基于農(nóng)田土壤重金屬污染來源的研究分析

王 娜

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 陜西 西安 71007；2.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710075）

關(guān)鍵字：重金屬污染；農(nóng)田土壤；污染來源

土壤重金屬污染系指由于人類活動造成的如Cd、Pb、Hg、Cr、As、Cu等在土壤中含量超標(biāo)的現(xiàn)象。重金屬的污染不僅可以通過污染農(nóng)耕地及農(nóng)作物危及人類健康，還能夠?qū)е麓髿饧八w環(huán)境惡化從而影響人類健康，因此，農(nóng)田土壤重金屬污染與農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全及生態(tài)系統(tǒng)的健康密不可分。據(jù)調(diào)查顯示我國重金屬污染的農(nóng)耕地占總耕地的16.61%（圖1），直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億[1]，耕地土壤質(zhì)量環(huán)境堪憂。超標(biāo)重金屬主要為Cd、Cu、Ni和As，其中耕地點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%（圖1）。

圖1 全國污染土壤調(diào)查公報圖

陳奕云等對2003年—2013年間農(nóng)田土壤重金屬污染研究的整理顯示，我國農(nóng)田土壤重金屬污染主要以Cd和Pb為主[2]，且污染類型逐年增多，污染面積不斷擴(kuò)大?；诖?，重金屬污染已引起了各界學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而當(dāng)前國內(nèi)重金屬污染主要集中在防治技術(shù)上，而對農(nóng)田重金屬污染源的解析仍缺乏全面的認(rèn)識，明確農(nóng)田土壤重金屬污染來源對重金屬污染治理起到事半功倍的效果。因此本文對農(nóng)田重金屬污染的不同來源與分布做了系統(tǒng)梳理，旨在為生態(tài)環(huán)境保護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)良性運(yùn)轉(zhuǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 農(nóng)田土壤重金屬的來源

土壤中重金屬來源廣泛，工農(nóng)業(yè)等人為因素造成的土壤重金屬污染占主導(dǎo)地位。其包括大氣重金屬沉降；農(nóng)田農(nóng)藥、化肥施用；農(nóng)田污水灌溉；農(nóng)田有機(jī)肥及污泥施肥帶入等。

1.1 大氣重金屬沉降

大氣中的重金屬主要為工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放的大量含有重金屬的廢氣或粉塵。這些大氣污染物主要集中在礦區(qū)及道路周邊，大氣中的這些密度較大的重金屬主要是經(jīng)過自然沉降進(jìn)入土壤，而密度較輕的部分通過雨淋沉降進(jìn)入土壤。據(jù)報道，蘭州市、西安市大氣降塵中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、As等重金屬均有不同程度的富集，且西安市大氣沉降重金屬污染居于國內(nèi)較高水平[3～4]；朱媛婕等[4]研究了西安市灞橋燃煤電廠周邊土壤重金屬的含量，研究發(fā)現(xiàn)該電廠周邊農(nóng)田表層土壤中11中重金屬As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V、Zn的含量，其含量均超過了陜西土壤的背景值。據(jù)統(tǒng)計，我國燃煤電廠動力煤燃燒每年向大氣排放的As約為195.0 t左右，且煤炭燃燒產(chǎn)生的粉煤灰中同時含有部分易揮發(fā)的重金屬Pb、Cu、Cd等[5]。除此之外，汽車尾氣及汽車輪胎與地面的摩擦可導(dǎo)致大氣顆粒物中Zn、Pb、Cu、Cd、Ti等重金屬濃度增加，且其濃度隨著車流量的增加而增加，閆軍等[6]研究成雅高速公路兩側(cè)大氣顆粒物中重金屬分布規(guī)律時也得到了類似的結(jié)果。

1.2 農(nóng)藥、化肥使用

我國糧食產(chǎn)量的不斷增長，一方面依靠我國不斷進(jìn)步的科技力量和基礎(chǔ)建設(shè)的投入，另一方面則依賴于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的不斷投入，但是化肥、農(nóng)藥等均含有不同程度的重金屬元素。一般來說，過磷酸鹽與磷肥相比，其含有較多的重金屬如Hg、Cd、As、Pb等；氮肥和鉀肥中此類重金屬含量相對較低，但氮肥中鉛含量相對高。通過對中國科學(xué)院南京土壤研究所河南封丘長期肥料試驗(yàn)土壤研究，隨著施肥年限的增長，土壤中As、Hg、Cd、Pb都有所增加。仁順榮等對土壤肥料研究所試驗(yàn)地的潮土進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)在長期使用NP、NPK的土壤Zn的含量增加了6.2%；NPK處理的土壤Cd含量由0.089mg/kg增加到0.12mg/kg，NP處理的土壤鎘含量增加了0.021mg/kg；在NPK處理的土壤中Cr含量超過了土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的自然背景值[7]。在阿根廷，在傳統(tǒng)磷肥的施入情況下，土壤重金屬Cd、Cr、Pb、Zn、Cu等含量均有不同程度的增加。農(nóng)藥的施入也是造成農(nóng)田重金屬污染的另一重要原因，例如，波爾多液因其含有重金屬元素Cu長期使用會導(dǎo)致土壤Cu的大量積累。

1.3 污水灌溉

我國水資源匱乏，污水灌溉農(nóng)田是節(jié)省水資源的一種重要方式。目前，大多灌溉均采用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉，從而攜帶大量的重金屬進(jìn)入農(nóng)田土壤，造成土壤重金屬的污染。目前，1/10的人口正在食用污水灌溉的農(nóng)產(chǎn)品。其污水主要分為城市生活污水、工業(yè)污水及商業(yè)污水。張書海等在1993—1997年間調(diào)查了淮陰市某污灌區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染情況，調(diào)查發(fā)現(xiàn)該污灌區(qū)農(nóng)田土壤重金屬Cd、As、Cr、Pb含量逐年增加，且在1995至1997年間重金屬含量已達(dá)到了警戒級[8]。東北典型污灌區(qū)沈撫灌區(qū)農(nóng)田土壤Cd含量超過了國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，且殘留在玉米籽粒中的Cd、Pb濃度均超過了國家食品安全的限值。對開封市污灌區(qū)土壤及蔬菜進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采樣區(qū)Cd含量超過了國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且距離污灌源頭較近的土壤Cd含量較高，反之較低；對污灌區(qū)蔬菜進(jìn)行分析，Cd和Cu均有不同程度的超標(biāo)[9]。大寶山污灌區(qū)稻田土壤Cu、Zn及As含量均超過了國家土壤質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，同樣在北京東南的通州區(qū)和大興污灌區(qū)土壤Cu、Pb均出現(xiàn)了不同程度的累積現(xiàn)象，距離灌溉源頭近的土壤Cu、Pb含量也相對較高[10]。

1.4 有機(jī)肥、污泥施肥

根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》，我國農(nóng)田化肥每公頃施用量從1980年至2012年間增漲了385.2kg，這一數(shù)據(jù)遠(yuǎn)超過了發(fā)達(dá)國家的安全上限（225mg/hm）。研究表明長期使用化肥會降低土壤有機(jī)質(zhì)等的養(yǎng)分，與此同時也污染了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。因此，近年來有機(jī)肥被認(rèn)為是農(nóng)田養(yǎng)分的優(yōu)質(zhì)肥料，但是有機(jī)肥為作物生長提供必須的大量及微量元素的同時，也不同程度的帶入了重金屬元素。陳紅金在菜地土壤中施用有機(jī)肥（雞糞），研究發(fā)現(xiàn)菜地耕作層土壤中重金屬Zn、Cu都有一定的富集，且隨著施肥量的增加，Zn、Cu的富集量明顯增加[11]；黃新燦以豬糞為肥源施入菜地，菜地土壤的重金屬Cu、Zn、Cd均有富集，且連續(xù)施用3年及施用量增加2倍后土壤重金屬含量均比實(shí)驗(yàn)前有所增加，與此同時，隨著施用年限的增加，蔬菜中的重金屬含量也有增加的趨勢[12]。謝國雄等[13]也有類似的發(fā)現(xiàn)，在菜地土壤中分別施用15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2商品有機(jī)肥，與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)二級標(biāo)準(zhǔn)比較，土壤Cr、As、Pb、Hg均未超標(biāo)，但Zn、Cu、Cd含量均明顯超標(biāo)；連續(xù)兩年施用15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2商品有機(jī)肥時，土壤Cu、Zn、Cd、Cr含量均隨著施用年限和施用量的增加而增加。

污泥是污水處理過程中的必然產(chǎn)物，其有機(jī)質(zhì)含量高，氮磷鉀營養(yǎng)豐富，因此污泥堆肥施用農(nóng)田具有一定的潛在優(yōu)勢，但由于污泥成分復(fù)雜，在施用過程中不可避免的將重金屬帶入農(nóng)田土壤。國內(nèi)外有諸多研究均表明，污泥作為農(nóng)田肥料施用會增加土壤及作物中重金屬的含量。污泥堆肥施入土壤后，土壤重金屬含量不同程度的有所的改變，Cu、Zn、Pb、Ni都有一定量的增加；在污泥堆肥施入量一定范圍內(nèi)，隨著施肥量的增加，土壤中Cu、Zn、Pb、Cd含量均會不同程度的增加。王社平等在種植草莓的土壤中添加污泥堆肥，研究發(fā)現(xiàn)土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr含量均隨著污泥含量的增加而顯著增加，且土壤Cd含量超過了我國土壤環(huán)境質(zhì)量（GB 15618—1995）一級標(biāo)準(zhǔn)限值[14]。由此可見，農(nóng)田土壤中施入有機(jī)肥及污泥均可不同程度的增加土壤中重金屬的累計，從而引起食品健康與安全問題。

2 結(jié)語

改革開放40年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步均取得了舉世矚目的成就，人地關(guān)系格局發(fā)生重大變化，工業(yè)化、城市化成為農(nóng)田土壤重金屬污染的主要推動因子。然而由于人類對環(huán)境保護(hù)意識淡薄，大量環(huán)境廢棄物通過多種途徑排放，含有重金屬的污染物通過大氣沉降、污水灌溉等途徑遷移至農(nóng)田土壤中。農(nóng)田土壤重金屬污染一方面威脅著人體健康，另一方面也制約著我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，面對如此嚴(yán)峻的社會問題，掌握農(nóng)田土壤中重金屬來源并根據(jù)不同的來源進(jìn)行合理的修復(fù)成為當(dāng)前亟待解決的重要環(huán)境問題。