产，共生产上万t，多年的使用造成一些地区环境污染严重［17］，已经在局部地区酿出了严重污染事件。POPs污染的主要特点：（1）高毒性。主要表现为它的“三致性”，即致癌、致畸、致突变效应。它还具有遗传毒性，能造成人体内分泌系统紊乱，使生殖和免疫系统受到破坏，并诱发癌症和神经性疾病。（2）持久性。POPs类有机污染物结构稳定，在自然条件下很难被降解。研究表明，即使是很多年前使用过，在许多地方依然能够发现它们的残留物，POPs分子结构中化学键具有相对较高的键能，可以抵御光解、化学和生物降解。一旦它们释放进入环境，将有可能在环境中持久存在。（3）生物蓄积性。POPs类有机污染物分子结构中通常含有卤素原子，具有低水溶性、高脂溶性的特征，因而能够在脂肪组织中发生生物蓄积，从而导致从周围介质迁移、富集到生物体内，并通过食物链的生物放大作用达到中毒浓度。（4）迁移性。POPs具有半挥发性，能够从水体或土壤中以蒸汽形式进入大气环境或被大气颗粒物吸附，通过大气环流远距离迁移。在较冷或高海拔地方会重新沉降到地面上。而后在温度升高时，它们会再次挥发进入大气，进行迁移。如今在地球两极以及珠穆朗玛峰地区都已监测到POPs物质的存在。

（三）农业面源污染物质

农业面源污染主要是在农业生产过程中滥施化肥、农药和农用地膜所致。（1）化肥。自从1843年人类开始生产化肥以来，化肥的使用已有165年的历史，随着农业的发展，全球化肥施用量将不断增加。我国自20世纪80年代开始，化肥施用量逐年增长。农业部数据显示，目前使用量约稳定在5460万t（折纯量），平均施用量达500kg／hm2以上，远远超出发达国家225kg／hm2的安全上限。由于化肥主要来源于矿物，其中含有大量的重金属类物质，比如用作磷肥的矿石中通常含有一定量的镉元素，过量施用必然会造成间接污染。（2）农药。虽然有机氯等高残留农药目前已被禁止，但其他农药使用问题也非常突出。据统计，2006年我国农药年产量约130万t，使用面积约2.8亿hm2，只有约20％能被作物吸收利用，大部分进入了水体、土壤及农产品中［18～19］。除有效成分外，农药中的助剂等其他成分也会长期残留于产地土壤环境中，形成持续污染。（3）农用地膜。由于设施农业的普及，地膜污染也在加剧，近20年来，我国的地膜用量和覆盖面积已居世界首位，2010年地膜覆盖面积约为1.8×1011m2，年用量约为130万t，年均约有50万t农膜残留于土壤中，残膜率达40％。而且在全部农膜市场中，高档农膜仅占2％，中低档农膜高达98％［20］。残留土壤中的劣质地膜不但破坏土壤结构，减低土壤肥力，还会在分解过程中析出铅、锡等有毒物质，影响作物安全。面源污染的主要特点：（1）影响面积大。与重金属污染等集中于工矿企业周边不同，面源污染物质影响面积非常大［21］。据统计，我国化肥利用率不到4成，在施用过程中，大量肥料未被有效利用并流失，这在我国几乎所有耕地中都会产生。（2）直接危害小。大多数面源污染物主要影响水体环境，对产地土壤环境的直接危害较小，其危害主要表现在间接方面，即长期过量使用化肥会出现土壤孔隙堵塞、板结甚至酸化，降低微生物活性，从而降低农作物产量，同时能活化重金属等有害物质，影响农产品质量安全。（3）污染控制难。农业面源污染的污染源并不具体，同时在给定的区域内它们的排放是相互交叉的，加之不同的地理、气象、水文条件对污染物的迁移转化影响很大，因此很难具体监测单个污染源的排放并加以控制。

三、我国产地土壤环境污染的主要问题分析

（一）污染源头控制不到位

由于我国部分企业环保意识不强，污染控制技术不达标，工业“三废”和污水灌溉造成的产地土壤环境污染并未禁绝，污染事故仍时有发生。同时，由于我国环境管理体系主要建立在城市和重要点源污染防治上，对面源污染重视不够，导致农村环境治理体系的发展严重滞后。加之农业投入品使用方式粗放，缺乏科学引导，特别容易导致农业面源污染，使目前畜禽养殖业和矿物肥料大量施用造成的产地土壤环境污染问题逐步显现。

（二）污染底数不清楚

目前我国产地土壤环境污染途径多，原因复杂，由土壤污染引发的农产品安全事件时有发生，成为影响农业生产、群众健康和社会稳定的重要因素。而现在已开展的污染监测工作覆盖范围较窄，对产地土壤污染的范围、程度甚至污染物种类缺乏整体的掌握，导致防治缺乏针对性。

（三）污染治理缺乏有效手段

产地土壤环境污染治理的难度较大，其主要原因在于土壤本身的结构复杂，且各地土壤背景情况各不相同，对污染物的结合情况多变，加之复合污染物之间的相互作用，使得快速解决土壤污染问题难以实现。土壤污染修复的方法多种多样［22］，包括物理方法，如客土法、热处理法等，缺点在于费用昂贵，难以用于大规模污染土壤的改良。化学方法，如化学固定或化学淋洗等，但前者只能降低污染物的生物有效性，后者又容易造成二次污染。生物修复方法，其中植物修复以运行成本低，回收和处理富集重金属的植物较为容易，成为了近年来发展的热点，但该方法的主要问题在于超积累植物较难获得，同时植物对重金属一季累积的绝对量并不可观。

四、产地土壤环境污染的防治对策建议

（一）杜绝污染源头

消除工业“三废”对产地的污染排放，严格污灌管理。加大环保监管和执法力度，严格执行国家制定的污染排放标准，杜绝超标排放现象。特别注重产地环境的保护工作，设立定位监测点，健全农业环境监测网络。同时，严格控制农业面源污染。应加大对农业面源污染的重视程度，加强农业环境法律法规建设，完善农村环境管理机构。积极转变农业发展方式，推进测土配方施肥、精准施肥、水肥一体化等农业技术，鼓励使用农家肥或其他有机肥料，提高化肥利用率，从源头上减少化肥流失造成的面源污染。

（二）做好农产品产地土壤环境治理规划和分级工作

农产品产地土壤环境污染往往呈现时空变异性，同时由于污染物种类繁多，潜在的相互作用等因素，难以简单界定。因此，应积极开展农产品产地土壤环境的小比例尺详细普查数据，摸清污染原因、污染种类和范围程度，做好治理的规划计划。同时，健全产地土壤环境标准，组织开展污染等级划分工作，对未污染的土壤，要进一步加大保护力度；对轻度污染的土壤，应抓紧修复治理或种植替代作物；对有毒有害物质超标严重的土壤，应坚决设立禁止生产区，或科学调整种植其他非食用农作物。

（三）强化农产品产地土壤环境的治理技术研究

开展有关农产品产地土壤污染控制、种植结构调整和修复技术研究，针对重金属污染等难点问题，加快快速检测、修复和治理技术研究，以生态修复为重点，筛选出生长周期短、富集效果好的生物品种，积极开展综合治理。大力开发和推广节约、替代、绿色的先进技术，发展生态农业和循环农业，提高化肥农药等农业投入品的利用率。