淺析農業土壤污染來源及防治措施

代子雯 馮翔 盧期強 甘強 王玲

摘要：本文對農業土壤污染來源及防治措施進行評述。在系統闡述農業生產過程中不當農事活動造成土壤環境污染的基礎上，對土壤污染機制的研究概況進行了陳述，提出了防治農業土壤污染的技術措施，為解決農田土壤污染及生態農業發展提供參考。

關鍵詞：農業；土壤污染；防治措施

中圖分類號：X53?文獻識別碼：A?文獻編號：1005-6114（2024）03-015-04

農業活動是人類社會至關重要的經濟活動之一。然而，隨著農業技術的發展和農作物需求的不斷增長，農事活動也帶來了一系列環境問題，土壤污染就是其中之一，其對生態環境和人類健康產生了重要影響。為了減少和防治土壤污染，需要采取一系列措施，同時應加強對土壤污染的監測和評估，制定有效的防治措施。本文介紹了農業活動中土壤污染的來源及其污染機制，提出農田土壤污染的相關防治措施，以期為解決農田土壤污染提供思路。

1?污染來源與成因

1.1?農業化學品使用

施用過量的氮肥會降低土壤的pH值，導致土壤酸化，進而影響土壤微生物的生存與活動。農藥的廣泛使用對土壤微生物產生了負面影響，會抑制土壤中部分微生物的生長，破壞土壤微生物群落的結構和功能，影響土壤的生物活性和生態功能。進而導致土壤質量與生物多樣性下降，直接影響農作物的健康和生長。

1.2?養殖業廢棄物

養殖業是農業生產中重要的一環，但也會產生大量的廢棄物和糞便，造成土壤污染。這些廢棄物中含有豐富的養分和微生物，如果一次性過量施用，容易造成土壤中養分的不平衡，對植物生長產生不利影響；同時，糞便中存在病原微生物和抗生素殘留，如果不經過適當處理就直接施用，會使殘留物進入土壤被根系吸收，降低農作物品質。

1.3?農作物秸稈焚燒

農作物秸稈焚燒是傳統的處理方法，即將莊稼秸稈在野外進行無控制的焚燒。焚燒秸稈不僅造成了資源浪費，還對環境造成了巨大的威脅，在一定程度上影響了土壤生態系統。有研究表明，秸稈焚燒可降低土壤微生物活性與數量，增加土傳病的發病率［1］；破壞土壤結構，加重土壤板結［2］，造成農田質量下降，最終影響農作物產量。

1.4?農田灌溉水質

使用高鹽分水進行農田灌溉時，過多的鹽分會在土壤中積累，導致土壤鹽堿化；此外，優質灌溉水不足也會導致農民使用污水和含有農藥、化肥等有害物質的水用于灌溉，進一步惡化土壤質量。農田灌溉水質的污染會對作物生長和質量產生負面影響。受污染灌溉水中含有過量的重金屬、農藥、化肥殘留和有機污染物，會直接進入農作物的根系和組織中，對其生長和發育產生毒害作用。有毒物質的積累可能導致農作物的營養成分減少、品質下降，甚至對人體健康產生風險。

2?土壤污染修復機制

2.1?化學物質轉化與遷移

2.1.1?吸附和解吸作用

土壤顆粒表面具有許多帶電位點［3］，通過靜電作用可以與不同電荷的化學物質相互作用。正電荷的物質在土壤顆粒表面上受到吸引，而負電荷的物質則受到排斥，這種吸附作用可以使化學物質在土壤中穩定存留，減少其遷移和對環境的危害，其強度取決于土壤和化學物質的特性，如土壤pH值、有機質含量、顆粒大小和化學物質的分子結構等。一般來說，親水性物質在土壤中的吸附作用較弱，易于遷移和溶解，而疏水性物質在土壤中的吸附作用較強，更難遷移。

解吸作用受土壤濕度、溫度、pH值和有機質的影響。較高的濕度和溫度能夠促進解吸作用，使吸附在固相中的化學物質重新溶解，從而加速其在土壤中的遷移。

2.1.2?溶解和沉淀作用

pH值對土壤中化學物質的溶解和沉淀作用有重要影響［4］。酸性條件下，土壤中的鋁、錳和鐵等金屬離子容易溶解；堿性條件下，溶解的金屬離子則更容易沉淀。此外，有機質能夠與金屬離子形成絡合物［5］，增加其在溶液中的溶解度；同時，有機質也可與溶解的金屬離子一起吸附到土壤顆粒上，從而促使金屬離子形成沉淀。

2.1.3?離子交換作用

一般來說，土壤的粘粒含量越高，其吸附離子的能力越強，同時也意味著土壤中化學物質的遷移性越低。土壤pH值是另一個影響離子交換作用的重要因素，酸性土壤中，氫離子（H+）會與土壤顆粒表面的離子交換位點競爭，從而導致離子交換能力降低；堿性土壤中，氫氧根離子（OH-）的存在則促進了離子交換作用。正常情況下，土壤中吸附態的化學物質會隨水分的流動遷移到土壤深層或地下水中。一旦土壤中離子濃度增加，或在水分充沛的條件下，溶解態離子會與土壤顆粒交換，并被吸附在固相上，減少其遷移性。

2.2?土壤微生物的作用與影響

2.2.1?好氧菌和厭氧菌

微生物在土壤中扮演著重要的角色，能參與多種土壤生物地球化學循環過程。好氧菌通過呼吸過程將有機物質分解為二氧化碳、水和能量［6］，其中一部分被用于微生物自身生長和維持生命活動，另一部分則釋放到土壤中；而一些厭氧菌能夠利用硫酸鹽、氮氧化物和鐵等物質作為氧化劑代謝有機物質［7］，這些過程被稱為硫酸鹽還原、反硝化和鐵還原等。

2.2.2?污染物降解過程

許多有機污染物如石油烴類和農藥等都可以作為微生物的營養源或能源，被微生物利用進行生長和代謝，并最終降解為無害物質［8］。微生物降解污染物的過程主要通過有兩個，一是通過生物吸附，在微生物表面吸附污染物，然后進行代謝降解；二是通過微生物酶的作用，將污染物分解為較小分子，進而被微生物利用。

2.3?植物吸收和污染物積累過程

植物在土壤中吸收和積累污染物是土壤修復和重金屬污染控制的重要機制之一。植物通過根系吸收土壤中的污染物，將其轉運至植物體內不同的組織中，最終影響植物生長和產量。

2.3.1?根際環境對植物吸收的影響

根際環境是根系周圍的土壤環境，包括土壤團聚體、土壤濕度、pH值和根際微生物等［9］。其中，土壤團聚體對污染物的吸附作用可能減少其可供植物吸收的數量；適度的土壤濕度和水分狀態有利于植物根系吸收污染物，而過低或過高的濕度則會影響植物吸收能力。足夠的土壤水分可以促進植物生長和營養吸收，從而加強污染物的吸收和轉運；此外，根際微生物也對植物吸收污染物有一定影響。一些根際微生物具有生物降解能力，可以降解土壤中的有機污染物，并與植物共生，提高植物吸收能力。

2.3.2?植物體內污染物分布與積累

植物體內吸收的污染物會在不同組織中積累，最終影響植物生長和產量。通常，植物主要通過根系吸收土壤中的污染物，通過木質部與韌皮部運輸，轉運到地上部分的非營養組織中［10］。葉片是植物吸收和積累污染物的主要組織之一，其通過氣孔和葉表面直接與大氣中的污染物進行氣體交換，進而積累一部分污染物。有些污染物直接在葉片上沉積，而有些則通過根系吸收后在植物體內轉運到葉片上。葉片中的污染物可以通過光合作用和氣孔開合調節來影響植物的生長和光合產物的合成。莖也是植物吸收和積累污染物的重要組織，在根系吸收和轉運污染物的過程中，一部分污染物會通過植物的維管束系統分布到莖中。莖中的污染物可以長期穩定存在，對植物生長和發育產生影響。

3?防治措施

3.1?加強生態農業推廣和藥肥使用管理

3.1.1?推廣有機農業和生態農業模式

有機農業模式是指盡可能地利用自然資源和生物過程，不使用合成化肥和化學農藥，而是通過有機肥料和生物農藥來提高土壤肥力和農作物的抗病蟲害能力。有機農業模式還注重土壤改良，采用輪作、翻耕和覆蓋等措施，提高土壤的保水能力和養分供應能力［11］。

生態農業模式則更注重生態系統的平衡和循環利用，即通過調整農作物結構、增加生物多樣性，建立生物農藥網絡和生物肥料網絡，降低農作物的整體病蟲害風險，減少農藥使用。生態農業模式還需要注重土壤質量管理，通過合理耕作和農作物輪換等手段，增加土壤有機質含量，提高土壤養分和保水能力。

3.1.2?控制藥肥施用量和使用頻率

合理使用化肥和農藥是減少土壤污染的重要措施。根據農作物需求和土壤養分狀況，合理控制施用化肥和農藥的量和頻率，避免過度使用導致土壤污染。

根據土壤檢測結果和農作物需要進行科學施肥。建立合理的肥料施用計劃，根據農作物生長期和需要進行分段施肥，還可以采取措施如分層施肥、滴灌等，減少肥料的流失和浪費。根據病蟲害發生程度和防控需要合理使用農藥，選擇適宜的農藥種類，并按照標簽說明正確使用；此外，還應注意農藥的噴霧時間和頻率，避免頻繁噴藥造成農田持續污染。

3.2?推廣畜禽養殖廢棄物資源化利用技術

3.2.1?建設畜禽養殖廢棄物處理設施

目前，畜禽養殖廢棄物處理主要依靠糞便和廢棄物的堆肥處理［12］。然而，這種方式存在處理效果不佳、污染物釋放不徹底等問題。因此，建設科學、高效、環保的處理設施勢在必行。一種常見的處理設施是濕式糞污處理系統，該系統通過利用合適的微生物和生物處理方法，將畜禽養殖廢棄物進行降解和轉化，這種處理方式不僅能夠減少氣味和污染物的排放，還能夠獲得有機肥料和能夠應用于農田的灌溉水；另一種處理方式是干式糞污處理系統，該系統將廢棄物進行干燥處理，以達到減少污染物釋放和提高資源利用率的目的。干式處理系統能夠將畜禽養殖廢棄物轉化為燃料顆粒、有機肥料和其他高值化合物。

3.2.2?發展有機肥料產業以提高資源利用率

發展有機肥料產業，將畜禽養殖廢棄物轉化為有機肥料，不僅可以減少農業活動對化肥的依賴以及化肥的使用量，還可以解決畜禽養殖廢棄物處理的問題，降低土壤污染的風險，提高資源利用率，保證了生態農業的可持續發展。

3.3?加強農作物秸稈處理與利用技術研究

3.3.1?推廣秸稈還田技術，提高土壤肥力

秸稈還田技術是一種將農作物秸稈留在田間，通過微生物降解和分解轉化為有機質和養分，從而提高土壤肥力和改善土壤結構的方法。秸稈中含有豐富的碳、氮、磷、鉀等元素，通過秸稈還田可以實現這些養分的循環利用；此外，秸稈還可以保護土壤免受風蝕和水蝕的侵害，改善土壤結構，增加土壤的保水能力。

3.3.2?發展生物質能源產業，實現資源循環利用

農作物秸稈是一種潛在的生物質能源資源，其含有豐富的可再生碳、氫和氧元素。通過將秸稈轉化為生物質能源，可以實現資源的循環利用，減少對化石能源的依賴，同時減少溫室氣體排放。

一是秸稈飼料化利用［13］。通過對秸稈進行物理處理（減小體積）——化學處理（打破纖維素、木質素形成的營養障礙）——生物學處理（黃貯、發酵等），制成反芻動物可食用的粗飼料。

二是秸稈生物質燃料利用。秸稈可以通過碳化、氣化等技術轉化為生物質燃料，如生物質炭、生物質氣等；這些生物質燃料不僅能夠替代傳統的化石能源，還能減少對環境的污染，并可用于農村烹飪、民生燃氣和城鎮供熱等領域。

三是秸稈生物質發電的開發利用。通過將秸稈燃燒發電或生物質發酵發電，將農作物秸稈轉化為電能，提供清潔能源。秸稈生物質發電還可以促進農村電網建設和農民收入增加，同時降低溫室氣體排放和環境污染。

3.4?加強農田灌溉水質監測和管理

3.4.1?制定合理灌溉方案，減少污水排放量

合理的灌溉方案需考慮作物需水量、土壤水分狀況和降雨情況等因素，以確保農田合理利用水資源并減少污水排放。

一是合理確定灌溉量。根據作物生長階段、土壤水分含量和降雨情況等因素，制定合理的灌溉方案，將灌溉量控制在作物所需的水分范圍內，避免過度灌溉和無效灌溉，減少水分浪費和污水產生。

二是優化灌溉方式。選擇合適的灌溉方式，如滴灌、噴灌、雨水收集等，以最大限度地提高水的利用效率。滴灌和噴灌等局部灌溉方式可以直接將水送到作物根際，減少水分蒸發和土壤水分浪費；利用收集系統收集的雨水作為灌溉水源，可減少對地下水和河庫水的需求。

三是調整灌溉時間和頻率。根據作物生長需要和土壤水分狀況，確定合理的灌溉時間和頻率，避免在高溫和風速較高的時段進行灌溉，以減少水分蒸發損失。注意作物的生長階段和土壤水分的變化，及時調整灌溉時間和頻率，避免水分過度或不足。

3.4.2?完善農田排水系統，減少地下水污染風險

完善農田排水系統是減少地下水污染風險的關鍵措施之一。農田排水系統的建設可以收集和處理農田中的污水，避免其直接排放到地下水和河流中。

一是建設農田排水管網，收集和引導農田中的污水，農田排水管網應合理布置，根據農田的地形、土壤性質和排水需求等因素進行設計，將污水收集起來便于處理。

二是建立農田污水處理設施，在農田排水管網中設置污水處理設施，對污水進行處理。常見的污水處理技術包括物理處理、生物處理和化學處理等，通過這些處理過程，可以將農田污水中的懸浮物、有機物和養分去除或降低至合理水平。

4?結語

防治農業活動引起的土壤污染是保護土壤質量和促進農業可持續發展的重要任務。通過合理施肥、減少化肥和農藥使用、加強水土保持、合理利用畜禽養殖廢棄物等措施，可以減少土壤污染的發生和影響。未來的研究還需要進一步關注農業活動對土壤污染的長期影響和演化機制，并加強新技術研發。

參考文獻

［1］?張建峰，苗天瑤，吉麗，等.焚燒秸稈對不同類型土壤理化性質、微生物及脲酶活性的影響［J］.江蘇農業科學，2017，45（11）：215-217.

［2］?隋雨含，趙蘭坡，趙興敏.玉米秸稈焚燒對土壤理化性質和腐殖質組成的影響［J］.水土保持學報，2015，29（4）：316-320+326.

［3］?唐玲玲.采用離子選擇電極法測定土粒表面性質參數的方法研究［D］.重慶：西南大學，2022.

［4］?蓋淑杰，陳宇帥，張杭杭，等.土壤改良劑對茶園土壤環境和茶樹生長影響研究進展［J］.中國茶葉，2023，45（11）：31-40.

［5］?袁濱伶，吳道勇，季懷松，等.酸性土壤中重金屬鈍化技術研究進展［J］.化工環保，2024，44（1）：36-43.

［6］?蔡冬清，程若瑤，葉靜宏，等.土壤中多環芳烴修復技術的研究進展［J］.化學通報，2023，86（11）：1343-1350.

［7］?賈瑞雪，顧衛華，趙靜，等.典型固體廢物中冶金微生物及其浸出機理研究進展［J］.生物工程學報，2023，39（3）：1040-1055.

［8］?房曉宇，盧滇楠，劉錚.污染土壤生物修復技術的進展與工程應用現狀［J］.化工進展，2023，42（12）：6498-6506.

［9］?李小青.化學農藥對青菜及其根際微環境的影響機制研究［D］.桂林：桂林理工大學.

［10］?張玉秀，于飛，張媛雅，等.植物對重金屬鎘的吸收轉運和累積機制［J］.中國生態農業學報，2008（5）：1317-1321.

［11］?張美琴.有機蔬菜種植模式及生態農業技術推廣應用探究［J］.農村實用技術，2023（1）：77-78.

［12］?郭若楠，殷建成，劉佳慧，等.畜禽糞污無害化及資源化利用研究進展［J/OL］.特產研究，2023.

［13］?鐘麗媛，孫會增，吳冠中，等.農作物秸稈飼料化利用的制約因素及其解決對策［J/OL］.中國畜牧雜志，2023，59（12）：61-66.