农业土壤环境污染及修复研究进展

王哲屠春宝王如月吴伟杰范雯慧张华吴酬飞

(1.至农科技发展(浙江)有限公司，浙江 杭州 310012；2.湖州师范学院生命科学学院，浙江 湖州 313016)

随着我国农业现代化的迅猛发展，农业土壤环境污染问题已经成为粮食安全、生态安全和人民健康发展所面临的严峻环境问题，是影响社会稳定的重要因素之一。农业土壤环境污染是指在农业生产过程中，由于使用农药、化肥、畜禽粪便、农业废弃物等，导致土壤中的化学物质、微生物、重金属等有害物质超标，对土壤质量和生态环境造成危害和破坏的现象。这种污染不仅直接影响到农产品的质量安全，还对土壤质量、生态系统、环境质量和人类健康等方面产生严重影响。严重的土壤污染会导致土壤质量下降，影响作物生长和产量，甚至导致土地荒漠化；有害物质还可能通过食物链传递到人体内，对人体健康造成损害。由于追求高产高效，在农业生产活动中使用过量的化肥，导致土壤中的氮、磷、钾等元素超标，形成氮磷钾污染。畜禽粪便的排放会导致土壤中的氨氮、硝酸盐等物质超标，形成畜禽粪便污染。在种植过程中为了防治病虫害，经常使用农药，农药残留在土壤中，对土壤生态环境产生影响。农业土壤环境污染影响农作物的生长和发育，降低农业生产的产量和质量。农作物生长在受污染的土壤中，可能会吸收有害物质，进而危害人类健康，导致慢性中毒和疾病。同时农业土壤环境污染会影响土壤的生态功能，对土壤生物多样性、水循环和气候调节等方面产生影响，破坏生态环境的稳定性和可持续性[1]。因此，减少农业土壤环境污染，保护土壤质量和生态环境，是当前亟待解决的问题。

1 农业土壤环境污染现状

1.1 农业土壤重金属污染

重金属是指相对密度大于5的金属元素，如铅、汞、镉、铬等[2]。由于农业生产中使用了大量的化肥、农药和畜禽粪便等，导致土壤中重金属含量逐渐升高，形成了农业土壤环境污染。重金属污染对农业生产和人类健康都有严重危害，重金属会累积在植物体内，影响植物的生长和发育，导致减产甚至死亡；重金属污染还会导致土壤微生物数量减少，降低土壤肥力，影响农业生产的可持续性；人们长期食用受重金属污染的农产品，会引起中毒和慢性疾病，甚至致癌。因此，对于农业土壤中的重金属污染问题，需要采取有效的措施进行治理和防治。如，可以采用生物修复、化学修复和物理修复等技术手段，降低土壤中的重金属含量；加强农业生产管理，减少化肥和农药的使用；加强土壤监测和食品安全监管，保障人们的健康和安全。

1.2 农业土壤农药残留

农药是用于农业生产中控制害虫、杂草和病害的一种化学物质。虽然农药的使用可以提高农作物产量和质量，但是过度、不规范使用农药会造成严重的土壤环境污染。农药残留是指在农产品、土壤、水体等环境介质中残留的农药物质，长期使用会导致土壤中农药残留超标，从而造成农作物中毒。农药残留会随着农产品进入人体，对人体造成慢性毒性、致癌、神经毒性、生殖毒性等危害，同时污染土壤、水体和空气，破坏生态平衡，影响生物多样性，影响土壤质量和农作物品质，降低农业生产效益，影响农业可持续发展。为了减少农药残留对人体健康和环境的危害，应加强对农药的监管，推广绿色农业、有机农业、生态农业等可持续农业模式，减少农药使用量和频率，提高农药使用效率，加强农药残留检测和监控。

1.3 农业土壤化肥过量

化肥过量是农业土壤环境污染的主要原因之一。随着农业生产的现代化和化学肥料的广泛使用，许多农民倾向于过度使用化肥，以期获得更高的收成。然而，这种做法已经导致了严重的土壤环境污染问题。过量的化肥会导致土壤pH值下降，从而使土壤酸化，这会影响植物的生长和发育，同时也会破坏土壤的结构和微生物的生态系统[3]。过量的氮肥会导致氮素过剩，这会导致土壤中的氮素浓度过高，进而影响植物的生长和发育，此外，还会导致水体富营养化，从而引发藻类繁殖和水体质量恶化[4]。过量的化肥会渗入地下水中，从而污染地下水资源，这对人类健康和生态系统都会造成严重影响。同时过量的化肥会影响土壤中微生物的生态系统，导致土地贫瘠、植物生长缓慢，甚至导致土地荒漠化。因此，减少化肥过量是保护农业土壤环境的重要措施之一，应该根据土壤质量和植物需求合理使用化肥，并采取措施减少化肥的流失和渗透，以保护环境和生态系统。

1.4 农业土壤酸化

土壤酸化是指土壤pH值下降，使土壤中的酸性物质增加，碱性物质减少，从而影响土壤的生物、化学和物理性质。农业生产中使用的化肥和农药会导致土壤酸碱度失衡，从而造成土壤酸化，影响农作物生长。施用过量的化肥会导致土壤中铵离子和硝酸盐离子增加，从而增加土壤的酸性。农药中的化学物质会与土壤中的水和氧气反应，产生酸性物质，从而导致土壤酸化。土地过度开垦会破坏土壤的结构，使土壤中的有机质减少，从而降低土壤的缓冲能力，容易引起土壤酸化。工业废弃物中含有大量的酸性物质，排放到土壤中会导致土壤酸化。土壤酸化对农业生产和环境造成严重危害，影响土壤中的微生物和植物根系的生长，导致植物生长缓慢，产量减少；同时导致土壤结构松散、养分流失，从而使得土壤贫瘠退化，无法满足作物的生长需要；以及会导致土壤中的有害物质和重金属溶解到地下水中，从而造成水源污染，对人类健康造成威胁。因此，对于农业土壤环境污染中的土壤酸化问题，应采取有效的措施，如减少化肥和农药的使用，加强土地保护和治理，从源头上减少土壤酸化的发生。

1.5 农业土壤盐渍化

土壤盐渍化是指土壤中盐分积累过多，超过了植物所能耐受的范围，导致土壤质量下降，植物生长受到阻碍的一种土地退化现象。农业土壤环境污染中土壤盐渍化的原因主要有不合理的灌溉，过度施用化肥和农药等化学物质，土地过度开垦和过度利用以及气候变化等，导致土壤中的盐分和有害物质浓度过高及土壤结构疏松，水分循环不畅，盐分难以排除，影响土壤的生态平衡，超过了作物所能承受的范围。土壤盐渍化会对农业生产产生严重的危害，盐分浓度过高会导致作物根系吸收水分和养分的能力下降，对土壤微生物和土壤生态环境造成破坏，使土壤中的有害物质积累过多，导致土壤质量下降，影响作物的品质、安全以及作物的生长发育和产量[5]。盐渍化土壤的治理成本高昂，需要大量投入和时间，给农民带来经济和生产上的压力，因此，防止土壤盐渍化的发生，保护土地资源，是非常重要的任务。

1.6 农业土壤有机质减少

有机质是土壤的重要组成部分，包括残留植物和动物的遗体、粪便等有机物质。有机质含量下降是农业土壤环境污染的一个重要表现，有机质是土壤的重要养分来源，能够增加土壤的团粒结构，提高土壤的透气性和保水性，含量下降会导致土壤结构松散性、肥力、保水保肥性下降，影响农作物的生长和产量。同时有机质是土壤中微生物的主要营养来源，有机质含量下降会导致土壤微生物数量减少，影响土壤生态系统的平衡。因此，保护土壤有机质含量，减少农业活动对土壤的污染是非常重要的，农业生产应尽可能采用有机农业和生态农业的方式，减少使用化学物质，保护土壤生态系统的平衡，保障人类健康和农业可持续发展。

2 造成农业土壤环境污染的主要原因

2.1 农药和化肥使用不当

农药和化肥的使用过量和不当使用会对土壤造成严重污染。农药和化肥残留会导致土壤中有害物质的积累，进而影响农作物的生长和质量，甚至对人体健康造成危害。破坏土壤生态平衡，影响土壤微生物数量和种类，进而影响土壤的肥力和生产力；导致土壤酸碱度失衡，影响土壤中养分的吸收和利用，从而影响农作物的生长和产量；破坏土壤结构，导致土壤的团粒状况恶化，进而影响土壤的透气性和保水性，影响农作物的生长和产量[6]。因此，为了保护土壤环境和农作物的安全，应该合理使用农药和化肥，避免过度使用和不当使用，采取科学的农业措施，提高农业生产的可持续性。

2.2 畜禽养殖废物的排放和处理不当

畜禽养殖废物中含有大量的氮、磷、钾等营养元素，若排放和处理不当，这些营养元素就会被过量地释放到土壤中，导致土壤肥力过高，土壤变得过于肥沃，从而影响作物的正常生长和发育。同时，畜禽养殖废物中含有大量的有机物质，这些有机物质在分解过程中会产生大量的氨气、硫化氢等有害气体，这些有害气体会对土壤造成腐蚀和污染。若这些有害气体没有得到及时处理，就会对土壤的微生物群落产生破坏性影响，从而影响土壤的生态平衡。此外，畜禽养殖废物中还含有大量的重金属、药品残留物等有害物质，这些有害物质如果排放到土壤中，会对土壤造成严重污染，从而影响土壤的质量和生产效益。因此，对于畜禽养殖废物的排放和处理，必须采取科学的措施，避免对土壤造成污染和破坏。

2.3 农业废弃物的堆放和处理不当

农业废弃物的堆放和处理不当会对土壤造成严重的污染影响。农业废弃物中含有大量的有机物质、养分、重金属，会在堆放过程中分解产生酸性物质，导致土壤酸碱度失衡，影响作物的生长和发育；养分会随着雨水流失到地下水中，导致土壤贫瘠，影响作物的生长和产量；重金属在长期的积累下超过土壤的承载能力，导致土壤污染，对生态环境和人类健康造成严重威胁。同时，农业废弃物的堆放会增加土地的负荷，长期堆放会导致土地沉降，影响土地的利用和生产。因此，对于农业废弃物的堆放和处理需要科学合理，采用有效的处理措施，避免对土壤造成污染和损害。

2.4 现代农业技术带来的土壤环境问题

现代农业技术广泛使用化肥和农药来提高农作物产量。化肥和农药中含有大量的化学物质，如氮、磷、钾、农药残留等，这些化学物质会渗入土壤中并积累，超过一定的限度就会造成土壤污染。现代农业技术中的大规模耕作和植被破坏导致土壤质量下降，水土流失加剧，造成土壤侵蚀和污染。为了提高农作物产量，现代农业技术会采用大规模的土地垦殖和工业化农业，导致土地开垦和重金属污染，破坏土壤结构和生态平衡，导致土壤出现贫瘠和营养物质流失等问题。养殖业中的动物粪便和尿液中含有大量的氮、磷、钾等营养物质，不加以处理就会渗入到土壤中，造成土壤污染。为了提高农作物的产量，采用过度耕作的方式，导致土壤结构的破坏和土壤的压实，从而影响土壤的透气性和水分的渗透性，进而导致土壤污染。现代农业技术中，生物技术不合理的应用也会造成土壤污染。如，转基因作物中的基因会影响土壤中微生物的数量和种类，从而影响土壤的生态平衡，导致土壤污染。同时现代农业技术的推广和发展，导致农地的利用方式发生了改变，大量的农地转化为城市、工业用地等，这些变化也会对土壤造成影响。综上所述，现代农业技术对土壤污染的影响非常大，需要采取有效的措施来减少其影响，保护土壤和生态环境。

2.5 土地过度利用和耕地荒漠化

土地过度利用和耕地荒漠化会对土壤造成严重的污染，这些现象导致了土壤的质量、保肥保水能力下降，造成土壤干旱和土地退化[7]；另外导致土壤中的污染物质积累，从而影响农作物的生长和土地的可持续利用。土地过度利用和耕地荒漠化还会导致土壤中的养分流失，破坏土壤的结构，从而增加土地侵蚀和土地流失的风险，同时降低土壤的肥力，使农作物的产量和质量下降。总之，土地过度利用和耕地荒漠化对土壤污染的影响和危害非常严重，需要采取有效的措施进行防治。

3 农业土壤环境污染的修复技术

3.1 生物修复技术

生物修复技术是一种可持续的土壤污染治理方式，利用植物、微生物等生物体在土壤中吸收、稀释、分解有害物质进行土壤修复和污染物去除，在一定程度上改善农业土壤环境的污染状况。生物修复技术通过引入适宜的微生物或植物来增加土壤中的微生物群落，从而促进土壤有机质的分解和营养物质的释放，提高土壤肥力和生产力。微生物的代谢作用或植物的吸收作用，将土壤中的有害物质转化为无害物质或将其吸收并固定在植物体内，降低土壤中的有害物质含量。生物修复技术增加土壤表面的植被覆盖和有机质含量，改善土壤的结构和透气性，提高土壤的水分和保水能力，同时增加土壤微生物的多样性和数量，增强土壤的生态系统功能，提高土壤的抗性和适应性，使其更加稳定和健康。总之，生物修复技术对农业土壤环境污染的影响是多方面的，其可以减少土壤中的有害物质含量，改善土壤的肥力，提高土壤的水分和保水能力，增强土壤的生态功能和抗性，为农业生产提供了可持续的土壤治理方式。

3.2 物理修复技术

物理修复技术主要是通过物理手段改变污染物在土壤中的分布、转移和迁移，从而减少或消除污染物对土壤和环境的影响[8]。物理修复技术可以去除土壤中的有害物质，减少污染物的含量，从而提高土壤质量；降低土壤中有害物质的含量，减少对植物、动物和人类的危害，保护生态环境；去除土壤中的有害物质，减少污染物的含量，从而提高农产品的质量和安全性。因此，物理修复技术可以改善土壤结构和质量，提高土壤肥力，从而增加农业产量，同时减少土壤污染对生态环境和人类健康的影响，促进可持续发展。

3.3 化学修复技术

化学修复技术通过添加化学物质，如活性炭、氧化铁、钙质物等，使污染物结合发生化学反应并转变为低毒、低害物质，可以有效降低农业土壤环境污染对环境和人类健康的影响[9]。化学修复技术可以将有害物质转化为较为稳定的化合物，从而降低其对土壤和植物的毒性。配合添加有机肥料和微生物等物质，促进土壤微生物和植物的生长，提高土壤肥力，改善土壤的结构和通透性，增加土壤的水分和营养素的储存和利用能力，降低土壤中有害物质的含量，从而降低农产品的污染风险，保障人类健康。总之，化学修复技术可以有效缓解农业土壤环境污染对环境和人类健康的影响，为农业生产提供更加健康、安全的土壤环境。

3.4 综合修复技术

综合运用以上多种修复技术，对不同种类、不同程度的农业土壤污染进行修复，获得更好的修复效果。通过利用微生物、植物等生物体的代谢活动，将有害物质转化为无害物质，达到修复土壤的目的，常见的生物修复技术包括菌肥施用、植物修复等。通过物理手段去除土壤中的有害物质，如土壤翻耕、覆盖等。通过化学手段将有害物质转化为无害物质，如土壤酸碱度调节、吸附剂添加等。通过加入有机物质、矿物质等改善土壤结构和肥力，提高土壤的自净能力和农作物产量。以上综合修复技术需要根据不同的污染程度和土壤类型进行选择和组合使用，可以有效净化农业土壤环境，保障农产品安全，促进可持续农业发展。同时，加强环境监测和管理，减少农业环境污染的发生，也是解决农业土壤环境污染问题的重要措施。

4 农业土壤环境污染源头治理措施

在农业生产过程中，通过规范化施肥、使用无公害农产品和合理利用农业废弃物等措施，可以减少农业土壤环境污染。农业土壤环境污染源头治理的关键是减少或消除污染物排放，通过改变农业生产方式、控制化肥和农药使用量、优化养殖方式等一系列措施来实现。

4.1 推广有机肥替代化学肥料，减少农药使用量

有机肥料的使用可以减少化学肥料的使用量，从而减少农药的使用量，对土壤污染治理有很大的帮助。有机肥料是一种天然的肥料，由动植物的残渣、粪便、废弃物等组成，具有多种营养成分和微生物，可以提高土壤的肥力和生物活性。相比之下，化学肥料含有大量的化学成分，过量使用会导致土壤酸化、盐碱化、微生物死亡等问题，从而影响地球生态环境和人类健康[10]，有机肥料的使用可以改善土壤质量，增加土壤的有机质含量，提高土壤保水性和通气性，有助于植物的生长和发育。有机肥料还可以增加土壤微生物的数量和种类，促进有益微生物的繁殖和生长，有助于土壤生态系统的平衡和稳定[11]，同时，有机肥料还可以降低土壤中重金属和农药的含量，减少对环境和人体的危害。因此，推广有机肥料的使用是治理土壤污染的一项重要举措，政府可以通过制定相关政策和法规，鼓励农民使用有机肥料，提高其生产效益和环境效益，同时，还可以加强有机肥料的生产和销售渠道建设，提高其市场竞争力，促进有机农业的发展。

4.2 加强养殖场管理，实行规范化养殖，减少粪便污染土壤

养殖废水灌溉农田容易造成土壤重金属、抗生素复合污染，从而引发环境健康风险。加强养殖场管理可以有效减少农业土壤污染的程度，从而促进土壤的修复。加强养殖场的环境管理，包括管理养殖场的排放物，处理养殖废水以及合理使用养殖废弃物等，可以减少养殖场对土壤污染，降低土壤中污染物的含量；加强养殖场的生态环境建设，包括建设生态池、植被覆盖、防止土壤侵蚀等，可以提高土壤的水分和养分保持能力[12]；加强养殖场的科学管理，包括科学施肥、控制土壤酸碱度等，可以促进土壤的微生物活动，提高土壤的肥力和自净能力[13]。综上所述，加强养殖场管理对农业土壤污染的修复具有重要的影响，可以保护农业生产，维护生态环境，促进可持续发展。

4.3 定期开展土壤污染监测，及时发现和处理污染源

土壤污染监测可以帮助农民和环保部门及时发现土壤污染问题，采取有效的措施进行修复和治理，防止污染扩散和恶化，维护农业生产的可持续发展。采用科学的方法和技术进行定期土壤污染监测，包括采样、分析、评价和监测等环节；选择合适的采样点和方法，保证样品的代表性和准确性；使用专业的设备和技术进行分析，对污染物进行定量分析和鉴定；根据土壤污染的程度和类型进行评价，制定相应的治理和修复方案；建立完善的监测网络和系统进行监测，及时获取土壤污染的动态信息，为污染治理提供科学依据和支持，及时发现和处理污染源对农业土壤污染修复的影响是关键。污染源的治理和修复是农业土壤污染修复的基础和前提，需要采取针对性强、效果显著的措施，如土壤改良、植被恢复、生物修复等，加快污染源的治理和修复，促进农业土壤的恢复和重建。同时，还需要加强宣传教育，提高农民的环保意识和法律意识，形成全社会共同参与农业土壤污染治理的良好氛围。

4.4 采用环境友好型的耕种工具和生产设备，减少农业机械对土壤的破坏

农业土壤污染修复是一个长期而复杂的过程，需要各方的共同努力和支持。在这个过程中，鼓励和支持农民采用环境友好型的耕种工具和生产设备是非常重要的。环境友好型的耕种工具和生产设备可以减少化学农药、化肥等有害物质在土壤中的积累，从而减轻土壤污染的程度；这些设备可以更加科学地利用土地资源，减少土地的过度开垦和耕作，避免破坏土壤结构和生态平衡，从而减少土壤污染的发生。此外，鼓励和支持农民采用环境友好型的耕种工具和生产设备还可以提高农民的意识和素质，使其更加注重土壤保护和环境保护，从而推动土壤污染修复工作的进程。总之，鼓励和支持农民采用环境友好型的耕种工具和生产设备对农业土壤污染修复具有重要的意义，可以减轻土壤污染的程度，促进土壤修复工作的顺利进行。

4.5 建立农田防护带，通过植被覆盖、固沙护土等方式减少农业面源污染

建立农田防护带可以起到一定的农业土壤污染修复作用[14]。具体来说，农田防护带可以通过拦截污染物、保护土壤微生物和促进土壤修复等方式减轻土壤污染对农田的影响；农田防护带可以作为一道屏障，阻止污染物的进入农田，从而减轻农田土壤的污染程度；提供一个良好的生态环境，保护土壤微生物的生存和繁殖，从而提高土壤的自净能力；通过植物吸收和转化污染物，促进土壤的修复和恢复。总之，建立农田防护带可以有效减轻农业土壤污染的影响，从而保护农田生态环境和农产品安全。

4.6 提升耕地质量

提升耕地质量可以对农业土壤污染修复产生积极的影响，具体表现在增强土壤自净能力，增加植物吸收能力，减少污染物迁移和提高农产品质量等方面[15]。提升耕地质量可以改善土壤物理性质、化学性质和生物性质，增加土壤微生物数量和活性，提高土壤自净能力，有利于土壤污染物的自然降解和去除；改善土壤结构，增加土壤孔隙度和通气性，提高土壤保水能力和肥力，有利于植物生长和养分吸收，促进植物对土壤污染物的吸收和转化；改善土壤水分状况和土壤质地，减少污染物在土壤中的迁移和扩散，有利于污染物的固定和稳定；改善土壤环境，提高农产品品质和营养价值，增强农产品的市场竞争力，促进农业可持续发展。因此，提升耕地质量是农业土壤污染修复的重要措施之一，可为农业生产和生态环境保护作出积极贡献。

5 结论与展望

随着我国农业的不断发展，农业土壤环境污染也日渐严重，这不仅危害了人类健康，也给生态环境造成了巨大的损失。农业土壤环境污染修复是一个长期而艰巨的任务，目前我国农业土壤环境污染修复的工作已经取得了一定的成果。主要包括环境污染治理技术不断提升，我国在环境污染治理技术方面取得了很大进展，涉及到的技术手段也越来越多样化，如化学修复、生物修复、物理修复等；修复工程不断推进，我国政府和企业对土壤污染治理的投入不断增加，各地修复工程也在不断推进，取得了一定的成效。

同时在农业土壤污染修复过程中也存在许多问题。资金和人力资源问题，土壤污染治理需要大量的资金和人力资源，但是目前我国的资金和人力资源还无法满足这个需求；治理效果难以保证，由于环境污染的复杂性，治理效果难以保证，需要长时间的跟踪和监测。

面对农业土壤污染日益严重及人民生活物质需求的提高，在农业生产过程中应该合理使用农药和化肥，控制畜禽粪便排放，推广有机农业等可持续发展的农业模式，减少土壤污染的风险。政府应该加强监管和管理，制定相关政策和标准，加强环境保护和生态建设，促进农业生产和生态环境的协调发展。在后续工作中的建议如下：治理技术将更加多样化，未来治理技术将会更加多样化，不断涌现出新的修复技术和手段；政策和法规将更加完善，政策和法规的完善将会促进土壤污染治理工作的顺利推进；国际合作将更加密切，国际合作将会更加密切，各国将共同面对土壤污染的挑战，共同探索解决方案。