蔬菜基地土壤重金属污染及防治

金联平 ,毕 华

(海南师范大学地理与旅游学院,海南海口571158)

1 引言

重金属是指密度4.0以上的约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。As和Se是非金属,但是它们的毒性及某些性质与重金属相似,所以将砷和硒列入重金属污染物范围内[1]。重金属污染已成为全世界人们极为关注的焦点之一。随着全球经济化的迅速发展,重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。重金属在土壤中的高富集直接影响农作物的产量并使其品质下降[2],并可通过食物链危害人类的健康;也可导致大气和水环境质量的进一步恶化;即使重金属富集程度不高,亦可能阻碍土壤中微生物群体的多样性和活力,从而严重影响作为营养循环和持续农业基础的土壤的生物量和肥力[3]。蔬菜基地的健康发展关系着人们的饮食安全和我国蔬菜的正常出口,因此治理蔬菜基地土壤重金属污染具有重要的理论意义和现实意义。

2 蔬菜基地土壤重金属污染物来源

土壤中重金属元素的来源主要有两种方式：自然因素来源,主要受成土母质和成土过程对土壤重金属含量的影响;受人为因素的影响,在各种人为因素中,则主要包括工业、农业和交通等来源引起的土壤重金属污染。

2.1 大气降尘污染

大气中的有害气体主要是由工厂排出的有毒废气,因其成分复杂,迁移扩散污染面大,长期对土壤造成严重污染。工业废气的污染大致分为两类,气体污染,如二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氢化合物等;气溶胶污染,如工业粉尘、烟尘等固体粒子及烟雾、雾气等液体粒子,它们通过沉降或降水进入土壤,造成污染[4]。公路、铁路两侧农田土壤中的重金属污染主要是以 Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu 的污染为主,它们来自于含铅汽油的燃烧,汽车轮胎磨损产生的含Zn粉尘等,汽油中添加的抗暴剂烷基铅会随着汽车尾气污染公路两侧100m范围内的土壤[5]。

2.2 农药、化肥等农用物资的不合理使用

农药能防治病、虫、草害,如果使用得当,可保证作物的增产,但它是一类危害性很大的土壤污染物,施用不当,会引起土壤污染。施用化肥是农业增产的重要措施,但不合理的使用,也会引起土壤污染[6]。长期大量使用氮肥,会破坏土壤结构,造成土壤板结,生物学性质恶化,影响农作物的产量和质量。

2.3 固体废物对土壤的污染

工业废物和城市垃圾是土壤的固体污染物。例如,各种农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖物被广泛使用,如果管理、回收不善,大量残膜碎片散落田间,会造成蔬菜基地“白色污染”。还有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入农田,造成土壤重金属污染,如磷钢渣作为磷源施入农田时,土壤中发现有Cr的累积[7]。

2.4 污水灌溉和污泥施肥

污水中的重金属随着污水灌溉进入农田后以不同的方式被土壤截留固定从而引起污染。污泥中含有大量的有机质和N、P、K等营养元素,但同时也含有大量的重金属,随着大量的污泥进入农田,农田中的重金属的含量在不断增高,导致农作物中的重金属残留过多,如施用污泥和污水是造成蔬菜重金属残留的一个主要原因[8]。

3 蔬菜基地土壤重金属污染的特点

3.1 潜伏性和滞后性

重金属在土壤中不易随水淋溶,不能被微生物分解,具有明显的生物富集作用,重金属主要通过对作物的产量和品质的影响来表现其危害。因此,土壤污染具有较长潜伏期。由于土壤、污染物及地域的复杂性,土壤一旦受到污染,其治理不仅见效慢、费用高,而且受到多种因素的制约[9]。

3.2 单向性和难治理性

进入土壤中的重金属不能被微生物降解,易积累,所以一旦土壤被重金属污染,很难恢复。某些被重金属污染的土壤可能要100～200年时间才能够恢复,因此土壤的重金属污染一旦发生通常很难治理,而且其治理成本较高、治理周期较长。

3.3 间接性和综合性

土壤重金属对人的危害主要是通过食物链或者渗滤进入地下水体实现的。在生态环境中,往往是多种重金属污染同时发生,形成复合污染,且污染强度显示出放大性[10]。

4 蔬菜基地土壤重金属污染的危害

4.1 直接危害农产品的产量和质量,造成经济损失

土壤重金属污染物直接危害农作物的正常生长和发育,导致产量下降,品质降低[11],造成经济损失。中国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1000万t,被重金属污染的粮食多达1200万t,合计经济损失至少200亿元[12]。加入WTO之后,农产品的重金属超标问题对我国农业冲击更大。

4.2 威胁生态环境安全与人类的生存健康

土壤一旦被重金属污染后,其危害性远远大于大气和水体的污染。有研究表明,重金属污染能明显影响土壤微生物群落,降低土壤微生物量和活性细菌量,对土壤重金属综合污染指数的相关分析表明,在土壤综合污染较轻的情况下,土壤微生物多样性较高,随着重金属综合污染指数的增加,微生物多样性呈指数式迅速下降[13]。土壤重金属污染使污染物在植物 、蔬菜、水果等食物中Cd、Pb、Cr 、As等重金属含量超标或接近临界值,从而使重金属通过食物链富集到动物和人体,最终危害人类健康[14]。

5 蔬菜基地土壤重金属污染的治理

由于农田土壤重金属污染的特点,其治理应立足于“防重于治”的基本方针[15],坚持“预防为主、防治结合、综合治理”。对未被污染的土壤采取预防措施,要控制或消除污染源;对已经污染的土壤则要采取积极治理措施,将污染控制在最低限度。目前,大多数治理方法尚处于探索阶段,治理方法各有利弊[16]。

5.1 控制污染源,减少污染的排放

控制污染源,即控制进入农田土壤中的污染物的数量和速度,使其在土体中缓慢地自然降解,而不致迅速而大量地进入农田,超过土壤的承受能力,引起土壤污染[17,18]。严格做好蔬菜基地的规划,做到土壤的合理安全有效利用,按规划的目标实施,防患于未然。合理使用化肥、农药,重视开发高效低毒低残留的化肥、农药。

5.2 修复被重金属污染的蔬菜基地土壤

修复措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。通过客土、换土和深耕翻土与污土混合,可以降低土壤中重金属的含量,减少重金属对土壤植物系统产生的毒害,从而使农产品达到食品卫生标准[19]。对土壤重金属污染严重的地段,依靠切断污染源的方法则往往很难恢复,有时要靠深耕客土、淋洗土壤等方法才能解决问题。另外开展植物修复技术的研究及培养抗性微生物等。其他治理技术见效较慢、成本较高、治理周期较长。

[1]郑喜坤,鲁安怀,高 翔,等.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境,2002,11(1)：79～ 84.

[2]陈志良,仇荣亮.重金属污染土壤的修复技术[J].环境保护,2001(8)：17～ 19.

[3]骆永明.金属污染土壤的植物修复[J].土壤,1999(5)：261～265.

[4]张 颂.农田土壤重金属污染及防治措施[J].辽宁化工,2010,39(5)：529～ 534.

[5]刘万玲.重金属污染及其对植物生长发育的影响[J].安徽农学通报,2006,34(16)：4026～ 4027.

[6]沈景文.化肥农药和污灌对地下水的污染[J].农业环境保护,1992,11(3)：34～ 37.

[7]王焕校.污染生态学[M].北京：高等教育出版社,2000：188～213.

[8]茹淑华,孙世友,王 凌,等.蔬菜重金属污染现状、污染来源及防治措施[J].河南农业科学,2006,10(3)：88～91.

[9]李永涛,吴启堂.土壤重金属污染治理措施综述[J].热带亚热带土壤科学,1997,6(2)：134～139.

[10]焦丽香,郭加朋.土壤重金属的污染与治理进展研究[J].科技情报开发与经济,2009,19(1)：155～156.

[11]阮俊华,张志剑,陈英旭,等.受污染土壤的农业损失评估法初探[J].农业环境保护,2002,21(2)：163～ 165.

[12]李其林,骆东奇.重庆市蔬菜基地土壤中重金属含量及污染特征[J].土壤与环境,2000,9(4)：270～ 273.

[13]肖鹏飞,李法云,付宝荣,等.土壤重金属污染及其植物修复研究[J].辽宁大学学报：自然科学版,2004,31(3)：279～283.

[14]胡正义.Cu污染土壤——水稻系统中Cu的分布特征[J].环境科学,2000,21(2)：62～ 63.

[15]高拯民.我国环境保护科学研究现状与展望[J].土壤学报,1989,26(3)：262～ 272.

[16]郑喜坤,鲁安怀,周建利,等.我国城郊菜地土壤和蔬菜重金属污染研究现状和展望[J].湖北农学院学报,2002,22(5)：476～479.

[17]赵其国.解决我国东南沿海经济快速发展地区资源与环境质量问题刻不容缓[J].土壤,2001,33(3)：113～118.

[18]林 强.我国的土壤污染现状及其防治对策[J].福建水土保持,2004,16(1)：25～ 28.

[19]崔德杰,张玉龙.土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[J].土壤通报,2004,6(35)：366～ 370.