浅析农业土壤污染来源及防治措施

代子雯 冯翔 卢期强 甘强 王玲

摘要：本文对农业土壤污染来源及防治措施进行评述。在系统阐述农业生产过程中不当农事活动造成土壤环境污染的基础上，对土壤污染机制的研究概况进行了陈述，提出了防治农业土壤污染的技术措施，为解决农田土壤污染及生态农业发展提供参考。

关键词：农业；土壤污染；防治措施

中图分类号：X53 文献识别码：A 文献编号：1005-6114（2024）03-015-04

农业活动是人类社会至关重要的经济活动之一。然而，随着农业技术的发展和农作物需求的不断增长，农事活动也带来了一系列环境问题，土壤污染就是其中之一，其对生态环境和人类健康产生了重要影响。为了减少和防治土壤污染，需要采取一系列措施，同时应加强对土壤污染的监测和评估，制定有效的防治措施。本文介绍了农业活动中土壤污染的来源及其污染机制，提出农田土壤污染的相关防治措施，以期为解决农田土壤污染提供思路。

1 污染来源与成因

1.1 农业化学品使用

施用过量的氮肥会降低土壤的pH值，导致土壤酸化，进而影响土壤微生物的生存与活动。农药的广泛使用对土壤微生物产生了负面影响，会抑制土壤中部分微生物的生长，破坏土壤微生物群落的结构和功能，影响土壤的生物活性和生态功能。进而导致土壤质量与生物多样性下降，直接影响农作物的健康和生长。

1.2 养殖业废弃物

养殖业是农业生产中重要的一环，但也会产生大量的废弃物和粪便，造成土壤污染。这些废弃物中含有丰富的养分和微生物，如果一次性过量施用，容易造成土壤中养分的不平衡，对植物生长产生不利影响；同时，粪便中存在病原微生物和抗生素残留，如果不经过适当处理就直接施用，会使残留物进入土壤被根系吸收，降低农作物品质。

1.3 农作物秸秆焚烧

农作物秸秆焚烧是传统的处理方法，即将庄稼秸秆在野外进行无控制的焚烧。焚烧秸秆不仅造成了资源浪费，还对环境造成了巨大的威胁，在一定程度上影响了土壤生态系统。有研究表明，秸秆焚烧可降低土壤微生物活性与数量，增加土传病的发病率［1］；破坏土壤结构，加重土壤板结［2］，造成农田质量下降，最终影响农作物产量。

1.4 农田灌溉水质

使用高盐分水进行农田灌溉时，过多的盐分会在土壤中积累，导致土壤盐碱化；此外，优质灌溉水不足也会导致农民使用污水和含有农药、化肥等有害物质的水用于灌溉，进一步恶化土壤质量。农田灌溉水质的污染会对作物生长和质量产生负面影响。受污染灌溉水中含有过量的重金属、农药、化肥残留和有机污染物，会直接进入农作物的根系和组织中，对其生长和发育产生毒害作用。有毒物质的积累可能导致农作物的营养成分减少、品质下降，甚至对人体健康产生风险。

2 土壤污染修复机制

2.1 化学物质转化与迁移

2.1.1 吸附和解吸作用

土壤颗粒表面具有许多带电位点［3］，通过静电作用可以与不同电荷的化学物质相互作用。正电荷的物质在土壤颗粒表面上受到吸引，而负电荷的物质则受到排斥，这种吸附作用可以使化学物质在土壤中稳定存留，减少其迁移和对环境的危害，其强度取决于土壤和化学物质的特性，如土壤pH值、有机质含量、颗粒大小和化学物质的分子结构等。一般来说，亲水性物质在土壤中的吸附作用较弱，易于迁移和溶解，而疏水性物质在土壤中的吸附作用较强，更难迁移。

解吸作用受土壤湿度、温度、pH值和有机质的影响。较高的湿度和温度能够促进解吸作用，使吸附在固相中的化学物质重新溶解，从而加速其在土壤中的迁移。

2.1.2 溶解和沉淀作用

pH值对土壤中化学物质的溶解和沉淀作用有重要影响［4］。酸性条件下，土壤中的铝、锰和铁等金属离子容易溶解；碱性条件下，溶解的金属离子则更容易沉淀。此外，有机质能够与金属离子形成络合物［5］，增加其在溶液中的溶解度；同时，有机质也可与溶解的金属离子一起吸附到土壤颗粒上，从而促使金属离子形成沉淀。

2.1.3 离子交换作用

一般来说，土壤的粘粒含量越高，其吸附离子的能力越强，同时也意味着土壤中化学物质的迁移性越低。土壤pH值是另一个影响离子交换作用的重要因素，酸性土壤中，氢离子（H+）会与土壤颗粒表面的离子交换位点竞争，从而导致离子交换能力降低；碱性土壤中，氢氧根离子（OH-）的存在则促进了离子交换作用。正常情况下，土壤中吸附态的化学物质会随水分的流动迁移到土壤深层或地下水中。一旦土壤中离子浓度增加，或在水分充沛的条件下，溶解态离子会与土壤颗粒交换，并被吸附在固相上，减少其迁移性。

2.2 土壤微生物的作用与影响

2.2.1 好氧菌和厌氧菌

微生物在土壤中扮演着重要的角色，能参与多种土壤生物地球化学循环过程。好氧菌通过呼吸过程将有机物质分解为二氧化碳、水和能量［6］，其中一部分被用于微生物自身生长和维持生命活动，另一部分则释放到土壤中；而一些厌氧菌能够利用硫酸盐、氮氧化物和铁等物质作为氧化剂代谢有机物质［7］，这些过程被称为硫酸盐还原、反硝化和铁还原等。

2.2.2 污染物降解过程

许多有机污染物如石油烃类和农药等都可以作为微生物的营养源或能源，被微生物利用进行生长和代谢，并最终降解为无害物质［8］。微生物降解污染物的过程主要通过有两个，一是通过生物吸附，在微生物表面吸附污染物，然后进行代谢降解；二是通过微生物酶的作用，将污染物分解为较小分子，进而被微生物利用。

2.3 植物吸收和污染物积累过程

植物在土壤中吸收和积累污染物是土壤修复和重金属污染控制的重要机制之一。植物通过根系吸收土壤中的污染物，将其转运至植物体内不同的组织中，最终影响植物生长和产量。

2.3.1 根际环境对植物吸收的影响

根际环境是根系周围的土壤环境，包括土壤团聚体、土壤湿度、pH值和根际微生物等［9］。其中，土壤团聚体对污染物的吸附作用可能减少其可供植物吸收的数量；适度的土壤湿度和水分状态有利于植物根系吸收污染物，而过低或过高的湿度则会影响植物吸收能力。足够的土壤水分可以促进植物生长和营养吸收，从而加强污染物的吸收和转运；此外，根际微生物也对植物吸收污染物有一定影响。一些根际微生物具有生物降解能力，可以降解土壤中的有机污染物，并与植物共生，提高植物吸收能力。

2.3.2 植物体内污染物分布与积累

植物体内吸收的污染物会在不同组织中积累，最终影响植物生长和产量。通常，植物主要通过根系吸收土壤中的污染物，通过木质部与韧皮部运输，转运到地上部分的非营养组织中［10］。叶片是植物吸收和积累污染物的主要组织之一，其通过气孔和叶表面直接与大气中的污染物进行气体交换，进而积累一部分污染物。有些污染物直接在叶片上沉积，而有些则通过根系吸收后在植物体内转运到叶片上。叶片中的污染物可以通过光合作用和气孔开合调节来影响植物的生长和光合产物的合成。茎也是植物吸收和积累污染物的重要组织，在根系吸收和转运污染物的过程中，一部分污染物会通过植物的维管束系统分布到茎中。茎中的污染物可以长期稳定存在，对植物生长和发育产生影响。

3 防治措施

3.1 加强生态农业推广和药肥使用管理

3.1.1 推广有机农业和生态农业模式

有机农业模式是指尽可能地利用自然资源和生物过程，不使用合成化肥和化学农药，而是通过有机肥料和生物农药来提高土壤肥力和农作物的抗病虫害能力。有机农业模式还注重土壤改良，采用轮作、翻耕和覆盖等措施，提高土壤的保水能力和养分供应能力［11］。

生态农业模式则更注重生态系统的平衡和循环利用，即通过调整农作物结构、增加生物多样性，建立生物农药网络和生物肥料网络，降低农作物的整体病虫害风险，减少农药使用。生态农业模式还需要注重土壤质量管理，通过合理耕作和农作物轮换等手段，增加土壤有机质含量，提高土壤养分和保水能力。

3.1.2 控制药肥施用量和使用频率

合理使用化肥和农药是减少土壤污染的重要措施。根据农作物需求和土壤养分状况，合理控制施用化肥和农药的量和频率，避免过度使用导致土壤污染。

根据土壤检测结果和农作物需要进行科学施肥。建立合理的肥料施用计划，根据农作物生长期和需要进行分段施肥，还可以采取措施如分层施肥、滴灌等，减少肥料的流失和浪费。根据病虫害发生程度和防控需要合理使用农药，选择适宜的农药种类，并按照标签说明正确使用；此外，还应注意农药的喷雾时间和频率，避免频繁喷药造成农田持续污染。

3.2 推广畜禽养殖废弃物资源化利用技术

3.2.1 建设畜禽养殖废弃物处理设施

目前，畜禽养殖废弃物处理主要依靠粪便和废弃物的堆肥处理［12］。然而，这种方式存在处理效果不佳、污染物释放不彻底等问题。因此，建设科学、高效、环保的处理设施势在必行。一种常见的处理设施是湿式粪污处理系统，该系统通过利用合适的微生物和生物处理方法，将畜禽养殖废弃物进行降解和转化，这种处理方式不仅能够减少气味和污染物的排放，还能够获得有机肥料和能够应用于农田的灌溉水；另一种处理方式是干式粪污处理系统，该系统将废弃物进行干燥处理，以达到减少污染物释放和提高资源利用率的目的。干式处理系统能够将畜禽养殖废弃物转化为燃料颗粒、有机肥料和其他高值化合物。

3.2.2 发展有机肥料产业以提高资源利用率

发展有机肥料产业，将畜禽养殖废弃物转化为有机肥料，不仅可以减少农业活动对化肥的依赖以及化肥的使用量，还可以解决畜禽养殖废弃物处理的问题，降低土壤污染的风险，提高资源利用率，保证了生态农业的可持续发展。

3.3 加强农作物秸秆处理与利用技术研究

3.3.1 推广秸秆还田技术，提高土壤肥力

秸秆还田技术是一种将农作物秸秆留在田间，通过微生物降解和分解转化为有机质和养分，从而提高土壤肥力和改善土壤结构的方法。秸秆中含有丰富的碳、氮、磷、钾等元素，通过秸秆还田可以实现这些养分的循环利用；此外，秸秆还可以保护土壤免受风蚀和水蚀的侵害，改善土壤结构，增加土壤的保水能力。

3.3.2 发展生物质能源产业，实现资源循环利用

农作物秸秆是一种潜在的生物质能源资源，其含有丰富的可再生碳、氢和氧元素。通过将秸秆转化为生物质能源，可以实现资源的循环利用，减少对化石能源的依赖，同时减少温室气体排放。

一是秸秆饲料化利用［13］。通过对秸秆进行物理处理（减小体积）——化学处理（打破纤维素、木质素形成的营养障碍）——生物学处理（黄贮、发酵等），制成反刍动物可食用的粗饲料。

二是秸秆生物质燃料利用。秸秆可以通过碳化、气化等技术转化为生物质燃料，如生物质炭、生物质气等；这些生物质燃料不仅能够替代传统的化石能源，还能减少对环境的污染，并可用于农村烹饪、民生燃气和城镇供热等领域。

三是秸秆生物质发电的开发利用。通过将秸秆燃烧发电或生物质发酵发电，将农作物秸秆转化为电能，提供清洁能源。秸秆生物质发电还可以促进农村电网建设和农民收入增加，同时降低温室气体排放和环境污染。

3.4 加强农田灌溉水质监测和管理

3.4.1 制定合理灌溉方案，减少污水排放量

合理的灌溉方案需考虑作物需水量、土壤水分状况和降雨情况等因素，以确保农田合理利用水资源并减少污水排放。

一是合理确定灌溉量。根据作物生长阶段、土壤水分含量和降雨情况等因素，制定合理的灌溉方案，将灌溉量控制在作物所需的水分范围内，避免过度灌溉和无效灌溉，减少水分浪费和污水产生。

二是优化灌溉方式。选择合适的灌溉方式，如滴灌、喷灌、雨水收集等，以最大限度地提高水的利用效率。滴灌和喷灌等局部灌溉方式可以直接将水送到作物根际，减少水分蒸发和土壤水分浪费；利用收集系统收集的雨水作为灌溉水源，可减少对地下水和河库水的需求。

三是调整灌溉时间和频率。根据作物生长需要和土壤水分状况，确定合理的灌溉时间和频率，避免在高温和风速较高的时段进行灌溉，以减少水分蒸发损失。注意作物的生长阶段和土壤水分的变化，及时调整灌溉时间和频率，避免水分过度或不足。

3.4.2 完善农田排水系统，减少地下水污染风险

完善农田排水系统是减少地下水污染风险的关键措施之一。农田排水系统的建设可以收集和处理农田中的污水，避免其直接排放到地下水和河流中。

一是建设农田排水管网，收集和引导农田中的污水，农田排水管网应合理布置，根据农田的地形、土壤性质和排水需求等因素进行设计，将污水收集起来便于处理。

二是建立农田污水处理设施，在农田排水管网中设置污水处理设施，对污水进行处理。常见的污水处理技术包括物理处理、生物处理和化学处理等，通过这些处理过程，可以将农田污水中的悬浮物、有机物和养分去除或降低至合理水平。

4 结语

防治农业活动引起的土壤污染是保护土壤质量和促进农业可持续发展的重要任务。通过合理施肥、减少化肥和农药使用、加强水土保持、合理利用畜禽养殖废弃物等措施，可以减少土壤污染的发生和影响。未来的研究还需要进一步关注农业活动对土壤污染的长期影响和演化机制，并加强新技术研发。

参考文献

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