我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀、危害及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

刁 杰

(南京大學(xué) 環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，南京 210093)

隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)進(jìn)程的不斷加快，工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人為活動(dòng)造成的重金屬污染物通過(guò)各種途徑進(jìn)入到農(nóng)田土壤中[1]，使得全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀(guān)，部分地區(qū)土壤污染較重，部分農(nóng)田土壤中的重金屬含量明顯超標(biāo)，給農(nóng)作物的生長(zhǎng)和人類(lèi)健康帶來(lái)了極大的威脅[2]。近年來(lái)我國(guó)重金屬污染事件頻繁發(fā)生，如陜西省的鉛污染事件、云南曲靖南盤(pán)江的鉻污染以及廣西龍江河鎘污染等都是由重金屬污染引起的[3]。

介紹了我國(guó)農(nóng)田土壤中重金屬污染物的現(xiàn)狀和危害，對(duì)重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法等研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，評(píng)述了常用的重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，為我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染的預(yù)防和控制提供理論借鑒。

1 我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀

我國(guó)基本農(nóng)田面積約1億hm2，研究表明，我國(guó)耕地受污染面積達(dá)2667萬(wàn)hm2，其中，汞、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積達(dá)到2000萬(wàn)hm2[4]。據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)近些年的調(diào)查，污染超標(biāo)的農(nóng)作物種植面積為60.6萬(wàn)hm2，占調(diào)查總面積的20%，其中重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)作物種植面積約占污染物超標(biāo)農(nóng)作物種植面積的80%以上。我國(guó)糧食產(chǎn)量每年因土壤重金屬污染導(dǎo)致的減產(chǎn)超過(guò)1000萬(wàn)噸，而每年被污染的糧食超過(guò)1200萬(wàn)噸，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)200多億元[5]。2014年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示[6]，全國(guó)耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，東南、中南地區(qū)土壤重金屬污染較重，土壤中主要的重金屬污染元素為汞、鎘、鉛、砷、鉻、鎳、銅、鋅8種，其點(diǎn)位超標(biāo)率分別為1.6%、7.0%、1.5%、2.7%、1.1%、4.8%、2.1%、0.9%，說(shuō)明我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全已經(jīng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

2 重金屬污染的危害

眾多研究表明，重金屬對(duì)酶活性具有抑制效應(yīng)，對(duì)人體、動(dòng)物、微生物、農(nóng)作物等均具有毒性效應(yīng)，重金屬容易隨水體、土壤等遷移、轉(zhuǎn)化，易被植物吸收，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，造成農(nóng)作物以及農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，并隨食物鏈富集，通過(guò)多種途徑(食物、飲水、呼吸)進(jìn)人人體，和生理高分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)和酶等發(fā)生相互作用而抑制酶的活性，在人體器官中慢性累積，可造成中毒，破壞機(jī)體的生理功能并產(chǎn)生毒害作用[7-9]。

3 農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

農(nóng)田土壤是糧食等農(nóng)產(chǎn)品最主要的生產(chǎn)載體，為生態(tài)系統(tǒng)中生物的生存提供必需的物質(zhì)和能量，而重金屬污染嚴(yán)重影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，根據(jù)重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，可以了解該地域農(nóng)田土壤重金屬污染的程度與主要重金屬污染物，進(jìn)而采取適當(dāng)?shù)姆乐未胧?，修?fù)已污染的農(nóng)田土壤和防止重金屬污染面積的進(jìn)一步擴(kuò)大。常用的土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法與超標(biāo)評(píng)價(jià)有單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法和生態(tài)危害指數(shù)法等[10-13]。息朝莊等利用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)湖南株洲市農(nóng)田土壤中重金屬污染狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示株洲市的農(nóng)田土壤中重金屬Cd污染重污染，Cu、Hg、As污染屬于中污染，而Pb、Zn、Cr污染程度屬于輕度污染，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)表明該地區(qū)農(nóng)田土壤已達(dá)重污染水平[10]。綜合污染指數(shù)可以全面反映重金屬污染物對(duì)土壤的不同污染程度，同時(shí)也兼顧了高濃度污染物質(zhì)對(duì)土壤質(zhì)量的影響[11]。孟敏等利用地累積指數(shù)法對(duì)我國(guó)設(shè)施農(nóng)田土壤重金屬污染進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示我國(guó)農(nóng)田土壤中 Cd 污染最嚴(yán)重，其次是Hg[12]。何東明等利用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)廣西某蔗田土壤重金屬污染，結(jié)果表明該蔗田土壤的重金屬污染處于低度危害程度[13]。結(jié)合前人研究結(jié)果[12-15]。整理出單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法4種土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。

表1 常用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

綜上，目前我國(guó)所用的土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法多是借鑒國(guó)外的，沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該結(jié)合區(qū)域土壤的基本特性和重金屬來(lái)源、含量以及遷移轉(zhuǎn)化等數(shù)據(jù)，建立簡(jiǎn)便、有效、適用的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。如我國(guó)廣東省即采用土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)、農(nóng)產(chǎn)品重金屬風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合的評(píng)估方法評(píng)估耕地土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估指標(biāo)分別為土壤重金屬污染指數(shù)(P)、農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染指數(shù)(E)；其中以農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染指數(shù)為第一評(píng)定準(zhǔn)則對(duì)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)分級(jí)，利用土壤重金屬污染指數(shù)對(duì)單元內(nèi)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型和等級(jí)進(jìn)行調(diào)整。土壤重金屬污染指數(shù)(P)為土壤實(shí)測(cè)濃度均值/土壤重金屬含量限值，限值建議采用GB15618中的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染指數(shù)(E)采用研究農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的實(shí)測(cè)濃度平均值以及實(shí)測(cè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)誤差，并結(jié)合GB2762中農(nóng)產(chǎn)品重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)值綜合計(jì)算。利用農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染指數(shù)對(duì)單元土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型和等級(jí)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，評(píng)價(jià)單元內(nèi)對(duì)應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品樣品必須超過(guò)3個(gè)以上；原則上應(yīng)采集區(qū)域內(nèi)對(duì)重金屬最為敏感的作物作為評(píng)價(jià)對(duì)象。根據(jù)土壤和農(nóng)產(chǎn)品污染風(fēng)險(xiǎn)狀況(E值和P值)，將耕地劃分為三種類(lèi)型五個(gè)等級(jí)，I 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)劃分為優(yōu)先保護(hù)類(lèi)，II級(jí)和III級(jí)風(fēng)險(xiǎn)劃分為安全利用類(lèi)，IV級(jí) 和V級(jí)風(fēng)險(xiǎn)劃分為嚴(yán)格管控類(lèi)，并針對(duì)性地采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。

4 結(jié)論

結(jié)合我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況、生物的毒性效應(yīng)和常用的土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法等方面的內(nèi)容，介紹了重金屬對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中存在的微生物、動(dòng)植物和人類(lèi)生命健康的毒性效應(yīng)及危害，闡述了我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估常用的污染評(píng)價(jià)方法，并說(shuō)明了適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)也指出了目前我國(guó)缺乏統(tǒng)一的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系或模型，應(yīng)該結(jié)合區(qū)域土壤的基本特性和重金屬來(lái)源、含量以及遷移轉(zhuǎn)化等數(shù)據(jù)，建立簡(jiǎn)便、有效、適用的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。