土壤污染現狀分析及治理對策研究

王秉蓮 李俊杰

我國土壤污染問題出現于20世紀70年代,呈現點源式污染;從20世紀70年代末到現在是我國經濟快速發展階段,在一些工業化城市和農業集約化程度比較高的地區,土壤的污染破壞逐漸呈現出區域性的態勢,經濟發達地區如京津唐、東北老工業區、珠江三角洲、長江三角洲地區成為土壤污染的高風險區。而城市和農村由于其結構組成和發展方向不同,其各自的土壤污染也呈現出不同的特征。

本文旨在研究我國城市與農業不同的土壤污染現狀及原因,從而為科學的規劃土壤污染治理,高效的進行土壤污染檢測和預防提供有效的參考。

1 城市土壤污染現狀

1.1 城市土壤重金屬污染

城市土壤的理化性質是影響城市土壤重金屬污染的重要因素,是城市環境污染狀況的重要指標之一。研究發現,pH值、土壤有機質含量、氧化還原電位值、磁化率、粒度與城市土壤重金屬的含量存在一定的相關關系,例如,pH值除直接影響重金屬含量在土壤中的活性以及重金屬在土壤剖面的縱向移動能力之外,還會影響重金屬元素的存在形態。城市土壤的細顆粒組分則可以富集重金屬并阻止其淋失。

陳鳳等研究了昆山市隨著快速的城市化,其土壤重金屬污染物分布特征。在所采樣的100個采樣點中Zn,Cu,Pb,Hg,As,Cd和Cr的超標率均在20%左右,Cd含量有的高達5.74 mg?kg。

1.2 城市土壤納米級有機物污染

環境中對生態和人體有危害的納米級有機污染物包括持久性或難降解有機污染物(POPs)和持久性或難降解有毒化合物(PTS)。這些揮發性的有機污染物,通過揮發、淋溶和擴散等方式在城市土壤中遷移、轉化,進而進入大氣、水體,對城市生態系統和人類的生命造成極大危害。

在工業發達國家,人為燃料燃燒是城市土壤多環芳烴PAHs的主要來源,近100年～150年來,城市土壤PAHs的濃度在不斷增加,并呈現一定的空間分布特征。Krauss等研究發現,城市土壤中的 PAHs、多氯聯苯 PCBs、多氯聯萘PCNs等持久性或難降解有機污染物在工業區和居住區花園綠地附近的含量較高,是農田土壤中含量的幾倍,并呈現從中心城區向郊區逐漸遞減的趨勢。這些微有機污染物的產生及其在環境中的遷移過程在很大程度上影響其濃度空間自相關性的方向和范圍大小。

1.3 城市土壤營養元素(N,P)污染

城市土壤中的N,P雖不是經過土地的直接使用,而是通過一系列的遷移轉化,進而在土壤中富集。然而,經研究發現,城市土壤中N,P有明顯的富集現象。陳立新對哈爾濱城市土壤污染研究發現,與非城區自然土壤相比,城市土壤的全氮、水解氮含量降低;全磷和有效磷含量顯著偏高,磷在城市土壤中的富集現象嚴重。這可能是由于城市人為活動和大量含磷廢水以及垃圾的混入,使得城市土壤中全磷和有效態磷的含量明顯高于森林土壤和農田土壤。

城市土壤對外源N,P的吸附和釋放主要受到土壤本身的結構特性影響,即土壤的吸附—解吸特性,并且與土壤溶液中該元素的濃度密切相關,間接影響到土壤中營養元素N,P的淋溶和遷移過程。盧瑛等對南京城市土壤的研究發現,與非城區自然土壤相比,南京市土壤磷的吸附量小,磷的解吸量和解吸率高,并且城市地下水中溶解態磷濃度、總磷濃度都與城市土壤剖面中全、有效磷、可溶性磷的加權平均含量有著明顯的相關關系。

2 農村土壤污染現狀

隨著我國農業和農村經濟的快速發展,農業生態環境不斷惡化,農村土壤污染越來越嚴重。全國至少有1 300萬hm2～1 600萬hm2耕地受到農藥污染,約占全國耕地的10%以上,污水灌溉污染耕地216.7萬hm2,固體廢棄物堆存占地和毀田13.3萬 hm2,每年因重金屬污染的糧食達1 200萬t,每年造成的直接經濟損失超過200億元。

2.1 農業土壤中肥料(主要為N,P)元素的污染

與城市土壤的污染有所不同的是,農業土壤中無機肥料元素的污染最為嚴重。由于農業土壤長期使用肥料,致使農業土壤中積累最多的污染因素為肥料元素,即N,P及其營養鹽的累計。大量的肥料殘留造成土壤酸化的加速,破壞原有土壤結構,導致土壤鹽漬化。尤其是超量使用氮肥,造成農業保護土壤的次生鹽漬化問題的加重。

2.2 農業土壤中的重金屬污染

土壤中的無機污染物主要包括鎘(Cd)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鋅(Zn)等重金屬和砷(As)、硒(Se)、氟(F)等非金屬物質。2001年國家環保局對北京、上海、天津和深圳4個“菜籃子”工程試點城市一些區域的種植生產基地的砷、汞、鉛、鎘、銅、滴滴涕和六六六等土壤因子進行的環境質量調查監測結果表明:由于污染物在土壤中長期富集,土壤環境質量達標率只有84.9%。

北京某些地區,30個土壤、水質監測點位中有5個監測點位菜田耕層土壤中汞含量超標,超標率為16.7%,最大超標倍數為3.1倍;天津市11個土壤、水質監測點位中有3個監測點位超標。據我國農業部進行的全國污灌區調查,在約140萬hm2的污水灌區中,遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區面積的64.8%,其中輕度污染的占46.7%,中度污染的占 9.7%,嚴重污染的占8.4%。

重金屬的污染主要是由于伴隨著化肥的生產,有許多重金屬被引入肥料中,從而進入農田土壤。以磷肥為例,磷肥的生產原料為磷礦石,它含有大量有害元素F和As,同時磷礦石的加工過程還會帶進其他重金屬Cd,Hg,As,F,特別是Cd。另外,利用廢酸生產的磷肥中還會帶有三氯乙醛。此外,由于工業廢水和城市廢水的灌溉,導致部分重金屬進入農田。

2.3 農業土壤的有機污染

造成農業土壤有機污染的,主要是有機磷和有機氯農藥,此外還包括氨基甲酸酯類、有機氮類殺蟲劑、磺酰脲類除草劑、多環芳烴等持久性有機污染。而農業土壤中有機污染物的殘留與積累的主要原因是農藥的使用。我國農藥產量和使用量居世界前列,1997年農藥總產量為66.6萬 t,使用量 131.2萬 t,平均用量為14 kg/hm2,比發達國家高出1倍,但利用率不足30%。農藥的大量使用,雖然對病蟲害起到了一定的遏制作用,但那些未發揮效用或分解之后的農藥仍然殘留于土壤環境中,從而影響地下水、土壤生態系統的穩定性,造成潛在的環境生態威脅。一大部分農藥可以在土壤微生物的作用下逐漸分解成無毒的化合物,而另外一些農藥化學則無法被土壤微生物分解,因而長期殘留在土壤或作物器官中,甚至一些農藥經過微生物代謝,產生毒性更強的化合物。如殺蟲脒水解產生四氯磷甲苯胺,代森鋅代謝為乙撐硫脲。同時,由于生態系統食物鏈、食物網的生物富集作用,經過農田施用的農藥,其在土壤或水中的殘留濃度將會增長幾十倍到幾十萬倍。

3 城市、農業土壤污染的治理對策

對土壤污染的治理,包括生物修復、物理修復、化學修復等。生物修復就是通過微生物的生物降解作用或者植物的吸附作用,將污染物質吸收或轉化為無毒物質?；瘜W方法是通過加入一些無污染的物質,通過與污染物的化學反應、改變土壤的氧化還原電位,將污染物質轉化為難溶性物質或者無毒物質,從而降低作物等對其的吸收。物理修復則是通過改變土壤的組成及結構,改變污染物的遷移和轉化速度,從而較難被作物吸收以及進入其他生態環境。

針對城市及農村土壤污染的特點不同,需要對其進行科學合理的劃分治理。對于城市土壤的污染物質,不僅需要有效地治理單一成分的污染物質,有些污染物質還會轉化成復合型污染物,即重金屬—重金屬,有機污染物—有機污染物,有機污染物重金屬復合污染,造成新的污染。對于農田土壤的污染,則需要對污染源進行嚴格的控制,消除由于工業“三廢”對農田土壤的污染,同時科學的使用化肥和農藥,采用先進的生物“農藥”和先進的農業技術,從而使得農田土壤污染得到改善。

4 結語

作為地球環境一個重要的組成部分——土壤環境,一旦被人為活動影響,造成其原有的生態結構和組成的惡性改變,經過數十年的積累,其危害會逐漸突顯出來,甚至造成無法逆轉的惡化局面,威脅到人類的生存和發展。對于已經受到污染的土壤,單一的修復手段很難達到預期效果,需要綜合各種污染修復的方法,投入大量的人力、物力、財力和時間。因此,本著“預防為主”的環保方針,在源頭上控制和消除污染源,讓城市、農田土壤在保護之下為人類創造更多的價值。

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