1、土壤污染概念
土壤是指陸地表面具有肥力、能夠生長植物的疏松表層,其厚度一般在2 m左右。土壤不但為植物生長提供機械支撐能力,并能為植物生長發育提供所需要的水、肥、氣、熱等肥力要素。近年來,由于人口急劇增長,工業迅猛發展,固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒,有害廢水不斷向土壤中滲透,汽車排放的廢氣,大氣中的有害氣體及飄塵不斷隨雨水降落在土壤中。農業化學水平的提高,使大量化學肥料及農藥散落到環境中,導致土壤遭受非點源污染的機會越來越多,其程度也越來越嚴重,在水土流失和風蝕作用等的影響下,污染面積不斷擴大。因此,凡是妨礙土壤正常功能,降低農作物產量和質量,通過糧食、蔬菜、水果等間接影響人體健康的物質都叫做土壤污染物[1-2]。
當土壤中有害物質過多,超過土壤的自凈能力,引起土壤的組成、結構和功能發生變化,微生物活動受到抑制,有害物質或其分解產物在土壤中逐漸積累,通過“土壤→植物→人體”,或通過“土壤→水→人體”間接被人體吸收,達到危害人體健康的程度,就是土壤污染。
2、我國土壤污染現狀與危害
2.1土壤污染的現狀
目前,我國土壤污染的總體形勢嚴峻,部分地區土壤污染嚴重,在重污染企業或工業密集區、工礦開采區及周邊地區、城市和城郊地區出現了土壤重污染區和高風險區。土壤污染類型多樣,呈現出新老污染物并存、無機有機復合污染的局面。土壤污染途徑多,原因復雜,控制難度大。土壤環境監督管理體系不健全,土壤污染防治投入不足,全社會防治意識不強。由土壤污染引發的農產品質量安全問題和群體性事件逐年增多,成為影響群眾身體健康和社會穩定的重要因素[3]。
2.2土壤污染的危害
2.2.1土壤污染導致嚴重的直接經濟損失。初步統計,全國受污染的耕地約有1 000萬hm2,有機污染物污染農田達3 600萬hm2,主要農產品的農藥殘留超標率高達16%~20%;污水灌溉污染耕地216.7萬hm2,固體廢棄物堆存占地和毀田13.3萬hm2。每年因土壤污染減產糧食超過1 000萬t,造成各種經濟損失約200億元。
2.2.2土壤污染導致生物產品品質不斷下降。因農田施用化肥,大多數城市近郊土壤都受到不同程度的污染,許多地方糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、砷、鉻、鉛等重金屬含量超標或接近臨界值。每年轉化成為污染物而進入環境的氮素達1 000萬t,農產品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽污染嚴重。農膜污染土壤面積超過780萬hm2,殘存的農膜對土壤毛細管水起阻流作用,惡化土壤物理性狀,影響土壤通氣透水,影響農作物產量和農產品品質。
2.2.3土壤污染危害人體健康。土壤污染會使污染物在植物體內積累,并通過食物鏈富集到人體和動物體中,危害人體健康,引發癌癥和其他疾病。
2.2.4土壤污染導致其他環境問題。土壤受到污染后,含重金屬濃度較高的污染土容易在風力和水力作用下分別進入到大氣和水體中,導致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態系統退化等其他次生生態環境問題。
3、造成土壤污染的原因
3.1過量施用化肥
我國每年化肥施用量超過4100萬t。雖然施用化肥是農業增產的重要措施,但長期大量使用氮、磷等化學肥料,會破壞土壤結構,造成土壤板結、耕地土壤退化、耕層變淺、耕性變差、保水肥能力下降、生物學性質惡化,增加了農業生產成本,影響了農作物的產量和質量;未被植物吸收利用和根層土壤吸附固定的養分,都在根層以下積累或轉入地下。殘留在土壤中的氮、磷化合物,在發生地面徑流或土壤風蝕時,會向其他地方轉移,擴大了土壤污染范圍。過量使用化肥還使飼料作物含有過多的硝酸鹽,妨礙牲畜體內氧氣的輸送,使其患病,嚴重導致死亡[4]。
3.2農藥是土壤的主要有機污染物
全國每年使用的農藥量達50萬~60萬t,使用農藥的土地面積在2.8億hm2以上,農田平均施用農藥13.9 kg/hm2。直接進入土壤的農藥,大部分可被土壤吸附,殘留于土壤中的農藥,由于生物和非生物的作用,形成具有不同穩定性的中間產物或最終產物無機物。噴施于作物體上的農藥,除部分被植物吸收或逸入大氣外,約有1/2左右散落于農田,又與直接施用于田間的農藥構成農田土壤中農藥的基本來源。農作物從土壤中吸收農藥,在植物根、莖、葉、果實和種子中積累,通過食物、飼料危害人體和牲畜的健康。
3.3重金屬元素引起的土壤污染
全國320個嚴重污染區約有548萬hm2土壤,大田類農產品污染超標面積占污染區農田面積的20%,其中重金屬污染占80%,糧食中重金屬鎘、砷、鉻、鉛、汞等的超標率占10%。被公認為城市環境質量優良的公園存在著嚴重的土壤重金屬污染。汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土壤,使行車頻率高的公路兩側常形成明顯的鉛污染帶。砷被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑,硫化礦產的開采、選礦、冶煉也會引起砷對土壤的污染。汞主要來自廠礦排放的含汞廢水。土壤組成與汞化合物之間有很強的相互作用,積累在土壤中的汞有金屬汞、無機汞鹽、有機絡合態或離子吸附態汞,所以,汞能在土壤中長期存在。鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車尾氣沉降,磷肥中有時也含有鎘[5]。
3.4污水灌溉對土壤的污染
我國污水灌溉農田面積超過330萬hm2。生活污水和工業廢水中,含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養分,所以合理地使用污水灌溉農田,有增產效果。未經處理或未達到排放標準的工業污水中含有重金屬、酚、氰化物等許多有毒有害的物質,會將污水中有毒有害的物質帶至農田,在灌溉渠系兩側形成污染帶。
3.5大氣污染對土壤的污染
大氣中的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等有害物質,在大氣中發生反應形成酸雨,通過沉降和降水而降落到地面,引起土壤酸化。冶金工業排放的金屬氧化物粉塵,則在重力作用下以降塵形式進入土壤,形成以排污工廠為中心、半徑為2~3 km范圍的點狀污染。
3.6固體廢物對土壤的污染
污泥作為肥料施用,常使土壤受到重金屬、無機鹽、有機物和病原體的污染。工業固體廢物和城市垃圾向土壤直接傾倒,由于日曬、雨淋、水洗,使重金屬極易移動,以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴散。
3.7牲畜排泄物和生物殘體對土壤的污染
禽畜飼養場的廄肥和屠宰場的廢物,其性質近似人糞尿。利用這些廢物作肥料,如果不進行物理和生化處理,則其中的寄生蟲、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染,并通過水和農作物危害人群健康。
3.8放射性物質對土壤的污染
土壤輻射污染的來源有鈾礦和釷礦開采、鈾礦濃縮、核廢料處理、核武器爆炸、核實驗、燃煤發電廠、磷酸鹽礦開采加工等。大氣層核試驗的散落物可造成土壤的放射性污染,放射性散落物中,90Sr、137Cs的半衰期較長,易被土壤吸附,滯留時間也較長。
4、我國土壤污染的治理措施
4.1施用化學改良劑,采取生物改良措施,增加土壤環境容量,增強土壤凈化能力
向土壤中施用石灰、堿性磷酸鹽、氧化鐵、碳酸鹽和硫化物等化學改良劑,加速有機物的分解,使重金屬固定在土壤中,降低重金屬在土壤及土壤植物體的遷移能力,使其轉化成為難溶的化合物,減少農作物的吸收,以減輕土壤中重金屬的毒害。針對有機物污染,用植物、細菌、真菌聯合加速有機物降解。針對無機物污染,利用植物修復可以把一部分重金屬從土壤中帶走。
增加土壤有機質含量、砂摻粘改良性土壤,增加和改善土壤膠體的種類和數量,增加土壤對有害物質的吸附能力和吸附量,從而減少污染物在土壤中的活性。發現、分離和培養新的微生物品種,以增強生物降解作用。
4.2強化污染土壤環境管理與綜合防治,大力發展清潔生產
控制和消除土壤污染源,組織有關部門和科研單位,篩選污染土壤修復實用技術,加強污染土壤修復技術集成,選擇有代表性的污灌區農田和污染場地,開展污染土壤治理與修復。重點支持一批國家級重點治理與修復示范工程,為在更大范圍內修復土壤污染提供示范、積累經驗。合理利用污染土地,嚴重污染的土壤可改種非食用經濟作物或經濟林木以減少食品污染。科學地進行污水灌溉,加強土壤污灌區的監測和管理,了解水中污染物的成分、含量及其動態,避免帶有不易降解的高殘留污染物隨機進入土壤。
增施有機肥,提高土壤有機質含量,增強土壤膠體對重金屬和農藥的吸附能力。強化對農藥、化肥、除草劑等農用化學品管理。增施有機肥同時采取防治措施,不僅可以減少對土壤的污染,還能經濟有效地消滅病、蟲、草害,發揮農藥的積極效能。在生產中合理施用農藥、化肥,控制化學農藥的用量、使用范圍、噴施次數和噴施時間,提高噴灑技術,改進農藥劑型,嚴格限制劇毒、高殘留農藥的使用,大力發展高效、低毒、低殘留農藥。大力發展生物防治措施。
大力推廣閉路循環、無毒工藝,以減少或消除污染物的排放。對工業“三廢”進行回收凈化處理,化害為利,嚴格控制污染物的排放量和濃度。大力推廣和發展清潔生產。
針對土壤污染物的種類,種植有較強吸收能力的植物,降低有毒物質的含量,或通過生物降解凈化土壤,通過改變耕作制度、換土、深翻等手段,施加抑制劑改變污染物質在土壤中的遷移轉化方向,減少農作物的吸收,提高土壤pH值,促使鎘、汞、銅、鋅等形成氫氧化物沉淀。
根據土壤的特性、氣候狀況和農作物生長發育特點,既要防治病蟲害對農作物的威脅,又要把化肥、農藥對環境和人體健康的危害限制在最低程度。利用物理、物理化學原理治理污染土壤。大力開展植樹造林,提高森林覆蓋率,維護森林生態系統平衡。
4.3調控土壤氧化還原條件
調節土壤氧化還原電位,使某些重金屬污染物轉化為難溶態沉淀物,控制其遷移和轉化,降低污染物的危害程度。調節土壤氧化還原電位主要是通過調節土壤水分管理和耕作措施實現。
4.4改變耕作制度,實行翻土和換土
改變耕作制度會引起土壤環境條件的變化,消除某些污染物的危害。對于污染嚴重的土壤,采取鏟除表土和換客土的方法;對于輕度污染的土壤,采取深翻土或換無污染客土的方法。
4.5采用農業生態工程措施
在污染土壤上繁殖非食用的種子、種經濟作物,從而減少污染物進入食物鏈的途徑;或利用某些特定的動植物和微生物較快地吸走或降解土壤中的污染物質,從而達到凈化土壤的目的。
4.6工程治理
利用物理(機械)、物理化學原理治理污染土壤,是一種最為徹底、穩定、治本的措施,但投資大,適于小面積的重度污染區,主要有隔離法、清洗法、熱處理、電化法等。近年來,把其他工業領域,特別是污水、大氣污染治理技術引入土壤治理,為土壤污染治理研究開辟了新途徑。
