土壤污染现状分析及治理对策研究

王秉莲 李俊杰

我国土壤污染问题出现于20世纪70年代,呈现点源式污染;从20世纪70年代末到现在是我国经济快速发展阶段,在一些工业化城市和农业集约化程度比较高的地区,土壤的污染破坏逐渐呈现出区域性的态势,经济发达地区如京津唐、东北老工业区、珠江三角洲、长江三角洲地区成为土壤污染的高风险区。而城市和农村由于其结构组成和发展方向不同,其各自的土壤污染也呈现出不同的特征。

本文旨在研究我国城市与农业不同的土壤污染现状及原因,从而为科学的规划土壤污染治理,高效的进行土壤污染检测和预防提供有效的参考。

1 城市土壤污染现状

1.1 城市土壤重金属污染

城市土壤的理化性质是影响城市土壤重金属污染的重要因素,是城市环境污染状况的重要指标之一。研究发现,pH值、土壤有机质含量、氧化还原电位值、磁化率、粒度与城市土壤重金属的含量存在一定的相关关系,例如,pH值除直接影响重金属含量在土壤中的活性以及重金属在土壤剖面的纵向移动能力之外,还会影响重金属元素的存在形态。城市土壤的细颗粒组分则可以富集重金属并阻止其淋失。

陈凤等研究了昆山市随着快速的城市化,其土壤重金属污染物分布特征。在所采样的100个采样点中Zn,Cu,Pb,Hg,As,Cd和Cr的超标率均在20%左右,Cd含量有的高达5.74 mg◦kg。

1.2 城市土壤纳米级有机物污染

环境中对生态和人体有危害的纳米级有机污染物包括持久性或难降解有机污染物(POPs)和持久性或难降解有毒化合物(PTS)。这些挥发性的有机污染物,通过挥发、淋溶和扩散等方式在城市土壤中迁移、转化,进而进入大气、水体,对城市生态系统和人类的生命造成极大危害。

在工业发达国家,人为燃料燃烧是城市土壤多环芳烃PAHs的主要来源,近100年～150年来,城市土壤PAHs的浓度在不断增加,并呈现一定的空间分布特征。Krauss等研究发现,城市土壤中的 PAHs、多氯联苯 PCBs、多氯联萘PCNs等持久性或难降解有机污染物在工业区和居住区花园绿地附近的含量较高,是农田土壤中含量的几倍,并呈现从中心城区向郊区逐渐递减的趋势。这些微有机污染物的产生及其在环境中的迁移过程在很大程度上影响其浓度空间自相关性的方向和范围大小。

1.3 城市土壤营养元素(N,P)污染

城市土壤中的N,P虽不是经过土地的直接使用,而是通过一系列的迁移转化,进而在土壤中富集。然而,经研究发现,城市土壤中N,P有明显的富集现象。陈立新对哈尔滨城市土壤污染研究发现,与非城区自然土壤相比,城市土壤的全氮、水解氮含量降低;全磷和有效磷含量显著偏高,磷在城市土壤中的富集现象严重。这可能是由于城市人为活动和大量含磷废水以及垃圾的混入,使得城市土壤中全磷和有效态磷的含量明显高于森林土壤和农田土壤。

城市土壤对外源N,P的吸附和释放主要受到土壤本身的结构特性影响,即土壤的吸附—解吸特性,并且与土壤溶液中该元素的浓度密切相关,间接影响到土壤中营养元素N,P的淋溶和迁移过程。卢瑛等对南京城市土壤的研究发现,与非城区自然土壤相比,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态磷浓度、总磷浓度都与城市土壤剖面中全、有效磷、可溶性磷的加权平均含量有着明显的相关关系。

2 农村土壤污染现状

随着我国农业和农村经济的快速发展,农业生态环境不断恶化,农村土壤污染越来越严重。全国至少有1 300万hm2～1 600万hm2耕地受到农药污染,约占全国耕地的10%以上,污水灌溉污染耕地216.7万hm2,固体废弃物堆存占地和毁田13.3万 hm2,每年因重金属污染的粮食达1 200万t,每年造成的直接经济损失超过200亿元。

2.1 农业土壤中肥料(主要为N,P)元素的污染

与城市土壤的污染有所不同的是,农业土壤中无机肥料元素的污染最为严重。由于农业土壤长期使用肥料,致使农业土壤中积累最多的污染因素为肥料元素,即N,P及其营养盐的累计。大量的肥料残留造成土壤酸化的加速,破坏原有土壤结构,导致土壤盐渍化。尤其是超量使用氮肥,造成农业保护土壤的次生盐渍化问题的加重。

2.2 农业土壤中的重金属污染

土壤中的无机污染物主要包括镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)等重金属和砷(As)、硒(Se)、氟(F)等非金属物质。2001年国家环保局对北京、上海、天津和深圳4个“菜篮子”工程试点城市一些区域的种植生产基地的砷、汞、铅、镉、铜、滴滴涕和六六六等土壤因子进行的环境质量调查监测结果表明:由于污染物在土壤中长期富集,土壤环境质量达标率只有84.9%。

北京某些地区,30个土壤、水质监测点位中有5个监测点位菜田耕层土壤中汞含量超标,超标率为16.7%,最大超标倍数为3.1倍;天津市11个土壤、水质监测点位中有3个监测点位超标。据我国农业部进行的全国污灌区调查,在约140万hm2的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%,其中轻度污染的占46.7%,中度污染的占 9.7%,严重污染的占8.4%。

重金属的污染主要是由于伴随着化肥的生产,有许多重金属被引入肥料中,从而进入农田土壤。以磷肥为例,磷肥的生产原料为磷矿石,它含有大量有害元素F和As,同时磷矿石的加工过程还会带进其他重金属Cd,Hg,As,F,特别是Cd。另外,利用废酸生产的磷肥中还会带有三氯乙醛。此外,由于工业废水和城市废水的灌溉,导致部分重金属进入农田。

2.3 农业土壤的有机污染

造成农业土壤有机污染的,主要是有机磷和有机氯农药,此外还包括氨基甲酸酯类、有机氮类杀虫剂、磺酰脲类除草剂、多环芳烃等持久性有机污染。而农业土壤中有机污染物的残留与积累的主要原因是农药的使用。我国农药产量和使用量居世界前列,1997年农药总产量为66.6万 t,使用量 131.2万 t,平均用量为14 kg/hm2,比发达国家高出1倍,但利用率不足30%。农药的大量使用,虽然对病虫害起到了一定的遏制作用,但那些未发挥效用或分解之后的农药仍然残留于土壤环境中,从而影响地下水、土壤生态系统的稳定性,造成潜在的环境生态威胁。一大部分农药可以在土壤微生物的作用下逐渐分解成无毒的化合物,而另外一些农药化学则无法被土壤微生物分解,因而长期残留在土壤或作物器官中,甚至一些农药经过微生物代谢,产生毒性更强的化合物。如杀虫脒水解产生四氯磷甲苯胺,代森锌代谢为乙撑硫脲。同时,由于生态系统食物链、食物网的生物富集作用,经过农田施用的农药,其在土壤或水中的残留浓度将会增长几十倍到几十万倍。

3 城市、农业土壤污染的治理对策

对土壤污染的治理,包括生物修复、物理修复、化学修复等。生物修复就是通过微生物的生物降解作用或者植物的吸附作用,将污染物质吸收或转化为无毒物质。化学方法是通过加入一些无污染的物质,通过与污染物的化学反应、改变土壤的氧化还原电位,将污染物质转化为难溶性物质或者无毒物质,从而降低作物等对其的吸收。物理修复则是通过改变土壤的组成及结构,改变污染物的迁移和转化速度,从而较难被作物吸收以及进入其他生态环境。

针对城市及农村土壤污染的特点不同,需要对其进行科学合理的划分治理。对于城市土壤的污染物质,不仅需要有效地治理单一成分的污染物质,有些污染物质还会转化成复合型污染物,即重金属—重金属,有机污染物—有机污染物,有机污染物重金属复合污染,造成新的污染。对于农田土壤的污染,则需要对污染源进行严格的控制,消除由于工业“三废”对农田土壤的污染,同时科学的使用化肥和农药,采用先进的生物“农药”和先进的农业技术,从而使得农田土壤污染得到改善。

4 结语

作为地球环境一个重要的组成部分——土壤环境,一旦被人为活动影响,造成其原有的生态结构和组成的恶性改变,经过数十年的积累,其危害会逐渐突显出来,甚至造成无法逆转的恶化局面,威胁到人类的生存和发展。对于已经受到污染的土壤,单一的修复手段很难达到预期效果,需要综合各种污染修复的方法,投入大量的人力、物力、财力和时间。因此,本着“预防为主”的环保方针,在源头上控制和消除污染源,让城市、农田土壤在保护之下为人类创造更多的价值。

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