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张桃林:科学认识和防治耕地土壤重金属污染

来源:《土壤》 作者:张桃林 人气: 发布时间:2018-03-23

农产品产地环境质量安全是农产品质量安全的第一道关口,直接影响农产品质量。然而,近年来我国部分地区土壤重金属污染问题日益凸显,已成为影响农产品产地环境质量,进而影响农产品质量安全的突出问题。

如何科学认识和客观评价我国农业土壤及主要农产品重金属污染现状和发展趋势,并开展有效的保护和防治工作,尽快地把耕地土壤重金属污染的危害降到最低程度,已成为政府、公众和科学界共同高度关注的话题和十分紧迫的任务。

相对于大气和水体等污染,土壤重金属污染有其特殊的复杂性、隐蔽性、滞后性和长期性,需要对其成因、扩散途径和生态效应进行客观、全面和科学的分析,在此基础上采取针对性的防控和治理措施。

1土壤重金属污染的复杂性

1.1土壤重金属来源的复杂性

土壤重金属污染的复杂性,首先体现在土壤重金属污染来源十分复杂。人类的各种生产和生活活动,尤其是在工业化、城镇化快速发展过程中,粉尘、工业污水和垃圾、汽车尾气等废弃物排放量显著增加,这些废弃物中含有的Cd、Cr、Pb、Cu、As等重金属,通过各种途径迁移、扩散进入土壤,导致表层甚至深层土壤重金属元素不同程度的富集,成为土壤退化的重要表现形式。

一些矿山在开采、加工和冶炼过程中废渣和尾矿等随意堆放导致其中的重金属直接或间接进入土壤,是耕作土壤重金属重度污染的最主要原因。

大气沉降和污水灌溉则是城市工业和交通源重金属进入耕作土壤的最主要途径,尤其是Cd、As、Sb、Pb和Ni等元素。根据我国学者的估算结果,目前各种人为来源Cd的输入导致我国农田耕层土壤(0~20cm)Cd的年平均增量为4μg/kg,如果不采取有效的管控措施,这种幅度的持续增加足以在几十年的时间内使得大部分无污染的土壤Cd含量达到超标水平。

同时,由于矿化和一些特殊的地质作用,自然因素也会导致一些地区土壤母质中重金属呈现高度富集的现象。

20世纪80年代进行的中国土壤元素背景值调查结果表明,不同类型母质上发育的土壤,其重金属含量的差异很大,如As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Pb等元素在基性火成岩和石灰岩母质发育的土壤中的平均含量大大高于风沙母质土壤。

由于地质成因(主要与超基性火成岩有关)导致的土壤重金属富集现象,是我国南方地区土壤中Cr、Cu、Ni、Zn等元素含量在大尺度上发生分异的重要原因。

1.2土壤重金属污染评价的复杂性

受成土过程及土壤质地、有机质含量、pH、Eh等环境条件的影响和制约,来自母质和通过各种途径进入土壤中的人为源重金属以多种不同形态存在,且不同形态重金属的生物有效性差异极大。

我国幅员辽阔,土壤类型多样,不同类型土壤对重金属的环境容量也有显著差别,加之区分土壤中自然和不同人为来源重金属的技术难度较大,进一步增加了土壤重金属污染评价的复杂性。

土壤–作物系统中的重金属迁移是一个复杂过程,除受土壤中重金属含量、形态及环境条件的影响外,不同类型农作物吸收重金属元素的生理生化机制各异,因而有不同吸收和富集重金属的特征。

即使是同一类型的农作物,不同品种间富集重金属的能力也有显著差异。此外,农田灌溉方式、灌溉时间、施肥方式和田间管理等农艺措施都会影响作物对产地土壤中重金属的吸收。

这些因素均决定了农产品产地土壤重金属含量与农产品质量之间并非简单的直接对应关系。

我国目前所执行的《土壤环境质量标准》(GB15618-1995),在我国农业资源环境保护中发挥了积极作用,但由于当时研究水平和数据资料积累等因素的限制,主要以土壤重金属全量为依据,没有充分考虑我国土壤类型、作物类型、耕作制度和农艺管理措施的多样性和差异性,不能满足我国农产品安全生产的需要,其科学性和可操作性亟待改进和完善。

事实上,全国农业环境保护监测结果表明,按现行土壤环境质量标准和食品安全国家标准,“土壤重金属超标而农产品不超标”与“土壤重金属不超标而农产品却超标”的现象时有发生。

例如,对全国无公害农产品基地县环境质量评价结果表明,南方部分土壤重金属高背景值地区,有的重金属全量超过了国家土壤环境质量二级标准,但多年来生产的农产品一直是安全的,甚至是出口创汇的主打产品,农产品质量经得起发达国家的严格检验。

此外,土壤属性的空间异质性决定了土壤重金属含量在空间上的分异并随着研究尺度、采样密度和采样方法的不同而有着不同的表现。

目前国内已开展了大量土壤重金属污染的调查和评价工作,但目前大尺度的调查和评价主要集中在人口密集、经济发达的东部和中部地区,小尺度上的研究大多针对工矿和冶炼厂区周边地区、城郊蔬菜地等,对农业主产区耕地重金属现状的调查和分析相对较少,而且由于调查目的不同、研究方法和评价标准的差异,评价结果的宏观代表性值得商榷。

这在客观上造成了对我国部分地区土壤重金属污染状况估计过高的结果。因此,要科学认识和正确对待现行土壤重金属污染调查结果。

一方面要高度重视土壤保护、积极开展有效防治工作;另一方面也不必谈“污”色变,夸大我国土壤重金属污染范围、程度和危害。

1.3土壤重金属污染治理的艰巨性

过去部分行业的环保工作者把土壤作为污染物的消纳场所,过高估计了土壤的自净能力,实际上土壤是宝贵的农业生产资料,其环境负载容量是有限的,必须加以保护,防治重金属逐步累积。

各种来源的重金属一旦进入土壤,除少部分可通过植物吸收和水循环(或挥发)移出外,其在土壤中的滞留时间极长。

前人研究结果表明,温带气候条件下,Cd在土壤中的驻留时间75~380年,Hg为500~1000年,Pb、Ni和Cu为1000~3000年。

一些土壤遭重金属污染后,往往需要花费很大的代价才能将污染降到可接受的水平,而且根据现有的技术水平,很难完全避免在修复等治理过程中派生的二次污染等负面影响。

土壤修复技术研究虽已开展多年,但纵观已有的研究成果,多数只限于实验室水平或田间小试阶段,达到现场大规模应用和商业化推广的成套技术不多。

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