農(nóng)業(yè)源新污染物在土壤環(huán)境中的污染現(xiàn)狀及治理措施

摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化學(xué)品消耗量劇增，大量的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物、抗生素、持久性有機(jī)污染物及微塑料等新污染物通過(guò)各種渠道進(jìn)入環(huán)境中，并隨著含量累積其危害環(huán)境與人體健康的效應(yīng)日趨明顯。綜述農(nóng)業(yè)源新污染物抗生素、內(nèi)分泌干擾物、全氟化合物及微塑料在土壤中的污染賦存特征及治理方法，并結(jié)合目前環(huán)境管理現(xiàn)狀提出開展新污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、完善標(biāo)準(zhǔn)制度建設(shè)、推動(dòng)頂層設(shè)計(jì)和法律法規(guī)建設(shè)等對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)源新污染物；環(huán)境管理；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.12.052

近年來(lái)，隨著我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展及有關(guān)化學(xué)品的大量使用，環(huán)境中的新興污染物排放量不斷增加，污染物的濃度不斷上升，給生態(tài)環(huán)境及人體健康帶來(lái)潛在的巨大威脅，隨之而來(lái)的是新污染物治理引起了更大的關(guān)注。2022年5月4日，國(guó)務(wù)院辦公廳頒布了《新污染物治理行動(dòng)方案》，正式拉開了國(guó)家關(guān)于新污染物防治的序幕。農(nóng)業(yè)源新污染物是新污染物進(jìn)入農(nóng)業(yè)土壤生態(tài)環(huán)境的直接來(lái)源，使用塑料地膜是微塑料進(jìn)入土壤環(huán)境的直接途徑，獸用抗生素可通過(guò)糞肥的形式進(jìn)入土壤環(huán)境，除草劑等具有內(nèi)分泌干擾性的物質(zhì)可通過(guò)噴施直接進(jìn)入土壤環(huán)境，持久性有機(jī)污染物可通過(guò)污泥農(nóng)用等形式進(jìn)入土壤環(huán)境，而目前社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)源新污染物排放的關(guān)注還不夠，加之農(nóng)業(yè)源新污染物種類繁多，尚存在監(jiān)管缺失、排放標(biāo)準(zhǔn)缺乏等問題。

1 新污染物定義

新污染物主要是由人類活動(dòng)造成的，是在生產(chǎn)建設(shè)或其他活動(dòng)中產(chǎn)生的，已經(jīng)明確存在，但由于法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的不完善，未有效監(jiān)管的污染物[1]。現(xiàn)階段，國(guó)際上主要關(guān)注的新污染物有環(huán)境內(nèi)分泌干擾物（Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs）、抗生素、以全氟化合物（Perfluorocarbons，PFCs）為代表的持久性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）及微塑料4類。

2 農(nóng)業(yè)源新污染物在土壤環(huán)境中的污染現(xiàn)狀

土壤是抗生素進(jìn)入環(huán)境后的主要匯入地之一。趙方凱等研究了長(zhǎng)三角地區(qū)城市土壤抗生素空間分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤中抗生素殘留水平明顯高于林地、園地，并且抗生素含量與有機(jī)肥的施用頻率關(guān)系緊密[2]。由于大多數(shù)抗生素?zé)o法被吸收，有50%～90%的抗生素以原形或代謝物的形式通過(guò)尿液或糞便進(jìn)入土壤環(huán)境，沉積物與土壤環(huán)境中的抗生素污染目前也有所報(bào)道。

EDCs是指外源性干擾人類或動(dòng)物內(nèi)分泌系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)，其可以通過(guò)多種途徑進(jìn)入土壤和地表水，甚至深入地下水，使土壤成為EDCs的“匯”和“源”[3]。在河北省污灌區(qū)菜地的土壤中，王茜等發(fā)現(xiàn)壬基酚（Nonyl Phenol，NP）、對(duì)叔辛基酚（4-tert-Octylphenol，OP）和雙酚A（Bisphenol A，BPA）的濃度分布分別為0～89.71 μg·kg-1、0～17.95 μg·kg-1和0～6.52 μg·kg-1[4]。

而在北京市東南郊污水灌溉區(qū)農(nóng)用地土壤中，李艷等報(bào)道NP、OP和BPA的濃度分別為32.54～295.08 μg·kg-1、0.47～1.43 μg·kg-1和7.19～48.79 μg·kg-1[5]。這些研究表明，土壤中EDCs的污染情況較為嚴(yán)重，需要引起有關(guān)部門足夠的重視。

PFCs是指有機(jī)化合物分子中，氟原子取代與碳原子鏈接的所有氫原子，且末端帶有羧基等官能團(tuán)的一類有機(jī)化合物。研究發(fā)現(xiàn)，合氯辛酸（perflurooctanoic acid，PFOA）及全氫辛烷磺酸（perflurooctane sulfonic acid，PFOS）是數(shù)百種全氟化工產(chǎn)品在環(huán)境中的最終降解產(chǎn)物。在宜興市的水稻土中，王懿等對(duì)其中的11種全氟羧酸類化合物和全氟磺酸類化合物進(jìn)行分析，結(jié)果顯示所有采樣點(diǎn)均有不同程度的全氟及多氟烷基化合物（per-and polyfluoroalkyl substances，PFASs）污染，11種目標(biāo)物質(zhì)的檢出率達(dá)到100%（質(zhì)量濃度在0.006～0.780 ng·g-1），且短鏈全氟丁烷磺酸鹽含量較低，而PFOA和PFOS的檢出濃度最高[6]。另外，LI等對(duì)上海市部分區(qū)域土壤樣品中的PFCs含量進(jìn)行了取樣分析檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)PFASs在土壤中的總濃度范圍在141～237 ng·g-1，且主要的污染物仍然是PFOA和PFOS[7]。土壤作為PFASs重要的匯，總體而言，每千克土壤中PFAs的量高可達(dá)上百微克，主要來(lái)源有大氣沉降、降水和污泥農(nóng)用。

微塑料也廣泛檢出于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的土壤，在云南省其豐度可達(dá)4.08×104 ind·kg-1[8]。在上海市和武漢市的部分農(nóng)田土壤中，微塑料的存在水平分別為（10.30±2.22） ind·kg-1和1.6×105 ind·kg-1[9]。這表明微塑料的分布隨時(shí)空影響差距較大。

3 農(nóng)業(yè)源新污染物對(duì)農(nóng)田作物影響

在土壤環(huán)境中，高含量的抗生素會(huì)顯著減少微生物的數(shù)量和種類，導(dǎo)致生物群落發(fā)生改變，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)。抗生素存在于農(nóng)田土壤環(huán)境中后，還會(huì)在植物體內(nèi)遷移。有研究顯示，抗生素能夠大幅提高植物根尖細(xì)胞微核率，從而損傷細(xì)胞遺傳物質(zhì)，影響植物生長(zhǎng)[10]。王磊等研究發(fā)現(xiàn)，獸用抗生素土霉素、多西環(huán)素、恩諾沙星及氧氟沙星對(duì)玉米、小麥和高粱種子具有顯著毒性，這些作物的根和芽生長(zhǎng)對(duì)抗生素較為敏感，抗生素對(duì)其起到了顯著的抑制作用，且抑制作用隨濃度的增加而增強(qiáng)[11]。

內(nèi)分泌干擾物也對(duì)農(nóng)田作物產(chǎn)生了潛在影響。ADEEL等研究發(fā)現(xiàn)，乙炔基雌二醇（17α-ethynylestradiol，EE2）和17β-雌二醇（17β-estradiol，E2）對(duì)生菜的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程也會(huì)造成負(fù)面影響，發(fā)現(xiàn)生菜體內(nèi)的部分抗氧化酶活性受到影響，其生長(zhǎng)速度與類固醇雌激素的濃度呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明生菜生長(zhǎng)受到了抑制[12]。相關(guān)水培試驗(yàn)表明，不同濃度E2對(duì)蘿卜的生理性狀也產(chǎn)生了負(fù)面的影響[13]。

周萌研究了PFCs在水-土壤-植物間的遷移，表明低濃度的PFCs并不會(huì)影響小麥幼苗生長(zhǎng)，但濃度升高后會(huì)出現(xiàn)顯著的抑制作用，造成株高和生物量降低[14]。然而，植物對(duì)PFCs的富集能力極強(qiáng)，易轉(zhuǎn)移到地上部分，植物的富集對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康和食物鏈的潛在威脅是明顯的。

微塑料對(duì)農(nóng)作物的影響研究也多有報(bào)道，ZHOU等在水稻根尖細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了納米級(jí)的塑料，并發(fā)現(xiàn)了其可以通過(guò)影響植物的光合作用、呼吸作用等生命活動(dòng)影響水稻生長(zhǎng)，還能吸附在植物種子孔隙表面，阻礙植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程，從而影響植物生長(zhǎng)[15]。微塑料在土壤中還可以通過(guò)影響土壤的結(jié)構(gòu)，造成植物根系發(fā)育困難等負(fù)面影響[16]。

4 農(nóng)業(yè)源新污染物在土壤環(huán)境中的治理方法

目前，針對(duì)抗生素和內(nèi)分泌干擾物污染土壤后的土地高效修復(fù)技術(shù)的研究較少，尚處于起步階段，最主要的有生物降解、吸附劑吸附及光降解等技術(shù)[17]。生物降解主要是通過(guò)植物-微生物聯(lián)合作用，利用生化作用將抗生素和內(nèi)分泌干擾物降解或轉(zhuǎn)化為失活的物質(zhì)，以減輕其對(duì)環(huán)境的污染，但該技術(shù)周期長(zhǎng)，生物選擇困難，環(huán)境條件要求高，限制了該技術(shù)的推廣。吸附劑吸附目前大多采用生物炭或者鐵錳氧化物等吸附材料吸附土壤的抗生素和內(nèi)分泌干擾物，但該技術(shù)去除效率低，如何開發(fā)更高效，回收更便捷的吸附劑是目前研究的重點(diǎn)。光降解主要是利用光照射產(chǎn)生的羥基自由基等強(qiáng)氧化性物質(zhì)對(duì)抗生素及內(nèi)分泌干擾物產(chǎn)生降解作用，但該作用對(duì)表層土壤具有一定的效果，對(duì)深層土壤的污染問題目前未能解決[18]。綜上所述，目前土壤中抗生素及內(nèi)分泌干擾物的污染修復(fù)方法還存在不足，需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)，并研發(fā)更高效、更環(huán)保的修復(fù)方法。

目前，對(duì)PFCs降解的研究方向主要集中在水體環(huán)境中，而關(guān)于土壤環(huán)境中的研究報(bào)道較為稀少。研究仍然主要圍繞物理法、化學(xué)法和生物法這3個(gè)方向進(jìn)行。物理法的研究重點(diǎn)在于開發(fā)新型高效的吸附劑；化學(xué)法則主要探索光催化和高級(jí)氧化等方向；生物法則致力于篩選能夠降解PFCs的菌種。田愛軍等在研究中，探討了改性分子印跡TiO2納米管對(duì)全氟辛酸的光催化性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，改性分子印跡TiO2納米管能夠高效去除全氟辛酸，去除率高達(dá)84%[19]。另外，謝毓等在研究中從土壤中篩選出了3種能夠降解全氟辛烷磺酸的細(xì)菌，這些菌分別屬于鞘脂菌屬、中華根瘤菌屬和蒼白桿菌屬[20]。然而，目前生物法對(duì)PFCs的降解效率仍然較低，需要進(jìn)一步探索和研究。

土壤中微塑料去除技術(shù)尚處于空白。研究者們主要關(guān)注的是微塑料的分離和檢測(cè)方法。其中，密度分離法是最常用的方法，結(jié)合超聲波處理和消解處理可以更有效地提取微塑料。李雯星等研究發(fā)現(xiàn)，消解處理對(duì)微塑料的鑒別具有重要影響，他們發(fā)現(xiàn)使用過(guò)氧化氫溶液可以有效消解有機(jī)質(zhì)提取微塑料[21]。而白潤(rùn)昊等則研究了超聲波處理在微塑料提取中的應(yīng)用，結(jié)果證明，超聲波去除雜質(zhì)可以滿足鑒別要求，回收率也很高[22]。在識(shí)別和定量微塑料的方法方面，主要有目視鑒定法、紅外光譜和拉曼光譜等分析方法，以及與質(zhì)譜或色譜聯(lián)用的熱分析方法。高效綠色的去除方法還有待開發(fā)。

5 農(nóng)業(yè)源新污染物環(huán)境管理機(jī)制建設(shè)探討

5.1 開展新污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

農(nóng)業(yè)源新污染物在環(huán)境中分布廣泛，濃度較低時(shí)也可能對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成威脅，因此需要對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。研究人員需要通過(guò)理論研究和實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取參數(shù)，以便為土壤介質(zhì)中的新污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供必要的依據(jù)。未來(lái)的研究將基于影響人體健康和生態(tài)環(huán)境安全雙尺度上開發(fā)新污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，納入大范圍的新污染物進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果納入專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為相關(guān)部門開展污染防治工作提供科學(xué)性依據(jù)。

5.2 完善標(biāo)準(zhǔn)制度建設(shè)，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)

目前，新污染物的評(píng)估和篩選機(jī)制尚未建立，監(jiān)測(cè)范圍和技術(shù)也較為有限，導(dǎo)致無(wú)法全面了解新污染物的生產(chǎn)、使用和排放情況。因此，相關(guān)部門應(yīng)盡快建立新污染物環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，并建立適用于這些新污染物的監(jiān)測(cè)技術(shù)方法。此外，應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際合作，借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，共同應(yīng)對(duì)新污染物帶來(lái)的挑戰(zhàn)。同時(shí)，應(yīng)提高公眾對(duì)新污染物的認(rèn)識(shí)和意識(shí)，倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)和消費(fèi)模式，從源頭上減少新污染物的產(chǎn)生和排放。

5.3 推動(dòng)頂層設(shè)計(jì)和法律法規(guī)建設(shè)

針對(duì)我國(guó)環(huán)境新污染物風(fēng)險(xiǎn)防范的實(shí)際情況，相關(guān)部門需要完善頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性規(guī)劃，盡快編制新污染物防治的國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃和各地的防治規(guī)劃，開展區(qū)域新污染物源頭摸查，建立和完善新污染物的環(huán)境質(zhì)量和污染物排放等環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。推動(dòng)科研和技術(shù)創(chuàng)新，加大科研投入力度，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新。重點(diǎn)研究新污染物的形成機(jī)制、環(huán)境影響和治理技術(shù)，開發(fā)高效、環(huán)保的新污染物治理技術(shù)和設(shè)備。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）