我國農(nóng)田土壤污染現(xiàn)狀及治理措施

摘要：土壤污染是影響糧食安全的重要因素，給人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅。目前，我國土壤污染已從單一污染向復(fù)合污染轉(zhuǎn)變，這對(duì)污染土壤修復(fù)技術(shù)提出更高的要求。結(jié)合農(nóng)田土壤污染產(chǎn)生的原因，分析常見的土壤污染類型，如重金屬污染、多環(huán)芳烴污染及微塑料污染，綜述污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展?？傮w來看，要合理利用金屬氧化物納米材料、生物炭等土壤改良劑，將高級(jí)氧化、微生物修復(fù)與植物修復(fù)等技術(shù)相結(jié)合，有效修復(fù)農(nóng)田污染土壤，切實(shí)保障我國糧食安全。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田土壤；污染；修復(fù)；治理；重金屬；多環(huán)芳烴；微塑料

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）02-0-04

current situation and control measures of farmland soil"pollution in China

CHEN Yanjun1， ZHANG Huaihui1， MA Zuhong1， WANG Xinyue1， WANG Jin1， XU Ke2

（1. Yunnan Vocational Collage of Agriculture， Kunming 650031， China;

2. Yunnan Shangce Quality Inspection Technology Service Co.， Ltd.， Kunming 650214， China）

Abstract： Soil pollution is an important factor affecting food security， posing a serious threat to human health and the ecological environment. At present， soil pollution in China has shifted from single pollution to compound pollution， which poses higher requirements for soil remediation technology. Based on the causes of soil pollution in farmland， the common types of soil pollution such as heavy metal pollution， polycyclic aromatic hydrocarbon pollution， and microplastic pollution are analyzed， and the research progress of soil remediation technology for polluted soil is summarized. Overall， it is necessary to make reasonable use of soil amendments such as metal oxide nanomaterials and biochar， and combine advanced oxidation， microbial remediation， and plant remediation technologies to effectively remediate polluted soil in farmland and ensure China’s food security.

Keywords： farmland soil; pollution; remediation; control; heavy metals; polycyclic aromatic hydrocarbons; microplastics

長期以來，農(nóng)業(yè)在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位，根據(jù)《2023年中國自然資源公報(bào)》，我國現(xiàn)有耕地面積為12 758.0萬hm2，而土壤污染是影響糧食安全的重要因素[1]。我國農(nóng)田土壤污染呈現(xiàn)地區(qū)差異，重、中度污染分布在我國重要糧食產(chǎn)區(qū)，包括長江三角洲、珠江三角洲和東北平原等?，F(xiàn)階段，農(nóng)田土壤污染已由重金屬等無機(jī)污染向多環(huán)芳烴、石油和農(nóng)藥等有機(jī)污染發(fā)展[2]，諸多國家陸續(xù)開展土壤微塑料污染研究。由此可見，農(nóng)田土壤污染已從單一污染向復(fù)合污染轉(zhuǎn)變，這對(duì)污染監(jiān)控和治理提出更大的挑戰(zhàn)。

1 農(nóng)田土壤污染產(chǎn)生的原因

農(nóng)田污染主要受到化肥、農(nóng)藥等過量施用的影響，2022年全國農(nóng)用與化肥施用量為5 079.2萬t，實(shí)現(xiàn)7年連續(xù)下降，但平均使用量依然偏高。污水灌溉及畜禽糞便亦導(dǎo)致農(nóng)田土壤污染[3]，主要污染物以重金屬及有機(jī)物等形式存在。金屬冶煉、燃煤發(fā)電等行業(yè)排放大量污染物，均造成工業(yè)污染。孫東越等[4]發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)以中等風(fēng)險(xiǎn)為主，Cd和Hg是研究區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)指標(biāo)。根據(jù)凌勤[5]的研究結(jié)果，工業(yè)企業(yè)的“三廢”排放是造成區(qū)域重金屬污染的主要途徑。除重金屬外，錢涌[6]研究發(fā)現(xiàn)，玻璃和電解鋁生產(chǎn)期間會(huì)產(chǎn)生大量的含氟廢水和煙塵，污染物先進(jìn)入土壤，后進(jìn)入地下水，長期飲用污水會(huì)造成氟斑牙、骨骼變厚等問題。

2 常見的土壤污染類型

2.1 重金屬污染

重金屬污染在農(nóng)田土壤污染中最為突出，土壤中的重金屬以Pb、Cd、Cr、As、Hg、Cu、Mn和Ni為主。土壤中的Hg主要來自大氣沉降，交通污染會(huì)導(dǎo)致Pb富集，畜禽糞便排放的主要重金屬為Cu。在持續(xù)施用磷肥的農(nóng)田中，土壤中的Cd含量明顯高于未使用或少量使用磷肥的農(nóng)田[7]。許浩瀚等[8]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，湖北省某肥料廠遺留場地重金屬As污染嚴(yán)重，大氣沉降、污水灌溉、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)藥化肥過量使用以及工業(yè)生產(chǎn)均會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染，給生態(tài)環(huán)境造成極大威脅。

2.2 多環(huán)芳烴污染

土壤中的有機(jī)污染物以多環(huán)芳烴為主，常見的有萘、蒽、菲、芘和苊等化合物，具有高毒性、高致癌性、高突變性、低揮發(fā)性和低水溶性等特點(diǎn)[9]。人類活動(dòng)中，燃料燃燒是多環(huán)芳烴產(chǎn)生的主要源頭，包括汽車尾氣排放、燃煤電廠排放、垃圾焚燒等。此外，石油和煤炭提煉、化學(xué)工業(yè)廢棄物排放以及農(nóng)藥施用是多環(huán)芳烴的重要來源[10]。多環(huán)芳烴進(jìn)入土壤，易吸附在有機(jī)質(zhì)顆粒上，并隨著植物、動(dòng)物和微生物的代謝活動(dòng)進(jìn)入生物體內(nèi)，通過食物鏈進(jìn)入高一級(jí)生物體或人體內(nèi)。

2.3 微塑料污染

微塑料已廣泛存在世界各地的農(nóng)田土壤中，土壤微塑料污染已被列為生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的核心研究課題[11]。農(nóng)田土壤中微塑料的來源十分廣泛，主要包括農(nóng)用地膜降解、有機(jī)肥施用、塑料垃圾填埋和污泥回用等。微塑料可以改變土壤的pH值、水分和鹽度。仲子文等[12]指出，微塑料以碎片、纖維和薄膜為主，少量為顆粒和泡沫。微塑料亦可吸附重金屬，使其產(chǎn)生富集效應(yīng)，可能增加生物有效性和毒性。

3 污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展

根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，污染土壤修復(fù)方法主要有3類，即物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)。物理修復(fù)操作簡單，易于實(shí)施，但通常只能處理小范圍的污染，治理效果有限[13]?；瘜W(xué)修復(fù)治理范圍廣泛，但易造成土壤二次污染，且化學(xué)添加劑的計(jì)量需要控制，成本較高。生物修復(fù)包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)，植物修復(fù)時(shí)間較長，可避免二次污染，微生物的種類、活性對(duì)修復(fù)效果影響較大。生物修復(fù)不會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、生物活性和土壤肥力造成太大影響，應(yīng)用前景較好。當(dāng)前，應(yīng)結(jié)合近期的研究成果，探索更好地修復(fù)農(nóng)田污染土壤的方法，避免對(duì)土壤產(chǎn)生二次污染?？珊侠砝媒饘傺趸锛{米材料、生物炭等土壤改良劑，將高級(jí)氧化、微生物修復(fù)和植物修復(fù)等技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)農(nóng)田土壤修復(fù)。

3.1 重金屬污染土壤修復(fù)研究進(jìn)展

張瑞瑞等[14]選取水杉、五節(jié)芒、黑麥草和蘆葦4種植物，探究不同植物組合對(duì)Zn污染土壤的修復(fù)效果，經(jīng)篩選，“水杉+黑麥草”組合修復(fù)效果最佳，修復(fù)效率最高，修復(fù)周期最短。張雅瓊[15]探究新型納米材料在重金屬污染土壤修復(fù)中的效果，發(fā)現(xiàn)氧化鐵納米顆粒在Cd和Pb去除方面表現(xiàn)出色，二氧化鈦納米顆粒在Cd和Cr的去除中表現(xiàn)突出。韓冰等[16]通過微生物菌劑與植物協(xié)同修復(fù)Pb污染土壤，修復(fù)后土壤中重金屬殘留量顯著減少，提高酶催化作用，增加富集植物葉綠素含量，消減重金屬抗性菌的殘留和毒害作用。申汝佳等[17]綜述近年來國內(nèi)外土壤改進(jìn)劑修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展，包括黏土礦物、含磷材料、金屬和金屬氧化物等無機(jī)材料，有機(jī)質(zhì)、城市固體廢物和生物炭等有機(jī)材料，有效地降低土壤中重金屬的生物有效性。

3.2 多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù)研究進(jìn)展

LI等[18]使用表面活性劑輔助土壤沖洗和活性過硫酸鹽化學(xué)氧化，促進(jìn)多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù)。結(jié)果表明，多種表面活性劑的聯(lián)用有效地降低砂壤土和粉質(zhì)黏土中多環(huán)芳烴的含量。施韋林等[19]向石油污染土壤中施加生物炭，40 d后石油污染物降解率超過90%，土壤中石油烴含量下降至2%。研究表明，適量投加生物炭可以降解污染物，避免其中間產(chǎn)物引發(fā)二次污染。劉羿洋等[20]綜述混合微生物體系降解多環(huán)芳烴的主要路徑及其構(gòu)建方法，分析混合微生物體系的優(yōu)化手段。與單一細(xì)菌體系相比，混合微生物體系具有更高的多樣性、豐富的碳代謝途徑、更強(qiáng)的抗逆性，各種菌株相互作用，降解目標(biāo)污染物。

3.3 微塑料污染土壤修復(fù)研究進(jìn)展

現(xiàn)階段，土壤中微塑料降解的研究主要集中于微生物和生物炭。Auta等[21]從紅樹林沉積物中篩分出蠟狀芽孢桿菌，用于聚丙烯的降解；YANG等[22]從食塑料蠟蟲分出芽孢桿菌用于聚乙烯的降解，證實(shí)細(xì)菌具有降解微塑料的潛力。吳鑫等[23]研究指出，作為微塑料，聚乙烯、聚氯乙烯和聚乳酸對(duì)玉米生物量和抗氧化酶存在毒性作用，叢枝菌根真菌可以降解聚氯乙烯和聚乳酸。Khalid等[24]發(fā)現(xiàn)，聚氯乙烯會(huì)顯著降低土壤脲酶和脫氫酶活性、土壤有機(jī)碳和微生物生物量碳含量，而添加生物炭能減輕聚氯乙烯的有害影響，起到修復(fù)作用。吳啟華等[25]研究生物炭添加對(duì)微塑料污染土壤養(yǎng)分和微生物群落及功能的影響，發(fā)現(xiàn)添加生物炭可以緩解聚乙烯和聚乳酸兩種微塑料對(duì)土壤養(yǎng)分的負(fù)面影響。

4 結(jié)論

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，農(nóng)田土壤污染問題日益復(fù)雜，污染類型也由重金屬為主的單一污染逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑺芰稀⒅亟饘倥c有機(jī)物結(jié)合的復(fù)雜污染，這需要利用新的土壤污染修復(fù)技術(shù)?，F(xiàn)階段，土壤污染修復(fù)的熱點(diǎn)主要聚焦于生物修復(fù)和植物修復(fù)，如生物炭鈍化，高級(jí)氧化技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)逐漸成為土壤污染治理的新方法。當(dāng)前，應(yīng)加強(qiáng)綠色宣傳，倡導(dǎo)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，建立健全土壤污染監(jiān)測制度，發(fā)揮人工智能在土壤污染監(jiān)測與治理中的作用。人工智能可以分析土壤的污染原因、氮含量、pH值和微生物指標(biāo)，預(yù)測土壤有機(jī)碳含量。我國要持續(xù)加大土壤污染算法研發(fā)力度，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各部門的數(shù)據(jù)共享。只有多方合作，控制污染源頭，全方位監(jiān)測土壤污染，并利用合理的方法修復(fù)污染土壤，才能更好地解決土壤污染問題，切實(shí)保障生態(tài)安全和人體健康。

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收稿日期：2024-12-13

基金項(xiàng)目：云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目（Ynavc202223）。

作者簡介：陳彥君（1996—），女，吉林省吉林市人，碩士，助教。研究方向：現(xiàn)代儀器分析。

通信作者：張懷輝（1978—），男，云南宣威人，碩士，副教授。研究方向：食品檢驗(yàn)檢測。