基于循环经济理念的耕地土壤修复

2017-06-20吴滨张立

现代农业科技 2017年9期

吴滨+张立

摘要耕地土壤污染是制约我国农业发展的关键因素，加强耕地土壤修复与治理具有重要现实意义。本文对我国耕地形势进行了分析，在简要梳理现有耕地土壤修复方法的基础上，阐述了耕地土壤修复循环经济理念，介绍了以循环经济理念为指导的耕地土壤修复案例，并提出了推进耕地土壤修复发展的若干建议。

关键词耕地；土壤修复；循环经济

中图分类号 S156 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0210-04

Abstract Soil pollution is the key factor that restricts the development of agriculture in China. It has great practical significance to strengthen the soil remediation and treatment of cultivated land. In this paper，the situation of China′s agricultural land was analyzed，based on the brief review of the present methods of soil remediation，the ideas of circular economy for soil remediation and the case taking the ideas of circular economy as the guidance were elaborated，and some suggestions were put forward to promote the development of farmland soil remediation.

Key words cultivated land；soil remediation；circular economy

土地在人類发展中的作用举足轻重。人们的生产和生活均需要土地资源的支撑，土地是人类赖以生存的基础，也是经济社会发展的最基本要素资源，加强土地资源保护对于人类社会发展至关重要。

1 我国耕地形势

耕地是土地的核心组成部分，耕地的数量和质量对于一个国家的粮食安全、食品安全、人民健康水平、生态环境乃至整个经济发展均具有决定性作用。近年来，由于我国经济粗放型发展的特点较为突出，加之工业化、城市化的快速推进，耕地资源的破坏情况相当严重，农业可持续发展面临严峻挑战。

1.1 耕地资源相对稀缺

我国地域广阔，土地资源总量较大，但由于人口众多，人均土地资源不足，2014年我国年中人口为13.6亿人，人口密度为145人/km2，是世界平均人口密度的2.59倍。另一方面，我国地形较为复杂，高原、山地较多，适合耕种的土地相对较少，耕地资源稀缺。2013年我国人均耕地面积为0.078 hm2，是世界平均水平的39.62%，是耕地资源较为稀缺的东亚及太平洋地区平均水平的75.4%，即使与同样人口大国的印度相比也有较大差距（表1）。

我国耕地资源平均质量水平偏低。国土资源部《2014中国国土资源公报》显示，根据土地评定级别划分，我国优等地面积仅占全国耕地评定总面积的2.9%；高等地面积占全国耕地评定总面积的26.5%；中、低等地面积占全国耕地评定总面积的70.6%。

1.2 耕地资源保护任务艰巨

近年来，我国政府积极采取各种严厉措施，严格保护耕地数量。2006年，《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》将1.2亿hm2耕地保有量作为具有法律效力的约束性指标；2008年，《全国土地利用总体规划纲要（2006—2020年）》进一步明确2020年我国耕地保有量1.203亿hm2的目标；2013年底中央农村工作会议再次强调，耕地红线要严防死守，1.2亿hm2耕地红线仍然必须坚守。但由于工业化、城市化快速发展，开发区、工业园区、房地产项目建设如火如荼，特别是部分地方盲目追求经济增长速度，竞相攀比开发项目，耕地资源受到不同程度的侵害。根据国土资源部《2014中国国土资源公报》显示，在政策严格控制的背景下，近年来我国耕地面积整体仍呈现微弱减少态势。2013年，我国耕地面积为1.35亿hm2（图1），较2009年减少26.67万hm2。

1.3 耕地污染状况相当严重

改革开放以来，我国农业活力得到了释放，农作物产量大幅提高。2014年，我国粮食产量达到6.07亿t，是1978年的1.99倍；棉花总产量617.8万t，是1978年的2.85倍。在温饱问题得到解决的同时，单纯追求产量，生产方式粗放，农业生产呈现出化肥、农药过度依赖特征。化肥的不合理施用不仅可以导致土壤酸化，降低微生物活性，而且还会增加土壤中的重金属和有毒元素。同时，由于土壤肥力和化肥施用效率的下降，往往会陷入不断进一步过量施肥的恶性循环[1-2]。2014年，我国化肥施用量达到5 995.9万t（表2），是1978年的6.78倍。部分发达国家公认的单位土地化肥施用合理上限约为225 kg/hm2，2014年我国单位土地化肥施用量已经为362.4 kg/hm2，是上述标准的1.61倍。农药的危害更为突出，有研究指出，只有30%～40%农药被利用，真正作用于靶标生物的仅为0.1%，绝大部分农药对土壤、水、大气等环境介质产生严重污染[3-4]。目前，我国是世界最大的农药生产和使用国，2013年农药施用强度为10.95 kg/hm2，是1991年的2.1倍，为世界平均水平的2.5倍。

除此之外，污水灌溉、地膜大量使用以及工矿企业和城市的间接污染，我国耕地污染状况已经相当严重[5]。2005—2013年，环保部和国土资源部联合开展了首次全国土壤污染状况调查，2014年发布了调查公报。调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧。耕地土壤点位超标率为19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。

1.4 耕地污染负面效果逐步显现

改革开放以来，经过30多年的努力，我国农业发展成效卓著，基本解决了世界最多人口的温饱问题。党的十八大提出到2020年全面建成小康社会，对农业发展提出了更高的要求。然而，耕地污染已经成为制约我国农业发展的关键问题。耕地污染不仅降低农作物产量，危及我国的粮食安全，而且农作物吸收和残留的污染物将通过食物链对人体健康造成不利影响。2013年，广东“镉大米”事件受到了广泛关注，食品安全已经成为全社会高度关注的话题。

除了“显性影响”之外，近年来“隐性饥饿”现象也越来越受重视。“隐性饥饿”是指机体由于营养不平衡或者缺乏某种维生素及人体必需的矿物质，同时又存在其他营养成分过度摄入，从而产生隐蔽性营养需求的饥饿症状。营养不平衡所形成的“隐性饥饿”将导致人类多种疾病，对人们健康需求构成了极大威胁。目前，普遍认为，农作物的“隐性饥饿”是人类“隐性饥饿”的主要原因，而耕地污染是造成农作物营养缺失的主要诱因。

如何探寻一条适合我国特色的耕地土壤修复和治理之路，不仅对促进农业持续发展具有重要意义，而且也是我国建成小康社会的重要保障。针对土壤调查所展现出的问题，2013年初国务院办公厅印发了《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》，提出力争到2020年，建成国家土壤环境保护体系，使全国土壤环境质量得到明显改善。

2 耕地土壤修复与治理典型技术

目前，我国耕地土壤污染途径呈现多样化的态势，既有传统农业生产方式所形成的内生性污染，也有工业企业和城市生活产生废弃物所造成的转移性污染，污染物包括有机污染物和无机污染物，持续性污染和非持续性污染相结合。在这种背景下，我国耕地土壤修复面临较大挑战。

2.1 休耕与轮作

休耕是指在土地耕种一段时期后，停止一段时期作物种植，以保证耕地营养成分的恢复以及污染物的降解。世界上许多国家均设立了休耕制度，20世纪80年代中期美国就开始实施“土地休耕保护计划”，重点补贴土壤极易腐蚀和环境敏感的作物用地。轮作是利用不同作物的特点，在不同时间段有顺序地轮换种植不同作物，以实现土地肥力的保护。轮作无论是在我国还是在欧洲，都有很长的发展历史。休耕和轮作不仅对于保护地力有重要作用，而且也对土壤污染的治理有积极作用[6-7]。有研究显示，休耕和轮作对缓解土壤酸化、增强土壤对酸碱的缓冲性能、降低土壤酸化速度均具有积极作用。近年来，我国政府也积极尝试开展休耕轮作制度，农业部引发的《2016年种植业工作要点》中明确指出，在玉米非优势产区、河北地下水漏斗区和南方重金属污染区，分别开展轮作和休耕试点。

休耕和轮作虽然对于土壤恢复具有积极作用，但土壤修复的作用有限，特别是对于持续性污染的治理很难发挥效果，而且也无法阻止新污染物的产生。同时，由于休耕和轮作均对农业生产造成一定的限制，在我国耕地资源稀缺的背景下，大范围应用和推广难度较大。

2.2 重金属污染修复

重金属是耕地土壤污染的主要组成部分，近年来随着来自工业和机动车的污染增加，耕地重金属污染状况有所加剧。重金属不仅通过食物链对人健康产生影响，而且也会对地下水及生态环境造成破坏。重金属污染治理一直是土壤修复的重点，目前已经形成了一系列修复方法[8-10]。

2.2.1 物理修复技术。物理修复技术是通过物理方法进行重金属污染修复的技术总称。传统方法有客土、换土、去表土和深耕翻土法，其基本思路是通过土壤混合和置换来降低污染。热脱附法是通过对土壤加热，去除具有挥发性的重金属，该方法工艺简单，但操作成本高，去除重金属的种类有限。

2.2.2 化学修复技术。与物理修复不同，化学修复往往涉及重金属或土壤的化学反应。土壤淋洗是采用淋洗剂去处重金属污染，该方法可以应用于重度污染的土壤，但淋洗液成本较高，同时易造成地下水污染和植物营养缺失。化学改良剂修复是通过添加改良剂改变土壤特性，促使重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附等作用，降低重金属的生物有效性，面对不同的環境该方法尚待研究。

2.2.3 物理化学法。物理化学法是综合采用物理和化学的方法。电动修复是在土壤中构建电场梯度，促进重金属迁移和聚集，再采用适当的物理或化学方法处理，该技术目前还处于研制阶段。稳定/固化修复技术是通过物理或者化学方法阻止重金属的释放、迁移和扩散，从而降低重金属对于农作物及生态环境的影响，但该方法并未实现重金属的根本性去除，仍存在潜在风险。离子拮抗技术是通过元素之间相关作用降低重金属毒性，例如硒对部分重金属具有显著的拮抗作用。

2.2.4 生物修复技术。生物修复技术是利用动物、微生物和植物降低重金属含量和毒性。就本质而言，生物修复技术也是将重金属吸附或固定。植物修复主要分为植物提取、植物挥发和植物固定，提取和挥发是通过植物作用将重金属从土壤中去除，而固定则是降低重金属的移动性和毒性。微生物修复是利用微生物对重金属吸附、沉淀、氧化-还原作用降低重金属的毒性。动物修复是利用低等动物吸收土壤中的重金属，该方法具有一定的局限性。总体来看，生物技术成本低、风险小，是土壤修复的重要方向。植物修复技术虽然具有费用低和环境优化的特点，但处理重金属能力有限，单一植物修复范围较小，同时需要较长的种植周期，对农业生产具有一定的影响。相比较而言，微生物修复技术更具发展潜力和应用前景，是耕地修复技术的研究重点。

2.3 有机污染修复

化肥、农药的大量使用使我国耕地面临较为严重的有机污染，有机污染是土壤酸化和板结的重要原因，同时也对人类健康和生态环境构成巨大威胁[11-12]。有机污染修复是土壤治理研究中的重要领域，有机污染修复技术得到世界各国的重视。综合来看，有机污染修复主要理念和途径与重金属修复相同，各种方法均具有各自的优缺点（表3）。随着微生物技术的发展，微生物修复在处理有机污染方面展现出较好的发展前景。

3 耕地土壤修复循环经济理念

经过几十年的探索，尽管部分技术还未成熟，但土壤污染修复已经形成了多种技术路线并行发展的技术体系，为耕地污染治理奠定了基础。综合来看，目前土壤修复技术仍秉承了线性思维，即以问题为导向的解决方法。这种思维方式存在如下主要问题：一是将污染修复与污染防治分离，无论是物理法、化学法还是生物法，修复主要是降低污染物含量或毒性，而无法对新增污染物进行控制；二是将污染修复与农业生产分离，目前修复技术基本上是事后处理，即延续了传统的先污染后治理的思路，而且修复过程往往与农业生产过程脱节，修复过程或多或少对农业生产造成影响，部分修复技术还需要停止农业生产活动，在我国耕地资源稀缺的背景下，现有修复技术大幅推广面临挑战。

与传统的线性思维不同，循环经济强调经济活动与自然生态的统一，最大限度地降低人类生产活动对生态环境的影响。自21世纪初引入我国以来，循环经济在各个领域的实践发展迅速，取得了显著成效。农业是重要的基础性行业，也是循环经济发展的重点领域。2013年，国务院印发的《循环经济发展战略及近期行动计划》提出了构建循环型农业体系的总体要求。立足生态环境发展，以循环经济理念引导耕地土壤修复对于提升耕地治理水平具有重要现实意义。

3.1 耕地土壤修复中的“减量化”原则

在减少土壤中污染物存量的同时，最大限度地减少污染物增量，实现污染物存量“减量化”和污染物增量“减量化”的统一。一方面，在土壤修复过程中严格避免对土壤的二次污染；另一方面，积极探讨与农业生产过程相融合的土壤修复新方法，将农业生产与土壤修复、土壤保护相结合。

3.2 耕地土壤修复中的“资源化”原则

一般而言，经济活动都将伴随废弃物的产生，转变传统方式，积极开发废弃物的再生利用是循环经济的核心内容。目前，国内外研究表明，禽畜粪便、生物有机肥不仅有利于土壤改良，增加土壤肥力，而且也对于修复土壤重金属污染、减少污染物的生态风险具有显著作用，成为相关领域的研究前沿。畜禽粪便属于典型的农业废弃物，其在耕地修复领域的应用为耕地治理资源化利用农业废弃物奠定了基础、开辟了道路。

耕地土壤修复中的“再利用”原则。农业生产是一个复杂的系统，经过多年的摸索，目前已经形成了多种种植、养殖、加工的循环经济体系，这些循环经济产业链代表了现代农业发展的方向。作为农业生产的重要环节，将耕地土壤修复纳入农业循环经济体系，积极推进适应循环经济要求的耕地土壤修复方法和途径，实现整个农业生产过程的循环再利用是现代农业发展的必然要求。

4 基于循环经济理念的耕地土壤修复案例

安徽一企业采用了生物有机肥、微生物、微量元素相结合的方法进行土壤修复，在基于循环经济理念的耕地土壤修复方面进行了有益的探索[13-14]。该方法的核心思路是将土壤修复技术引入生物有机肥之中，从而实现农业生产与土壤修复过程的统一，降低土壤修复对农业生产的影响，降低新污染物的增加。

4.1 主要技术原理

该技术的载体为生物有机肥，主要原料为禽畜粪便和沼气池沼液，以此为基础可以构建“养殖—沼气—生物有机肥—种植”的农业循环经济体系。土壤修复主要来自2个方面：一是通过提取和培育区域性土壤原生态益生菌，对土壤微生物环境进行修复和改善。微生物环境的改善，有利于促进农作物对养分的平衡吸收，减少生长对化学肥料的依赖性，同时还由于生防微生物的参与，提高植物自身免疫功能和对抗多种病虫害的综合抗性水平，减少化学农药的施用。此外，该方法还有助于保护区域土壤的多样性，由于采取区域代表性的原生菌群落，促进区域土壤原生微生物环境的修复，对于区域特色农产品的种植具有积极作用。二是通过微量元素的补充，对土壤中的重金属污染物产生一定的拮抗作用，降低重金属的毒性。另外，土壤微量营养元素（如锌、硒、硅等）的平衡补充也对于农作物生长、产品品质提高具有促进作用。

4.2 应用实践效果

整体而言，该方法仍处于探索阶段，但在相关领域的应用已经展现出一定的实践效果。2013年开始，相关机构在安徽省金寨县以六安瓜片的种植为基础开展了一系列土壤修复技术应用研究。目前，已经完成了对作物和土壤的初步检测。

在茶叶叶片对比分析之中，该方法培育出的茶叶叶片栅栏组织相对厚度、栅栏组织细胞平均数、叶面背后平均气孔数均要多于普通方法种植和野生环境生长的茶叶。在茶叶成分比较中，该方法培育出的茶叶微量元素和营养成分含量均远高于市场上销售的主要茶叶品种。

对土壤进行微生物基因组DNA分析，结果显示该方法对茶园真菌群落构成的影响是使之向原生态环境“趋近”，并由此带来整个土壤微生物环境的改变，使土壤细菌群落构成有异于传统茶园。

5 推进耕地土壤修复的建议

目前，我国耕地土壤污染问题已经相当突出，由此造成的经济社会问题也日益凸显，加强耕地土壤修复和治理已经迫在眉睫。耕地土壤修复既是一个技术问题，也是一个经济问题，具有很强的复杂性，合理选择耕地土壤修复方法和路径对于我国农业健康发展具有重要意义。

5.1 树立耕地土壤修复系统观，积极引入循环经济理念

充分认识农业生产的系统性，综合考虑各种影响因素，特别是在我国耕地资源相对不足、粮食安全面临挑战的背景下，注重耕地土壤修复与治理的整体效应，尽可能降低对农业生产的影响。作为系统理论的重要体现，经过多年努力循环经济已经在农业领域中得到了较快发展，并取得了顯著效果，代表了现代农业的发展方向。耕地土壤修复与治理要积极融入农业循环经济体系，加强循环经济理念对技术路径选择的指导，从而切实解决我国土壤污染问题。

5.2 完善土壤治理相关政策，促进耕地土壤修复与农业循环经济融合发展

目前，我国还没有耕地土壤修复的专项政策和规划，耕地土壤修复缺乏整体的指导。根据目前我国耕地污染状况，应加快相关政策的制订，科学评估现有土壤修复的技术和方法，制订切实可行的耕地土壤修复总体战略。耕地土壤治理和循环经济发展涉及多个主管部门，国家发改委、环保部、农业部等有关部门应加强沟通交流，增强相关政策之间的衔接，加强循环经济理念对耕地土壤修复的指导，积极探索耕地土壤修复循环经济新模式。

5.3 加强技术研发，积极推广先进的土壤修复技术

耕地土壤修复具有很强的技术性，土壤污染问题治理有赖于技术创新的支撑。支持科研院所、高校开展相关研究，基于我国土壤特点创新土壤修复技术。根据农业生产和农业循环经济的特点，重点突破关键技术，为耕地土壤修复与农业循环经济融合发展创造条件。鼓励有条件的企业开展基于循环经济的土壤修复模式的试验和示范，完善相关技术的服务支撑体系，加强对相关技术的评估，积极推广和应用先进技术，探索适合我国国情的耕地土壤治理途径。

6 参考文献

[1] 肖军，秦志伟，赵景波.农田土壤化肥污染及對策[J].环境保护科学，2005（5）：32-34.

[2] 张锋.中国化肥投入的面源污染问题研究：基于农户施用行为的视角[D].南京：南京农业大学，2011：1.

[3] 潘攀.土壤-植物体系中农药和重金属污染研究现状及展望[J].农业环境科学学报，2011（12）：2389-2398.

[4] 陈晓明，王程龙，薄瑞.中国农药使用现状及对策建议[J].农药科学与管理，2016（2）：4-8.

[5] 韩冬梅，金书秦.我国土壤污染分类、政策分析与防治建议[J].经济研究参考，2014（43）：42-48.

[6] 刘嘉尧，吕志祥.美国土地休耕保护技术及借鉴[J].商业研究，2009（8）：134-136.

[7] 邓琳璐.休耕轮作对黑土酸化的影响[J].水土保持学报，2013（6）：184-188.

[8] 樊霆，叶文玲，陈海燕，等.农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J].生态环境学报，2013（10）：1727-1736.

[9] 黄益宗，郝晓伟，雷鸣，等.重金属污染土壤修复技术及其修复实践[J].农业环境科学学报，2013（3）：409-417.

[10] 孙鹏轩.土壤重金属污染修复技术及其研究进展[J].环境保护与循环经济，2012（11）：48-51.

[11] 刘惠，陈奕.有机污染土壤修复技术及案例研究[J].环境工程，2015，33（增刊1）：920-923.