農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的土壤風險

馮　偉，馬銘澤，蔡海燕，劉忠寬，杜曉東*（.河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北　石家莊　05005；.河北省農(nóng)林科學院，河北　石家莊　05005；.河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟研究所，河北　石家莊　05005）

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農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的土壤風險

馮偉1，馬銘澤2，蔡海燕3，劉忠寬1，杜曉東3*
（1.河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北石家莊050051；2.河北省農(nóng)林科學院，河北石家莊050053；3.河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟研究所，河北石家莊050051）

摘要：土壤風險是工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展下資源和環(huán)境等問題的集中體現(xiàn)之一。通過分析和評價化肥、農(nóng)藥、畜禽廢棄物、污灌和其他因素（污泥、大氣沉降、高速公路、工業(yè)三廢等）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的雙面性，尤其是負面效應，以警醒生產(chǎn)經(jīng)營者在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)濟效益和生態(tài)效益同等重要。

關鍵詞：土壤風險；雙面性；土壤污染；農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)風險多以自然風險和市場風險（或經(jīng)濟風險），或以Baquet等（1997）和Hardaker等（1997）對農(nóng)業(yè)風險的分類來進行研究探討[1，2]。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展和推進，農(nóng)業(yè)風險中資源和環(huán)境所涉及的土地風險越來越受到人們的關注。這里所說的土地風險主要指人類活動產(chǎn)生的污染物質(zhì)進入土壤并積累到一定程度，引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化，對生物、水體、空氣或/和人體健康產(chǎn)生危害的現(xiàn)象，即土壤污染。

土壤是人類賴以生存的重要自然資源，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。建國以來，我國的土壤環(huán)境變化主要經(jīng)歷了普遍貧瘠、有機肥培肥、重化肥輕有機肥、有機-無機混施4個階段，但不同階段的土壤環(huán)境承載能力不同，一般來說，經(jīng)歷階段越靠后的土壤，其環(huán)境承載力越弱。尤其是進入20世紀90年代末以來，工農(nóng)業(yè)發(fā)展和推進較快，使得糧食產(chǎn)量快速增長，與之相聯(lián)系的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對土壤環(huán)境的潛在危害也日益凸顯。化肥、農(nóng)藥生產(chǎn)充足，使用量迅速增長；養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，導致畜禽糞便量猛增；污灌在節(jié)約水資源的同時，也帶來了土壤污染的后果。而與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)間接相關的其他活動如工業(yè)廢渣、大氣沉降、高速公路等，也對土壤環(huán)境污染造成了潛在的風險。作者著重從5個方面分析了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中土壤所面臨的風險或潛在風險，希望今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在注重產(chǎn)量的同時，更要重視土壤環(huán)境，避免土壤受到污染，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者能持續(xù)不斷地從土地上獲得穩(wěn)定收益。

1　化肥與土壤風險

2　農(nóng)藥與土壤風險

我國是農(nóng)業(yè)大國，糧食產(chǎn)量有1/3是靠施用農(nóng)藥減少或消滅病蟲災害來保證的[15]。2011年我國農(nóng)藥使用量達到178.70萬t，其中化學農(nóng)藥占93.3%，而生物農(nóng)藥僅占6.7%?；瘜W農(nóng)藥中，高毒、高殘留農(nóng)藥占30%以上[16]，且單位面積平均使用量較世界發(fā)達國家高2.5～5.0倍，而農(nóng)藥施用有效率只有30%～40%。殘留農(nóng)藥大部分進入了水體、土壤及農(nóng)產(chǎn)品中。遭受殘留農(nóng)藥污染的作物面積達到0.67億hm2以上[17]，并且各流域的農(nóng)藥污染與該區(qū)域的農(nóng)作物種類有重要關系[18]。同時過量使用農(nóng)藥，還會對糧食產(chǎn)量造成約1%的損失[19]。資料也顯示，農(nóng)藥污染點可以作為開發(fā)新型抗生素產(chǎn)生菌的重要來源，成了農(nóng)藥污染后鮮有的好處[20]。

目前，我國使用的農(nóng)藥主要包括有機氯農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥、酰胺類及三嗪類農(nóng)藥五大類。其中，有機氯農(nóng)藥主要作為殺蟲劑用于農(nóng)林業(yè)害蟲的防治，該類農(nóng)藥具有持久性、脂溶性、生物積累性和生物毒性等特征，是一類重要的持久性有機污染物，如曾經(jīng)廣泛使用的滴滴涕（DDTs）和六六六（HCHs）；相對于有機氯農(nóng)藥，有機磷農(nóng)藥藥效較高、使用方便、易分解且一般不會在人畜體內(nèi)積累，除敵敵畏、馬拉硫磷等本身或降解產(chǎn)物對生物體具有三致性（致癌、致畸、致突變）外，大部分有機磷農(nóng)藥可以在環(huán)境中通過吸附催化水解、光催化降解、生物降解等作用消除，因此應用廣泛，目前我國農(nóng)藥市場上的殺蟲劑有75%以上為有機磷類[21]；氨基甲酸酯類農(nóng)藥具有殘效短、選擇性強等特點，但此類農(nóng)藥水溶性較高，易進入環(huán)境水體并大量累積，其降解產(chǎn)物具有的毒性和持久性常比母體更強；擬除蟲菊酯類農(nóng)藥是當前最高效的農(nóng)藥和中等毒性最常見的品種之一，具有高效、廣譜、擊倒快、殘留少等特點，進入人體內(nèi)后經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化成為水溶性產(chǎn)物隨尿和糞便排出[22]；酰胺類及三嗪類農(nóng)藥屬于除草劑，具有抵抗自然遞降分解和擾亂內(nèi)分泌的作用，是人類潛在的致癌物[23]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥污染相對嚴重的是菜田[24]、果園[25，26]和茶園[27]等，包括對農(nóng)產(chǎn)品、土壤、植株、水體、空氣以及通過食物鏈對人畜的影響。其中，對人類威脅最嚴重的是農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標，這主要是由于對農(nóng)藥危害性認識不足、超量違規(guī)使用、施藥方法落后、防治時期不準等造成的[28]。

楊蘭等[29]對水生蔬菜26項主要污染物進行分析，結果顯示，六六六、氯氟氰菊酯、聯(lián)苯菊酯、砷、鉛、鎘、汞等項目均有檢出。葉雪珠等[24]對浙江省目前蔬菜生產(chǎn)中主要使用的78種農(nóng)藥進行殘留檢測發(fā)現(xiàn)，其中以非禁用農(nóng)藥、中低毒農(nóng)藥為主的28種農(nóng)藥被檢出，而且甲胺磷、氧樂果、對硫磷等高毒農(nóng)藥在蔬菜中也有檢出，并且有13種農(nóng)藥（占檢出農(nóng)藥數(shù)量的46.4%）在調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)使用，說明在蔬菜生產(chǎn)源頭存在農(nóng)藥使用風險，其中農(nóng)藥標識和成分不明是蔬菜生產(chǎn)源頭風險的關鍵控制點。

我國是世界蘋果第一生產(chǎn)大國，但我國的蘋果出口占世界貿(mào)易量的比例不足10%，調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要制約因素是安全性，其中農(nóng)藥殘留是主要原因之一[26]。同樣，我國茶葉也飽受國外綠色壁壘的限制，其中有機氯農(nóng)藥污染是一個重要因素。張家泉等[27]測定了福建閩南及閩東北茶樹葉中的有機氯農(nóng)藥殘留，結果顯示，按照我國綠色食品—茶葉標準（NY/T 288—2002，六六六含量臆50 ng/g、滴滴涕含量臆50 ng/g）和有機茶標準（NY 5196—2002，六六六含量約LOD、滴滴涕含量約LOD），該區(qū)新鮮茶樹葉中的六六六和滴滴涕含量均達到我國綠色茶葉的生產(chǎn)要求，但是未達到有機茶的標準。環(huán)境中的六六六主要來源于工業(yè)六六六和林丹2種，而DDT農(nóng)藥殘留量未達標準則是由于該農(nóng)藥使用時間相對較長所致。

3　畜禽廢棄物與土壤風險

養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展導致了畜禽廢棄物成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的有機肥來源之一。據(jù)2010年發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》，2007年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產(chǎn)生量為2.43億t，尿液產(chǎn)生量為1.63億t。畜禽糞便除了供給養(yǎng)分外，其施用到土壤后對培肥地力、改善土壤物理指標（孔隙度、容重等）、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及化肥利用率等也具有重要意義。然而，由于畜禽糞便處理不力，以及養(yǎng)殖過程中超量使用飼料添加劑（微量重金屬）和抗生素，導致畜禽糞便施入土壤后對土地產(chǎn)生污染、重金屬殘留、高濃度抗生素等問題，使其作為有機肥的重要來源備受爭議。2007年我國農(nóng)業(yè)面源污染排放的氨氮量為22.4×104t，總氮量為187.2×104t，總磷量為21.6×104t，其中，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染物排放量占農(nóng)業(yè)面源污染污染物排放量的84.9%，是主要的農(nóng)業(yè)面源污染源[30]?！吨袊r(nóng)村經(jīng)濟形勢分析與預測（2013）》指出，2012年我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)環(huán)境問題主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)投入品對環(huán)境的污染和對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的威脅，以及畜禽養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染。其中，畜禽養(yǎng)殖污染是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最大的污染源[31]。

在畜禽廢棄物污染中，重金屬的污染相對比較突出。以華北地區(qū)為例[32]，以畜禽糞便為原料的商品有機肥中，Pb超過中國有機肥行業(yè)標準率高達80.56%，而按照德國腐熟堆肥標準，Cr、Cu、Pb、Zn、Ni和Hg均有不同程度的超標；通過溯源分析發(fā)現(xiàn)，重金屬污染主要來源為高Pb、高Hg飼料添加劑的使用，其次是磷肥的添加，以及高Cu、高Zn飼料添加劑的使用。以雞糞為有機肥的設施菜田土壤的Cu、Zn、Pb、Cr和Cd含量均高于秸稈還田農(nóng)田，且土壤重金屬含量隨著雞糞施用年限和種植年限的增加呈明顯的累積增加趨勢[33]。養(yǎng)殖業(yè)中常用的抗生素是四環(huán)素類抗生素，其具有預防疾病和促進動物生長等作用。其中，有30%～90%的獸用抗生素以原藥的形式隨著畜禽糞便排泄出來，對環(huán)境和人體健康構成了巨大的潛在危害[34～36]。夏訓峰等[37]對北京郊區(qū)6個規(guī)模化養(yǎng)豬場豬糞中的四環(huán)素類抗生素殘留量進行了檢測，結果顯示，6個豬場的豬糞樣品中均有四環(huán)素類抗生素檢出，土霉素、四環(huán)素、金霉素的殘留量最高值分別為25.15、24.13和17.66 mg/kg。李艷霞等[38]對遼寧省部分規(guī)?；B(yǎng)殖場的豬糞、牛糞和雞糞樣品進行了14種獸藥抗生素檢測，結果顯示，四環(huán)素、磺胺、氟喹諾酮和大環(huán)內(nèi)酯類均有檢出，濃度范圍分別為0.75～22.34、0.10～1.71、0.38～4.46和0.23～0.35 mg/kg。

4　污灌與土壤風險

我國81%的水資源集中在長江流域及其以南地區(qū)，該區(qū)耕地面積僅占全國的36%；而淮河流域及其以北地區(qū)，耕地面積占全國的64%，但水資源量僅占全國的19%，其中黃、淮、海、遼河流域內(nèi)耕地面積占全國的42%，而水資源量僅占全國的9%[39]。受此狀況的影響，我國北方農(nóng)田存在著大面積的污灌區(qū)，且主要分布在黃、淮、海及遼河流域[40]，約占全國污水灌溉面積的85%。據(jù)不完全調(diào)查，目前因污灌污染的耕地面積達216.7萬hm2，約占污灌總面積的54.94%[41]。

污灌在解決農(nóng)業(yè)用水、增加糧食產(chǎn)量的同時，也造成了重金屬污染[40]。對典型污灌區(qū)的研究結果顯示，土壤和植物中的重金屬主要來自于工業(yè)或城市生活污水、金屬礦產(chǎn)資源開采、污泥利用以及工業(yè)區(qū)的粉塵大氣沉降等[42]。污灌還可能造成有機污染物污染，這主要與污水所含的成分有關，王洪濤等[43]對遼寧8個大型污灌區(qū)監(jiān)測顯示，多環(huán)芳烴檢出率達89.1%，平均值為0.396mg/kg；苯并［a］芘平均值為0.010mg/kg；在河北省的3個典型污灌區(qū)土壤中還檢測到了9種內(nèi)分泌干擾素的污染[44]。除了上述污染外，污灌還可引起土壤微生物種群發(fā)生變化[45]，增加農(nóng)田溫室氣體排放量[46]，導致地下水污染[47]等，最終通過生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈影響作物生長和人類健康。

5　其他因素與土壤風險

土壤風險或潛在風險除受上述4種因素影響外，還受其他因素如污泥、大氣沉降、高速公路、工業(yè)“三廢”等的影響。

污泥作為一種土壤改良劑是有效的[48]，如應用污泥有利于銅的吸附[49]。但目前污泥，尤其是城市污泥所含成分復雜，若直接堆放、施用、填埋或傾倒，會對土壤、植物、地下水或海洋造成潛在危害。按照其對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的潛在危險性，可以將組成城市污泥成分的金屬元素分為3組：毒性的，如Cd、Ni、Pb、Zn、Cb、Cr；中等毒性的，如Ag、Sn、Sr、Zr、Se；無毒的，如B、Co、Mo、Mn[50]。同時，污泥中有機污染也比較嚴重。余憶玄等[51]對我國13個城市污水處理廠的污泥進行有機污染物檢測發(fā)現(xiàn)，與《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918原2012）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T 309原2009）相關限值比較，我國城市污泥污染以石油類為特征要素，其平均含量為我國污泥農(nóng)用限制的9倍之多，僅8%的樣品石油類含量符合農(nóng)用標準；對比2001～2011年數(shù)據(jù)，當前我國城市污泥中六六六和DDT的含量分別增加了3倍和4倍。除此之外，城市污泥中還含有大腸菌、大腸埃希菌、嗜水氣單胞菌等許多傳染性病原體，能引起腸胃炎及生物中毒等疾病[52]。

排除自然因素，大氣沉降受工業(yè)快速發(fā)展影響較大，因此，不同區(qū)域大氣沉降的主要污染物不同。人為源大氣污染物主要來自化石燃料燃燒、工業(yè)廢氣和機動車尾氣。其中，對土壤產(chǎn)生不良影響的重要污染物有SO2、NOx、重金屬、POPs、農(nóng)藥、石油等，尤其是大量化石燃料燃燒排放的酸性氣體帶來的酸沉降和微量金屬沉降較為嚴重。目前我國酸雨區(qū)主要分布在東北地區(qū)東南部、華北大部、西南和華南沿海地區(qū)以及新疆北部地區(qū)，大體呈東北原西南走向。近年來，京津地區(qū)的降水pH值呈現(xiàn)出了較快的下降趨勢[53]；東亞酸沉降監(jiān)測網(wǎng)（EANET）顯示，我國西南工業(yè)欠發(fā)達地區(qū)的酸雨類型仍為硫酸型，而其他地區(qū)的酸雨類型均為硫酸-硝酸混合型。目前在我國SO2總排放量不斷增加的同時，NOx的貢獻會使得降水酸化進一步加劇[54]。酸沉降可導致土壤酸化、退化，有毒重金屬活化，森林植被退化，城市建筑和古建筑腐蝕，農(nóng)作物減產(chǎn)等一系列為害；但在個別領域卻是有益的，如酸沉降可以促進土壤礦物分化的速率，長期抑制泥炭地甲烷的排放和產(chǎn)生等。在有毒金屬方面的資料[55]顯示，大氣干濕沉降對農(nóng)田土壤有毒金屬元素的輸入貢獻率均躍90%，其中農(nóng)田系統(tǒng)中Cd、Pb、As和Hg的輸入通量均躍輸出通量；而進入農(nóng)田中的各金屬元素，80%以上的Cd累積在植物體中，近50%的Pb以地表徑流形式進入地表水環(huán)境，殘留在土壤和進入地表水環(huán)境的As超過80%，近60%的Hg殘留在土壤中。

高速公路兩側也是土壤污染的重災區(qū)。截止到2012年底，全國高速公路通車總里程達9.6萬km，高速公路已成為保證工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)順利進行和促進國民經(jīng)濟快速發(fā)展的必備條件之一。同時，我國汽車保有量也在快速增長，如2000年我國汽車保有量為1 609萬輛，至2011年底增長到1.06億輛。汽車在推動國民經(jīng)濟快速發(fā)展和改善人民群眾交通出行的同時，也不可避免地對高速公路路域生態(tài)環(huán)境造成了一定影響，尤其是土壤重金屬的污染。主要受到汽車尾氣排放以及輪胎、剎車磨損等影響，高速公路路域土壤重金屬以及小麥、水稻和蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品均受到不同程度的重金屬污染[56]，且研究對象的重金屬含量隨著與高速公路距離的增大呈逐漸降低趨勢[57]。高速公路大氣顆粒物中鋅、鉛、錳、銅、鎘和銻的濃度隨著車流量的增加而增加[58]，說明交通活動是這幾種金屬的一個主要來源。

隨著工業(yè)的快速發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的深入，工業(yè)“三廢”的研究和使用也成為了熱點。多年來，工業(yè)“三廢”大多承擔著環(huán)境污染的帽子，尤其是以冶金、機械、化工、電力工業(yè)為主的包括鋼鐵、稀土、有色金屬、機械制造、重型汽車、煤炭等門類比較齊全的新興工業(yè)基地。以包頭市為例[59]，表層污染土壤的元素主要是Mn、Pb、Zn、Cd、S、As、Hg和La、Ce、Pr、Nd、Sm，這些元素的來源主要是冶金、礦業(yè)和化工等工業(yè)活動。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價結果顯示，市區(qū)221個表層土壤已有110個綜合污染指數(shù)躍2，達到了中度污染水平，其中有69個已躍3，達到了重度污染水平。然而，通過技術手段，科學合理利用，就可以變廢為寶。以工業(yè)廢渣為例[60]，在采用生態(tài)涂料和納米技術的基礎上，可以將工業(yè)廢渣制成低成本、高效的功能復合材料，應用于核試驗工程、國防工事以及工業(yè)和民用建筑工程中。

5　結束語

在工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的背景下，人們?yōu)榱俗非蟾叩慕?jīng)濟效益，肆意地使用化肥、農(nóng)藥；養(yǎng)殖業(yè)膨脹帶來的畜禽廢棄物污染；水資源短缺引起的大面積農(nóng)田污灌；其他因素如污泥、大氣沉降、“工業(yè)三廢”和高速公路等帶來的有毒有害成分，均對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的根基——土壤造成多方面的（潛在）風險。因此，維持和保護健康的土地資源已經(jīng)到了關鍵時刻。

當前人類對物質(zhì)要求越來越高，但其食材仍嚴重依賴于土地生產(chǎn)，因此，生產(chǎn)經(jīng)營者不應只看重事物的經(jīng)濟效益，更應注重其生態(tài)價值；在盡情享用工農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來好處的同時，也應對生產(chǎn)中不合理的操作和使用的方式或方法極力回避；在生產(chǎn)實踐活動中，應將對新技術、新方法、新思路的掌握和把控與工農(nóng)業(yè)的發(fā)展保持同步進行。只有這樣，我們才能真正擁有一片健康的土地。

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Soil Risk in Agricultural Ecological System

FENG Wei1，MA Ming-ze2，CAI Hai-yan3，LIU Zhong-kuan1，DU Xiao-dong3*
（1.Institute of Agricultural Resources and Environment，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China；2.Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050053，China；3.Institute of Agricultural Information and Economy，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

Abstract：Due to rapid industrial and agriculture development，soil risk was one of the concentrated ex-pression of problems caused by resources and environment. The two-sided of mineral fertilizers，pesti-cides，animal wastes，sewage irrigation and other factors（sewage sludge，air settlement，expressway，in-dustry three wastes，etc.）was analyzed and evaluated，especially negative effects，which alerted producers that economic benefits and ecological benefits were equally important in the agricultural production.

Key words：Soil risk；Two-sided；Soil pollution；Agricultural ecological system

中圖分類號：X825

文獻標識碼：A

文章編號：1008-1631（2016）01-0087-06

收稿日期：2015-06-11

基金項目：河北省科技計劃項目（14227505D）；河北省渤海糧倉科技示范工程項目

作者簡介：馮偉（1977-），男，河北井陘人，副研究員，碩士，主要從事土壤改良與培肥研究。E-mail：fwnpw@163.com。

通訊作者：杜曉東（1967-），女，河北趙縣人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)信息研究。Te l：0311-87652163；E-mail：1220591829@qq.com。