農業土壤環境污染對糧食安全的影響及修復研究

文章編號：1674-6139（2025)06-0177-06

中圖分類號：X53文獻標志碼：B

Research on Impact and Remediation of Agricultural Soil Environmental Pollution on Food Security

Li Linman

（Agricultural Technology Promotion Center in Shuangta District，Chaoyang 122Ooo，China）

Abstract:Soilpollutioncanladtoutrientimbalanceinthesoilfectingfoodqualityndyield.Toavoidtheouenceofthe abovesituatio，tepactofgriculturallnvironmetalpoltioonfoodserityndmedatiomethodsaresded，fourdifferenttechnicalansficalical，icalndompresiediatioreopodtompletetsigicl turalsoilenvironmentalpolutionremediationmethodsbasedofodsecurityprotection.Troughdesigningreferenceexperimentswithn theresearcharea，thesultssowthateectivecontrolofheavyetalaccmulation，pesticideesidues，ndoganicpolutantcoctra tionscanensurefodqualityhileavoidingopyeldreductionissuesTherefore，consideringfoodsurity，teremediationofagicul turalsoilenvironmentalpolutionsuldmtosimultaneouslycontroltheaccmulationofayetals，pesticideesidues，ndganc pollutant concentrations.

KeyWords:agriculturalsoilenvironmentalpollution；food security；impactrepair；heavy metals；pesticideresidues

前言

隨著農業土壤環境污染現象的日益加重，如何在保障糧食品質的同時，避免出現農作物減產的情況，成為了亟待解決的難題[1]。針對上述問題，文獻[2]提出基于環境承載力估算的土壤污染修復方法，規定只有在承載力估值高于“1”的情況下，才能實現對土壤環境污染的有效修復。但在大規模種植的情況下，該方法難以全面保障作物生長安全。文獻[3]在環境風險評價的基礎上考慮污染物的種類、濃度、污染范圍和土壤性質等因素，定義具體的修復方案。但該方法的修復能力并不固定，只對于一種或特定幾種污染問題進行有效的修復與治理。文獻[4]提出了基于文獻計量的污染修復技術，以COOC、VOSviewer工具分析農田污染修復，重點研究重金屬，分析修復效果。但該方法只能針對重金屬類型的農業土壤環境污染問題進行有效的修復與治理。文獻[5]提出了基于表面污染問題的土壤污染修復方法，綜合土壤與環境因素，多手段修復。但該方法在高密度作物下，難以精準評估深層污染影響，修復效果有限。。

為更好解決上述問題，實現對農業土壤環境污染問題的全面性與綜合性修復，在考慮糧食安全問題的情況下提出農業土壤環境污染修復方法，以有效去除土壤中的污染物，促進土壤生態系統的恢復和糧食安全的保障。

1基于糧食安全保護的農業土壤環境污染修復方法設計

基于保護糧食安全設計農業土壤環境污染修復方法，就是根據污染調查與評價情況，選擇合適的修復技術，并對具體修復效果進行評估[，此章節針對上述內容展開研究。

1. 1 污染調查與評價

農業土壤污染調查旨在全面把握污染現狀，識別主要污染源（化肥農藥、畜禽廢棄物、工業污染、生活污染及其他工業固廢)及類型。其中，化肥農藥過量惡化土質。畜禽養殖廢棄物人土壤后，直接污染農業環境。工業污染特指重金屬離子、固體廢物、電子垃圾等造成的污染問題，可以通過空氣、水循環等方式進入農業土壤環境。生活污染包括生活垃圾與生活廢水，這些物質通過灌溉進入土壤會造成農業用水污染問題，進而對土壤造成污染。其他來源指的是工業固體廢物，這些物質在土壤中堆積，長期的滲透作用下，土壤中重金屬離子活性明顯增大，也就導致了農業土壤的環境污染問題。

通過評價，可以確定污染的主要來源、污染物的種類和含量，以及土壤污染的嚴重程度和分布范圍[7]。按照具體評價標準，對農田土壤中污染物的最高容許含量分為三類：I類土壤適用于農田自然保護區、集中式生活飲用水源地等，土壤質量保持自然背景水平;ⅡI類土壤適用于一般農田、蔬菜地等，土壤質量對植物和環境不造成危害和污染;III類土壤適用于污染物容量較大的高背景值農田土壤，土壤質量對植物和環境會造成一定的危害和污染。

1.2 修復方法分類

1.2.1 物理修復技術

物理修復技術是指通過各種物理過程將污染物從農田土壤中去除或分離的技術，重要性主要體現在以下幾個方面，一是阻斷污染物進入食物鏈；二是促進土地資源保護和可持續發展。常見的物理修復技術如，針對污染程度較輕的農田，客土法通過混合未污染土壤以降低污染物濃度，展現了溫和而有效的治理方式；對于有機污染物含量較高的土壤，熱脫附法利用高溫揮發并收集處理污染物，展現出強大的處理能力；土壤氣相抽提法則針對揮發性有機污染物，通過降低土壤蒸汽壓將其轉化為蒸汽去除，體現了精準治理的特點；而機械通風法則通過機械設備引入新鮮空氣，促進重金屬等污染物的揮發與擴散，為重金屬污染土壤提供了可行的治理途徑。

1.2.2化學修復技術

化學修復旨在通過化學方法降低土壤中污染物的含量，以保障農作物的健康生長和糧食的安全，通過應用化學試劑或化學過程，將土壤中的有害物質轉化為低毒性或無毒性物質的過程。針對重金屬、農藥、有機污染物三類污染源，列舉了幾種常見的化學修復反應方程式。

重金屬污染的化學修復方程式如式(1)：

3Pb+2H₃PO₄?Pb₃(PO₄)₂+6H⁺

農藥污染的化學修復方程式如式（2）：

Cd+2HclCdcl₂+H₂

有機污染物的化學修復方程式如式(3）：

4KMnO₄+R+H₂O?4MnO₂+RO₂+4KOH

化學修復技術可以根據污染物的種類和特性選擇合適的化學試劑或過程，實現對農業土壤環境污染問題的精準修復。

1.2.3 生物修復技術

基于糧食安全的農業土壤環境污染物生物修復是一種環境友好且可持續的修復方法，它利用生物體（如植物、微生物等)來降解、轉化或固定土壤中的污染物，從而降低污染物的含量和毒性，為農作物的健康生長提供安全的環境。

在修復前，應對土壤進行詳細的污染類型和程度分析，根據污染物的類型和土壤條件，選擇適宜的修復植物和微生物進行修復[8-9]。在生物修復過程中，應加強監管，確保修復植物和微生物的正常生長和代謝活動。同時，修復后應加強后續管理，防止土壤再次受到污染。此外生物修復技術可以與其他修復技術(如物理修復、化學修復等)結合使用，以提高修復效果和降低成本。

1.2.4綜合修復技術

綜合修復就是指在修復農業土壤環境污染問題的過程中，涉及多種技術手段的同時應用，能夠將各項技術手段的應用優勢結合起來，對糧食作物中累計的污染物質進行全面去除，從而達到確保糧食安全的目的。相較于單一使用的技術手段，綜合修復的效率更高、效果更好，是治理農業土壤環境污染問題最常用的方法[10]

1.3 修復效果評估

評估農業土壤環境污染的修復效果，就是指測定污染物含量以及描述土壤理化性質。糧食安全標準對于農業土壤環境污染修復的要求指的是污染物含量且理化性質較為優異的種植土壤，能夠為糧食提供較為理想的種植環境，且種植出農作物中有毒有害物質的含量不會超標，也就不會對人體造成危害[9]

2農業土壤環境污染對糧食安全影響的實驗

2.1 內容與準備

在土壤肥沃、水資源時空分布均勻的農田環境區域內進行實驗研究，研究區內的基本作物種植情況。

在農田環境中，常見的農業土壤環境污染包括重金屬積累、農藥殘留、有機污染物問題三項基本內容，這些問題會導致污染源物質在農作物中大量累積，影響所種植作物的直接產量，造成嚴重的糧食安全問題。

實驗分三部分同時進行，總實驗周期為90天。劃分6塊等大的實驗區域，其中1號、2號區域作為第一組對比實驗，種植玉米類糧食作物;3號、4號區域作為第二組對比實驗，種植水稻類糧食作物；5號、6號區域作為第三組對比實驗，種植高梁類糧食作物。三個對比組的土壤環境污染問題并不相同，完成作物種植后，前20天記錄生長速度，并分別取葉片對其中污染物質含量進行檢測;然后對2號、4號、6號區域進行污染修復治理，記錄后70天內所種植作物的生長速度及葉片中污染物質含量；最后對比修復效果，總結規律。

2.2農業土壤環境污染對糧食安全的影響

2.2.1重金屬積累實驗

利用含有鉛元素（ ?[Pb] 的水資源，澆灌1號、2號實驗區域，一段時間后，當土壤中的鉛元素含量達到350mg/kg 時開始實驗（農業土壤的pH處于 6.5～ 7.5之間，當前情況下，標準的重金屬元素含量應為不超過 300mg/kg ，因此當鉛元素含量為 350mg/kg 時，表示當前區域內存在農田土壤的重金屬環境污染問題)。

1號區域作為參照組、2號區域作為實驗組，經過20天的實驗時間后，利用化學修復方法，對2號區域內的土壤環境污染問題進行治理，具體化學反應方程式參考式(1）。如圖1所示實驗過程中1號、2號區域內玉米作物的具體生長情況以及修復前后的效果對比。

分析圖1可知，污染修復之前，1號和2號區域玉米作物的生長速度及其葉片中鉛元素( Pb_Φ，Λ^? 含量相近，作物安全等級相似；第30天開始，2號區域內玉米作物的生長速度明顯加快，呈直線趨勢，但1號區域內玉米作物的生長速度不變； 30～50 天的實驗時間內，2號區域內玉米作物葉片中鉛元素(Pb)含量雖然保持小幅上升狀態，但從第60天開始，鉛元素(Pb)含量開始大幅下降，至實驗結束其數值水平已經降至 50mg/kg ，表示當前情況下，2號區域內糧食作物的安全等級明顯高于1號區域。

2.2.2農藥殘留實驗

開始實驗之前，在3號、4號區域內廣泛噴灑含有苯醚甲環唑的殺菌劑，待地表水分被完全吸收后，對土壤中真菌類物質的含量進行檢測，當數值水平達到 60% 時開始實驗(農業土壤的pH處于6.5\\~7.5之間，當前情況下，標準的農藥殘留量應為不超過 50% ，因此當真菌類物質含量達到 60% 時，表示當前區域內存在農田土壤的農藥殘留類環境污染問題)。

3號區域作為參照組、4號區域作為實驗組，經過20天的實驗時間后，利用生物修復方法，對2號區域內的土壤環境污染問題進行治理(微生物吸收真菌類物質中的有機成分，以達到修復環境污染的效果）。如圖2所示實驗過程中3號、4號區域內水稻作物的具體生長情況以及修復前后的效果對比。

分析圖2可知，修復治理前，3號、4號區域水稻生長速度及農藥殘留量相近，作物安全等級相似；第30天開始，3號區域、4號區域中水稻作物的生長速度均呈現出明顯加快的變化趨勢，但4號區域內的生長速度增幅更大; 30～90 天時，3號區域農藥殘留量穩定;4號區域農藥物質殘留量連續下降，但30\\~40天的下降幅度較小 、40～90 天的下降幅度較大，至實驗結束時數值水平降至 4.7% ，與初始值 55% 相比，下降幅度達到了 50.3% ，表示4號區域內糧食作物的安全等級明顯高于3號區域。

2.2.3有機污染物實驗

按 1:1 比例混合同劑量合成洗滌劑與水，澆灌5號、6號實驗區域。當土壤中的有機污染物含量數值達到 20% 時開始實驗(農業土壤的pH處于6.5～7.5 之間，當前情況下，標準的有機污染物含量應為不超過 16% ，因此當有機污染物含量達到 20% 時，就表示當前區域內存在農田土壤的有機污染型環境污染問題）。

5號區域作為參照組、6號區域作為實驗組，經過20天的實驗時間后，對6號區域內的土壤環境污染問題進行治理。首先利用化學修復法去除有機污染物中的金屬離子，化學反應方程式參考式(3)；再利用生物修復法去除大分子有機物；最后利用物理修復法去除并過濾剩余的污染物。如圖3所示實驗過程中5號、6號區域內高粱作物的具體生長情況以及修復前后的效果對比。

分析圖3可知，前10天5號和6號區域內高梁作物的生長速度相同；第20天時6號區域內高梁作物的生長速度相對較快； 20～60 天時，5號和6號區域內作物生長速度均保持不斷增大的變化態勢，但6號區域的增幅更大； 60～90 天時，5號區域內高梁作物生長速度趨于穩定，而6號區域的生長速度繼續增大，這就使得實驗組的作物生長速度高于參照組。5號區域高梁葉中有機污染物持續累積，實驗結束時超過土壤含量；6號區污染物先升后降，第80天起穩定于低值，全程均值遠低于5號區，表明6號區作物安全等級更高。

2.3 結論分析

綜上可知，針對農業土壤環境污染進行修復能夠同時控制重金屬積累量、農藥殘留量及有機污染物濃度，具體表現在作物葉片生長速度較快、污染物累積量下降兩方面。相較于沒有經過修復治理的農業土壤而言，環境污染修復可以較好保障糧食品質，避免出現農作物減產的問題，因此為保障糧食安全，應針對不同的土壤環境問題，選擇合適的修復策略，以避免作物種植土壤被嚴重污染。

3 結束語

在當今社會，隨著工業化、城市化的迅猛推進，農業土壤環境污染問題日益凸顯，對糧食安全的影響已不容忽視，它直接關系到人類的食物來源和身體健康。隨著工業化進程的深入，大量的工業廢水、廢氣、固體廢棄物被排放到環境中，直接或間接地污染了農業土壤。同時，在城市化過程中，人口集中、交通繁忙、建設活動頻繁，也加劇了土壤污染的風險。修復受污染的農業土壤，保障糧食安全，已成為當今環境保護和農業可持續發展的重要任務。通過實施科學有效的物理、生物等土壤修復技術，從重金屬積累、農藥殘留和有機污染物三方面對土壤進行改善，可以顯著降低土壤中的污染物含量，改善土壤質量，恢復土壤的生產力和生態功能。

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