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时下,土壤污染问题成为社会热点,但就目前状况客观来说,土壤污染问题并不能单从土壤中的重金属含量来判断,从地质背景、土壤重金属的时空变化、污染源以及土壤自身性质的劣化等等来看土壤污染会有另外一个风景。而另一方面,土壤污染和粮食安全并非有固定的相关关系,粮食超标也并非单由土壤污染引起。当前,客观看待土壤污染,高度重视粮食重金属安全是个极为迫切的问题。
备受关注的土壤污染
观察中国土壤重金属污染和“镉大米”的新闻报道,不难发现让这两个此后成为媒体和公众热点的时间分别是在2004年和2011年。
在2004年,媒体报道了总投资达4500万元的“珠江三角洲经济区土壤污染调查”项目。之所以启动该项目,是缘于1999年10月至2002年12月,广东省地质调查院完成的“广东珠江三角洲多目标地球化学调查项目”。该调查显示,广东省的农业地质不容乐观,耕地土壤质量有恶化趋势。在珠江河口周边约1万平方米范围内,土壤高氟异常区5263平方千米,高镉异常区逾6000平方千米,人为污染导致土壤中有毒有害重金属元素异常高,镉、汞、砷、铜、铅、镍、铬等8种元素污染面积达5500平方千米,其中仅汞污染便达1257平方千米,污染深度达40厘米。随后,由国家环保总局开展“典型区域土壤环境质量状况探查研究”,得出 “珠三角四成农田菜地遭重金属污染”的结论,让这一话题再次成为新闻热点。
在2011年举办的第九届广东省科协学术活动周开幕会上,中国工程院院士罗锡文的“全国3亿亩耕地受重金属污染威胁”消息,引起了国内外震动。
2013年初,有律师向环保部申请原定2010年底公布的土壤污染调查结果,但被答复为“土壤污染信息是国家秘密”,由此引起了整个虚拟网络和现实社会的讨论和猜测。“土壤污染”一词在2013年再次引爆人们的眼球。
2013年12月30日,在国务院新闻办举办的新闻会上,国土资源部副部长王世元称,全国中重度污染耕地大体在5000万亩左右。而到2014年4月17日由环保部和国土部联合公布的《全国土壤污染状况调查公报》终于将土壤污染状况定格在“全国土壤总的超标率为16.1%,耕地的点位超标率为19.4%,未利用地点位超标率为11.4%,主要污染的重金属为镉,点位超标率为7.0%等等”。
“镉大米(粮食重金属超标)”一词成为公众热点话题则是缘于2011年由财新《新世纪》杂志刊登的《镉米杀机》及其随后的一系列报道。
2013年发生的几个事件再次让“镉大米”声名远播。2013年2月26日南方日报报道称“湖南万吨镉超标大米流入广东”;同年5月17日,广州食药监局公布,18批检测的大米有44.4%超标;7月,韶关农业局副局长的不当言论又让“镉大米”成为热词。
中国人多地少,粮食问题突出,粮食安全事关国民健康,自然更受关注。粮食安全建立在土壤安全的基础之上,土壤污染问题得到高度关注便成为必然。但是,中国的土壤污染问题急需客观解读。
客观解读土壤污染
中国土壤污染是这30年经济快速发展的后果,污染源控制是比土壤修复本身更为紧迫的事情。虽然《全国土壤污染状况调查公报》对中国土壤的污染状况给出了一定的数字印象,但从普查精度、标准可用性等等来看,这个结果依然是模糊的,所反映的也只是现状,以前如何?将来态势又如何?这个调查并不能给出太多的信息。
以1990年国家环保局的重金属含量来看,镉平均值0.097mg/kg(95%范围为0.017-0.033mg/kg),砷11.2mg/kg(95%范围为2.5-33.5)汞0.065mg/kg(95%范围为0.006-0.272mg/kg),铅 36mg/kg(95%范围为10.0-56.1mg/kg),铬61mg/kg(95%范围为19.5-150.2mg/kg),并结合1995年制订的土壤环境质量标准来看,可以看出镉、砷、汞的95%范围的上限与这个标准(镉0.30 mg/kg,砷30 mg/kg,汞0.30 mg/kg)极为相近,也就意味着镉、砷、汞尤其是镉这个在《全国土壤污染状况调查公报》中点位超标率最高(7.0%)的重金属是这30三十年快速经济快速发展背景下镉的大量排放的结果。这一点也可以从最近发表的数篇关于镉排放和农田的重金属来源的文章得到证明。每年进入耕地的镉高达1417吨,各种途径排出的只有178吨,净累积1239吨,导致每年0.004mg/kg的增加,按照这个速度,只要50年全部土壤都会超过目前的环境质量标准。
从以上数据可以看出,要控制和改善土壤重金属污染,早日实现粮食安全,当务之急在于污染源控制。以稻米镉标准0.2mg/kg为例,年产1200公斤的稻谷的大米(假定1200公斤稻谷可以得到1000公斤大米),所需要的镉的数量仅为2克而已。但从2010的大气沉降镉来估算,当年仅从大气进入农田的镉就达0.26克(变幅0.03克-1.7克)。不控制如此庞大的污染源,土壤污染治理就失去了意义。
以日本为例,其在1968年确定镉是痛痛病的元凶之后,迅速控制各种污染源的排放。到1974年,镉的使用量从1969年的2253吨下降到927吨,下降了60%,到1975年,关闭了几乎所有的矿山。在2005年以前,日本就关掉了大部分的镍镉电池生产厂。日本环境的镉安全很大程度上就是在这样严格的镉排放控制下实现的。
中国耕地大量施用化肥带来的土壤酸化是土壤污染外的另一主要问题。有文章比较了广东1984年第二次土壤普查取得的24671份土壤样品的pH值和30年后的数值,发现整体上pH从平均的5.70下降到5.44,也就是土壤中的酸度增加了1.82倍。而2010年《科学》杂志载文表明,30多年来,中国所有土壤的pH值下降0.13-0.80单位,尤以耕地土壤pH下降最多,也就是说耕地土壤的酸度增加了6倍,这在自然条件下需要数万年的时间。土壤酸化主要是中国20世纪80年代后施肥结构从传统的农家肥转为化肥造成的,一方面大量施用化肥造成的土壤酸化将很大程度上改变植物对土壤养分的吸收效率,同时造成土壤重金属有效性的提高,另一方面,有机肥施用的减少,降低了土壤中的有机质,减弱了土壤对有效重金属的固定能力。
从以上分析可以看出,对中国土壤问题,不能单看到土壤重金属污染的一面,还有土壤酸化的问题。从时间角度来看,这个污染是30年来重金属向环境的大量排放所造成的,即使到2010年,大气污染沉降还是一个主要污染源。因此,土壤问题是土壤污染和土壤酸化双重冲击下的结果。
在大气污染严重的情况下,叶片的重金属吸收途径也是作物重金属的一个重要来源。在现实科研中很多科学工作者发现,土壤重金属特别是铅并不超标,但蔬菜中的重金属超标了,结果往往解释为中国土壤的铅标准过高(250mg/kg)之故。的确,中国耕地土壤的铅标准和其他国家相比偏高,这一点容易被用来解释整个现象,但大量研究表明,在大气重金属含量很高的情况下,叶片吸收大气中重金属是导致粮食不安全的元凶之一。如有研究表明,在土壤含镉量为其背景值0.08毫克/千克,但镉降尘中镉含量达1.3克镉/公斤/年的情况下,小麦籽粒中21%的镉、大麦籽粒中41%-58%的镉来自大气污染。
因此在土壤重金属含量很低、但大气中的重金属含量很高的情况下,作物中的重金属并非只有土壤一个来源。据2010年推算,中国大气沉降中的镉含量高达0.4-25克/公顷/yr年,这意味着着我们似乎忽视或者低估了大气污染对粮食重金属超标的影响,也意味着我们对土壤污染特别是其对粮食安全的影响需要一种更为客观的审视。
高度重视粮食安全
镉等有害重金属并非人体所需的元素,且镉具有极为明确的目标器官,即肾和肝,吸收到体内的镉1/3将蓄积在肾脏,1/4在肝脏,且在体内滞留时间长,肾脏中镉的半衰期可高达17-38年。人体中的镉主要是通过食物链进入的,因此粮食中的重金属问题亟需得到高度重视。
1.大米中的镉超标问题。对于大米的镉含量问题,有两组数据被媒体广泛应用。一是2002年,农业部稻米及制品质量监督检验测试中心曾对全国市场稻米进行安全性抽检。结果显示,稻米中超标最严重的重金属是铅,超标率28.4%,其次就是镉,超标率10.3%。二是2007年,南京农业大学教授潘根兴及其研究团队,在全国六个地区(华东、东北、华中、西南、华南和华北)县级以上市场随机采购大米样品91个,结果同样表明:10%左右的市售大米镉超标。
而在2013年,广州食药监局对18批次的大米检测后样品超标率高达44.4%,随后广东开展全域155批的大规模调查,结果超过0.2mg/kg这一标准的比例也相当高。而据2012年常德市疾病预防控制中心发表的“南方某市2012年市售大米镉污染状况及膳食暴露评估”一文披露,外省超标率为16.1%,本省外市超标50.0%,本市61.1%,大型超市52.4%, 农贸市场41.4%。
当然,中国0.2mg/kg的大米镉标准比世界卫生组织和日本以及中国台湾省0.4mg/kg的标准要低一倍,同时以上大米的镉超标也大都在一倍以内,远远低于日本当时痛痛病区的糙米镉含量(平均0.99 mg/kg,变幅在0.25-4.23 mg/kg, n=544) ;同时,目前中国大米的食用量也比日本当时(500克/天)低。随着交通的发达,中国居民饮食结构、营养结构相比当时的日本改善良多,理论上不会带来显著的人体健康负效应。我们完全可以客观看待这类数据,通过科学普及让公众理解这些数据,同时增强公众的防范意识,提高人体健康水平。
2.不超标的土壤产生超标粮食。由于土壤酸化以及水稻生产环境的特殊性,一些地方的检测结果表明,即使我们执行着全世界最为严格的土壤环境质量标准(比如镉0.3mg/kg),但粮食作物(水稻、花生和蔬菜)的可食部位依然会超标。
导致这一问题的原因可能有:(1)土壤外源污染物质的侵入;(2)高强度的大气沉降增加了生长时间长的作物如水稻的吸收;(3)土壤自身酸化等导致吸附于土壤颗粒上活性极低的重金属被活化,从而增加了作物的吸收。在这种情况下,土壤重金属污染问题并非当前时髦的土壤修复方法所能解决,而在于控制污染源和重构土壤健康。
3.稻米营养低增加了人体镉吸收及随后的健康风险。相对于大豆、小麦和玉米,稻米(特别是精米)中铁、锌和钙的含量都比较低,而大量研究表明,食物中有较高含量的铁、锌和钙或者人体中这些元素充足的情况下都有助于大大降低人体对重金属镉的吸收。日本痛痛病患者大都发生于贫穷、营养结构单一、多胎生育的老年妇女身上,正是由于这一群体的食物和体内缺乏铁、锌、钙等元素;而在格陵兰高镉海域中生长的环斑海豹体内的镉即使高过哺乳动物肾皮质镉200毫克/千克的临界值三倍,其身体依然很健康而不表现任何痛痛病的症状;新西兰东南部一个小岛的居民嗜吃高镉生蚝,镉摄取量高达目前世界卫生组织设定的镉月耐受量PTMI(25ug/kg人体)的10倍,同样不表现出负面的健康效应,其原因都被解释为其食物中有含量高的铁、锌、钙等物质。大豆、小麦、玉米和稻米间矿物质元素含量的差异被用来解释欧美与亚洲高镉矿区之间人体健康效应差异的原因。欧美也不乏高镉污染区域,但并没有带来显著的健康负效应,其原因亦被解释为矿区土壤含有较多的锌,大豆、小麦、玉米等食物中含有比水稻更多的锌等元素。
中国65%的人口以粮食为主食,因为生产环境的原因,中国更容易产生镉超标大米,且稻米中铁、钙、锌等元素含量较少。鉴此,我们必须高度重视大米的镉安全。
结语
对生态系统而言,镉是一个毫无生物学功能且具有强烈负面健康意义的元素。中国当前的土壤问题不单是个污染问题,而是高强度的工业污染源和酸性物质沉降带来的土壤外源重金属过量、土壤酸化,与高化肥、农药投入下土壤酸化、土壤结构变化、功能衰退这两方面联合冲击形成的问题。
“毒地”公害
我国耕地总量的三分之二都是中低产田,在土地数量不断减少的同时,由于过度施用化肥农药,采矿、工厂的重金属污染,土地质量也在加速退化。城市虽然繁华,但土地污染却不会被厚厚的水泥板掩盖,它就在我们的脚下潜伏;农村虽然广袤,但土地污染却早已潜滋暗长,呈现星火燎原之势,它正向每一片田野蔓延。
土壤污染被称作“看不见的污染”,包括水污染、大气污染在内的所有污染,最终都会回归土壤,造成土壤污染。专家指出,许多地区的污染已超过土壤的自净能力,没有外来的治理干预,土壤无法自净,甚至可能出现三种环境报复风险。
一是生态关系失衡,引发生态环境恶化。中国科学院地理科学与资源研究所在长江三角洲的一项调查发现,由于农药化肥的过量使用,稻田生物多样性被破坏,土壤中的蚯蚓、土鳖及各种有益菌等大量消失,农作物害虫的天敌青蛙的数量大减,自然生态面临危机。
二是土壤质量下降,使农作物减产降质。重金属污染的增加,农药化肥的大量使用,造成土壤有机质含量下降,土壤板结,导致农产品产量与品质下降。调查显示,由于各种土壤污染,我国粮食每年减产达100亿公斤。
三是污染粮食,影响人类生存。农业专家表示,土壤污染的最终后果将是人类“有米不敢吃”。南京农业大学在全国各地市场上进行的调查显示,约有10%的大米存在重金属镉-超标。若长期食用镉米,将会给人体健康带来极大的危害。
事实证明,土地污染已严重影响到农产品安全、食品安全和居住环境、人体健康,更已构成国土资源环境安全和经济社会可持续发展的重大威胁。土地污染防治已到了必须面对和急需解决的地步,必须成为环境保护工作的重中之重!
土地的救赎
从1994年开始,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所等机构就对全国土壤51个化学元素进行监测,1999年开始对中国东部农田区54个化学元素进行填图,2008年又开始建立覆盖全国的地球化学基准网,对含78种元素的土壤81个化学指标进行探测。
研究表明,我国土壤正出现越来越多本来没有或微不足道的危险元素。土壤一旦被污染,通过自净能力完全复原周期长达千年。土壤不像水会有一个循环,土壤就摆在那里。比如重金属在土壤中的惰性比较强,一不容易迁移,二不容易变化,顶多是从一种形态转化到另一种形态或者通过降解向下渗,减少的速率非常慢。
也有专家表示,土壤自身恢复这种说法其实是一个猜测而已。靠风吹雨淋移走重金属,不能准确定量,“数百年、上千年”的说法给出来的只是一个概数,用来帮助人们理解,说永远不能恢复都行。就像是矿山,在人类开采之前,矿山中的重金属早就存在了成千上万年。
根据不同的污染物,土壤修复可采取的修复手段不尽相同。国内外的经验显示,有机污染物可采取热解、焚烧及微生物等方法。而重金属污染,很难通过化学手段彻底根除,植物修复相对更为有效。
在湖南省郴州市苏仙区邓家塘乡,绿油油的草长满了整个农田,乍看之下还以为是青色的水稻。在这块已经被重金属严重污染、无法农耕的土地上,被称作“土壤清洁工”的蜈蚣草却生长得郁郁葱葱。蜈蚣草吸收土壤中砷的能力相当于普通植物的20万倍,通过蜈蚣草的吸附、收割,三至五年内,这片土地就可以“恢复健康”,在郴州已经有修复完工的土地恢复了耕作。
现在,蜈蚣草已经在湖南郴州、云南个旧、广西环江扎下了根,尤其是在广西环江,蜈蚣草种植面积已经达到了1000亩~2000亩,成为世界上最大面积的砷污染农田修复项目。
蜈蚣草的“同盟战友”还有东南景天,这是在广东种植的专门修复镉中毒农田的植物,现在东南景天在全国也有上百亩的试验基地。
在西北,300多亩盐碱土地上种植了被称作“吸毒解毒高手”的竹柳,它不仅耐寒、耐旱、耐涝、抗盐碱,还可以吸收城市污水,消除氮磷钾,分解土壤中的重金属成分。
中国的污染场地修复刚刚起步,土壤污染控制与修复应用还未大面积推广,修复技术与装备的研发落后于欧美发达国家。中国也引进了很多技术,但需要先解决技术本土化的适应性问题,还要衡量引进成本,最后在实践上能否应用还没有定论。由于国内还尚未建立污地修复标准,究竟被污染土地修复到什么程度才算合格,实则难以界定。
土地“洗澡”代价高昂
土壤修复的方式主要就是三种,即物理方法——直接移除换新土,好处是快,坏处是治标不治本,仅仅是污染转移;化学方法—加化学试剂稳定固定化,减小重金属的危害,好处是便宜而且快,坏处是污染还在,而且可能有二次污染;生物方法——用生物吸收再移除,好处是环境友好,坏处是慢。综合来看,植物修复法更接近自然生态,从经济投入、修复周期和避免二次污染等多方面考虑都是目前的最佳选择。
虽然植物修复法已经非常“实惠”,修复一吨污染土的成本已经低于200元,但是修复面积的庞大却使总投入数额惊人。以云南个旧为例,目前治理修复面积还不到100亩,而污染面积却在20万亩以上,如果要全部修复,至少需要上亿元的投资,这对当地财政来说是个不小的数目。
而且目前发现的超富集植物一般都是野生植物,其种苗繁育存在较大的技术难度,实现大规模种苗就更加困难,所以现今使用的是先大棚育种再移植到修复区的办法,无疑会增加成本和操作难度。类似蜈蚣草的砷超富集植物多集中在我国淮河以南,而在淮河以北则很少发现,使植物修复法的影响范围也大大受限。
对于土地修复地区的村民来说,最为痛苦的则是三至五年的修复周期过于漫长,他们守在不能耕作的试验田旁,除了等待,毫无办法。更为残酷的现实是,很多污染地区都等不及采用植物修复法,而选择了“客土法”。这种方法主要是将被污染土壤深埋到水稻根系不能达到的25厘米以下,虽然运用“客土法”修复一亩污染土地要花费上百万元,污染土壤仍然存在,甚至会继续扩大,但是由于修复方法简单,花费时间少,这种饮鸩止渴的方法被广泛应用。
在当前农业生产规模小、效益低的现实情况下,如此代价高昂、周期漫长的修复也大大降低了农民治污的积极性。多地农业部门的监测发现,为了减少生产成本,农民自购的农膜基本上不合格,往往使用0.006毫米的超薄膜,甚至还有0.005毫米的农膜。越薄的农膜强度越低,抗拉能力差,容易老化,破碎后碎块更小,难以捡拾,相应产生的农膜残留量就更大。不少农民反映,种一季粮挣不了几个钱,化肥、农药一旦用少了,庄稼立马减产,谁都不敢轻易减量。
其实,污土修复的核心在于如何依靠技术来降低成本和保障环境安全性。因此,经济合理的技术方案一直是科学家们追求的突破目标。目前世界上见效最快的土壤修复技术是“纳米铁”。美国和欧洲已开始采用,一些有机污染物和重金属都可以处理,几乎属于比较理想万能的修复,实验室里一天就能见到修复效果,野外见效通常几个星期或几个月。但高昂的修复价格,是致命的缺点,使其难以成为最理想的修复方案。
棕色地块变成“唐僧肉”
那些已经受到或将要受到污染却未经修复的污染场地,被媒体称为“毒地”,而在欧美国家它有一个文雅的名称:棕色地块。
“毒地”危害最知名的案例是美国的“拉夫运河事件”。在1942年至1953年的11年问,位于美国加利福尼亚州的干涸的拉夫运河河谷,一直是个用于倾倒工业废料的垃圾场。20世纪50年代后期,这片河谷陆续被开发,2000多户居民居住于此。70年代末,各种怪病开始困扰当地居民,癌症发病率和死亡率奇高。在随后的调查发现,1974年至1978年间,拉夫运河小区出生的孩子56%有生育缺陷。拉夫运河小区的妇女比搬进来之前的流产率增加了300%。当地居民不得不搬迁。
如今,棕色地块正成为中国城市的噩梦。最近几年,越来越多从城市搬迁的化工厂、农药厂、钢铁厂等高污染场地被重新开发成了住宅小区,这些房地产开发商大力宣传的楼盘名称,对其进行二度包装。更加令人痛心的是,许多“毒地”尚未“清毒”就被一些地方政府、房地产开发商视为“唐僧肉”,建成经济适用房等。
从北京地铁八通线管庄站下车,沿着双桥东路南行,穿过一片城中村,能看到两处隔路相对的大型社区,D社区与Y社区。D社区的居民2005年入住,入住率极高,二手房均价达到2.45万元每平方米。据悉,D社区所处地块曾是铁道部防腐枕木厂的工业用地,由于大量有害化学用品的过度使用,该厂曾发生过“工人中毒事件”。虽然厂子于2001年倒闭,但在其40年的历史中,大量的有害元素已渗入土地,使场地遭受到了严重污染,属于典型的棕色地块。然而,就在这样未经修复的“毒地”之上,安建广厦千万间?
按照土壤修复的程序,修复企业先要对污染场地进行环境评价,跟人生病去医院“看病、诊断、治疗”的程序类似,土壤采样、实验室化验、分析诊断都是必须环节。但在利益的追逐下,现实版的土壤修复故事往往要粗糙得多。
一位土壤修复工程师曾在其博客里质疑:你相信一个20年的老化工厂,调查结果是只有50平米污染土壤吗?你相信一个生产十几种持久性有机污染物的场地里没发现苯系物吗?你相信现场五颜六色,结果只有两种重金属超标吗?在一天几十万元的银行利息压力下,房地产商选择土壤修复多出于无奈,往往将土壤修复流程简化成两个程序:挖干净,拉走。
据业内人士透露,在我国棕色地块的土壤修复,实质上是非常有限的,若在这样的土地上居住,极有可能上演中国的“拉夫运河事件”。但他同时强调,危害需要通过长期积累才可能显现。
还有多少看不见的污染?
土壤污染带来的恶性事件,一次又一次地刺痛了国人的心,然而长期以来,我国土壤污染状况始终没有权威公布,一年一度的环境公报也鲜有提及。权威信息缺失,已经导致人们的普遍焦虑,人们急于知道,究竟有多少“看不见”的土地污染在威胁人的生命安全?
北京律师董正伟曾向环保部提交政府信息公开申请,要求“公开全国土壤污染情况调查的数据、调查依据、污染成因和防止措施以及方式方法”。但环保部以“国家秘密”为由,予以拒绝。中国的土地已被污染到如此种程度,环保部却还在以“国家秘密”给自己当遮羞布,着实令人心寒。
环保部近期的《2012中国环境状况公报》称已经完成全国土壤污染状况调查,这说明相关部门对污染情况不是没有掌握,秘而不宣地刻意隐瞒,让公众获知艰难。浪费了大量社会资源,也损失了公众信任,甚至还会因谣言四起造成不必要的恐慌。
污染“家底不清”,直接影响到人们的生产生活。一面是“1.5亿亩耕地污染”“华南部分地区50%耕地受重金属污染”“全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨”等数据广泛流传,一面是污染源情况不明,农民无辜受损、消费者无所适从。
[关键词]粮食安全;生态环境;耕地可持续利用
[中图分类号]F323[文献标识码]A[文章编号]1672-2426(2014)06-0051-04随着工业化、城镇化进程的加快,以及人口增加和人民生活水平的提高,粮食消费需求将呈刚性增长,而耕地减少、水资源短缺、气候变化等生态因素对粮食生产的约束作用日益突出,保障粮食安全面临严峻挑战。国家的粮食安全不但要关注数量安全,更要关注质量安全。中国粮食安全不仅仅是本国的事情,也关系到国际粮食市场价格的波动,因此,中国的粮食安全引起了全球的广泛关注。
耕地作为粮食生产的最重要的生态因素之一,对保证粮食安全具有极其重要的意义。学界普遍认为,改革开放以来,中国经济高速发展,城镇规模迅速扩大,伴随而来的是耕地资源的大幅度减少。耕地非农化现象的日趋加剧一方面促进了经济的发展,一方面又可能对粮食安全、社会安定、生态环境等产生一定的负面效应(曲福田等,2004;谈明洪等,2005)。为了保护有限的耕地资源,国家作出了加强土地管理、切实保护耕地等一系列重大决策,并将其作为基本国策之一,实施了世界上最严格的耕地保护制度。然而,现行的耕地保护制度与政策却并未发挥其作用。研究表明,现阶段协调经济增长与耕地保护的公共政策调整方向是提高土地资源市场化配置程度、将土地利用的外部性内部化、进一步明晰产权、改革征地制度(曲福田等(2004)。要保持耕地总量动态平衡,应重点保护基本农田,执行分级农田的保护及总体规划和分区控制使用的原则,加强土地管理、土地整理及土地复垦等工作,改善和提高耕地的质量及生态环境,从根本上改善农业生产条件,确保国家的粮食安全(林培等,2001)。机制建设是耕地保护的治本之策。但目前有关耕地保护方面的研究集中在经济补偿模式与整体框架设计、经济补偿标准厘定、经济补偿资金管理与运作、中央政府-地方政府耕地保护关系、耕地保护多主体共同责任关系等方面。从实际运作来看,需要进一步研究耕地保护中的农户行为与意愿、中央政府激励机制设计等方面(李广东等,2011)。
当前,中国耕地保护政策中缺乏有效的经济补偿机制,急需建立耕地保护的经济补偿机制,形成完备的耕地保护激励约束机制,增强耕地保护的微观动力,以平衡各相关经济主体间的利益配置关系(姜广辉等,2009)。一般而言,耕地投入粮食生产的边际利润明显低于其他农地利用方式的利润,为了提高农户耕地保护与粮食生产动力,需要设置耕地保护经济补偿资金(陈秧分等,2010)。粮食主产区应作为主要的补偿对象,在耕地保护过程中应该打破传统农业自给自足的封闭循环,遵循耕地保护机会成本的区域差异和区域土地利用的比较优势,统筹区域土地利用,使耕地保护成为实现农业区域专门化的手段(吴泽斌等,2009)。从保护耕地补偿的标准来看,耕地保护机会成本损失应作为补偿的最低价值标准(雍新琴等,2012)。
从农民对待耕地保护的角度看,农户对耕地保护补偿标准的意愿相对较低,其中经济发达地区的农户对补偿标准的要求要明显高于经济欠发达地区,而在影响农户耕地保护补偿意愿的诸因素中,地区差异、农户受教育水平及农户对征地的意愿发挥着比较显著的作用(陈志刚等,2009)。
基于粮食安全,本文重点分析我国耕地可持续利用的相关问题,并提出实现耕地可持续利用的政策性建议。
一、实现粮食安全所面临的耕地资源形势
(一)耕地资源形势分析
《全国土地利用总体规划纲要》(以下简称《纲要》)提出:要坚守18亿亩耕地红线,到2010年和2020年,全国耕地应分别保持在18.18亿亩和18.05亿亩。18亿亩耕地红线是中国粮食安全的警戒线,是铺设粮食安全之路的第一块基石,但我国耕地资源面临的形势仍然不容乐观。
1.耕地资源日趋减少的趋势不可逆转。2012年3月9日人民网报道,1998至2010年,全国耕地面积从19.45亿亩减少到18.26亿亩,勉强达到《纲要》提出的目标。《2013中国国土资源公报》中的数据表明,2012年,全国因建设占用、灾毁、生态退耕等原因减少耕地面积40.20万公顷,通过土地整治、农业结构调整等增加耕地面积32.18万公顷,年内净减少耕地面积8.02万公顷。随着工业化、城镇化进程的推进,耕地资源占用将呈现不可逆转的态势。
2.耕地质量总体不高,劣质耕地比例将进一步增加。《中国耕地质量等级调查与评定》结果显示:全国耕地质量平均等别为9.8等,其中,低于平均质量等别的10-15等地占57%以上,而高于平均质量等别的1-9等地仅占43%,特别是生产能力大于15000公斤/公顷的耕地仅占6.09%。将全国耕地划分为优等地、高等地、中等地和低等地,其所占比例分别为2.67%、29.98%、50.64%、16.71%,即优等地和高等地合计不足全国耕地总面积的1/3,而中等地和低等地合计占到耕地总面积的2/3以上。
正如上面所述,耕地占用的同时,通过土地整治可以增加部分耕地面积,但从质量上来说,所占用的耕地都是土地生产率很高,而增加的耕地却是土地生产率很低,甚至在短期内没有产出的低等土地,只能算理论上的耕地,因此,劣质耕地在耕地中的比例将会进一步增加。
3.耕地资源污染日益严重,从局部向区域蔓延。我国重金属污染正由大气、水体向土壤污染转移,土壤重金属污染已进入一个“集中多发期”。由于污水灌溉、大气沉降物、施肥等原因,工业城市和冶炼企业周边,通过大气干湿沉降和灌溉水因素带入土壤中重金属量可以达到施肥带入量的几十至几百倍。此外,畜禽饲养饲料中添加的铜、锌、砷等元素绝大部分随废弃物进入周边水体和农田中,成为土壤中铜、锌、砷污染重要来源之一。
环境保护部和国土资源部联合的《全国土壤污染状况调查公报》指出,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因。具体数据来看,全国土壤总的超标率为16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染类型以无机型为主,有机型次之,复合型污染比重较小,无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。从污染分布情况看,南方土壤污染重于北方;长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出,西南、中南地区土壤重金属超标范围较大;镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。对耕地而言,土壤点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。
根据国土资源部公布的数据,全国每年因被重金属污染的粮食高达1200万吨,近30%的蔬菜和水果重金属含量超过农产品质量限值。
(二)实现粮食安全中存在的两对矛盾
2013年,全国粮食总产量达到60194万吨,比上年增加1236万吨,增长2.1%。其中,夏粮产量13189万吨,增长1.5%;早稻产量3407万吨,增长2.4%;秋粮产量43597万吨,增长2.3%。实现了粮食生产的“十一连增”。这种“十一连增”仅仅关注了粮食数量,而没有关注粮食质量,从生产角度来看,这是一种不完全的粮食安全概念。尽管如此,必须清楚地认识到未来粮食安全所面临的“两大”矛盾。
1.粮食数量安全要求与优质耕地资源日益减少之间的矛盾。随着工业化、城镇化进程的日益加快,耕地占用是呈现不可扭转的趋势。2011年国土资源部下达全国城市新增建设用地指标只有600万亩,而各地上报国务院的计划高达1500万亩,来自地方的用地冲动非常强劲,未来确保18亿亩耕地红线,为粮食数量安全提供生态资源基础困难重重。
同时,我国耕地生产率普遍偏低。《中国耕地质量等级调查与评定》结果显示:优等和高等地合计不足全国耕地总面积的1/3,而中等和低等地合计占到耕地总面积的2/3以上。
2.粮食质量安全要求与耕地资源污染日益严重之间的矛盾。前面已经提到,全国每年因被重金属污染的粮食高达1200万吨。同时,由于污水灌溉、大气沉降物和施肥等原因,以及畜禽饲料中添加的铜、锌、砷等元素绝大部分随废弃物进入周边水体和农田中,成为土壤中铜、锌、砷污染重要来源之一,我国土壤重金属污染已进入一个“集中多发期”。由此可见,要实现粮食质量安全也面临着巨大的挑战。
二、实现耕地资源安全存在的问题及矛盾
《2012中国国土资源公报》中的数据表明,2012年,全国共验收土地整治项目2.05万个,总规模达250.41万公顷,新增农用地54.45万公顷,新增耕地46.56万公顷。全年批准建设用地61.52万公顷,其中转为建设用地的农用地42.91万公顷,耕地25.94万公顷,同比分别增长0.6%、4.5%、2.5%。表面上来看,通过土地整理项目补充的耕地面积高于建设占用的耕地面积。但是,补充耕地的质量远远低于转用耕地的质量。从土地生产率来讲,可能十倍、二十倍,甚至更多的补充耕地面积都难以弥补所占用的耕地面积的产出,因此,不能简单地将18亿亩耕地红线作为一个静态的数据来看,必须从土地生产率的视角重新审视。
(一)占补平衡制度难以取得预期效果
耕地占补平衡作为耕地保护的一项基本制度,明确规定建设占用多少耕地,各地人民政府就应补充划入多少数量和质量相当的耕地。这项制度对耕地保护发挥了一定的作用。可是实施过程中,只能从数量上对耕地进行补充,而要同时保证补充耕地的质量则只能是美好的愿望。2014年国土资源部提出要进一步完善耕地占补平衡制度和保护补偿机制,以提高耕地生产能力为目标,把提升耕地质量放在首位,坚持统筹规划、先建备补、占优补优、占水田补水田。这些措施对保护耕地无疑具有重要的作用,但这仅仅是理论上可行、现实不可能实现的措施。
(二)土地整理复垦工程只重视结果不重视实效
土地整理复垦工程是落实占补平衡制度的一个重要方面,但存在着严重的“重开发、轻整理和复垦”、“重数量、轻质量和生态”、“占多补少、占优补劣”、“重农用地,轻建设用地”问题;有些忽视了土地整理中的生态建设,部分项目盲目的高标准、高投入,不重视规划中对景观和生态环境的保护。尽管在数量上得到有效补充,但整理出的土地生产率较低,要培肥地力,提高土地生产率需要一定的时间。在调研过程中发现,一些地方存在如下现象:复垦整理出的耕地所在地点比较偏远,无人进行耕作,没有形成丝毫的土地生产能力,只是名义上的耕地。
(三)耕地补充的潜力越来越小
随着工业化、城镇化进程的加快,耕地面积会持续减少的趋势是难以遏制的。落实占补平衡制度,补充耕地的压力将会进一步加大。易开发整理的土地后备资源逐步减少,补充耕地的成本提高,难度逐步加大。即使通过土地整理复垦项目的实施,在一定程度上补充了耕地,但耕地质量构成中,土地生产率低下的耕地面积所占比例将会进一步增加,其对国家粮食安全的影响将会逐渐显现。
(四)土壤污染没有得到足够的重视
土壤污染异常严重,呈现日益加重的趋势,这是不争的事实,但国家有关部门迟迟不公开土壤污染信息。这里存在两种可能,一是土壤污染状况超乎人们的想象,不敢公开;二是对土壤污染治理没有给予足够重视,不愿公开。值得庆幸的是,广东省相关部门将已调查清楚的珠三角土壤污染结果并如实公布,结果表明,珠三角28%土壤被重金属污染。这些信息公开之后,可以促使政府将土壤污染治理问题列入议事日程,通过相应的技术措施进行土壤的修复,以改善土壤的质量。
此外,尽管我国曾在1995年颁布过《土壤质量环境标准》,但该标准过分强调统一,并不能满足我国土壤多样化特点,该标准也未对污染等级划分提出量化指标。同时,对土壤质量状况的监测也不到位,一旦出现严重的污染事件时才会引起重视。
三、实现耕地资源可持续利用的政策建议
要切实保护耕地,实现国家粮食安全,必须要处理好上述“两大”矛盾,为此,提出如下政策建议。
(一)以土地生产率为准则,确保18亿亩耕地红线
“十二五”规划纲要提出:“严格保护耕地,加快农村土地整理复垦”。通过土地整理复垦补充的耕地面积,不能简单地以数量来衡量,需要根据土地生产率为准则进行衡量。具体来说,所占据的耕地中大部分是基本农田,其土地生产率较高,那么就以区域土地生产率的平均水平作为标准,对补充的耕地进行折算;其后随着对地力的培育,逐渐进行折算。这样才能确保我国的粮食安全。
(二)以提高土地生产率为目标,改善耕地质量
粮食安全的保障,切实可行而且有效的途径是依靠单位面积产量的提高。为此,需要大力推进高标准基本农田建设,改善耕地质量,提高土地生产率。根据国土资源部、财政部下发的《关于加快编制和实施土地整治规划大力推进高标准基本农田建设的通知》精神,对不同区域耕地逐步实施高标准基本农田建设工程,同时,采取测土配方施肥,提高耕地质量。特别是应注重我国粮食主产省、重点县的基本农田建设,为确保我国粮食安全打下坚实的基础。同时,建议尽快从国家层面,把有关涉农资金整合起来,以便提供农田建设的标准。
(三)以提高粮食质量安全为目标,加强土壤污染的生态修复
土壤污染治理是未来耕地质量安全的重要领域。其主要技术措施包括:通过创新水质监测技术,减少污水灌溉造成的土壤污染;通过创新测土配方技术,提高化肥使用率,减少化肥施用对土壤造成的污染;通过创新土壤污染治理技术,包括作物的替代技术,对于小规模的污染农田,可以采用换土办法,把城镇化过程、道路建设以及其他占用的基本农田的表层土,转移到污染农田,以提高土地的生产能力。
(四)集成土地整理技术,缩短培育地力的周期
对整理区水土重构、生态防护、景观改造、高效施工和生物-理化联合改良等技术的集成,革新土地整理高效施工工艺,改造整理区生物-理化联合改良技术,实现整理区水土系统的有效调控,缩短土地地力培育的周期,迅速提高土地生产率,为项目施工提供技术指导,为项目设计、工程招标和工程监理提供技术依据,为行业管理部门对项目质量监督检查提供标准规范,从而为土地整理提高土地质量、改善生态环境提供技术支撑。
(五)建立耕地保护的经济补偿机制
为了更好地保护耕地资源,确保国家粮食安全,应尽早建立耕地保护的经济补偿机制,制定耕地保护经济补偿的标准、具体的实施办法,以合理协调不同耕地保护主体间的收益关系,改变耕地利用与保护中成本收益承担主体的不一致现象,形成有效的激励约束机制,有利于耕地的高效利用和保护。具体包括基于耕地利用多功能外溢效应补贴的农户补偿机制、基于发展机会成本补偿的耕地保护区域平衡机制。这样才能有效调动农户、区域保护耕地的积极性。
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1分类控制美国政府对环境问题的治理
采取联邦与地方政府分类执法的方式,美国环境执法主要由三个部门负责:国家环保局、内政部和农业部。国家环保局主要负责控制污染事件的发生,内政部主要负责联邦自然资源的管理和保护,农业部主要负责农产品、畜牧产品的计划、生产、销售、出口等,负责美化环境、保护环境、农业教育等。美国的环境执法原则上由各州来执行,一方面各州在联邦环保局的同意下制定自己的实施计划,但实施标准不能低于联邦规定的标准。另一方面,如果各州在执法过程中超过了联邦的标准,联邦环保局又会以自己的名义取代该州进行环境执法的地位,从而来确保全国各州的环境执法在一定程度上的统一。美国联邦政府对环境污染按资源进行分类管理,制定单行法律法规,主要有《土壤侵蚀法》、《水质法》、《清洁空气法》、《联邦杀虫剂、杀菌剂和灭鼠剂法案》等法案,对不同的资源要素制定单独的法律,这样不仅便于有效地立法和高效地执法,同时,也为综合治理农业环境问题奠定了法律基础。
2联邦法律和地方立法相结合
在立法层面上,联邦和州宪法对不同层级的不同职责进行了明确的划分,以确保不同部门执法的合理高效。美国农业之所以取得如此大的成就,很大程度上依赖于健全的法律法规以及强硬的司法力度。例如,1987年美国国会颁布并实施的《水质法》,要求各州对管辖区域内的面源污染进行统一识别,区别不同类型的污染源,要求各洲政府通过合作来预防、阻止以及减轻污染的发生,鼓励政府间制定可行的统一的有关预防、阻止以及减轻水污染的法规,并鼓励各洲政府间签订预防和阻止水污染事件发生的合同,国会对此类协议规定只要不与联邦法律法规发生冲突便给予赞成通过。同时,美国联邦政府还与州以及地方机构合作开展研究、调查、设计以及搜集信息等,来预防、阻止和减轻水污染。联邦政府授权环保署对各州、自治区、州市、各洲间为预防、阻止和减轻水污染的机构提供资金援助的措施来削减面源污染。
3法律制度健全
从农业生态环境保护的立法工作来看,迄今为止美国制定的农业资源法律政策已有11部,涉及土壤污染、土壤侵蚀、水土流失等方面,在农业投入品(农药管理)方面制定的法律政策有6部,地方州、县还根据自己的实际情况,制定适合本地区发展的法律政策。
二我国农业环境所面临的问题
1土壤污染
我国土壤污染种类繁多,主要是不合理地施用农药、化肥以及农膜,还有酸雨等大气类型的污染。土壤污染具有持续性、隐蔽性以及滞后性,所以我国每年因土壤污染而造成的农田减产甚至绝收,是造成粮食危机以及食品安全的重要因素。近年来,我国污水灌溉农田面积约330多万公顷,占全国总灌溉农田面积的7.3%;每年农药、化肥使用量均超过2.3kg/公顷;每年农地用膜年产量50万吨,大约20%残留在土壤中,残留的地膜会造成新一轮的污染;据2010年环境质量状况报告显示,全国酸雨面积约120万平方公里,约占国土面积的12.6%。
2水体污染
水污染是各国共同面临的一项重大难题,根据联合国2008年数据,我国拥有全世界21%的人口,但只占水资源总量的6%,人均水资源量仅为世界人均水平四分之一左右,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。随着污染范围不断扩大,程度不断加深,其质量对人类的影响已经远超数量。据水利部2011年水资源公报显示,我国北方六区2011年水资源总量为4918亿立方米,占全国水资源总量的21.1%,但总用水量却占全国的45.3%。全国七大水系近一半河段污染严重,城市附近的河流大都受到不同程度的污染,能达到2、3类水质的北方河流约有20%、南方约30%。另据近期对全国130个湖泊调查结果分析表明,目前处于富营养状态下的湖泊有51个,占调查总数的39%,占调查面积的33.8%。
3农药化肥使用不合理
我国总体上对农药化肥控制力度比发达国家低,不仅表现在法律制度的制定上,也体现在对农药化肥的使用上。我国每年因农药化肥不合理使用出现大量农药中毒事件,据26个省市1992~1996年5年间的不完全统计,共报告247340例农药中毒,致死24612人,年均病死率为9.95%。另外,据农业部对6个省26个基地县抽样调查,粮食中农药检出率为60.1%,残留超标率达1.12%。一些大城市郊区蔬菜农药检出率超过50%以上。这不但影响我国农业自身健康发展,还导致我国在农产品出口方面遭受其他国家的歧视。
三美国农业环保制度
对我国农业环境问题的启示美国农业环境得到改善主要得益于美国联邦以及州政府根据农业发展趋势,及时制定适合国家发展需要的农业环境保护法案。制度是根本,高效的执行是保障,美国农业之所以走在世界尖端之列,与其制度建设密切相关。虽然我国与美国体制不同,但针对相同的农业环境问题所需解决办法却如出一辙。美国在治理农业环境问题方面所制定的法律政策具有其先进性,值得中国借鉴。法律的制定、政策的维护、意识的培养、科研的贡献、资金的投入是环境保护工作顺利有效进行的重要保障。
1建立土壤环境影响评价制度
建立政府企业环境问责双轨制在党的十号召对官员进行绿色GDP考核以及防止造成土壤污染和生态系统破坏的背景之下,建立土壤环境影响评价十分必要。土壤环境影响评价,即在工矿企业选址建厂之前要做出土壤污染分析报告,由环保部门根据报告分析是否有必要进行专门的污染测试,对于可能造成的环境损害,包括土壤、大气、水、动植物,以及对人体健康的影响等,进行多方位的检验与评估,这应当作为企业选址建厂中的必要环节。只有那些对土壤或生态环境没有或基本没有负面影响的企业,才能建立在市区或郊区。如果对土壤影响较大但又必须建址在市郊附近,且预防措施和治理措施到位,可以允许其建厂。对于污染严重的工矿企业,禁止其在良田、水源地、居民生活区等地建厂。实施土壤环境影响评价制度可以有效地预防土壤污染的发生,高效地节约治理成本。目前,我国土壤污染责任仍以“谁污染,谁治理”为原则,因此建立政府企业环境问责双轨制对预防“点源控制”非常有必要。土壤污染的一个主要来源就是工业三废,其对土壤造成间接或直接的污染。我国现行的法律制度针对企业污染的设计主要是采取个别控制,以污染物“点源控制”为主,而非个别污染大家治理。在责任承担上,现行企业绩效考核中不包括土壤污染所导致的生态价值受损,这足以表明企业已将污染所导致的负外部性外部化,即自身收益外部受损,这对其他企业以及生态环境有失公平。党的十提出要把资源、环境、生态纳入到政府绩效评价体系中,建立以绿色GDP为导向的政绩考核体系,因此在有污染的企业选址建厂时,应先向当地政府提交环境影响评价报告书或报告表,说明其针对土壤环境评价保护措施的设计,以及相关环境科学技术的发展。另外,政府方面针对政府官员实行环境与经济综合考核的办法,即政府在接纳企业在本地区建厂时,未来就要承担各项环境标准抑或某单项环境标准的考核,并根据企业排污状况,确定奖励排污少未对环境造成危害,且与高污染的企业一同承担污染环境的责任,做到经济建设收益与环境保护同负担,以便早日实现环境保护与经济建设同步发展。
2采用综合环境制度解决水污染问题
严格实行污染物排放总量控制与公众参与监督水源区的水质量相结合的制度。国务院为了加强水污染防治工作,规定所有的工业污染源都要达标排放污染物,对于新建的企业要实行三同时制度。工矿企业根据排放污染物的性质决定从严控制还是放宽政策,对于排放有毒、有害、不可降解以及含有重金属的污染物严格控制,排放污染物的总量标准根据各地政府制定的标准严格执行,如果有过量排放的,政府应对其严格执行行政处罚;对于毒性较小、可降解的污染物放宽政策。对于建在离水源区较近的工矿企业,民众要积极监督其排放的物质是否对水源地造成危害,如果造成一定程度的危害,政府应对其采取限期治理或迁出水源地区域的措施,责令其另行选址建厂,并设立水源地保护区,严格限制有污染的企业在水域区附近建厂。在工业生产中,针对废水的处理,政府要加强管控,定期检查废水处理设施的运转以及排放区域,防止其将污水直接排入河流,造成河流以及水源地污染。最后,鼓励群众积极参与监督工矿企业排放工业三废的行动中来,排污即举报,不仅加强政府对排污行为的管控,更应当增强民众参与环保事业的责任感。
3完善我国《农药管理条例》农药对土壤以及环境的危害
加油站的设备设施除罩棚、加油岛、加油机以外,还有一些设施如储油罐、输油管线埋在地下。这些油罐、管线在环境温度及土壤的成分及湿度的作用下,随着时间的推移被逐渐地腐蚀,造成油品泄漏、污染土壤、水体的隐患,特别是,如果油罐埋设地点在饮用水系附近,则将对饮用水系构成重大污染隐患。2006年8月5日10时30分—8月6日18时,地处二级水源保护地的某加油站,油罐发生严重的漏油事故,在事故发生约30h过程中,渗入罐池油品总量超过13000L。油罐被挖开后,在油罐底部发现直径约一分钱大小的漏油孔。经对事故原因调查分析,这是一起因技术不良、罐体腐蚀所造成的设备事故罐外防腐处理未达技术要求:油罐起出时玻璃纤维外露,最外层防腐沥青涂抹不均匀。油罐安装不符合技术要求:没有设立油罐基础、罐底紧贴罐池,油罐装油后重量增加与罐池物质构成原电池腐蚀。穿孔初期受重量积压和防腐层影响,没有产生漏油,随着腐蚀加重,在8月5日上午9时进油时,罐内油位达历史高位2336mm,压强增大,击穿油罐腐蚀层造成严重漏油。本次事故由于抢救及时、得力,未对当地水源造成危害。除存在对土壤和水体造成污染的隐患外,由于汽油的主要成分是碳氢化合物,这种物质在常温常压情况下,极易在空气中挥发。不但对大气造成污染,还会由于汽油中轻组分的流失,造成油品数量损失、质量下降,且挥发出的油蒸汽与空气混合后,还会构成火灾隐患。GB11085─89《散装液体石油产品损耗》,对石油产品的运输、装卸、储存等各环节,按照不同地区、不同季节,给出了油品流通过程中,各环节的合理损耗,其中运输损耗和储存损耗主要是由于油品蒸发所致。据统计数据显示,2013年北京地区消耗成品油超过750万t,而《散装液体石油产品损耗》标准中规定,散装油品埋地罐油品损耗为0.01%,公路运输损耗(每50km)为0.01%,在油品损耗不超标的情况下,仅储存、运输环节油品蒸年发量约为1500余t。由此可见,每年蒸发出的油气对大气的污染十分严重,造成的综合经济损失也很大。
2加油站环境污染危害控制技术
随着整个社会安全、环保意识的不断增强,越来越需要一些本质安全的系统,以及一些有效的措施,来减轻加油站在使用过程中带来的负面影响。
2.1油气回收系统加油站油气回收是通过油气回收装置将加油站在卸油和加油过程中产生的油气,通过密闭流程进行收集并集中进行处理,以达到提高加油站的安全系数、减少油品损耗、保护环境的目的。加油站油气回收系统包括一次油气回收系统:负责将汽油配送罐车卸油时产生的油气,通过密闭流程,收回到罐车内。二次油气回收系统:负责将为车辆油箱加注汽油时,所产生的油气通过密闭流程收集进入油罐内。三次油气回收系统:也称后处理装置,通过采用吸附、吸收、冷凝、膜分离等方法,对二次油气回收系统回收的油气及油罐内自然挥发的油气进行回收处理,最终达到使排放气体达到国家标准的目的。在线监控系统是实时监测加油油气回收过程中的气液比、油气回收系统的密闭性和管线液阻是否正常的系统,并能记录、储存、处理和传输监测数据。油气回收系统的应用,有效减少汽油挥发气体的肆意排放,既减轻了对大气的污染,又回收了油气资源。
2.2撬装加油设施撬装加油设施是集储油罐、加油机、视频监控为一体的地面可移动加油站,是集地面防火防爆储油罐、防爆多功能油泵管路系统、油气回收装置和加油机、可整体迁移的地面加油系统。具有防火防爆,安全环保,占地面积小,便于迁移等特点,产品广泛适用于公交站点、港口、码头、机场、大型施工场地、企业内部加油站等。这种撬装加油设施因为采用了具有阻隔防爆技术的储油罐,具备防火防爆功能,因此也被称作阻隔防爆撬装加油站。阻隔防爆技术是近年来安全监督部门在易燃易爆化学危险品储运过程中大力推行的一种防止易燃易爆化危品爆炸的本质安全技术。由于爆炸是当空气中所含可燃气体或蒸气浓度达到爆炸极限范围内时,遇明火即在短时间完成的剧烈的燃烧反应,并释放出巨大的能量,导致巨大的破坏力。阻隔防爆技术是根据爆炸反应的这种特性,将盛装汽油等危险物品的容器内部空间,按一定的密度、填满用特种铝合金制成的蜂窝状的网格(仅占容器容积的0.3%~0.8%),一旦有明火出现时,这种蜂窝状的网格阻隔防爆材料,可以迅速的吸收燃烧释放出来的绝大部分热量,阻隔火焰在容器内部的传播与能量的瞬间释放,破坏燃烧介质的爆炸条件,从而达到防爆的目的。同时这种蜂窝结构具有极好的导热导静电性能,可起到消除静电、防止静电积聚的作用,从而有效的保证了易燃易爆危险化学品的储运安全。撬装加油设施除选用了具有阻隔防爆技术的储油设备外,还配套了一、二次油气回收系统。其与常规加油站最大的不同,是其储油罐非埋地安装,从根本解决了土壤腐蚀罐体、穿孔、油品渗漏又污染土壤的问题。据有资料报道:美国政府为避免地埋油罐泄漏带来的不良影响,要求相关企业对储油罐及其附属设备从设计、制造到安装都必须充分考虑其防腐、防泄漏、防爆性能,同时大力推广地面设置的轻型加油站。而撬装加油设施正是能够达到这一标准,既能减小环境污染,又能服务于社会的最佳系统。同时,撬装式加油设施具有快速安装、标准化、模块化的特点,可适应各种加油环境,设备的可拆移性,确保了灵活使用、费用低廉的经济适用性。因此,随着成品油市场需求的增加,推广撬装式加油设施对于广大农村乡镇、大型企业、城市特殊区域有着十分重要的意义。
3加油站危险废物处理方法引起的思考
关键词:环境价值 评估方法 环境评估期权定价法
2016年4月17日,央视报道了江苏常州外国语学校搬迁新址后,许多学生先后被检查出皮炎、血液指标异常等情况,个别学生查出被患有淋巴癌等。而学校附近正在开挖的地块上曾是三家化工厂,学生们的身体异常情况疑与化工厂的“毒地”相关。
2014年4月,环保部和国土资源部公布了《全国土壤污染状况调查公报》,这是中国首次公布全国土壤污染状况的调查。根据公报,此次调查覆盖面积为630万平方公里,全国土壤总的超标率为16.1%,单从此次调查的范围来看,受到污染的土壤面积就超过了100万平方公里。
随着环境问题的增多,人们对如何对环境污染造成的损失进行评估等问题也日益关注,这也导致了社会对环境影响评估的日益关注。
一、研究的意义
(一)有利于评估环境污染的影响
长时间、大范围的环境污染造成的损失究竟有多大,污染对环境未来的影响有多深,这些问题的解答都需要一套比较完善的环境影响评估方法。
(二)有利于合理分配、利用、保护环境资源
从环境经济学角度来讲,环境作为一种资源,具备“稀缺”的特性,所以从经济学角度,也需要一套比较完善的环境资源价值评估方法来对环境进行评估,从而有利于人们合理地分配、利用、保护环境资源。
(三)有利于推行“绿色经济”
现有的经济指标只能用来反映人的经济活动,而对于环境资源消耗的评估则无能为力。基于对经济更加全面评估的考虑,需要一套环境影响评估体系。联合国于1993年推出了《综合环境与经济核算体系》,建立起了EDP(也称“绿色GDP”)为核心的环境经济估算体系。
二、国内外环境影响评估方法综述
(一)环境的价值构成
环境影响评估(EIA)源于20世纪60年代。在美国,直到1969年《国家环境政策法案》的出台,环境影响评估才获得正式身份(formal status)。从作用上来说,环境影响评估是联系环境和经济的纽带。在环境经济学上为了衡量环境影响,把环境价值定义为货币运动影响的环境价值流,用环境价值来体现环境影响。英国著名经济学家D ・ 皮尔斯将环境资源的价值(total environmental value,简称为TEV)分为使用价值(use value,简称为UV)和非使用价值(nonuse value,简称为NUV),见图1。
(二)环境影响的评估方法
1.国外环境影响评估方法的研究
这里主要介绍两种方法。
一种方法是生命周期评估法(LCA)。生命周期评估法(life-cycle assessment,简称LCA),也称生命周期分析法,是指根据产品的生命周期(即从原材料的提取到材料加工、生产、分配、使用、维修和保养,处理或回收)来确定环境影响的一种方法。由于生命周期评估法针对的是生命周期,因此该方法主要用于评估工业产品对环境的影响。生命周期评估法的优点在于可以从以下三个步骤帮助人们避免由于对环境问题考虑不周全而造成的评估错误:
第一步:编写一个有关能源、材料投入和污染物排放的清单;
第二步:评估已有的投入和污染物排放的相关潜在影响;
第三步:根据对影响的分析来帮助决策者做出更加合理的决定。
另一种方法是模糊逻辑法(Fussy logic)。模糊逻辑法最早由加州大学伯克利分校的教授Lotfi Zadeh于1965年提出。在这种方法中,所有的变量取值可以是0到1之间的任何实数,从而显得“模糊”(即取值不确定),因此被称为模糊逻辑法。模糊逻辑的方法被用来处理变量不容易被量化的问题,比如环境领域的一些问题。环境影响评估方法需要通过测量的数据来估算影响指标的具体数值。然而,许多环境影响的因素是无法被量化的,比如景观质量、生活质量和社会认可度。因此可以根据专家判断和被采纳的社会舆论观点得到环境影响的结论,而不是单纯从环境影响评估方法本身得到想要的结论。这种方法的优点在于解决了很多变量无法被量化的问题,但缺点是加入了主观性,使得评估的客观性受到了一定影响。
2.国内环境影响评估方法的研究
国内的环境价值评估研究始于20世纪80年代初,到目前为止发表了大量相关文献。虽然文献很多,但是总的说来评估方法可以归纳为以下几种,见图2。
三、我国环境影响评估方法的不足
1.环境影响评估方法的不足
我国的环境影响评估虽然取得了一定的进步,但是仍然暴露出一些问题。首先,目前我国的价值评估方法大都以1983年梅纳德 ・ 哈弗斯密特等著的书《环境、自然系统和发展――经济评价指南》作为参考, 时效性显得不足;其次,在新技术与环境影响评估方法的结合方面,还有很长的路要走;再次,虽然涌现了大批实证方面的文章,但在理论创新方面,还相对较少;最后,在产业交叉方面的环境影响评估研究不足。
2.新的改进方法――环境评估期权定价法
目前已有的环境评估方法大都对环境影响的效果进行评估,其问题在于大都是针对某一时刻环境影响的效果进行评估,是静态的评估,而环境影响是一个动态的过程;而且目前我国处理污染责任方的主要方式是通过政府对污染企业进行金钱上的处罚,大都是“一锤子”买卖,而污染责任方在处罚之后,有的还在继续污染环境,一次性的处罚很难在真正意义上起到遏制污染的效果,因此迫切需要一种动态的环境评估方法。
出于以上考虑,并结合对金融衍生产品的借鉴,笔者试着提出一种新的环境评估方法――环境评估期权定价法。
(1)该方法的原理
期权的定义:期权(Option),是一种选择权,指一种能在未来某个特定时间以特定价格买入或卖出一定数量的某种特定商品的权利。
首先,政府可以将手中的优惠政策(税收减免、土地批准使用等)提供给企业。企业要发行“环境污染卖出看涨期权”。
其次,企业作为期权的发行方,为了“诱使”民众(不得不)进入交易,将期权的年化收益率设置在大于或等于银行的存款利率。这样如果到期,企业没有污染,则民众获得银行利率;如果有污染,则可以行使做空期权,获得成倍的赔偿。
民众所获得的期望= P*r+(1-P)*nr=[P+(1-P)n] r>r。 而民众的风险是0,即如果不污染,企业在一段时期后,必须连本带利回收期权;如果污染,则民众能够获得更多的赔偿,所以民众会选择进入期权市场。
这样就建立起了三方博弈。
(2)该方法的效果
该方法是建立在企业的角度上,并且企业的亏损(只是指环境污染方面)会转化为民众的收益,具体盈亏情况如下:最大获利:权利金;最大损失:无限制;环境评估效果越差,亏损越大。见图3.
(3)该方法的优点
第一,避免了“一锤子买卖”的环境污染惩罚机制;
第二,是一个相对动态的环境影响评估方法;
第三,赋予民众在环境影响评价中以重要角色,而不是像以前民众只能作为环境污染的被动承受者;
第四,由于污染的亏损金跟企业对环境的影响挂钩,因此对企业的约束性更强,从一个侧面降低了政府的监督成本。
参考文献:
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关键词:根系土壤;pH;镉形态;农作物有效性
重金属镉被列为环境污染物中最危险的五种物质之一[1],据《全国土壤染污状况调查公报》[2],镉居镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机染污物之首,点位超标率达7.0%。重金属的环境行为和生态效应与重金属在土壤中存在的有效态密不可分,不同有效态的重金属,其活性和毒性有很大差异。陈志良等[3]研究认为水溶态、交换态的重金属活性、毒性最强,残渣态与强有机态的重金属活性、毒性最低,而腐殖酸态的重金属活性、毒性居中。植物吸收或地下水渗透到土壤中的重金属并不是重金属的总量,而只是重金属的某些形态,主要指重金属的有效态[4]。20世纪70年代初发展起来的重金属连
续提取法可以对金属元素在土壤各固相组分中的分布进行定量测定[5],从而更好地评价和预测重金属在土壤、水相悬浮物和沉积物中的形态、数量、移动性、生物有效性以及毒性等[6]。
在生态地球化学调查评价、农业地质调查评价项目中对土壤重金属环境地球化学等级划分时仅依据重金属的总量,而未考虑重金属的形态。土壤重金属超标区,农作物中重金属不一定超标,且不同类型、品种的农作物对重金属富集程度也不相同,因此对土壤重金属评价应考虑加入重金属形态、种植农作物品种、土地利用类型等因子进行综合评价。
文章将分析研究根系土壤中镉总量、各形态含量、pH的相关性以及Cd各形态对农作物的有效性,对如何抑制本区Cd的活化,减小Cd对农作物的有效性,降低生态风险,保障农产品的安全提供依据。
1 材料与方法
样品采集与分析:
样品采自农业种植区,调查区面积约30km2,区内典型种植制度为水稻(玉米)-蔬菜,水稻品种主要为杂交稻、粳稻、香稻。在农作物大面积分布区,选择较大田块用对角线法多点采样,共采集水稻(杂交稻11件、粳稻11件、香稻7件)及配套根系土壤各29件,玉米及配套根系土壤1件。单个农作物及根系土壤样品重约1000g。根系土壤样品用全新无污染布袋盛装,并套上自封带。
农作物样品经自然风干,用自封带封装保存。土壤样品经自然风干、用橡皮锤压碎、并除去植物根系等异物,干燥后的样品完全过20目尼龙筛,充分混匀后,用对角缩分法取200g正样、500g副样贮于聚乙烯塑料瓶中备用。
Cd形态分析样品送国土资源部合肥矿产资源监督检测中心,采用改进的Tessier连续提取法对镉形态进行分析,将Cd形态分为水溶态、离子交换态、碳酸盐态、腐殖酸态、铁锰氧化态、强有机态、残渣态。农作物样品送国土资源部成都综合岩矿测试中心,主要分析仪器为电感耦合等离子体质谱仪等。
2 结果讨论
2.1 根系土壤中Cd含量特征
调查区根系土壤Cd含量范围0.238~6.669mg/kg,pH值范围4.91~8.05,pH值小于6.5的样品25件,占83.3%,以酸性土壤为主(表1)。依据《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)限量值[7]对根系土壤进行级别划分,二级样品6件、三级样品15件、超三级样品9件,三级及超三级样品占80%。
2.2 根系土壤中Cd形态分析
从根系土壤中Cd形态平均含量统计来看,Cd主要以离子交换态存在,平均含量百分比43.34%。Cd形态平均含量百分比顺序为:离子交换态(43.34%)>碳酸盐态(11.91%)>铁锰氧化态(10.85%)>腐殖酸态(9.49%)>强有机态(7.99%)>残渣态(4.24%)>水溶态(3.02%)。董建军[8]研究表明,农田土壤中Cd以离子交换态为主,水溶态含量最低。王其枫等[9]研究表明,农田土壤Cd以酸提取态和可还原态为主,占到4种形态和近89%。
2.2.1 水溶态
水溶态Cd含量范围0.001~0.267mg/kg,平均含量0.033mg/kg,含量百分比范围0.3%~10.79%,平均含量百分比3.02%。水溶态Cd含量百分比与pH值相关系数为-0.202,随pH值增大而减小。
2.2.2 离子交换态
离子交换态Cd含量范围0.03~3.47mg/kg,平均含量0.479mg/kg含量百分比范围11.99%~62.85%,平均含量百分比43.34%。离子交换态Cd含量百分比与pH值呈负相关,相关系数-0.073。离子交换态Cd含量百分比在p
对离子交换态Cd含量百分比与pH值关系用一元二次函数方程进行拟合,趋势线呈明显的“拱”形,离子交换态Cd含量与碳酸盐态、强有机态Cd可谓此消彼涨。在pH值6.5时,离子交换态Cd含量随pH值增加呈下降趋势,与杨宗芳等[10]研究相一致。
2.2.3 碳酸盐态
碳酸盐态Cd含量范围0.008~0.904mg/kg,平均含量0.132mg/kg,含量百分比范围2.82%~30.00%,平均含量百分比11.91%。碳酸盐态Cd含量百分比与pH值呈正相关,相关系数0.215。用一元二次函数方程对碳酸盐态Cd含量百分比与pH值关系进行拟合,趋势线呈明显的“凹”形,与强有机态变化趋势一致。杨宗芳等[10]研究认为碳酸盐态Cd含量百分比随pH值增大而增大,王学峰等[11]研究认为pH值7,Cd含量与pH值呈负相关。
2.2.4 腐殖酸态
腐殖酸态Cd含量范围0.022~0.312mg/kg,平均含量0.105mg/kg,腐殖酸态Cd含量百分比范围3.78%~51.69%,平均含量百分比9.49%。腐殖酸态Cd含量百分比与pH值呈负相关,相关系数-0.127。当pH值
刘保峰[12]研究表明由于腐殖酸组分中含有多种含氧功能团,分布在腐殖酸分子表面的羧基、酚羟基等的解离和氨基的质子化,会使腐殖酸带电,而且是以负电荷为主,因而能吸附外界的阳离子,但被腐殖酸表面集团吸附的重金属离子不稳定,在外界条件发生改变时(如环境的酸度增大),由于腐殖酸表面负电荷减少,从而导致被吸附的重金属阳离子被解吸下来。华珞[13]等比较了土壤腐殖酸(HA、FA)与Cd、Zn的络合物稳定性,结果表明在重金属污染土壤中施用大分子腐殖酸较小分子腐殖酸更能有效地降低重金属的植物有效性。
2.2.5 铁锰氧化态
铁锰氧化态Cd含量范围0.008~0.528mg/kg,平均含量0.120mg/kg,含量百分比范围2.79%~27.62%,平均含量百分比10.85%。铁锰氧化态Cd含量百分比与pH值呈正相关,相关系数0.309,铁锰氧化态Cd含量随着pH值增大而增加趋势,与杨宗芳等[10]研究相一致。杨元根[14]等研究表明,铁锰氧化态重金属在还原条件下易溶解释放。李宇庆等[15]认为土壤中pH值和氧化还原条件变化,对铁锰氧化态有重要影响,pH值和氧化还原电位较高时,有利于铁锰氧化物的形成。
2.2.6 强有机态
强有机态Cd含量范围0.004~0.248mg/kg,平均含量0.088mg/kg,含量百分比范围1.15%~32.74%,平均含量百分比7.99%。强有机态Cd含量百分比与pH值呈正相关,相关系数0.117。用一元二次函数方程对强有机态Cd含量百分比与pH值关系进行拟合,趋势线呈明显的“凹”形,与碳酸盐态Cd趋势一致。当pH值7.5时,强有机态Cd含量百分比随pH值增大而增大。强有机态Cd是重金属被固化状态,不易被植物吸收,对环境影响较小。
2.2.7 残渣态
残渣态Cd含量范围0.009~0.127mg/kg,平均含量0.047mg/kg。含量百分比范围1.36%~28.92%,平均含量百分比4.24%。残渣态Cd含量百分比与pH值呈负相关,相关系数-0.078。刘保峰等[12]研究认为,残渣态重金属一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等土壤晶格中,它们源于土壤矿物,性质稳定,在自然界正常条件下不易释放,能长期稳定在沉积物中,不易为植物吸收,故在整个土壤生态系统中对食物链影响较小。
2.3 Cd的农作物有效性
2.3.1 农作物中Cd含量
根据表3中《食品中污染物限量》[16]Cd限量标准,农作物中玉米不超标,29件糙米样品中有9件超标。农作物超标样品与对应根系土壤pH值分布见图3,pH值7.5时,10件农作物中Cd均不超标,pH值分。
布于5.5~7.5内,20件农作物有9件超标,超标率45%。根系土壤Cd有效态(水溶态+离子交换态)0.5mg/kg,8件样品中有7件超标,超标率87.5%。
各品种水稻对镉平均富集能力为杂交稻(0.475)>香稻(0.331)>粳稻(0.234),超标样品中Cd平均含量杂交稻(1.95mg/kg)>香稻(1.27mg/kg)>粳稻(0.54mg/kg)。李坤全等[17]研究表明,糙米中的镉浓度与品种类型有关,即籼型> 新株型>粳型,王凯荣等[18]研究表明,杂交稻比常规稻对镉有较强的吸收及向籽粒运输的能力。
GX15、GX18、GX23、GX28根系土壤样品中Cd总量为0.333~0.920mg/kg,pH范围7.60~8.05,根系土壤呈碱性,有效态含量0.091~0.177mg/kg,平均含量22.77%,明显低于pH值
王凯荣[22]、林健[23]研究表明水稻籽实中重金属主要来源于土壤。张玉秀[24]等对水稻的研究表明,植物籽粒中的Cd几乎不能运输到其他部分,主要通过食物链进入动物和人体中,Cd大量积累于糊粉层中,将糙米加工成精米时,Cd含量下降为75.9%,可降低Cd对人类健康危害。杨忠芳[10]等认为增放有机肥、保持土壤碱性环境、增加土壤铁锰氧化物含量是减少Cd污染土壤对生态系统危害的有效手段。
2.3.2 Cd对粳稻的有效性
11件粳稻糙米Cd含量范围0.01~0.95mg/kg,平均含量0.169mg/kg,超标样品3件,超标率27.3%,超标样品Cd平均含量0.54mg/kg。粳稻糙米对Cd的富集系数(糙米中Cd含量/根系土壤中Cd含量)范围0.027~1.163,平均富集系数0.234。在p
离子交换态、碳酸盐态、水溶态Cd对粳稻具有较强的有效性。
2.3.3 Cd对香稻的有效性
8件香稻糙米Cd含量范围0.01~2.46mg/kg,平均含量0.574mg/kg,超标样品3件,超标率37.5%,超标样品Cd平均含量1.27mg/kg。香稻糙米对Cd的富集系数范围0.009~1.251,平均富集系数0.331。在p
离子交换态、腐殖酸态、水溶态Cd对香稻具有较强的有效性。
2.3.4 Cd对杂交稻的有效性
11件杂交稻糙米Cd含量范围0.01~2.46mg/kg,平均含量0.553mg/kg,超标样品3件,超标率27.3%,超标样品Cd平均含量1.95mg/kg。杂交稻糙米对Cd的富集系数范围0.018~1.536,平均富集系数0.475。在p
腐殖酸态、离子交换态、水溶态Cd对杂交稻具有较强的有效性。
3 结束语
调查区根系土壤Cd含量主要为三级和超三级,根系土壤中Cd形态主要以离子交换态为主。离子交换态Cd含量百分比随pH值变化呈明显“拱”形,在pH值6.5时,随pH值增大呈下降趋势,且与碳酸盐态、强有机态呈此消彼涨有关系。水溶态、腐殖酸态与残渣态Cd含量百分比随着pH值增加而减小,铁锰氧化态Cd含量百分比随着pH值增大而增大,Cd对粳稻、香稻、杂交稻有效性较强的形态主要为离子交换态和水溶态。当根系土壤中有Cd有效态(离子交换态+水溶态)含量>0.5mg/kg,pH值在5.5~7.5之间,农作物中镉含量超标比例最高。因此控制土壤pH值>7.5,有利于降低土壤中Cd有效态(水溶态、离子交换态)的含量,提高碳酸盐态、强有机态、铁锰氧化态Cd含量百分比,降低Cd对农作物的有效性,从而保障农产品的安全。
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在过去的两年,空气质量无疑是中国人谈论得最多的话题。频繁出现的雾霾蔽天现象告诉我们,中国长期粗放型产业发展模式及城市疯狂扩张、社会管理不完善等共同酿造的环境问题,已经到了集中爆发的阶段。空气质量问题不仅影响人们的正常生活与身体健康,而且还催生出了一个新的群体――“环境移民”,他们正在逐渐改变着中国社会的结构,影响着区域之间的发展以及生态环境。
环境恶化催生移民热潮
据调查显示,截至2013年,中国海外移民存量已达到934.3万人,23年间人数增长了128.6%,中国已成为全球第四大移民输出国。
移民本是国际社会的正常现象,但是中国与全球化研究智库对中国移民人群的调查指出,其中近70%的人认为,环境、医疗水平等因素成为他们移民的重要原因。从现实的情况也可以看出,移民人群多数直接指向“纯氧生活”。
亚洲开发银行发表的数据也显示,早在2010年,亚洲就有3000万人口因气象灾害而被迫离开家园,而鉴于这个数字,到2020年,全球有5000万人口成为环境难民将是一个乐观的预测。国际移民组织的报告称,到2050年,全球或将会有十亿人口成为环境难民。
移民热虽然不是中国的专利,环境恶化也不是个别国家独有的现象,但是中国环境的日益恶化加剧了“环境移民”的产生则是不争的事实。2013年,长三角、东北、京津冀等地区,大气污染程度已经达到了无以复加的地步。与此同时,各种水污染事件频频发生,大量的癌症村不断出现。不久前,一份由公益人士制作的“癌症村地图”在网上广为流传,地图上标注的中国“癌症村”超过200个。中国疾控中心专家长期研究的《淮河流域水环境与消化道肿瘤死亡图集》,首次证实了癌症高发与水污染的直接关系。
土壤污染方面,环保部和国土资源部近期联合的全国土壤污染状况调查公报显示,从2005年到2013年,中国16.1%的土壤受到污染,其中可耕地污染达19.4%,且污染程度明显比1986年到1990年进行的调查结果高出很多。而近年来不断出现的重金属超标和镉大米事件,也凸显了土壤污染的形势严峻。
更有甚者,曾经的一些世外桃源,也难逃被污染的厄运。在山东省莱州市,这个有着“中国长寿之乡”美誉的地方,正在遭受着日益严重的化工污染,当地部分村庄已成为“癌症村”,众多癌症患者用生命警示着莱州湾南岸生态环境的恶化。
长寿乡变癌症村,这虽然只是个例,却未必不是环境恶化全局表现的一个缩影。环境污染和生态恶化,公众是最直接的受害者,也最有发言权。从某种意义讲,富人精英们选择移民,其实就是在“用脚投票”,用实际行动来缓解自我心中的恐惧。而更深层次的问题还在于,有钱人及社会精英可以选择当“环境移民”,许多没钱的普通大众,是否注定只能成为“环境难民”?
问苍茫大地何处可安家
在享受都市繁华和优厚福利的同时,坐拥优美环境和新鲜空气,这几乎成了“环境移民”的理想生活方式。这也是为什么中国富裕阶层纷纷移民美国、加拿大、澳大利亚、新西兰等移民型国家,或者其他一些环境宜人的欧洲小国的重要原因。
欧美等发达国家,较早完成了工业革命和资本原始积累,并且均在环境保护方面投入了巨大成本,这使得欧美国家拥有繁华都市的同时留住了优美环境。据研究机构对国际上主要城市PM2.5值的随机抽查,发现在美国、加拿大、英国、日本的大城市,其PM2.5最高值均比中国东部或中部主要城市的要小得多。
而另一部分留在中国大地上的中产阶层,他们拥有一定的财富和知识,虽然无法移向国外,但是由于无法忍受大城市拥挤的生存空间和糟糕的空气,他们毅然选择了成本较低、环境较好、人口总量相对较少的云南大理、海南三亚、山东威海、广东珠海等宜居中小城市。
储南滨,在深圳闯荡商界多年的成功商人。常年高负荷、快节奏地工作,让他身心疲惫,并最终落下了严重的肝病。一次偶然的机会,他来到了云南大理,很快就爱上了这里的阳光、空气和水,这些大城市的“奢侈品”大理都拥有。一段时间之后,他发现自己虚弱的身体开始慢慢恢复。他说:“虽然不知道各项指标发生了什么变化,但精神对比从前明显好得多。”
储南滨每天喝的都是从苍山顶峰峡谷蜿蜒而下的莫残溪水,那种纯净沁人心脾,他开玩笑地说:“现在冲厕所用的都是山泉水。”他说,上帝馈赠给大理的自然资源是他爱上这里的唯一理由。
巴马,世界有名的长寿之乡。这里的好山好水,以及流经其中的盘阳河流光溢彩,吸引着许多大城市里的人来此定居。他们相信,逃离了大城市浑浊的空气、不堪重负的工作压力和被染污的食品,身体会更健康,重疾也会得到缓解。有统计者称,如今长居在巴马养生的人就超过3万,他们被称为“候鸟人”。
王继成,土生土长的北京人。2006年退休之后,王继成夫妇把老年生活安放在离北京直线距离2300公里之外的地方――广西北海。在他们看来,那里有温润的气候、清新的空气、干净的水,为了这些,故土不再难离。
通过几年的生活比较,王继成的老伴张世贤深刻体会到,两地的空气、水和饮食的差距,对身体的影响很明显。张世贤每年做两次体检,五六月份的时候在北京体检,一般胆固醇会高一些,但回到北海之后12月份做体检,胆固醇就恢复到正常值了。这些反复而有规律的变化,让张世贤体会到,环境对身体的影响,真的是很大。
来自北京的环保志愿者张醒生则提到,他身边很多朋友,尤其有了孩子之后,有条件的都移民出国了。北京高企的房价,恶劣的环境,使得很多人在考虑第二代生活的时候,选择出走。大人抗污染能力强一点,孩子的肺却是非常脆弱的,糟糕的空气对孩子的身体是一辈子的损害。
移民大军不断蚕食生态资源
当“环境移民”到了新地方,毫无疑问将对当地经济发展起到正面推动的作用。然而,随着蜂拥而来的人群集聚,许多往日宁静幽雅的地方也渐渐变得喧嚣起来,淳朴安详如田园牧歌般的世外桃源纷纷陷入无序发展之中,那些曾经纯净自然的生态还能保持多久?这一问题,在中国的许多地方已经开始凸显。
“我认为中国很多地区自然条件非常好,但因为人文环境很差,最后害得自然环境也差了。”储南滨说。在他眼里,如今的大理变得越来越像曾经的丽江,高端社区、国际酒店、商场、酒吧……面对这个正在朝着都市化大踏步迈进的大理,储南滨“不仅失望,而且绝望”。以前,他从大理机场出来,汽车穿过洱海湿地,道路两旁几乎看不到任何房子,缓缓进入下关,再进入大理古城,“那种感觉太美了”。现在他从机场开车进古城,发现道路两旁全是别墅社区,它们占用了大片湿地,洱海在悄然萎缩。前段时间,储南滨跟朋友聊天时,第一次提到想卖掉大理的房子,因为在他看来,大理很快就要“完蛋了”。
在巴马,这个享誉世界的长寿之乡,如今在许多人眼里,“这片净土已太过拥挤太商业化。”在巴马当地,有些农民在自家宅基地上盖房子,为了满足日益增多的外来人口,房子有建到22层高的。
与巴马山水相连的凤山县,也是长寿之地,环境幽雅。有记者来到凤山县采访,当地人就再三叮嘱,“不要写我们村子的名字。”淳朴的村民们说,不希望有人慕名而来:“但愿这个小村子能永远宁静悠闲。”这想法虽然有点自私,然而却也道出了庞大的“环境移民”带来的环境隐忧。
2013年冬天,威海这个以优质环境著称的城市,有史以来第一次出现了雾霾。更加值得担忧的是,随着“环境移民”的大量涌入,威海的环境隐忧也日渐凸显。“十年之前,我们刚来威海时,这里的海水非常干净。但十年过后,海水的清澈程度已经没那么明显了。”因为环境而选择定居威海的郭玲春痛心地说。
关键词:固化剂;重金属污染底泥;固化/稳定化修复技术
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2016)13-0097-05
重金属是指相对密度在4.5g/cm3以上,或比重大于5的金属。与有机物不同,重金属无法被微生物降解,且能够富集在生物体内,因此重金属污染物潜在危害性大。由泥沙、黏土、有机质及各种矿物混合形成的底泥,经过一系列物理化学、生物、水体传输等作用而沉积于水体底部形成。重金属一旦进入水体,可通过吸附、络合、沉淀等作用,富集在河床表层底泥中,其在底泥中的含量可超过上覆水体含量数个数量级,成为水体重金属的储存库和归宿[1]。当环境条件变化时,部分重金属可能会通过解吸、溶解、氧化还原等作用,从底泥中释放,引起水体二次污染[2]。底泥中重金属的不断积累不仅对水生生物、沿河居民饮用水和农田安全灌溉构成严重威胁,还可能通过食物链危害人体健康。因此,对重金属污染底泥安全处置显得尤为必要。
当前国内外对于底泥中污染物的修复方法主要有4种,分别是原位固定、原位处理、异位固定和异位处理[3]。原位固定或处理是指对污染的底泥不进行疏浚而直接采用固化/稳定化或者生物降解等手段消除底泥污染的行为;异位固定或处理是指将污染的底泥疏浚后再进行处理,消除污染物对水体的危害的行为。原位处理的效率一般情况下低于异位处理的效率,且工艺过程控制较困难,不能彻底消除其毒性,所以原位处理技术并未在实际工程中广泛应用[4]。
固化主要是指向土壤或底泥中添加固化剂而形成石块状固体,并将污染物转化为不易溶解、迁移能力弱和毒性小的状态的过程[5];或投加固化剂使底泥由颗粒状或者流体状变为能满足一定工程特性(如路基填料)的紧密固体,并将重金属包裹在固化体中,减少重金属向外界的迁移[6];稳定化是指在底泥中投加螯合剂使重金属由不稳定态(水溶态、离子交换态)转变成稳定态(残渣态),显著降低重金属的生物活性[7]。利用固化/稳定化技术处理重金属污染底泥,是现阶段比较合理的处理方式[8-9]。本文将从当前我国底泥重金属污染现状及固化/稳定化修复技术发展进行综述,为底泥重金属污染综合治理与修复提供科学依据。
1 我国底泥重金属污染现状
1.1 底泥重金属污染物的来源 底泥中重金属的来源包括自然源和人为源2个方面。自然源中,成土母质及成土过程对底泥中重金属的含量影响较大;而人为源则是底泥中重金属的最重要来源。重金属通过各类废水、土壤冲刷、地表径流、大气降尘、大气降水及农药施用等途径进入水体后[10],通过复杂的物理、化学、生物和沉积过程在底泥中逐渐富集。
1.1.1 各类废水 工业废水和城市生活污水是造成底泥重金属污染的重要原因。通常,河流沿岸分布着大大小小的企业,如印染厂、制衣厂、皮革厂等等。一方面,一些未经(充分)处理的废水直接进入水体;另一方面,尽管一些废水重金属污染物浓度未超标,但由于废水排放量巨大,使得水体和底泥吸纳了大量污染物,呈现缓慢污染的现象。同时,很多地方的生活污水没有连接到排污管网而直接排放入水体,当进入水体的污染物数量超过了水体的自净能力,导致水体质量下降和恶化,进而造成水体和底泥的污染。
1.1.2 固体废弃物 靠近城镇的河流周边经常随意堆放大量的建筑垃圾、生活垃圾,自然降水(尤其是酸雨)和排水使固体废弃物中所含的重金属元素以废弃堆为中心向四周环境扩散,进入水体,被底泥富集。另外,大型工矿企业的矿渣场(如馇、钢渣等)、灰渣场、粉煤灰场等,在雨水和地表径流的冲刷下,重金属会通过地表径流进入附近水体底泥中。
1.1.3 土壤冲刷 2014年国家环境保护部和国土资源部的《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国耕地质量堪忧,Cd成为首要污染物(点位超标率7.0%),其含量呈从西北到东南、从东北到西南逐渐增加的趋势。2015年《中国耕地地球化学报告》显示,我国污染或超标耕地约0.076亿hm2,主要分布在湘鄂赣皖区、闽粤琼区和西南区。土壤中的重金属可通过降雨、地表径流等方式转移到底泥中。如磷肥中重金属Cd的含量较高,长期施用磷肥,会造成土壤中重金属Cd含量增大;规模化养殖场使用的有机肥料中大都含有重金属添加剂(如Zn、Cu等),这些有机肥料在农田施用时,会导致Zn、Cu等重金属元素含量增加。
1.1.4 大气沉降 交通运输、能源产业(发电厂)、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘,金属矿山的开采和冶炼、电镀等是大气中重金属污染物的主要来源。这类污染源中的重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气中,通过干沉降(主要是颗粒物)或湿沉降(主要是雨水)的方式进入水体、土壤,进而沉积到底泥中并最终影响人类健康[11-12]。
1.2 底泥重金属污染现状 滑丽萍等[13]通过搜集我国不同区域湖泊底泥重金属含量背景值发现,我国湖泊底泥重金属污染程度不均,临近工矿企业及人类经济活动区的湖泊底泥重金属污染较重,远离这些区域的湖泊则保持比较洁净的水体环境。张颖等[14]采用潜在生态风险指数分析法对松花江全江段表层沉积物调查发现,松花江表层沉积物中重金属Hg和As的空间分布离散性较大,Cd和Pb相对较均匀,整体上松花江重金属污染处于低度风险水平,仅个别断面处于中度风险水平。戴秀丽等[15]通过对太湖沉积物重金属含量的分析发现,太湖Cu的污染级别高于其他污染金属,且集中在太湖北部地区;Cr属轻度污染,但其空间分布较广且均衡,与周边污染点源关系密切。李鸣等[16]通过测定鄱阳湖湖区、入湖口及出湖口水体及底泥中重金属含量发现,鄱阳湖水体中重金属含量较低(远低于国家标准),但鄱阳湖底泥中重金属积累较严重,Zn、Cu、Pb、Cd的含量均超过背景值。张鑫等[17]对安徽铜陵矿区水系沉积物中重金属进行潜在生态危害评价表明,沉积物中Cu、Pb和Zn的含量变化大,Hg和Cr变化小,除Hg、Cr和Zn外,其他重金属都为强和极强生态危害。
2 固化/稳定化修复技术
底泥重金属污染按修复原理可分为物理、化学、生物及联合修复技术。由于目前尚缺乏经济高效的手段将重金属从底泥中直接去除,因此,通过化学手段降低重金属活性,减小污染物向食物链的迁移是进行底泥重金属污染修复的重要方法。固化/稳定化的目的是封闭污染物,最大程度地减少污染物释放到环境中,同时提高废物的物理力学性质。相比于微生物和植物修复的低效率、长周期以及物理修复高成本的缺点,固化/稳定化技术具有操作简单、成本低、效率高等优点。
固化剂的选择是重金属固化/稳定化修复技术的关键,固化/稳定化所用的惰性材料称为固化剂[18],常用的固化剂类型为无机固化剂、有机固化剂和复配固化剂。无机固化剂主要有磷矿石、磷酸氢钙、羟基磷灰石等磷酸盐类物质以及硅藻土、膨润土、天然沸石等矿物;有机固化剂主要有草炭、农家肥、绿肥等有机肥料[27]。固化材料有水泥、粉煤灰、石灰和石膏粉等。
水泥固化主要产生起胶结作用的水化硅酸钙;粉煤灰与水泥混合使用产生水化铝酸钙和水化硅酸钙;粉煤灰主要起充填作用;石灰固化产生碳酸钙,具有一定的脱水作用;石膏固化产生钙矾石,具有充填作用[20],具体如表1。
2.2 磷酸盐类固化剂 羟基磷灰石和磷酸氢钙等磷酸盐类固化剂效果好、性价比较高,磷酸盐将重金属元素吸附在其表面或与重金属发生反应生成沉淀或矿物[19]。陈世宝[21]等为了研究含磷化合物对固化/稳定化土壤中有效态铅的影响,向重金属污染的土壤中施加了不同性质的含磷化合物,结果表明,在重金属污染的土壤中加入羟基磷灰石、磷酸氢钙和磷矿粉能明显降低土壤表层的有效态铅含量,并且发现有效态铅的含量随施入的磷含量的增加而显著降低。
2.3 含铁类固化剂 一些研究表明,针铁矿、铁砂FeSO4、Fe2(SO4)3、FeCl3和石灰对As有良好的固定作用[25-27]。在碱性和氧化条件下,铁主要以Fe3+存在,水解生成Fe(OH)3。Fe(OH)3既能吸附不稳定扩散状态的胶体,起到水质净化的作用,又可以利用其自身带有正电荷的特性,强烈地吸附磷,降低底泥磷的释放。此外,Fe(OH)3还能与磷反应生成磷酸铁以及络合物(FeOOH-PO4)的形态而去除磷[28]。但含铁类固化剂的处理效果容易受氧化还原电位和pH值的影响,通常都需结合其他的辅助措施[5]。近年来出现的复合铁盐与高分子聚合铁盐,如复合亚铁、聚硫酸铁等被逐渐应用于重金属污染底泥的固化处理中且效果较好[29]。
2.4 铝盐类 作为底泥固化/稳定化应用最早和最广泛的铝盐,主要有硫酸铝(明矾)、氯化铝和聚合氯化铝等,其水解后形成的A1(OH)3絮状体,既能去除水体中的颗粒物并吸附底泥中溶出的磷[5],又可以吸附水体中的重金属离子,如铬、铜、铅、锌等[30]。铝盐用于底泥钝化效果较稳定,不受氧化还原电位影响,成本低,且有效时间长。如在美国佛蒙特州的Morey lake,投加铝酸钠和明矾来控制底泥磷的释放,5年后该湖上层水体总磷浓度由20~30μg/L下降至10μg/L以下[31]。
2.5 天然矿物类固化剂 海泡石、沸石等天然矿物材料,颗粒小、比表面积大,矿物表面富集负电荷,具有较强的离子交换能力和吸附性。章萍等[32]向苏州河的污染底泥中加入了膨润土,结果表明,钙基膨润土对铜、铅和锌均具有较大的吸附性能,且溶液pH值升高时,对这3种重金属的吸附效果增强。
2.6 有机物料 农家肥一类的有机质用于固化/稳定化底泥中的重金属,作用机理主要是含有的胡敏素和胡敏酸等能够与底泥中的重金属离子发生络合作用,形成难溶物,以此降低重金属毒性及生物可利用性[19]。华珞[33]等向重金属污染的土壤中施加了猪厩肥进行固化/稳定化研究,结果显示,施入猪厩肥可以使土壤中的碳酸盐态锌和有效态锌的含量升高,而铁猛氧化物结合态镉、有效态镉及铁猛氧化物结合态锌的含量降低。Houben等[34]向重金属污染底泥中施加有机肥后,可交换态的铅、镉和锌的含量均有大幅度的减少,固化/稳定化效果明显。
2.7 复配固化剂 底泥和土壤中重金属污染多为复合污染,多种重金属之间有相互作用,且不同固化剂对不同重金属的固化效果存在差异。现阶段,通常将多种固化剂复配后再使用,以此达到对多种重金属污染高效修复的效果[19]。曾卉[22]等用海泡石、膨润土、硅藻土、沸石分别与石灰石以不同的质量比进行复配,对重金属污染的底泥进行固化试验,结果表明,石灰石与硅藻土以质量比2∶1复配时固化效果最好。
3 展望
近年来,水体污染治理力度不断加大,2015年2月《水污染防治行动计划》的颁布后,与水体水质密切相关的底泥重金属污染的治理也越来越得到人们的关注。2016年3月17日,中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要提出开展66.67万hm2受污染耕地治理修复和266.67万hm2受污染耕地风险管控,深入推进以湘江流域为重点的重金属污染综合治理。这些条例和规划纲要的,都有助于我国大气、土壤和水体环境质量的改善。因此,当前底泥重金属污染治理重要的是进一步减少进入水体和底泥的污染物,达到“控源”目的,以及针对历史遗留的重度污染底泥区进行修复和治理,减少底泥污染物的总量,实现“减存”目标。
然而,当前能够实现底泥污染物“减存”的方法成本高,操作复杂,少有推广应用。更多的是采用固化方法,降低污染物的活性,减少污染物对其他生物的毒性,且目前已经有一些实际应用案例。如1996年长春南湖湖区内用硫酸铝钝化底泥,显著增加了底泥中可溶性磷酸盐的去除率[35]。2006年,为了解决香港城门河水质恶臭问题,特区政府按照“生化处理为主,疏浚为辅”的原则,疏浚底泥29×104m3,采用投加硝酸钙原位钝化方法从根本上治理城门河淤泥,改善了城门河的生态环境[36]。
尽管如此,固化方法当前还存在很多不足。首先,对于固化剂材料本身,需要满足高效、不产生二次污染、低成本且操作便捷;其次,由于底泥性质差异大,对于多种重金属复合污染,既要考虑到重金属之间的相互作用,又要考虑到不同固化剂所针对不同重金属的固化效果的不同(如能够较好固定Cu、Cd、Pb的碱性固化剂,往往会增加As的活性),将多种固化剂复配之后使用,以达到高效修复的效果。
当前已经有不少学者在重金属底泥固化方面进行了大量的研究,但在实际的底泥固化中,仍存在固化效率不稳定、底泥固化速率差异大等现象,尤其是酸雨的作用可能会导致固化后底泥污染物的二次释放,可能会危害水生生物生存,甚至导致鱼类死亡。关于底泥固化修复技术的实施,国内还缺少自主生产的机械设备,如固化剂造粒设备、机械化投加固化剂设备等),需要加强研发,降低修复工程中对施工人员的健康的危害,提高可操作性。
因此,今后的一段时间内,在固化剂产品的研发上,要加强复合固化剂的研发力度,研发出高效、绿色、低成本、效果持久的新产品。同时,要加强固化机理的研究,明确固化剂产品的最佳投加环境条件,加强对固化修复技术装备的研发投入,降低对国外机械的依赖程度。最后,结合国内底泥重金属污染形势(如湖南湘江流域、广西环江流域、江西鄱阳湖流域),适当选取部分严重污染区,开展重金属污染底泥的固化修复示范试点,总结好的经验,进行更大范围的推广示范。
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