北方农田土壤有机农药污染现状及修复技术综述

2016-09-29

科技视界 2016年20期

关键词：修复技术水土流失

鞠晓璇　樊阅益　王玉军

【摘要】结合了我国北方农田的有机农药使用状况及污染情况，在分析污染物迁移规律的基础上，本文详细介绍了一些国内外先进土壤修复技术手段的原理、实用性及局限，并展望了今后农田土壤修复技术的发展趋势。

【关键词】北方农田；水土流失；修复技术

Status and Remediation Techniques of Soil Organic Pesticide Pollution in the North of China

JU Xiao-xuan FAN Yue-yi WANG Yu-jun

（College of Resource and Environment Science， Jilin Agricultural University， Changchun Jilin 130118， China）

【Abstract】Combined with the organic pesticides in northern China farmland use condition and pollution， in the analysis based on pollutant migration patterns were introduced in detail. Some domestic and foreign advanced soil remediation technology principle， practicality and limitations， and looks forward to the the development trend of future farmland soil remediation technology.

【Key words】Farmland in the north of China； Soil and water loss； Remediation techniques

土壤是人类社会生存与发展中的主要自然资源，也是环境中万物生长重要组成因素。因此，农田土壤的质量环境与农作物质量的好坏息息相关，对人类的身体健康更是影响深远。化学有机农药在农业生产中发挥着举足轻重的作用。然而，由于人们长期的不科学合理用药，大量的耕地受到不同程度的污染，这不仅造成了农药污染的一系列问题，还可能通过生物富集等作用，危害人类健康。美国对农药污染土壤的治理与修复始于20世纪70年代，目前依然与德国等国家走在世界前列。近年来，我国农田土壤污染问题得到了学者们越来越多的关注。而对于北方以农业为主要经济发展的地区，农田土壤有机农药污染问题加剧。本文针对了我国北方农田的有机农药面源污染状况[1]，结合了国内外一些先进科学的方法技术，详细地介绍了与北方农田有关的农药污染的控制技术。

1 北方农田土壤现状

我国北方农作物以玉米、大豆、小麦和水稻为主，蔬菜和中草药以及其他杂粮亦有种植。原本肥沃的黑土地，略施肥料即可满足作物生长。然而，由于人们的需求不断增加，不合理使用有机农药现象严重，甚至威胁到人类健康。

当今社会，玉米已经发展成为了集合口粮、饲料以及工业原料于一体的重要谷类作物，因此人类对玉米的需求也愈来愈大。玉米田的除草剂也从20世纪50年代初期全球通用的均三氮苯类除草剂例如莠去津，发展到近些年来广泛使用的三酮类除草剂甲基磺草酮[2]。目前，莠去津仍是我国玉米生产中最重要的除草剂品种，但由于其脱氯与烷基代谢产物造成了地下水体的严重污染，经植物的代谢过程与环境的降解作用产生的氧烷基与羟基[3]，均对哺乳动物产生免疫性与毒性作用，已被法国、比利时、德国等若干欧洲国家早已禁用或限制使用。我国还应尽快以混合制剂取代单剂，并加快对其污染土地进行修复。

黑龙江省是我国种植大豆面积最大、产量最高的地区之一。大豆田杂草约有70余种，2015年我国大豆田登记所使用的除草剂单剂品种有31个，复配剂品种多达59种，其中春大田的三元复配品种17种，占总数的29%。因此，我国大豆田仍然存在很多问题，其中很大一部分农民对单剂品种与复配依据存在着盲目性和随意性。在使用除草剂过程中的药害问题依然时有发生。并且许多稳定型除草剂残留在农田之中极易对后续敏感作物造成残留药害，在长残留药害影响下致使后茬作物减产、绝产的事件屡见不鲜，且呈逐年上升状态。

由此可见，科学的认识有机农药污染现状，以及相应的修复技术研究，已成为北方农业可持续发展过程中急需解决的科学问题。

2 污染物在土壤中的迁移规律

2.1 垂向迁移规律

污染物垂向迁移指的是污染物质随着水的渗透作用而在土壤中垂直向下的运动，是发生在土壤颗粒与水之间的解吸、分配或者吸附等综合性作用。垂向迁移的产生主要由于溶解在土壤颗粒缝隙之中的污染物质，随着水的渗透作用而不断做垂直向下运动，进而混入地下水而造成其污染。绝大多数化学性质稳定的农药，都是从地表随着水流的垂向迁移作用，下渗进入到含水层中。有机污染物在土壤中的垂向迁移方式主要有两种：一种，是有机污染物质随着水流通过质地均匀的土壤颗粒介质，流速较慢且数量不大，大部分的农药都是采用这种方式做垂向迁移运动；另一种，则是有机污染物质随水的流动，通过土壤颗粒中间的缝隙或是蚯蚓的洞道以及植物的根系等大直径孔道而迁移到土壤下层[4]。中间的土壤层是连接着地下水与地表水的主要过渡带，且可净化入渗水并保护地下水体，但是这种保护并不是无限度的保护。随着人口数量的大幅度增加和农业的迅速发展，有机农药的滥用现象日益加剧，大量未经处理的污水直接或者间接排入河流海洋，造成了深远的有机农药污染问题。

2.2 横向迁移规律

从水土流失的角度来看，当土体的抵抗力小于水的破坏力时，便会引起污染物质的横向迁移作用，即水土流失作用[5]。然而，造成水土流失作用的因素有很多，降雨、地质地貌、植被措施以及人为活动等因素均在一定程度上影响着水土流失的发生与发展。其中，降雨是水土流失的原动力，植被、坡面和人为因素对水土流失有重要影响。一旦横向迁移发生，会加剧土壤中养分流失，导致可利用土地面积减少，毁坏农田；还会导致水质恶化，物种多样性降低，自然景观遭到严重破坏。

3 修复技术

3.1 物理修复技术

物理修复是指通过温度、电动力或者其他物理因素将污染物从土壤中分离出来的修复技术，常用的有热脱附、蒸汽浸提、通风、固化和填埋等。其中，蒸气浸提修复技术以其实用性强且不破坏土壤结构而被广泛使用。但不足之处在于应用到原位土壤中，下层土壤的异质性、低渗透性、地下水位高等都可能成为其限制因素。热脱附技术是利用热量交换的原理，将土壤加热到足够有机污染组分蒸发的温度使其蒸发，从而达到污染物与土壤分离的目的。近年来，兴起了微波热脱附和远红外线热脱附技术，可在一定程度上达到更好的修复效果。但是，高腐蚀性的进料往往会对处理单元产生破坏影响，以及高黏土含量与处理费用等相关问题还有待进一步研究。

3.2 化学修复技术

化学修复技术就是利用化学原理、反应或试剂，来减少或者去除土壤中有机污染物，以达到农田土壤的治理与修复的目的。化学修复技术主要包括化学淋洗技术、还原脱氯修复技术、氧化还原修复技术以及溶剂浸提等技术。化学淋洗法又称洗土法或萃取法，是用含有化学助剂的水溶液或清水淋洗液淋洗被污染的土壤。研究表明，在适宜条件下Tween80对DDTs的去除率最高达70%左右[6]。多种化学试剂都对PCBs有较高的溶解性，5%的正己烷与丙酮混合溶液对Aroclor1016的移除效率为95.4%[7]。因此以其技术范围广、效果显著等优点，奠定了良好的应用前景。但是如果土壤粘粒含量达到25%左右，将不考虑该项技术。

3.3 生物修复技术

生物修复技术的研究始于20世纪90年代初期，是指通过土壤生物（包括动植物及微生物单独或联合作用）吸收、降解和转化的作用，使土壤污染物含量降低或将毒害物质转化为无害物质的过程。生物修复技术主要包括微生物修复技术、植物修复技术和动物修复技术，其中以微生物修复技术与植物修复技术的研究应用最为广泛。

3.3.1 微生物修复技术

微生物修复技术的研究始于20世纪50年代左右，从目前来看，是最具发展潜力和应用前景的技术[8]。主要有两种微生物修复技术原理：一是，利用某些微生物本身能以有机污染物作为唯一碳源和能源进行代谢。这种方法不会产生二次污染物或导致污染转移，且微生物类型广泛，现已发现了大量细菌、真菌、放线菌、藻类等农药降解菌[9]。二是，利用微生物与其他有机物共代谢作用，以此来对有机农药进行降解作用。其中，微生物的数量、种类都对其降解作用有着不同程度的影响。而且，微生物个体微小，还存在与修复现场土著菌株竞争等不利因素。若要形成新的生态型结构充分利用土著微生物，建立固定化的农药生物降解模型[10]。

3.3.2 植物修复技术

植物修复是近年来兴起的一种新方法，其作为专业术语在20世纪80年代才被提出[11]。植物修复是以太阳能为能源，利用植物来使环境污染物无害化的绿色生物技术，有着其他传统修复处理技术无法相比的优势。研究表明，适量的螯合剂可以显著提高油菜对Pb的转运效率，同时可以加快Pb由根部系统向地上部转移的速率[12]。由此可见，关于植物修复技术研究的重点应该在有强有机污染物吸收能力，并且可分泌特异性物质的植物上，再通过接种专性或非专性细菌和真菌的方式，以建立起高效率的植物修复体系[13]。此外，现在分子生物技术正处发展之中，如果可以将两者结合，那么在提高植物修复的实用性方面将有实质性突破。植物修复技术以其独特的优点必将成为污染环境修复研究热点之一。

4 结语

我国是农业大国，对农田土壤的依赖更高于其他发达国家。因此，要更加重视对农田土壤的保护以及各种物质对农田土壤的污染，特别是有机农药的残留、迁移和转化等相关问题。近年来，我国的修复技术进步比较迅猛，例如，科研人员在微生物降解途径、资源以及其修复技术等方面取得了一定的技术研发。但是，在应用中还需要解决类似温度、环境、技术组合以及兼容性等一系列实际问题，还可开展多种修复技术之间的组合研究。总之，科技在进步，相信在我们的努力下，修复技术很快会大规模应用到实际中去，在生态环境友好的基础上，实现最高效的农田土壤修复。

【参考文献】

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