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深度 中国农田土壤重金属污染防治挑战与对策

文章出处:m6米乐 人气:发表时间:2021-10-27 01:00
本文摘要:来源:《土壤学报》2018年02期作者:陈卫平1*,杨阳1,2,谢天1,2,王美娥1,彭驰3,王若丹4单位:1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域国家重点实验室;2.中国科学院大学;3.中南大学冶金与环境学院;4.陕西师范大学地理科学与旅游学院我国农田土壤重金属污染格局多样,区域污染风险引人注目。发达国家对污染土壤的修缮经验对我国具备糅合意义。

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来源:《土壤学报》2018年02期作者:陈卫平1*,杨阳1,2,谢天1,2,王美娥1,彭驰3,王若丹4单位:1.中国科学院生态环境研究中心城市与区域国家重点实验室;2.中国科学院大学;3.中南大学冶金与环境学院;4.陕西师范大学地理科学与旅游学院我国农田土壤重金属污染格局多样,区域污染风险引人注目。发达国家对污染土壤的修缮经验对我国具备糅合意义。

我国农田土壤重金属污染防治面对土壤重金属空间异质性强劲、土壤类型及农作物品种对重金属积累差异大、土壤酸化相当严重、土壤元素流失、不科学的发展方式、土壤重金属积累趋势无法反败为胜、土壤—农作物重金属积累线性关系不明显,修缮技术不完备、修缮措施长年风险调控机制缺陷等主要挑战。根据我国农田土壤污染防治现状及课题组工作基础,我们明确提出以预防为主、维护优先和风险管控为基本思路,创建土壤污染防治体系,通过“土壤环境质量调查、土壤污染源头管控、分类管理和土壤环境质量基准推论”等4个步骤前进农田土壤重金属污染防治工作。农田土壤重金属污染关系农产品质量安全性和农田生态系统身体健康,受到各国政府和科学家的普遍注目。

我国农田土壤重金属污染形势严峻。根据2014年环境保护部和国土资源部公布的《全国土壤污染状况调查公报》表明,我国农田土壤点位微克率为19.4%,以Cd、Ni和Cu等重金属污染尤为引人注目。据赵其国等估计,我国农田土壤重金属污染面积大约为2×107hm2,每年不受污染粮食多达1.2×107t,经济损失约2×1010元。

宋伟等对近20 年来土壤重金属污染研究的整理表明,我国城市、城郊和农村皆不存在有所不同程度的农田重金属污染问题,牵涉到全国83.9%的省份和22.5%的地级市。Teng等和Li等对全国土壤重金属含量的监测表明农田土壤重金属污染类型在激增,面积在不断扩大,程度在提升。

赵其国和骆永明认为我国区域农田土壤重金属污染相当严重,以西南(云南、贵州等地),华中(湖南、江西等地),长江三角洲及珠江三角洲等地区更为引人注目。曾希柏等对湖南和广东等矿区周边农田的调查表明,样品多达现行土壤环境质量II 级标准的比例超过21.1%~62.3%。对污染农田的管理修缮可减少粮食产量,提升农产品质量安全性,确保区域民众身体健康,其生态—社会—经济效益极大。

2016年5月,国务院印发了《土壤污染防治行动计划》(全称“土十条”),反映了国家对土壤重金属污染防治工作的推崇。相对于水污染和大气污染,土壤污染隐蔽性强劲、自净能力差、风险积累时间宽。

如何解决问题土壤污染特别是在是大面积的农田土壤重金属污染,是一个十分不利且棘手的问题,也是各级管理部门有效地实行“土十条”所必需面对的挑战。当前国内土壤重金属污染研究主要集中于在污染源解析,矿区周边土壤污染特征分析,身体健康风险评价及修缮技术等多个方面,对我国土壤污染防治现状和应付策略目前仍缺少全面精细的了解。本文基于国内外农田污染管理经验和研究团队多年工作基础,对我国农田土壤重金属污染防治面对的挑战和适当对策展开系统辨别,目的为我国土壤污染防治工作的坚实前进及农田生态系统的良性运转获取科学承托。

1. 国外农田土壤重金属污染防治经验20世纪60年代,美国、欧洲(德国、法国和荷兰等)和日本等发达国家以重工业居多的经济发展模式引起了相当严重的土壤污染问题。其中日本因农田Cd污染引起的“痛痛病”受到国际社会的普遍注目。为应付农田土壤重金属污染这一世界性问题,发达国家很早以前之后积极开展了适当的污染防治工作,并构成了更为完备的法律、法规、技术和工程等土壤污染防治管理体系。1.1 美国美国于20世纪40年代实施了《农业修正法案》,希望农户对近1620万hm2 农田展开耕作,并于50、70和80年代再度积极开展耕作。

20世纪70年代,美国对其土壤与农作物重金属积累量展开调查,对污染区域展开风险评估。20世纪80年代美国在《超级基金法》指导和反对下制订了牵涉到环境监测、风险评价和土壤修复等领域的标准管理体系,还包括农业投入品管理,农产品检测、本源与安全性管理,以及污染耕地栽种结构调整等方面。美国侧重对各种修缮技术的研发和创意,并在小尺度农田(如家庭菜地)积极开展以污泥、有机肥、石灰等土壤改良居多的修缮措施,在植物与微生物修缮方面也有很好的技术储备。

1.2 欧洲20世纪80年代,欧洲各国通过创建土壤可持续利用工作机制,完备土壤环境管理的法制、法规和涉及标准等有效地措施从整体上强化农田土壤环境管理。遥相呼应“以防重在清领”的方针,欧洲各国侧重对其土壤污染的长时间、多尺度监测。

德国专门正式成立了土壤污染调查小组,对全国还包括农田在内的800个监测点展开长年多指标(物理、化学和生物)监测。法国和荷兰皆创建了土壤重金属信息数据库,并向公众对外开放,为积极开展污染农田修缮工作获取技术支持。欧盟于1997年牵头26个成员国积极开展土壤牵头调查,对欧洲还包括农田在内的3000个点位展开重金属含量监测。

2009年和2012年,欧盟再度牵头27个成员国积极开展针对欧洲农田土壤重金属含量的调查,样点埋设密度减少至1/200km,调查点位减少至22000个,并应用于统一的取样和分析规程。调查结果显示除6.24%的农田必须展开风险评估和修缮外,欧洲其余农用地重金属含量皆在适当标准范围内。

保守修缮(Gentle Remediation Options)技术便于风险管控且可持续性强劲,资金调配灵活性,是目前欧盟应付重金属污染农田修缮的主要自由选择。1.3 日本由于农用地资源紧缺,日本对土壤重金属污染防治工作十分重视。20世纪70年代日本施行了一系列土壤污染防治标准和法律、法规,确认了污染农田监测区域和修缮技术应用于范围。

至20世纪90年代,日本76%的不受污染农田修缮宣告已完成。在农田土壤修复工作中,日本科学家根据地质条件和土壤特性等因素设计了符合有所不同工程拒绝的客土法(埋、上悬、切换和排土等),并规定修缮已完成后对修缮区稻米重金属含量展开倒数3年的监测,合格区中止监测,不合格区由政府统一并购污染稻米后之后展开修缮。

在大面积客土法应用于后,日本科学家明确提出对低污染和中等污染农田搭配成本低、操作者非常简单的植物修缮和田间管理等修缮技术。日本还制订了针对重点行业的重金属排放量方案。以Hg为事例,日本经过对电池、医疗设备和灯光等行业多年的禁Hg、缩Hg措施,其国内Hg年需求量从20世纪60年代的2500增加至近几年的10t。

1.4 其他国家涉及报导认为巴基斯坦、印度和巴西等发展中国家近年来也经常出现了相当严重的农田土壤及农作物重金属污染问题。由于这些国家仍未进行对其农田土壤污染的系统性调查,缺少针对性的法律法规,涉及修缮技术也逗留在实验室研究阶段,因此其政府偏向于自由选择更为激进且成本低、操作者非常简单的修缮技术。

例如巴基斯坦通过向农田加到赤泥、农场肥料等材料以减少土壤重金属活性;印度和巴西应用于印度芥菜、牧草(柳枝稷)等重金属超强富含植物以减少污染农田土壤重金属含量。其中巴西在农田土壤污染修缮工作中,不但侧重重金属污染物的清理和消退,还侧重从土壤排便、土壤微生物活性等微指标来评价土壤生态系统身体健康风险,以构建农田土壤环境的系统性修缮。

农田土壤重金属污染修缮市场需求极大,但由于我国土壤污染问题与发达国家同期较为差异较小,且农田土壤环境管理跟上较早,对各国土壤修复经验可以糅合但无法如出一辙。具体的农田土壤重金属污染防治思路,完备的法律、法规体系,针对性的管理策略,长年的资金和先进设备的技术支持是发达国家有效地前进农田土壤污染修缮工作的基础,也为我国获取了很好的自学范例。

2. 我国农田土壤重金属污染防治面对的问题与挑战2.1 区域差异明显2.1.1 农田土壤重金属空间异质性强劲我国幅员辽阔,有所不同区域土壤重金属背景值和积累量差异较小,必须大量物力和人力来做到土壤整体污染状况。以土壤Cd含量为事例,各省份中贵州土壤Cd背景值最低(0.659 mg·kg-1),大约为内蒙古土壤Cd背景值(0.053 mg·kg-1)的12.4倍。Liu等对我国22个水稻栽种省份土壤Cd积累量展开调查,表明全国水稻土Cd平均值含量为0.45 mg·kg-1,其中湖南水稻土Cd平均值含量(1.12 mg·kg-1)为河南水稻土Cd 平均值含量(0.06 mg·kg-1)的18.7倍。

县域尺度内土壤重金属背景值和积累情况也不存在较小差异。我们对湖南某地农田的调查表明有所不同乡镇土壤Cd背景值范围在0.08~1.2 mg·kg-1,差距约15倍。我们对该地区两个典型农业化乡镇Cd输出通量展开估计,结果显示TS乡镇通过灌溉水和大气下陷输出农田的Cd通量分别为WL镇通过完全相同途径输出农田Cd通量的2.2倍和2.5倍。

农田土壤重金属积累量还受到距工业区、矿区和城镇区的距离,有所不同种类农产品的投放及气候条件等多种因素影响,这更进一步增进了农田土壤重金属积累的空间变异。2.1.2 农田土壤类型差异显著我国农田土壤类型多样,由于土壤条件、气候条件和耕作管理水平的有所不同,有所不同类型土壤化学系性质差异较小,这更进一步激化了农田土壤重金属污染的多样化格局。王金贵对我国22种典型农田土壤Cd的导电解吸特性展开了研究,结果显示有所不同温度下红壤、赤红壤和黄壤等酸性土壤类别Cd解析亲率皆在15%以上,明显低于灰漠土和栗钙土等碱性土壤类别的Cd解析亲率(<10%)。

同一土壤类别中重金属活性差异也较小。Rafiq等对我国7种典型农田土壤Cd活性展开研究,结果显示酸性土壤类别中,富铝土中互相交换态Cd含量大约为黄壤中互相交换态Cd含量的将近4倍。土壤类型对农作物重金属积累量影响也较小。

Ding等通过盆栽实验研究了同一农作物品种(胡萝卜)在我国21种典型农田土壤中的生长情况,找到有所不同土壤进账的胡萝卜对Cd和Pb的积累差异近180倍和360倍。Rafiq等认为我国7种典型水稻土进账的同品种稻米中,Cd含量差异超过125倍。2.1.3 农作物品种差异显著有所不同农作物对土壤重金属积累量差异较小。

我们对湖南省某地农田Cd含量的长年监测指出,水稻田Cd固液分配系数(Kd,平均值为29.5 L·kg-1)略低于菜田土壤Kd(平均值为38.4 L·kg-1),然而稻米Cd 富含因子(PUF,平均值为1.52)却高达蔬菜PUFCd(平均值为0.15)近10倍。同一农作物内有所不同品种对重金属富含能力差异也较小。

Duan等通过大田实验调查湖南省少见的471个水稻品种对As和Cd的积累差异,结果显示有所不同品种对As和Cd积累差异分别为2.5倍~4倍和10倍~32倍。该研究还认为有8个品种展现出出有显著的较低Cd 富含特性,有6个品种展现出出有显著的较低As富含特性。

Liu等研究了河北省少见的30个小麦品种对土壤Cd和Pb的积累差异,结果显示小麦中Cd和Pb的含量范围分别为0.87~6.74和18.3~94.0 mg·kg-1,有3个品种展现出出低Cd 富含特性,4个品种展现出出低Pb富含特性。有所不同农作物种类及完全相同农作物种类有所不同品种对土壤重金属富含能力的差异导致系统管理农田土壤污染风险的不便,但也为污染农田的再行利用和耕作方式调整获取了新的契机和方向。2.2 污染危害激化2.2.1 农田土壤酸化相当严重农田土壤酸化强化了土壤重金属活性及其迁入和蔓延能力,弱化了土壤—植物系统重金属迁入屏障,激化了重金属污染的危害。

Blake和Goulding在英国洛桑试验站的研究认为,强劲酸性土壤(pH=4)在100年中活化了近60%~90%的土壤总镉。R?mkens等对台湾土壤—水稻系统3198个样品重金属含量的调查表明,大部分Cd含量微克稻米产于土壤Cd含量不低却相当严重酸化区域。我们对湖南省某地的调查也表明在土壤pH<5.5的菜地和水稻田中,蔬菜和稻米Cd含量微克亲率分别为7.8%和89.4%;而在土壤pH>6的菜地和水稻田中,蔬菜和稻米Cd 含量明显减少至1.3%和32%。我国土壤酸化面积近200万hm2,近年来粮田、菜园和果园酸化趋势皆有减少。

Guo等认为1980―2000年我国5种典型土壤pH减少范围为0.13~0.8unit。其中水稻土酸化尤为相当严重,1980―2000年水稻土pH年均上升速率为0.012unit。而1988―2013年,水稻土pH年均上升速率下降至0.023unit。

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这也是造成我国近年来稻米Cd含量微克问题多发,而某种程度以水稻为主要农作物的其他亚洲国家(泰国、韩国、日本等)稻米Cd 含量微克问题不引人注目的主要原因之一。氮肥用药失当、连作栽种致酸作物及酸下陷是导致我国农田土壤酸化的主要原因。近30年来我国氮肥用药总量快速增长了近200%,年氮肥消费量占到到全世界氮肥总量的34%。

而每增施100kg·hm-2的氮肥,水稻土pH就上升0.65 unit。我国每年通过各种途经损失的氮量占总氮量的52%,据估计因氮损失每年向土壤获释2×104~2.2×105 mol·hm-2的H+,为酸下陷的10倍~100倍。频仍重茬栽种单完全一致酸农作物更进一步加快了农田土壤酸化。据估计我国每年有多达20t hm-1 的干物质生物量被进账,造成大量盐基离子被从土壤中去除,并产生1.5×103~2×103 mol·h-2的H+。

酸雨是酸下陷的主要形式。作为世界第三大酸雨区,酸雨覆盖面积占到到我国国土的40%。华中酸雨区(以长沙、株洲,赣州和南昌为中心)酸雨频率高达90%以上,这些地区也是近年来稻米Cd含量微克问题多发的主要区域之一。

提升氮肥利用率,科学用药土壤改良剂,强化作物致酸研究和掌控氮、硫污染物废气可以利于减轻我国农田土壤酸化问题。2.2.2 土壤元素流失土壤生态系统中一些盐基离子与轻金属元素在农作物吸取和运输中不存在紧密的消长关系。长年不合理的耕作制度不会导致农田土壤盐基离子大量萎缩,更进一步减少了农作物对重金属的积累风险。

刘春生等认为经酸雨淋溶的土壤在10 年中淋失K+、Na+、Ca2+和Mg2+总量分别为530、567、5071和781 mg·kg-1。Wang等认为长江三角洲地区60.7%的农田Ca2+萎缩相当严重,这些土壤中进账的小麦对Cd和Ni的积累量分别是丰Ca2+土壤中进账的小麦对Cd和Ni积累量的2倍和3倍。Yang相等近年找到了调控水稻根部吸取Mn2+和Cd2+的关键抗性蛋白基因(OsNRAmp5),从分子层面说明了了土壤Mn与水稻吸取和运输Cd 过程密切相关。

我们在湖南省某地的调查也找到当土壤无定形锰(Mnox)高于82 mg·kg-1时,稻米Cd富含因子(PUF)小于1的概率高达83.8%,而当Mnox提高至132mg·kg-1时,该风险概率再降29.3%。当前该地区土壤Mn平均值含量只有248 mg·kg-1,明显高于湖南省土壤Mn 背景值(459 mg·kg-1)。我们通过大田实验更进一步检验了增施Mn肥(MnSO4)可有效地减少稻米Cd 微克亲率(从100%降到33.3%)。

因此土壤Mn的相当严重萎缩是导致该地区稻米Cd含量大范围微克的主要原因之一。土壤盐基离子的萎缩也是导致很多修缮措施在实际应用于时效果不佳的主要原因之一。修复土壤元素均衡有助提高土壤修复效率和确保土壤生态系统的身体健康运转。2.2.3 不科学的发展方式近年来由于劳动力成本增加和稻米Cd含量微克事件的再次发生,我国部分地区经常出现了超量用药化肥、转用进口磷肥、水稻田改为菜地、双季稻改为单季稻等现象,更进一步激化了土壤重金属污染的危害。

一些地区误以为超量用药化肥有助农作物吸取营养元素,减轻重金属危害。虽然我国常用的化肥中(以氮肥、钾肥及复合肥居多)重金属含量并不低,但众多实验认为长年大量用药化肥不会毁坏土壤农业生态服务功能,明显减少农作物对重金属的富含。一些地区争相出售国外进口磷肥,而我国磷肥中重金属含量明显高于世界主要农业大国。以Cd为事例,我国磷肥中Cd含量在0.08~3.6 mg·kg-1,而摩洛哥和美国磷肥中Cd含量范围分别为10~24和4~100 mg·kg-1。

此外,虽然磷肥中重金属含量低于其他肥料,但我国由磷肥带进农田土壤重金属的通量只占到输出总量的1.2%~5.9%。近30年来我国菜地面积减少了411%,而水稻栽种面积增加了20.4%。由于耕作方式差异,菜地对土壤的扰动更加强劲,菜地肥料施用量为水稻田施肥量的将近3倍,这更进一步激化了土壤环境质量的上升。Zeng等认为近30年来,我国菜地重金属污染趋势减少显著,24.1%、10.3%和9.2%的菜地Cd、Hg和As含量远超过国家土壤环境质量标准。

Zhang等认为水田改为菜地后,土壤pH、有机质、微生物活性皆明显上升,而土壤重金属活性下降。我们在湖南省某地的监测也指出水田改为菜地后,土壤pH,有机质含量,C/N 比及无定形Fe、Mn含量皆明显减少。

1998―2006年,我国南方有1.7×106 hm2双季稻改回单季稻,产量损失约1.6×107t。这不仅给我国农业生产和经济发展带给严重损失,也未解决问题稻米Cd含量微克问题。我们对湖南某地的长年观测表明中稻或单季晚稻Cd含量明显低于双季稻Cd含量(数据并未刊登)。

由于该地民众食用自产中稻或单季晚稻的比例高达89.7%,双季稻改为单季稻反而减少了民众经大米摄取Cd的身体健康风险。因此政府不应强化对进口磷肥产品的检测,对农用地耕种模式的监督,对设施农业合理播种科学知识的普及和对国家涉及政策的宣传。

2.3 风险管控艰难2.3.1 农田土壤重金属积累趋势无法反败为胜农田土壤重金属来源普遍,大气下陷、污水灌溉和化肥应用于皆不会对农田土壤重金属的积累产生明显影响。Luo等对我国土壤重金属输出/输入通量展开估计,结果显示大部分农田土壤重金属输出通量大约为输入通量的3倍~140倍。

其中农田土壤Cd年输出通量高达1417 t。以我国土壤Cd平均值背景值(0.097 mg·kg-1)为基础,在当前土壤Cd年均增量情况下(0.004 mg·kg-1),即使不考虑到外源污染物,农田土壤Cd积累量也不会在50年内多达现行土壤Cd含量标准(0.3 mg·kg-1)。区域农田生态系统Cd积累趋势也在逐步减少。

以普遍注目的水稻田Cd污染为事例,当前南方双季稻年均产量大约为13.5 t·hm-2,在合乎我国稻米Cd安全性质量标准(0.2 mg·kg-1)的情况下,栽种水稻产生的Cd年输入通量为2.7 g·hm-2,明显高于年均Cd 下陷通量(4.0 g·hm-2)。即使不考虑到肥料和灌溉水等重金属输出途径,水稻田Cd含量也将持续减少。

我国部分地区有机肥(特别是在是畜禽粪便)和污灌污水中重金属含量过低。据测算仅有从养猪场的猪粪中每年带进农田的就有As 230 t,Cu 240 t 和Zn 900 t。

王美和李书田调查了我国近20年来土壤重金属含量在用药有所不同肥料后的变化,结果显示82.4%、76.5%、61.1%和50%的农田在用药有机肥后,土壤Cu、Zn、Cd和Pb含量较对照分别减少了0.08~13.98、0~26.5、0~0.34和1.63~5.31 mg·kg-1。辛术贞等认为我国污灌区农田重金属污染面积占了污灌总面积的65%,86%的污灌区水质不合乎灌溉拒绝,近30年来污灌污水中Cd含量有增高的趋势。可见在整体环境质量以求提高之前,我国农田土壤重金属污染持续积累趋势无法转变。

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从源头上掌控主要污染元素在农田土壤中的累积有助减少农产品重金属富含风险。2.3.2 土壤—农作物重金属积累线性关系不明显重金属在土壤—农作物系统中的迁入和运输受到土壤pH、有机质含量、阳离子交换量和水解还原成电位等多种因素影响,因而土壤与农作物重金属富含水平无显著定量关联。张红振等对我国近30年来土壤—农作物系统Cd积累研究展开整理,结果显示土壤与稻米、小麦和蔬菜Cd含量之间线性关系较好,污染土壤生产Cd含量不微克水稻、小麦和蔬菜,不污染土壤生产Cd微克水稻、小麦和蔬菜的现象普遍不存在。我们对湖南省某地水稻田和菜地重金属含量的长年检测也证明了这一现象。

土壤与农作物重金属含量线性关系的不明显减少了粮食质量确保的复杂性,也给农田土壤重金属污染风险掌控与管理带给了很大挑战。2.3.3 修缮技术不完备我国土壤污染修缮基础研究与技术研究交会过于,仍未构成针对农田重金属污染土壤修复的完善体系。当前我国常用的农田污染修缮技术主要集中于在物理技术、化学技术、生物技术和农艺修缮措施等4方面。

其中物理修缮技术(如客土)见效快、适用性甚广,但是工程量大,费用低,且我国仍未制订符合有所不同工程拒绝的客土法规程;化学修缮技术(如淋洗、烧结)成本低、修缮材料来源普遍,但技术拒绝多,且缺少针对修缮副产物和修缮材料的重复使用及处置技术规范,更容易导致二次污染;生物修缮技术(如超强富含植物)成本低,对土壤扰动小,但大部分重金属超强富含植物不受区域气候条件影响较小,生物量小、生长缓慢;农艺修缮措施(如水分管理、轮作等)操作者非常简单,但修缮周期长,涉及技术多逗留在实验研究阶段。我国于近年成立专项资金在典型污染区域积极开展了一定规模的重金属污染农田修缮试点工程,其中超强富含植物蜈蚣草在广西环江As污染农田土壤中的选培和应用于,物理、化学、生物和农艺牵头修缮技术在江西贵溪Cu污染农田中的应用于,VIP技术模式(品种-灌溉-酸度调节模式)在湖南长株潭Cd污染水稻田中的应用于,为污染农田的修缮获取了技术模式和管理经验。但由于缺少系统性、集成性的农田土壤重金属污染防治和资源化利用技术体系,我国自律研发的技术成果尚能不成熟期,无法几乎符合当前农田土壤污染防治的现实市场需求,在技术储备及规模化应用于上与发达国家比起还不存在较小差距。

2.3.4 修缮措施风险评估机制缺陷近年来各种外来材料在我国污染农田的应用于减少趋势显著。但仍缺少针对大面积修缮措施长年应用于的风险评估机制。秸秆还田是常用的农业生态修缮措施之一[37]。涉及研究认为秸秆还田有助减轻土壤酸化、减少土壤有机质和阳离子交换量,进而提升土壤对重金属的导电量并减少农作物对重金属的富含。

据Lu等估计,我国秸秆年均产量约4.5×108t,通过各种方式还田量占到总量的将近30%。而我们对湖南某地长年监测指出,该地区水稻秸秆Cd含量明显低于稻米Cd含量。增加该地区中等污染稻田秸秆还田量可提高稻田Cd 年净输入通量至768 g·hm-2,即使Cd 年下陷通量恒定,50年内区域稻田土壤Cd含量也可降至国家土壤环境质量标准内(0.3 mg·kg-1)。

石灰作为来源甚广、价格经济,并有效地提高土壤pH和减少土壤重金属活性的改良剂在我国南方水稻田大量应用于。然而,Lombi等认为用药石灰后土壤始酸化现象不会明显减少。

我们在湖南展开的多尺度石灰(温室—小区—大田)实验也仔细观察到这一现象,可见石灰必需在间隔一定时间后再度用药(数据并未刊登)。此外大量的石灰应用于不会引发土壤板结,影响农作物生长。我们的研究更进一步找到低石灰用量可导致土壤元素萎缩,反而减少了稻米Cd富含水平(数据并未刊登)。因此不应创建针对秸秆、石灰、钝化剂、调理剂、改良剂等修缮措施长年用药的安全性和可持续性定量评估机制,并因地制宜地加以调控,防止激化农田土壤重金属污染的危害。

3. 我国农田土壤重金属污染防治对策和建议我国未来经济转型和产业升级仍须要较长时间,可以预测到农田重金属污染形势不会愈发不利。我国农用地资源紧绷,农田土壤污染面积普遍,成因简单,粮食供给和粮食安全压力极大,无法像欧美发达国家那样对污染土壤展开大面积耕作。因此必须根据我国国情和有所不同区域农田生态系统特征,创建土壤重金属污染防治体系,从土壤环境质量调查与评估、污染源头管控与消退、农田分类管理与修缮和土壤环境质量基准推论等4方面系统前进土壤污染防治工作,从而增进区域农田生态系统身体健康、平稳和可持续运转。

3.1 创建农田土壤重金属污染防治技术体系“土十条”对我国农田土壤污染防治工作明确提出了预防为主、维护优先、风险管控的整体思路。基于此创建的农田土壤污染防治技术体系,必须坚决预防为主、维护优先,管控居多、修缮辅,样板引领、因地制宜等原则,构成由法律法规、标准体系、管理体制、公众参予、科学研究和宣传教育构成的支撑体系,从有所不同层面号召和服务“土十条”。

在建构农田土壤重金属污染防治体系时应确保农产品质量安全性和人居环境安全性为出发点,充分考虑土地利用类别、污染物类别、污染程度、技术经济条件等因素,反映系统化、差异化、有序化等工作思路,在摸清土壤污染现状的基础上,实时前进污染源管控,对农用地实施等级评估、分类管理、有序修缮和追踪监控的科学管理措施,坚实前进我国农田土壤重金属污染防治工作。3.2 夯实土壤环境质量调查与评估重金属污染物在土壤—农作物系统中的迁入与运输驱动因子简单,牵涉到土壤学、农学、生物学及农业工程学等多个学科。当前我国各级政府部门和研究单位对农田土壤调查、分析方法不统一,且多集中于对土壤重金属总量的监测。

Edwards认为在土壤重金属含量分析过程中,实验室带给的误差在2%~300%,而取样导致的误差平均近1000%。McBratney和Webster认为区域环境评估可校正观测值并将整体分析误差减少50%。因此在生态系统环境质量调查阶段,不应制订统一的取样、分析方案,侧重多学科合作,从有所不同角度联合攻关,构建对土壤、水源、农作物等农田生态系统主要组分的多目标调查。

环境质量评估是对土壤环境综合数据库的有效地补足,不利于污染物管控和修缮措施的科学决策。提升土壤重金属污染预测精度,精确掌控重金属污染重点区域,有助在农田污染防治过程中对整体和局部的风险管控。因此评估工作不应侧重对土壤整体环境质量、农作物安全性质量和重金属积累趋势等内容的多目标评估。

评估技术以土壤污染时空预测技术,多介质多受体环境风险评估技术和农产品富含风险预测技术居多。其中土壤污染时空预测技术是指基于农田系统污染物的环境过程、数据空间特征与时间变化的模型分析,对土壤污染物输出/输入过程展开分析,并构成土壤环境保护与风险管控的决策系统;多介质多受体环境风险评估技术是指积极开展土壤、农作物和地下水等有所不同介质污染风险耦合关系分析,具体有所不同风险(污染风险、人体身体健康风险和生态风险等)影响因子及其互相联系;农产品富含风险预测技术是指通过农作物重金属含量、土壤重金属含量、土壤有机质和pH等土壤因子建构多元模型,预测有所不同土壤条件下农作物对重金属的积累风险。3.3 强化土壤污染源头管控与消退根据农田土壤污染特征,融合同位素分析方法、多元统计资料方法和源解析模型等技术牵头分析重金属污染物的来源类型,估算有所不同源的贡献率,绘制详尽的农田土壤重金属污染源图谱,辨识最重要敏感区和污染成因,确认污染面积、空间产于及演进趋势,针对性地掌控农田重金属污染趋势。

在此基础上积极开展污染物消退工作。在源头掌控上应用于废弃物资源化、清洁化等技术;在路径掌控上,融合农业工程措施,发展污染物截击切断技术(如精准播种与药局技术、农业面源污染防治技术)。在区域尺度上,增强企业清洁生产,引领企业合理布局,预防重点污染物迁移扩散,增加农田外源污染物输出。

3.4 推展分类管理与修缮策略分类管理是农田土壤污染防治的根本措施。当前农田分类偏向于以乡、镇为单位的规则性区分。而我国农田土壤污染格局多样,污染程度各异,污染区产于碎裂。

因此必须按照国家涉及技术规范,根据土壤污染程度、农产品质量情况,将农田区分为优先维护类、安全性利用类和严苛管控类。在类别区分时,必须综合考虑到土壤类型、农作物种类、耕作制度、土壤与农产品重金属积累特征、区域产业结构布局和污染物蔓延规律等因素,尽量减少每一个区分单元内大自然、社会经济和环境质量等因素的差异,以强化风险管控和修缮措施的针对性。

在制订针对明确单元或田块的修缮策略时,不应充分考虑有所不同修缮技术的优缺点,检验、牵头各种修缮技术,并耦合科学的耕作措施和必要的农作物品种,因地制宜地积极开展修缮工作,反映“一区一策”的预防理念。例如针对面积大、无污染或轻污染的优先维护类农田,应用于灌溉水清洁化技术,强化对农药、化肥等农田添加物中重金属含量的监测,保证农田污染程度不下降。针对面积中等、污染中等的可安全性利用类农田,应用于成本低、操作者简单的土壤重金属烧结技术(如石灰、矿物肥等)或农业生态修缮技术(如水分管理、轮作、间作、耕耘等),尽量减少对农田生态系统的扰动。针对面积小、污染相当严重的严苛管控类农田,可采行较慢、高效的客土、换土等物理修缮技术或淋洗等化学修缮技术;对于不合适应用于此类技术的严苛管控类农田,不应使用替代栽种、耕作或退耕还林还草等管控措施。

同时不应侧重糅合国内外修缮经验和先进设备理念,展开修缮技术的系统化构建研发,对尚正处于研究阶段的修缮措施展开工程化改建,创建经济不切实际的区域农田土壤重金属污染管理方案,有助于有序地展开污染农田的修缮,提高修缮效率。3.5 完备土壤环境质量基准和标准当前我国对土壤和农作物重金属含量否微克的界定仍基于早年施行的质量分级基准,基准的推论只注目污染物的生态环境效应,早已不适应环境新形势下的环境保护市场需求。目前基于风险评估的土壤环境质量基准在发达国家广泛应用,而我国在该方面的研究还较为脆弱。

我国土壤环境质量标准(GB 15618-1995)对重金属的规定标准是粗略而相同的。我们对湖南省某地农田土壤重金属风险阈值的推论表明土壤重金属环境阈值是动态的,且在有所不同土壤条件下差异较小。因此在农用地安全性利用的风险管控中,不应侧重重金属污染物在土壤—农作物系统中的迁入转化成特征,农产品摄入量和营养元素吸收量等评价指标,推论基于人体身体健康风险的土壤环境质量基准,确保我国农产品的安全性生产。

此外我国幅员辽阔,土壤性质差异大,统一的土壤环境质量标准不适宜于农田土壤重金属污染防治工作。综上所述,推崇农田土壤生态服务功能理念,以完全恢复农田生态系统身体健康为目标,相结合于针对仅有污染链条各环节的原始技术体系,构建“调查—分类—管控”三步走的战略思维,创建因地制宜、成本经济、简单易行的农田土壤重金属污染管理方案,可有效地前进我国农田污染防治工作的积极开展。融合国内外农田土壤污染管理经验和我国国情,农田土壤重金属污染修缮是一项长年综合的系统工程,为成功实施“土十条”的各项拒绝,媒体不应增加“怕土壤”、“毒大米”等缺少科学性的报导,强化涉及专业知识的宣传普及;政府部门不应高度重视粮食安全,实施适当的法律、法规;科学家不应强化技术创新和涉及科学研究;民众不应积极参与,客观看来农田土壤污染问题。


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