基于农田土壤重金属污染来源的研究分析

王 娜

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司 陕西 西安 71007；2.国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室 陕西 西安 710075）

关键字：重金属污染；农田土壤；污染来源

土壤重金属污染系指由于人类活动造成的如Cd、Pb、Hg、Cr、As、Cu等在土壤中含量超标的现象。重金属的污染不仅可以通过污染农耕地及农作物危及人类健康，还能够导致大气及水体环境恶化从而影响人类健康，因此，农田土壤重金属污染与农产品的质量安全及生态系统的健康密不可分。据调查显示我国重金属污染的农耕地占总耕地的16.61%（图1），直接经济损失高达200亿[1]，耕地土壤质量环境堪忧。超标重金属主要为Cd、Cu、Ni和As，其中耕地点位超标率达19.4%（图1）。

图1 全国污染土壤调查公报图

陈奕云等对2003年—2013年间农田土壤重金属污染研究的整理显示，我国农田土壤重金属污染主要以Cd和Pb为主[2]，且污染类型逐年增多，污染面积不断扩大。基于此，重金属污染已引起了各界学者的广泛关注。然而当前国内重金属污染主要集中在防治技术上，而对农田重金属污染源的解析仍缺乏全面的认识，明确农田土壤重金属污染来源对重金属污染治理起到事半功倍的效果。因此本文对农田重金属污染的不同来源与分布做了系统梳理，旨在为生态环境保护及生态系统良性运转提供科学依据。

1 农田土壤重金属的来源

土壤中重金属来源广泛，工农业等人为因素造成的土壤重金属污染占主导地位。其包括大气重金属沉降；农田农药、化肥施用；农田污水灌溉；农田有机肥及污泥施肥带入等。

1.1 大气重金属沉降

大气中的重金属主要为工业生产、汽车尾气排放的大量含有重金属的废气或粉尘。这些大气污染物主要集中在矿区及道路周边，大气中的这些密度较大的重金属主要是经过自然沉降进入土壤，而密度较轻的部分通过雨淋沉降进入土壤。据报道，兰州市、西安市大气降尘中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、As等重金属均有不同程度的富集，且西安市大气沉降重金属污染居于国内较高水平[3～4]；朱媛婕等[4]研究了西安市灞桥燃煤电厂周边土壤重金属的含量，研究发现该电厂周边农田表层土壤中11中重金属As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V、Zn的含量，其含量均超过了陕西土壤的背景值。据统计，我国燃煤电厂动力煤燃烧每年向大气排放的As约为195.0 t左右，且煤炭燃烧产生的粉煤灰中同时含有部分易挥发的重金属Pb、Cu、Cd等[5]。除此之外，汽车尾气及汽车轮胎与地面的摩擦可导致大气颗粒物中Zn、Pb、Cu、Cd、Ti等重金属浓度增加，且其浓度随着车流量的增加而增加，闫军等[6]研究成雅高速公路两侧大气颗粒物中重金属分布规律时也得到了类似的结果。

1.2 农药、化肥使用

我国粮食产量的不断增长，一方面依靠我国不断进步的科技力量和基础建设的投入，另一方面则依赖于农业生产资料的不断投入，但是化肥、农药等均含有不同程度的重金属元素。一般来说，过磷酸盐与磷肥相比，其含有较多的重金属如Hg、Cd、As、Pb等；氮肥和钾肥中此类重金属含量相对较低，但氮肥中铅含量相对高。通过对中国科学院南京土壤研究所河南封丘长期肥料试验土壤研究，随着施肥年限的增长，土壤中As、Hg、Cd、Pb都有所增加。仁顺荣等对土壤肥料研究所试验地的潮土进行研究，研究发现在长期使用NP、NPK的土壤Zn的含量增加了6.2%；NPK处理的土壤Cd含量由0.089mg/kg增加到0.12mg/kg，NP处理的土壤镉含量增加了0.021mg/kg；在NPK处理的土壤中Cr含量超过了土壤环境质量标准的自然背景值[7]。在阿根廷，在传统磷肥的施入情况下，土壤重金属Cd、Cr、Pb、Zn、Cu等含量均有不同程度的增加。农药的施入也是造成农田重金属污染的另一重要原因，例如，波尔多液因其含有重金属元素Cu长期使用会导致土壤Cu的大量积累。

1.3 污水灌溉

我国水资源匮乏，污水灌溉农田是节省水资源的一种重要方式。目前，大多灌溉均采用经过一定处理的城市污水灌溉，从而携带大量的重金属进入农田土壤，造成土壤重金属的污染。目前，1/10的人口正在食用污水灌溉的农产品。其污水主要分为城市生活污水、工业污水及商业污水。张书海等在1993—1997年间调查了淮阴市某污灌区农田土壤重金属污染情况，调查发现该污灌区农田土壤重金属Cd、As、Cr、Pb含量逐年增加，且在1995至1997年间重金属含量已达到了警戒级[8]。东北典型污灌区沈抚灌区农田土壤Cd含量超过了国家土壤环境质量二级标准，且残留在玉米籽粒中的Cd、Pb浓度均超过了国家食品安全的限值。对开封市污灌区土壤及蔬菜进行调查发现，采样区Cd含量超过了国家土壤环境质量标准，且距离污灌源头较近的土壤Cd含量较高，反之较低；对污灌区蔬菜进行分析，Cd和Cu均有不同程度的超标[9]。大宝山污灌区稻田土壤Cu、Zn及As含量均超过了国家土壤质量二级标准，同样在北京东南的通州区和大兴污灌区土壤Cu、Pb均出现了不同程度的累积现象，距离灌溉源头近的土壤Cu、Pb含量也相对较高[10]。

1.4 有机肥、污泥施肥

根据《中国统计年鉴》，我国农田化肥每公顷施用量从1980年至2012年间增涨了385.2kg，这一数据远超过了发达国家的安全上限（225mg/hm）。研究表明长期使用化肥会降低土壤有机质等的养分，与此同时也污染了农田生态环境。因此，近年来有机肥被认为是农田养分的优质肥料，但是有机肥为作物生长提供必须的大量及微量元素的同时，也不同程度的带入了重金属元素。陈红金在菜地土壤中施用有机肥（鸡粪），研究发现菜地耕作层土壤中重金属Zn、Cu都有一定的富集，且随着施肥量的增加，Zn、Cu的富集量明显增加[11]；黄新灿以猪粪为肥源施入菜地，菜地土壤的重金属Cu、Zn、Cd均有富集，且连续施用3年及施用量增加2倍后土壤重金属含量均比实验前有所增加，与此同时，随着施用年限的增加，蔬菜中的重金属含量也有增加的趋势[12]。谢国雄等[13]也有类似的发现，在菜地土壤中分别施用15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2商品有机肥，与《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级标准比较，土壤Cr、As、Pb、Hg均未超标，但Zn、Cu、Cd含量均明显超标；连续两年施用15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2商品有机肥时，土壤Cu、Zn、Cd、Cr含量均随着施用年限和施用量的增加而增加。

污泥是污水处理过程中的必然产物，其有机质含量高，氮磷钾营养丰富，因此污泥堆肥施用农田具有一定的潜在优势，但由于污泥成分复杂，在施用过程中不可避免的将重金属带入农田土壤。国内外有诸多研究均表明，污泥作为农田肥料施用会增加土壤及作物中重金属的含量。污泥堆肥施入土壤后，土壤重金属含量不同程度的有所的改变，Cu、Zn、Pb、Ni都有一定量的增加；在污泥堆肥施入量一定范围内，随着施肥量的增加，土壤中Cu、Zn、Pb、Cd含量均会不同程度的增加。王社平等在种植草莓的土壤中添加污泥堆肥，研究发现土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr含量均随着污泥含量的增加而显著增加，且土壤Cd含量超过了我国土壤环境质量（GB 15618—1995）一级标准限值[14]。由此可见，农田土壤中施入有机肥及污泥均可不同程度的增加土壤中重金属的累计，从而引起食品健康与安全问题。

2 结语

改革开放40年来，我国经济发展和社会进步均取得了举世瞩目的成就，人地关系格局发生重大变化，工业化、城市化成为农田土壤重金属污染的主要推动因子。然而由于人类对环境保护意识淡薄，大量环境废弃物通过多种途径排放，含有重金属的污染物通过大气沉降、污水灌溉等途径迁移至农田土壤中。农田土壤重金属污染一方面威胁着人体健康，另一方面也制约着我国经济的可持续发展，面对如此严峻的社会问题，掌握农田土壤中重金属来源并根据不同的来源进行合理的修复成为当前亟待解决的重要环境问题。