土壤污染現(xiàn)狀分析及治理對策研究

王秉蓮 李俊杰

我國土壤污染問題出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代,呈現(xiàn)點源式污染;從20世紀(jì)70年代末到現(xiàn)在是我國經(jīng)濟快速發(fā)展階段,在一些工業(yè)化城市和農(nóng)業(yè)集約化程度比較高的地區(qū),土壤的污染破壞逐漸呈現(xiàn)出區(qū)域性的態(tài)勢,經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)如京津唐、東北老工業(yè)區(qū)、珠江三角洲、長江三角洲地區(qū)成為土壤污染的高風(fēng)險區(qū)。而城市和農(nóng)村由于其結(jié)構(gòu)組成和發(fā)展方向不同,其各自的土壤污染也呈現(xiàn)出不同的特征。

本文旨在研究我國城市與農(nóng)業(yè)不同的土壤污染現(xiàn)狀及原因,從而為科學(xué)的規(guī)劃土壤污染治理,高效的進行土壤污染檢測和預(yù)防提供有效的參考。

1 城市土壤污染現(xiàn)狀

1.1 城市土壤重金屬污染

城市土壤的理化性質(zhì)是影響城市土壤重金屬污染的重要因素,是城市環(huán)境污染狀況的重要指標(biāo)之一。研究發(fā)現(xiàn),pH值、土壤有機質(zhì)含量、氧化還原電位值、磁化率、粒度與城市土壤重金屬的含量存在一定的相關(guān)關(guān)系,例如,pH值除直接影響重金屬含量在土壤中的活性以及重金屬在土壤剖面的縱向移動能力之外,還會影響重金屬元素的存在形態(tài)。城市土壤的細顆粒組分則可以富集重金屬并阻止其淋失。

陳鳳等研究了昆山市隨著快速的城市化,其土壤重金屬污染物分布特征。在所采樣的100個采樣點中Zn,Cu,Pb,Hg,As,Cd和Cr的超標(biāo)率均在20%左右,Cd含量有的高達5.74 mg?kg。

1.2 城市土壤納米級有機物污染

環(huán)境中對生態(tài)和人體有危害的納米級有機污染物包括持久性或難降解有機污染物(POPs)和持久性或難降解有毒化合物(PTS)。這些揮發(fā)性的有機污染物,通過揮發(fā)、淋溶和擴散等方式在城市土壤中遷移、轉(zhuǎn)化,進而進入大氣、水體,對城市生態(tài)系統(tǒng)和人類的生命造成極大危害。

在工業(yè)發(fā)達國家,人為燃料燃燒是城市土壤多環(huán)芳烴PAHs的主要來源,近100年～150年來,城市土壤PAHs的濃度在不斷增加,并呈現(xiàn)一定的空間分布特征。Krauss等研究發(fā)現(xiàn),城市土壤中的 PAHs、多氯聯(lián)苯 PCBs、多氯聯(lián)萘PCNs等持久性或難降解有機污染物在工業(yè)區(qū)和居住區(qū)花園綠地附近的含量較高,是農(nóng)田土壤中含量的幾倍,并呈現(xiàn)從中心城區(qū)向郊區(qū)逐漸遞減的趨勢。這些微有機污染物的產(chǎn)生及其在環(huán)境中的遷移過程在很大程度上影響其濃度空間自相關(guān)性的方向和范圍大小。

1.3 城市土壤營養(yǎng)元素(N,P)污染

城市土壤中的N,P雖不是經(jīng)過土地的直接使用,而是通過一系列的遷移轉(zhuǎn)化,進而在土壤中富集。然而,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),城市土壤中N,P有明顯的富集現(xiàn)象。陳立新對哈爾濱城市土壤污染研究發(fā)現(xiàn),與非城區(qū)自然土壤相比,城市土壤的全氮、水解氮含量降低;全磷和有效磷含量顯著偏高,磷在城市土壤中的富集現(xiàn)象嚴(yán)重。這可能是由于城市人為活動和大量含磷廢水以及垃圾的混入,使得城市土壤中全磷和有效態(tài)磷的含量明顯高于森林土壤和農(nóng)田土壤。

城市土壤對外源N,P的吸附和釋放主要受到土壤本身的結(jié)構(gòu)特性影響,即土壤的吸附—解吸特性,并且與土壤溶液中該元素的濃度密切相關(guān),間接影響到土壤中營養(yǎng)元素N,P的淋溶和遷移過程。盧瑛等對南京城市土壤的研究發(fā)現(xiàn),與非城區(qū)自然土壤相比,南京市土壤磷的吸附量小,磷的解吸量和解吸率高,并且城市地下水中溶解態(tài)磷濃度、總磷濃度都與城市土壤剖面中全、有效磷、可溶性磷的加權(quán)平均含量有著明顯的相關(guān)關(guān)系。

2 農(nóng)村土壤污染現(xiàn)狀

隨著我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境不斷惡化,農(nóng)村土壤污染越來越嚴(yán)重。全國至少有1 300萬hm2～1 600萬hm2耕地受到農(nóng)藥污染,約占全國耕地的10%以上,污水灌溉污染耕地216.7萬hm2,固體廢棄物堆存占地和毀田13.3萬 hm2,每年因重金屬污染的糧食達1 200萬t,每年造成的直接經(jīng)濟損失超過200億元。

2.1 農(nóng)業(yè)土壤中肥料(主要為N,P)元素的污染

與城市土壤的污染有所不同的是,農(nóng)業(yè)土壤中無機肥料元素的污染最為嚴(yán)重。由于農(nóng)業(yè)土壤長期使用肥料,致使農(nóng)業(yè)土壤中積累最多的污染因素為肥料元素,即N,P及其營養(yǎng)鹽的累計。大量的肥料殘留造成土壤酸化的加速,破壞原有土壤結(jié)構(gòu),導(dǎo)致土壤鹽漬化。尤其是超量使用氮肥,造成農(nóng)業(yè)保護土壤的次生鹽漬化問題的加重。

2.2 農(nóng)業(yè)土壤中的重金屬污染

土壤中的無機污染物主要包括鎘(Cd)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鋅(Zn)等重金屬和砷(As)、硒(Se)、氟(F)等非金屬物質(zhì)。2001年國家環(huán)保局對北京、上海、天津和深圳4個“菜籃子”工程試點城市一些區(qū)域的種植生產(chǎn)基地的砷、汞、鉛、鎘、銅、滴滴涕和六六六等土壤因子進行的環(huán)境質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測結(jié)果表明:由于污染物在土壤中長期富集,土壤環(huán)境質(zhì)量達標(biāo)率只有84.9%。

北京某些地區(qū),30個土壤、水質(zhì)監(jiān)測點位中有5個監(jiān)測點位菜田耕層土壤中汞含量超標(biāo),超標(biāo)率為16.7%,最大超標(biāo)倍數(shù)為3.1倍;天津市11個土壤、水質(zhì)監(jiān)測點位中有3個監(jiān)測點位超標(biāo)。據(jù)我國農(nóng)業(yè)部進行的全國污灌區(qū)調(diào)查,在約140萬hm2的污水灌區(qū)中,遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64.8%,其中輕度污染的占46.7%,中度污染的占 9.7%,嚴(yán)重污染的占8.4%。

重金屬的污染主要是由于伴隨著化肥的生產(chǎn),有許多重金屬被引入肥料中,從而進入農(nóng)田土壤。以磷肥為例,磷肥的生產(chǎn)原料為磷礦石,它含有大量有害元素F和As,同時磷礦石的加工過程還會帶進其他重金屬Cd,Hg,As,F,特別是Cd。另外,利用廢酸生產(chǎn)的磷肥中還會帶有三氯乙醛。此外,由于工業(yè)廢水和城市廢水的灌溉,導(dǎo)致部分重金屬進入農(nóng)田。

2.3 農(nóng)業(yè)土壤的有機污染

造成農(nóng)業(yè)土壤有機污染的,主要是有機磷和有機氯農(nóng)藥,此外還包括氨基甲酸酯類、有機氮類殺蟲劑、磺酰脲類除草劑、多環(huán)芳烴等持久性有機污染。而農(nóng)業(yè)土壤中有機污染物的殘留與積累的主要原因是農(nóng)藥的使用。我國農(nóng)藥產(chǎn)量和使用量居世界前列,1997年農(nóng)藥總產(chǎn)量為66.6萬 t,使用量 131.2萬 t,平均用量為14 kg/hm2,比發(fā)達國家高出1倍,但利用率不足30%。農(nóng)藥的大量使用,雖然對病蟲害起到了一定的遏制作用,但那些未發(fā)揮效用或分解之后的農(nóng)藥仍然殘留于土壤環(huán)境中,從而影響地下水、土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,造成潛在的環(huán)境生態(tài)威脅。一大部分農(nóng)藥可以在土壤微生物的作用下逐漸分解成無毒的化合物,而另外一些農(nóng)藥化學(xué)則無法被土壤微生物分解,因而長期殘留在土壤或作物器官中,甚至一些農(nóng)藥經(jīng)過微生物代謝,產(chǎn)生毒性更強的化合物。如殺蟲脒水解產(chǎn)生四氯磷甲苯胺,代森鋅代謝為乙撐硫脲。同時,由于生態(tài)系統(tǒng)食物鏈、食物網(wǎng)的生物富集作用,經(jīng)過農(nóng)田施用的農(nóng)藥,其在土壤或水中的殘留濃度將會增長幾十倍到幾十萬倍。

3 城市、農(nóng)業(yè)土壤污染的治理對策

對土壤污染的治理,包括生物修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)等。生物修復(fù)就是通過微生物的生物降解作用或者植物的吸附作用,將污染物質(zhì)吸收或轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)?；瘜W(xué)方法是通過加入一些無污染的物質(zhì),通過與污染物的化學(xué)反應(yīng)、改變土壤的氧化還原電位,將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶性物質(zhì)或者無毒物質(zhì),從而降低作物等對其的吸收。物理修復(fù)則是通過改變土壤的組成及結(jié)構(gòu),改變污染物的遷移和轉(zhuǎn)化速度,從而較難被作物吸收以及進入其他生態(tài)環(huán)境。

針對城市及農(nóng)村土壤污染的特點不同,需要對其進行科學(xué)合理的劃分治理。對于城市土壤的污染物質(zhì),不僅需要有效地治理單一成分的污染物質(zhì),有些污染物質(zhì)還會轉(zhuǎn)化成復(fù)合型污染物,即重金屬—重金屬,有機污染物—有機污染物,有機污染物重金屬復(fù)合污染,造成新的污染。對于農(nóng)田土壤的污染,則需要對污染源進行嚴(yán)格的控制,消除由于工業(yè)“三廢”對農(nóng)田土壤的污染,同時科學(xué)的使用化肥和農(nóng)藥,采用先進的生物“農(nóng)藥”和先進的農(nóng)業(yè)技術(shù),從而使得農(nóng)田土壤污染得到改善。

4 結(jié)語

作為地球環(huán)境一個重要的組成部分——土壤環(huán)境,一旦被人為活動影響,造成其原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)和組成的惡性改變,經(jīng)過數(shù)十年的積累,其危害會逐漸突顯出來,甚至造成無法逆轉(zhuǎn)的惡化局面,威脅到人類的生存和發(fā)展。對于已經(jīng)受到污染的土壤,單一的修復(fù)手段很難達到預(yù)期效果,需要綜合各種污染修復(fù)的方法,投入大量的人力、物力、財力和時間。因此,本著“預(yù)防為主”的環(huán)保方針,在源頭上控制和消除污染源,讓城市、農(nóng)田土壤在保護之下為人類創(chuàng)造更多的價值。

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