前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的农田土壤环境主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
[关键词]污水灌溉 土壤重金属 污染评价 潜在环境风险评价
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-7-356-3
1材料与方法
1.1研究区概况及数据采集
研究区位于该市西北郊沣惠渠灌区,面积14.27 km2,介于北纬34°18′~34°20′,东经108°20′~108°50′之间,属暖温带半干旱大陆季风性气候,年均气温13.4 ℃,平均降水量580.17 mm,全年盛行东北风和西南风;该区地势平坦,海拔380~385 m,成土母质为冲积性次生黄土,土层深厚,质地匀细,以黄绵土(按中国土壤系统分类为石灰干润雏形土,CalcaricUstic Cambosols)为主,土壤养分含量较高。
本研究经多次实地走访、查阅相关资料,在当地农户协助下确定农田污灌年限及离灌渠距离,于2010 年5 月小麦收获前,按随机均匀布点方式采集农田土壤样品52 份。在每个样点周围5 m×5 m 正方形范围内设置6~28 个样品采集点,在每个采集点用塑料铲取表层土壤(0~20 cm)0.5 kg,均匀混合后取2 kg装袋带回,并用GPS 记录正方形中心位置为该采样点坐标,样点分布见图1。采集土样在室内阴凉处自然风干,捡出石块、根须等异物,用木棒、玛瑙研钵等工具磨碎后过100 目尼龙网筛,装瓶备用。土壤重金属含量(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)参照国家土壤环境质量标准(GB 15618―1995)进行测定,并在测试过程中加入标准土壤样品(GSS17 和GSS19)进行质量控制,分析过程所用试剂为优级纯;土壤pH 值按土水比1∶2.5 比例混合、搅拌、静置,pH 计测定。
1.2数据处理
在本研究中,对土壤重金属数据整理和描述统计用Excel 2010 完成,统计分析用SPSS 19.0 软件完成,研究区及样点分布图用ArcGIS 9.3.1 软件完成。
2结果与讨论
2.1土壤重金属含量及富集状况
表1 为研究区污灌农田土壤重金属描述统计结果。8 种土壤重金属平均含量分别为As 9.88 mg・kg-1、Cd 1.45 mg・kg-1、Cr 88.41 mg・kg-1、Cu 52.24 mg・kg-1、Hg 1.38 mg・kg-1、Ni 34.14 mg・kg-1、Pb 55.01 mg・kg-1 和Zn 151.16 mg・kg-1。经与当地背景值比较发现,Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb 和Zn 7 种元素的平均含量均高于自然背景水平,其中Cd、Cu、Hg 和Zn 的富集比例达到100%,Cr、Ni 和Pb 的样品富集个数也分别有43、42和51 个;在8 种土壤元素中,仅有As 的平均含量略低于背景水平;按富集比例排序为Cd=Cu=Hg=Zn>Pb>Cr>Ni>As,前7 种元素在表层土壤中已呈现不同程度累积,仅有As 保持相对清洁。此外,通过比较各元素富集倍数还发现,土壤Hg 和Cd 的平均含量分别达到本地区背景含量的10 倍和5 倍,表明该区由于长期污水灌溉,已导致农田土壤Hg、Cd 元素的显著富集,应引起农业环境部门重视。
在地球环境化学中,土壤元素的累积通常伴随变异性的增强。因此,作为反映环境变量总体波动特征的参数―――变异系数,在一定程度上可用于表征各元素的累积状况。由表1 可知,8 种土壤重金属变异系数介于10%~90%之间,Cd 的变异系数最大,为85.84%,其次为Zn 和Hg,分别为64.29%和61.68%,As 的变异系数最小,仅为12.86%。土壤重金属按其变异系数大小可排序为Cd>Zn>Hg>Cu>Cr>Pb>Ni>As。其中,Ni 和As 的变异系数介于10%~15%之间,属弱变异,反映该两种元素可能受自然成土因素长期均一化作用,所受人为干扰较少,致使其变幅较小;其余6 种元素的变异系数主要集中在25%~100%之间,属中等强度变异。由此不难发现Cd、Cr、Cu、Hg、Pb 和Zn 除了具有较高富集系数外,同时还具有较大变异性,这预示着长期污灌对其含量分布存在更多人为因素的扰乱。
2.2土壤重金属污染评价
经上述统计,发现Hg、Cd、Zn、Cu、Pb、Cr 和Ni 已在表层土壤中有不同程度富集。为合理规划农业生产结构,保障土壤资源可持续利用,本研究选用国家《土壤环境质量标准》(GB 15618―1995)作为污染评价阈值,对8 种重金属污染现状进行评价,结果见表2。
由于该区土壤pH 值介于7.91~8.89 之间,呈微碱性环境,故选择国家土壤环境质量标准pH > 7.5 的二级限量值作为污染判断阈值。由表2 可知,8种土壤重金属中,仅有Cd、Hg 的单项污染指数平均值大于1,分别为2.42 和1.38,属中度污染和轻度污染;其余6 种元素的污染指数均低于0.70,总体为清洁水平。按单因子污染指数平均值依次排序为Cd>Hg>Ni>Cu>Zn>As>Cr>Pb。
分别将52 份土壤样品的重金属含量与污染限量值比较后发现:①所有样品As、Ni、Pb 含量均低于国家土壤环境质量二级标准25、60 mg・kg-1 和350 mg・kg-1,属清洁或警戒水平;②所有样品中,有2~3 份土样的Cr、Cu 和Zn 含量高于其对应限量值,达到污染水平,其中有1 份样品的Zn 含量超过污染标准(300mg・kg-1)2 倍,属中度污染,其余为轻度污染;③对于Cd、Hg 而言,则分别有42 份和30 份样品的污染指数大于1,其余未超过污染标准,在所有已污染样品中,分别有38.46%和42.31%的样品Cd、Hg 含量达到所规定的轻度污染,19.23%和7.69%处于中度污染,剩余23.08%和7.69%达到重度污染;④由于该区土壤Cd、Hg 污染较为普遍,已导致所有样品综合污染指数较高,其中76.92%的样品受到不同程度污染,仅有不足5%的样品综合污染指数低于0.7,处于安全水平。
从评价结果来看,该区农田土壤Cd、Hg、Cr、Cu、Zn 5 种元素已表现出不同程度污染,其中Cd 和Hg 污染尤为严重。由于国家《土壤环境质量标准》中Pb、Cu和Zn 的污染限量值分别为350、100 mg・kg-1 和300mg・kg-1,尽管此3 种元素的富集比例均已超过98%,但其含量仍远低于污染限量值,从而导致其污染指数普遍较低;而对于Ni 而言,即使其富集倍数仅为自然背景水平的1.09 倍,但由于其污染限量值仅为60mg・kg-1,从而导致其平均污染指数仍较高于Cu、Zn、Pb 等元素。
2.3土壤重金属环境风险评价
8 种土壤重金属的环境风险系数(Eir)及综合危害指数(RI)如表3 所示。由表可知:①As、Cr、Cu、Ni、Pb 和Zn 6 种元素的环境风险指数Eir 均低于40,其污染风险轻微;②而对于Cd 元素而言,仅有30.77%的土样污染风险处于轻微水平,其余69.23%的Eir≥40,其中,80≤Eir<160 的样品占25.00%,Eir≥160 的样品达到13.46%,总体上讲该区土壤Cd 具有较强环境风险;③相对元素Cd,Hg 的毒性响应系数则更高(Tir =40),其平均Eir 值达到了221.57,具有强污染风险,在52 份土壤样品中,Hg 的Eir 均大于80,其中介于80~160 之间的样品占42.31%,而大于160 的样品则有57.69%,可见该区土壤具有极强Hg 污染风险,应高度重视;④按照各元素平均Eir 大小排序为Hg>Cd>Pb>Cu>As>Ni>Cr>Zn。
本区土壤Cd、Hg 具有较强污染风险,从而导致其综合环境风险增强,平均RI 值达到335.16,总体处于强风险水平;在52 份土壤样品中,51.93%的样品呈现“强”或“极强”环境危害。可见,长期污水灌溉已对当地农业安全生产构成严重威胁。
在本研究中,土壤重金属污染评价结果与环境风险评价结果之间存在一些差异,主要区别在As、Pb 和Zn 3 种元素。As 虽在本研究中富集倍数最低,尚未受到污染,但由于其生物毒性效应较高(Tir =10),其环境风险也随之上升;反之,由于Zn 是一种重要的植物营养元素,其毒性响应系数最小(仅为1),其环境风险亦降至最低;而元素Pb 由于其风险评价参比值较低(Cin =25 mg・kg-1),导致其在环境风险中的排序相对污染排序有所上升。
在本研究中,污染评价是通过实测值与国家土壤环境质量标准限量值比较而实现的,主要侧重揭示外源重金属的土壤累积程度,强调农田土壤按照国家限量标准是否达到污染水平;而环境风险评价则除了考虑工业化以来各种人为因素引起表层土壤重金属累积程度外,还侧重考虑了不同元素对生物的毒性影响,并通过加权求和突出了多元素污染风险的协同效应,这为决策者从作物安全角度理解重金属污染、进行科学决策提供了更丰富的信息。
3结论
(1)在长期污灌条件下,灌区土壤重金属按污染指数由强至弱依次为Cd>Hg>Ni>Cu>Zn>As>Cr>Pb,其中,Cd 和Hg 污染尤为严重。
关键词:有机农业;生态环境;生物多样性;土壤改良;保护
环境农业是人类有意识改造大自然以获得食物来源的一种生产活动,是承载着人类文明延续与发展的根基。但发展到现代农业之后,农药和化肥的过度使用在生产出大量农产品的同时,也造成了严重的食品安全隐患以及土壤肥力下降、自然环境污染严重、生物多样性被破坏等严峻的环境问题[1],人们必须要意识到现代石油农业并不是解决人类温饱问题的最佳途径,应该寻求一种对环境友好的农业生产方式。而有机农业在保障农产品安全、防止水土流失、改善生态环境等方面都能起到积极的作用[2],是一种可持续发展的环境友好型农业生产方式,应该得到大力推广。但在传统农业种植区域,政府与农民在应用和推广有机种植模式上的积极性不高。鉴于此,本文综述近年来有机农业生产活动对生态环境积极影响的相关文献,以期为我国有机种植模式的进一步推广提供科学依据。
1有机农业的概念界定与生产准则准确地界定
有机农业的概念是研究有机农业的首要步骤,根据国家标准叶有机产品曳渊GB/T19630.1要2011冤,有机农业是指遵照有机农业生产标准,在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物,不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质,而是遵循自然规律和生态学原理,协调种植业和养殖业的平衡,采用一系列可持续发展的农业技术以维持持续稳定的农业生产体系的一种农业生产方式[3]。在有机生产体系中,以农业清洁生产为指导思想,核心要求是建立、恢复农业生态系统包括动物、植物和土壤微生物在内的生物多样性以及由这些生物参与、推动的物质和能量循环,以保持、提高土壤的长效肥力和易耕性[4];具体的土壤培肥措施是激发系统内禀的自然肥力供给,如将作物秸秆、畜禽粪便和有机废弃物等腐熟还田以及轮作豆科作物、绿肥等,并采用农作物渊间冤轮作、耕种抗性作物品种以及物理措施、生物措施和生态措施作为控制农田病虫草害的主要手段,同时配合合理的耕作方式以保持水土,达到维护农业生产体系、保护生态环境的目的[5-7]。现代常规农业是目前我国耕作面积最大的农业生产方式,其长期、大量地施用农药、化肥等会抑制农田生物多样性的发展,而且残留在农田里的农药和化肥会严重污染、破坏土壤环境,并可能经淋失和径流进入地下水和河流、湖泊等水域环境造成严重的水污染[8-12]。而有机农业作为一种环境友好、可持续的农业生产方式,坚持不使用农药、化肥等物质,强调以自然、环保、不破坏农田生态的方式进行耕作、生产,避免了对水体、土壤及大气环境造成污染;而且有机农业重视科学、合理的耕作制度,采用间作、轮作等科学栽培法,不仅可以改善耕作土壤的理化性质,还能有效减少病虫害发生的机率,进一步达到保护土壤环境和生物多样性的目的[4-7,13]。总的来说,有机农业的生产过程对环境友好,能够控制农业生产过程中可能对水域环境产生的面源污染,促使土地肥力恢复,增加农业生态系统中的生物多样性,能够切实有效地保护和修复当地的生态环境。
2有机农业的生态效益
有机农业将动物、植物和土壤视作一个整体,强调在这个整体内部的资源循环利用,而且生产过程更注重保护自然环境及生物多样性,会充分考虑环境的承载力,使农业生产能与自然环境保护相协调,真正做到对环境友好。相关实践表明,开展有机农业可以使农业生产所造成的面源污染情况得到有效控制,包括动物、植物、土壤动物和土壤微生物在内的生物多样性也能迅速增加,同时减轻土地、水体和动植物界的受损程度,进而恢复和改善农业生产环境[14]。
2.1增加生物多样性
有研究表明,在过去40年内,集约化的农业生产活动是许多农田鸟类、杂草、土壤动物和土壤微生物等物种丰富度及多度下降的重要原因[8-9]。而有机农业拒绝使用农药、化肥,对生产区域内各种动物、植物、土壤动物与土壤微生物的危害极小,可以有效地恢复和保持生产区域内生物的多样性[15-16]。益鸟等动物天敌是有机农业体系中生物防治虫害的重要环节。与常规农田相比,有机农田中鸟类渊尤其是地面孵化的鸟类冤的种类和数量更高。如李现华等[17]对内蒙古磴口县境内常规农业系统和有机农业系统中动物多样性的调查结果表明,有机农业种植区的有益鸟类等生物的数量较多,而且有益昆虫渊尤其是七星瓢虫冤的数量也明显增加,而蚜虫等害虫的虫口密度则明显降低。节肢动物也是农田中数量较多的一类动物,根据相关的研究发现,有机农田内节肢动物的物种丰富度与多度都明显高于常规农田[18-19],有助于实现对农田害虫的生态控制。与传统农业生产对杂草等植物的敌对态度不同,有机农业生产允许相对多样化的杂草生长,甚至在农田休耕时期还会轮作某些能起到绿肥作用的草类。有机农业对于杂草的态度较为温和,因而在有机农田中杂草密度、生物量或地面覆盖物通常高于常规农田系统[20-23];还有相关研究发现,采用有机种植的农田内有较高的阔叶杂草[24]以及除草剂敏感型杂草[25]的物种丰富度和多度。有机种植方式下,农田中土壤动物的种类和数量也会有所增加,如蚯蚓就是土壤肥力的重要指示动物,蚯蚓的数量能反映土壤的结构、微气候、营养和毒性等土壤状况。
有研究表明,采用有机管理方式的农田中,土壤内蚯蚓的密度、数量均比常规农田高,如Brown[26]的研究报导发现,有机农田内蚯蚓的密度约为常规农田的2倍;还有其他相关研究也发现,有机农田较常规农田拥有较多的蚯蚓种群数量[27]。土壤中的微生物体渊细菌、真菌等冤在维持、增强土壤肥力方面发挥着关键作用,比如有益微生物群落会参与腐殖质的形成,能改善农田土壤的团粒结构,从而提高农田土壤的肥力状况。而有机农田拒绝农药和化肥的施用,减少了对土壤的破坏,在一定程度上改善了土壤微生物的生活环境。已有多项研究表明,采用免耕、轮作、施有机肥等有机种植模式的农田土壤微生物的生物量和生物活性均高于常规农田[28-32]。此外,秸秆还田作为有机农业种植体系中非常重要的土壤培肥手段之一,有大量研究发现,秸秆还田是有机农田中土壤微生物数量增加、活性增强的重要原因,如Ocio等[33]研究发现,在将秸秆翻压还田7d后,土壤中微生物的生物量增加了2倍;高美英等[34]对山西农业大学教学果园各层土壤中固氮菌数量的调查研究也发现,秸秆覆盖还田可明显增加果园各土层中固氮菌的数量,在整个0~60cm耕作层内固氮菌数量年平均增加95.47%,尤其在0~20cm土层中的固氮菌年平均增加量更达到了123.80%。总的来说,有机种植方式能有效提高种植区域内动植物、土壤动物和微生物的多样化组成,而生物多样性又具有重要的生态作用,有利于控制有害生物的发生,也有利于实现土壤营养的优化循环和保持土壤肥力等。因此,农业种植活动应采取对环境友好的技术措施,以保护种植区域内的生物多样性。
2.2改良土壤
现代农业长期、大量地使用农药、化肥、植物生长调节剂等物质,在提高作物产量的同时也严重损害了土壤环境,造成了如土壤中有机质减少、土壤微生物活力下降、土壤的蓄水保肥能力降低等恶果;而土壤是农业生产的根基,没有健康、肥沃的土壤就没有健康、营养的农产品,农业可持续发展的第一个要求就是保护和改良土壤。有机农业作为一种环境友好型的可持续农业,其发展初衷即是改善现代农业生产所造成的环境恶化,因而有机农业对于培肥、改良土壤极其重视。有机农业的培肥理论认为土壤是一个有生命的系统,施肥是在培育土壤,进而由肥沃土壤为农作物提供所需养分。因此,有机农业种植的第一步就是采取各种措施渊如施用有机肥和合理轮作等冤改良、培肥土壤,激活土壤的生命。对于有机农业中培肥土壤的方式,欧阳喜辉等[35]总结了国内外多项关于有机农业的研究,得出有机农业通过施有机肥、秸秆还田、免耕和轮作等措施可以有效增加土壤有机质、促进土壤团聚能力以及提高土壤微生物活性,从而达到培肥土壤的目的。秸秆还田与轮作也是有机农业提倡的改良土壤、维持地力的重要手段,如王宁等[36]的研究表明,秸秆还田能改善土壤环境,而且还能减少土壤碱性物质的流失,可以在一定程度上减缓土壤的酸化,维持土壤肥力;杨景成等[37]的研究也发现,与传统种植制度相比,粮草轮作结合秸秆还田可以有效地降低对土壤有机质的衰减效应。土壤微生物量碳是土壤有机库中的活性部分,是表征土壤质量和肥力的一个重要指标。董博等[38]通过长期定位试验发现,长期施用有机肥渊或有机肥与化肥配施冤可以明显增加耕作层土壤中的土壤微生物量碳和土壤有机碳。胡诚等[39]通过多年施肥试验发现,随着有机肥施用量的提高,农田土壤中微生物量碳、土壤可溶性碳、总有机碳等含量都随之增加。改良土壤、保护土壤环境是有机农业能够持续发展的根本,而长期的有机种植反过来又能提高土壤肥力、增强土壤生产力,并通过改变土壤的通透性和孔隙度等自然结构性状改善土壤环境,同时还在一定程度上增强土壤生物与微生物的活性,这都说明了有机农业是对环境友好且可持续的一种农业生产方式。
2.3保护环境
现代农业生产过程中,农药、化肥的过度使用会破坏农田土壤的理化性质,加剧水土流失、旱涝灾害,加剧对水、土和大气环境的污染,威胁生态环境安全。而有机农业采取对环境友好的方式、措施进行农业生产,能有效地保护环境,众多学者通过调查研究认为,相较于现代常规农业,有机农业具有防止水土流失、减少土壤污染、保护生物多样性、减少地下水污染、保护地表水水质以及控制温室气体排放等良好的生态效益[40-45]。有机农业在改善土壤环境、保持水土方面具有重要贡献,如卢东等[46]在多个有机种植基地中的试验表明,在控制好有机肥原料的情况下,有机农业土壤重金属污染的威胁较常规农业小;许恒周等[47]通过试验研究得出了有机农业有利于防止水土流失及土壤沙化、有助于农业可持续性发展的结论;RigbyD等[48]关于有机农业的研究也显示有机农业可以改善土壤养分缺乏状况,实现土壤肥力的持续供应和永久利用;此外,杜相革等[49]也认为有机农业可以改善土壤环境及其中的营养循环、改善土壤动植物的生存条件等,能有效增加土壤生物多样性,进而促进整个农田生态系统的可持续功能。有机农业对水环境的保护则主要体现在减少农药和化肥对地下水和地表水的污染,据相关学者估测,全世界施用于土壤中的氮肥有30%~50%经淋失进入到地下水中[50],而我国相关部门的统计也发现农业面源污染对河流和湖泊富营养化现象的贡献率达到60%耀80%[51],可以说现代农业是造成地下水和地表水环境污染的主要原因。而有机农业采用了轮作和休耕培肥地力、拒绝施用农药和化肥等,减少农业生产对水环境的污染,有效地保护了地表水和地下水的水质安全,据席运官等[42]对有机稻田与常规稻田排水污染进行比较研究发现,有机水稻种植方式可减少农田排水中氮的排放量,还会降低排水中的总磷浓度;徐田伟[52]也发现了有机种植业的发展可以控制区域水土流失、降低非点源污染的水平,认为发展有机农业是我国控制农业面源污染的有效途径之一。
现代农田生态系统是主要的温室气体排放源,尤其是近年来CH4和N2O的排放量增加更是主要来源于现代农业生产活动[53],而有机农业鼓励系统内的资源循环利用,减少了内部资源的浪费和外部资源的消耗,进而减少了温室气体的排放,改善了大气环境状况。在一项针对丹麦农业的研究中发现,如果将丹麦所有的农业用地全部转换成有机农业,则农业体系中的能量消耗和氮流通的减少可使丹麦全国温室气体渊CO2、CH4和N2O冤的排放量相应减少13%耀38%[54]。综合可知,有机农业可以不断改善农业生产环境,保护农业耕作范围内的土壤、水体和大气环境,尤其是在生态环境处于亚健康的地区发展有机农业还能够有效地减轻农业面源污染,加快地区生态环境的恢复,促进有机农业的可持续发展。
3结语
1我国耕地土壤环境质量状况
《中华人民共和国国家标准-土壤环境质量标准》将土壤环境质量问题定位为土壤污染问题,为此,本文也重点谈论耕地土壤的污染问题,而耕地土壤的其他环境问题在此暂不涉及。
1.1我国受污染耕地面积监测与分析结果表明,我国耕地土壤肥力质量总体上呈上升之势,但耕地土壤环境质量趋于恶化,尤其是土壤污染问题日益突出。由于我国对土壤环境的监管才刚起步,我国到底有多少耕地土壤被污染,目前没有一个统一的说法。据《1990中国环境状况公报》显示,当时全国遭受工业“三废”和城市垃圾危害的农田达667万hm2,农药、化肥和农用地膜等化学物质的污染已影响到农业生态环境质量;据《1997中国环境状况公报》显示,全国有1000万hm2的耕地受到不同程度的污染,这占当年12990万hm2耕地面积的7.7%;据《2000中国环境状况公报》显示,对30万hm2基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测,其中3.6万hm2土壤重金属超标,超标率达12.1%。2007年,赵其国院士的材料显示,我国重金属污染农田土壤超过2000万hm2,农药污染农田土壤达933万hm2,污水灌溉污染农田217万hm2,受石油污染的土壤面积达50万hm2,受工业废渣污染的农田己超过10万hm2,受采矿污染的土壤面积至少有20万hm2。几个数据简单相加为3230万hm2,相当于当时全国耕地面积(12177.6万hm2)的26.5%。2011年,罗锡文院士的材料显示,全国2000万hm2耕地正在受到重金属污染的威胁;农业部进行的全国污水灌溉区域调查统计显示,140万hm2的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占农田灌溉区面积的64.8%;在广东,清洁土壤只有11%,轻度污染占总耕地数量的77%,重度污染土壤占总量的12%左右;太湖流域有三分之一的耕地受到了污染;湖北省受三废污染的耕地面积已经达到40万hm2,占全省耕地面积的10%。2011年,环境保护部组织对全国364个村庄开展的农村监测试点结果表明,农村土壤样品超标率为21.5%,垃圾场周边农田、菜地和企业周边土壤污染较重。以上数据表明,我国耕地土壤受污染面积比率呈逐年上升趋势,受污染面积呈扩大之势。
1.2耕地土壤污染物主要来源综合前人的研究分析结果,土壤污染物主要来自于四个方面:
1.2.1污水灌溉在一些缺水地区,为了保障农产品产量,人们利用污水进行灌溉。虽然生活污水和工业废水中含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分,使用污水灌溉具有一定的增产效果;但因污水中含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质,利用污水灌溉的农田往往会受到某些重金属的污染。用任意排放未经处理的生活污水、工业废水浇灌田地是造成土壤污染的主要原因,我国80%的土壤污染都是因此造成的。农业部进行的全国污水灌溉区域调查统计显示,64.8%的污水灌溉农田不同程度地受到了重金属污染。
1.2.2大气污染物沉降大气中的污染物主要来自化石燃料燃烧排放的酸性气体和微量金属、冶金工业排放的金属粉尘、汽车尾气等。当然,多数物质本来就存在于大气环境之中,只是由于人类活动过度地向大气环境中排放酸性气体和微量金属破坏了大气系统微量物质原有的平衡,造成过多物质沉降污染土壤。大气沉降物质包括汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、锌(Zn)等重金属,以及二氧化硫、氟化物、氮氯化物和碳氢化合物等。这些物质以降尘和酸雨等形式进入土壤,引起土壤污染。大气污染物沉降所造成的土壤污染具有区域范围广和外源污染的特点。某一个区域,即使不使用任何污染物质,也有可能受周边大气污染的影响,以大气污染物沉降的方式造成土壤污染。如城市周边与道路两侧的农田中,每天都有含有污染物的尘埃颗粒落到地面进入土壤;全国每年近12.2%的国土受到酸雨的影响,其主要区域集中在长江沿线及以南和青藏高原以东地区,造成土壤环境恶化。
1.2.3无序堆放的固体废弃物和生活垃圾随着工业化和城镇化的快速发展,城市、农村堆积和处理固体废弃物与生活垃圾引起的土壤污染现象越来越严重。大量无序堆放的固体废弃物和生活垃圾中的有害物质会随着大气迁移、扩散、沉降,以及降水或地表径流等作用转化成有毒液体渗入土壤污染农田;有些有毒生活垃圾掺入有机肥,进入土壤,污染农田。
1.2.4不合理的农业生产过程除了利用污水灌溉会造成耕地土壤污染外,其他不合理的农业生产过程同样会造成耕地土壤的污染。主要包括:①不合理地使用农药造成土壤污染。农药包括各种杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、杀线虫剂、杀鼠剂、除草剂、脱叶剂和植物生长调节剂等。农药在农业保产增产中发挥了重要作用,但不合理使用农药所造成的土壤污染问题日益突出,全国受农药污染的农田土壤达933万hm2(1.4亿亩)。②不合理地使用肥料造成土壤污染。肥料污染包括化肥污染和有机肥污染。化肥污染包括三个方面:一是某些用于生产化肥的原料中所伴生的天然重金属物质在化肥生产过程中未被完全清除,导致化肥中含有重金属而污染土壤,在部分磷肥中存在这种现象;二是过量使用化肥和化肥与有机肥比例失衡造成土壤结构恶化和土壤微生物环境的改变,或因土壤环境的改变加剧土壤中有害重金属物质活化,危害农作物;三是由于过量施用化肥,未被作物吸收的化学成分进入水体(包括地下水和地表水),污染水环境。有机肥污染主要是指有机肥中含有的有毒有害物质对土壤的污染。现在大量粗制的有机肥,或因掺入含毒生活垃圾而含大量有害污染物质,或掺入含重金属的湖塘底泥或污水处理厂含重金属的污泥,还有牲畜粪便本身含有病原菌、重金属、激素、抗生素及其他有机污染物;另外,不少商品有机肥同样含有重金属等有害物质。③不合理使用地膜造成土壤污染。2011年全国地膜使用量124.5万t,地膜覆盖面积1979万hm2。地膜在我国各地的广泛推广使用,大大地延长了冷凉地区农作物种植季节,扩大了某些农作物的种植区域,提高了农产品产量。但与此同时,大量的废弃残膜也带来了农田白色污染问题。
2耕地土壤污染的主要特点
2.1土壤污染具有隐蔽性和滞后性大气污染和水污染一般比较直观,容易被人们发觉,而土壤污染往往不易被人们发现,一般要等到农产品发生危害时,人们才会追溯到土壤,并且需要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测才能确定。因此,土壤污染从产生污染到出现问题,通常会滞后很长时间。
2.2土壤污染具有累积性和治理的艰难性污染物质在大气和水体中一般容易扩散和稀释,所以只要切断污染源并采取有效的治理措施,很快就会见效;而污染物在土壤中一般难以扩散和稀释,土壤污染一旦发生,则很难恢复,治理成本较高、治理周期较长,被某些重金属污染的土壤甚至需要200~1000年的时间才能够恢复。
2.3土壤污染趋向多源性和复杂性我国土壤污染正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物;土壤污染从局部蔓延到大区域,从城市郊区延伸到乡村,从单一污染扩展到复合污染,从有毒有害污染发展至有毒有害污染与氮、磷营养污染的交叉,形成点源与面源污染共存,生活污染、农业污染和工业污染叠加、各种新旧污染与二次污染相互复合或混合的态势。
3在制定耕地土壤污染防控措施时应注意的问题
3.1必须强化土壤污染防控工作,从源头控制污染物进入土壤前面的分析表明,我国耕地土壤污染规模呈扩大之势,因土壤污染而造成的“毒米”、“毒菜”事件不断在新闻媒体上报道,尤其是2013年湖南“镉米”事件给人们带来了很大的恐慌,湖南大米销量严重受损,最严重的地方甚至有70%以上的大米加工企业停工,种植水稻的农民利益受到重创。耕地土壤一旦受到污染,其治理难度很大,成本很高。因此,必须强化污染防控,控制污染物进入土壤。当前最为迫切的工作有五个方面:一是强化灌溉水源质量监控工作,严控未经处理和处理不达标的污水灌溉;二是严控高毒、高残留农药的使用,并强化农药使用知识的宣传,做到科学用药;三是强化化肥质量监控,严控重金属超标化肥进入市场,并强化科学用肥技术的推广,做到化肥用量适度、化肥施用时机与频率适宜、化肥与有机肥比例合理;四是科学使用地膜,广泛推广可降解地膜或可回收地膜,严控地膜对土壤的污染;五是严控企业污染排放。
3.2对土壤污染概念正确认识,不要夸大污染规模构成土壤污染的要素主要包括三个方面的内容(土壤污染三要素),即有可识别的人为污染物、有可鉴别的污染物数量的增加、有现存(直接显露)或潜在(通过转化)的危害后果,三者缺一不可。但有学者认为,只要有人类活动产生的污染物进入土壤,不论是否对有关受体(生物、水体、空气、人体或财产)产生明显危害都应称为污染,即只要有人类活动产生的污染物进入耕地土壤,不管污染物是否超标,即是否对农业产生危害,均称之为污染土壤。其中部分土壤中的污染物可能并未超标,即只要不再继续增加污染物,就不会对农业造成危害,也不会造成农产品的安全问题。另外,重金属是土壤的固有组分,普遍存在于土壤中,这是一种自然现象,不应一见到土壤中含有重金属就认为土壤受到了重金属的污染。当然,耕地土壤中一旦有了污染物,不管是否超标,都应该引起重视、加强保护,避免污染物进一步增多。另外,即使自然界本身造成的有害物质超标土壤,也应严禁用于种植可食用的农作物。
3.3正确认识有机肥,加强对有机肥的质量管控人们普遍认为化肥是不安全的,而有机肥是安全的。实际上,有机肥受原料的影响,如原料中含有有毒有害物质,施入农田也会造成土壤污染。农村自家粗制的农家肥,有的因掺入含毒生活垃圾(包括电子产品废弃物),或含重金属的湖塘底泥,或含有重金属的畜禽粪便而含有有毒有害污染物质。另外,部分商品有机肥也存在重金属超标问题。如刘荣乐等对162个商品有机肥样品测试分析结果表明:按照当时我国现有的有机-无机复混肥料国家标准(GB18877—2002),在162个测试样品中有1个样品Cr超标,2个样品Pb超标,9个样品Cd超标;但按照德国腐熟堆肥中部分重金属限量标准,在162个样品中有110个Cd超标,73个Ni超标,31个Zn超标。王飞等于2012年8~11月对华北地区42个商品有机肥样品测试分析结果表明:按照中国有机肥行业标准,Pb的超标率高达80.56%,其他测试重金属不超标;但按照德国腐熟堆肥标准,大部分测试重金属均超标。因此,我国应强化对有机肥的管控。首先,强化对商品有机肥重金属等有害物质的监控,严控重金属等有害物质超标的有机肥进入市场;二是开展对农村粗制农家肥质量的抽查检测工作,并加大宣传力度,让广大农民认识到含毒生活垃圾等有害物质进入农家肥的危害性;三是强化农家肥无害化处理技术的研发与推广。
关键词:大厂矿区;农田土壤;镉污染
中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:16749944(2016)18003103
1引言
镉在地壳中的丰度为0.2×10-6,是一个极为分散的、具有致癌作用的强毒性化学元素。金属矿区通常是重金属污染的重要地区。镉矿的开采运输,冶炼过程的烟尘沉降,含镉废水排放均能导致镉元素在土壤或者水体中累积,并通过食物链等途径危害人体健康[2]。含镉矿石的开采、选冶以及含镉的工业“三废”排放是土壤镉污染的主要来源。
许超等研究表明[3],大宝山20世纪60年代开始兴建的采矿场和金属冶炼厂排出酸性采矿废水已造成下游农田的大面积污染,农田土壤污染是以Cd和Cu为主的多金属复合污染。近年催力拓等研究提出[4],广西某矿区生产的稻米中镉浓度严重超标,当地居民因长期食用这种“镉米”已经出现“骨痛病”症状。
目前大众对镉矿的区域分布特征、采矿活动造成的镉元素污染以及存在的风险仍缺乏系统的认识。林炳营研究表明,广西某铅锌矿场地开发,引起了河流水质、土壤和农作物的镉污染问题[5]。基于此,对广西河池大厂矿区农田土壤进行了镉含量测试,目的在于探究目前农田土壤的镉污染来源和状况,并评估其污染等级。
2材料与方法
2.1样品采集与分析
在南丹县大厂村的12个屯,包括新菜园、荒田、朝阳、大坪屯、铜坑屯、大树脚、铁板哨、更庄、老菜园、岩山脚、高峰和沙坪。采用蛇形布点,采集5个点混合为一个样品。共采集土壤样品156个(图1)。
土壤样品pH值(水比土2.5∶1)用pH计测定;测含水率将样品放于烘箱中烘至恒重,减少的质量即为水分的质量;有机质水合热重铬酸钾氧化C比色法测定;样品的消解采用加反王水(浓盐酸与浓硝酸比例1∶3和2 mL氢氟酸),放入WARS微波消解仪中消解,赶酸,定容待测。
用ICP―MS测定Cd含量,测试有标准样。 随机抽取1个样品做5次重复测定,各元素相对标准偏差均小于10%。用 SPSS19.0 对数据进行统计分析,用 Excel 进行图形的绘制和矩阵的计算。
3结果与分析
3.1土壤镉含量分析
土壤中Cd的平均含量大小顺序依次为铜坑>大树脚>沙坪>铁板哨>朝阳>新菜园>高峰>更庄>老菜园>大坪>岩山脚>荒田,所有的采样点Cd的含量高于广西土壤元素背景值0.0617 mg/kg[6]。
铜坑土壤中Cd 的含量最大,为42.75 mg/kg;荒田最小,为1.54 mg/kg,但是也超过广西土壤背景值25倍。同时,12个屯的采样点Cd含量均超过国家土壤中国土壤元素背景值0.097 mg/kg[7];总体来看,大厂镇12个屯农田土壤中 Cd的含量都很高(表1),土壤Cd污染的现象已经比较严重。
以广西土壤环境背景值和国家土壤环境质量标准[8]作为比较依据。大厂镇农地土壤中Cd存在普遍的累积,超出广西土壤背景值274倍;变异系数为1.52,依据变异系数大小分级规律,变异系数大于0.3为强变异。
结果表明土壤中Cd的污染程度比较严重,且土壤镉区域含量变化比较大,说明受外界活动影响的强弱差异大。实地调查得知,大厂镇是一个典型的矿业镇,土壤中Cd的分布主要受采矿活动的影响。
2.3土壤镉累积评价
地积累指数[11]Igeo广泛应用于定量研究沉积物中重金属污染程度,也适用于当代土壤中重金属污染的评价。它综合考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值以及因造岩运动可能引起的背景值的变动的因素。其计算公式如下:
Igeo=log2\[Cn/(K×Bn)\]。
式中:Cn为元素n的实测含量;Bn为元素n的背景值;K是考虑各地岩石差异可能会引起的背景值的变动而取的系数(这里取值为1.5)。在这里地累积指数的计算我们采取以广西土壤背景值为评价标准。结果表明,Cd元素地累积指数范围为Igeo(Cd) 3.81~8.61,污染等级为极强。存在一定的生态风险,由此需要加强Cd元素污染的研究和污染源的控制。
3结果与讨论
(1)大厂镇农地土壤中Cd存在普遍的累积,均超出广西土壤背景值。根据实地调查发现,早期一些缺乏严密规划和环保意识的矿业活动,存在着严重的滥采乱挖现象,导致了矿石的利用率低,任意的排放采矿和冶炼的废水,随意堆放尾矿和矿渣。部分选矿厂的沉淀池、尾矿库,由于没有按照生产能力来设计容量,造成了废渣、废水的坍塌和溢出或直接排入江河,导致了河流的水体污染;选矿厂和冶炼厂排放的废渣、废液和废气对周围的环境造成污染。而引用污水灌溉,直接导致农田土壤镉污染。乡间公路的车辆通行导致沿线土壤重金属污染,并且产生重金属污染生态风险累积,主要有Pb、Cu、Cd的污染和累积。本研究表明,镉元素在采矿厂附近和公路沿线的土壤中含量较高,说明这种元素主要受采矿和交通两方面影响,其含量超过正常水平,对矿区附近和道路两侧的土壤造成较大污染。
(2)通过污染分级,荒田已属于强度污染;大坪、岩山脚属于强―极严重污染;其他9个自然屯属于极严重污染,土壤镉污染的形势非常严峻。任继凯等研究发现[12],植物吸收土壤中的镉并向地上部茎叶和果实中转移,进行再分配,镉以不同的形态出现,同时在镉含量高的土壤中铅、锌、铜的含量往往也高。Cd元素在植物体滞留和累积,超过一定量就会危及农产品的食用安全,农作物的重金属污染,最终危害人体的健康。
(3)大厂矿区农田土壤受到不同程度的污染,控制污染源是直接措施,施加磷肥是有效措施。磷肥对作物吸收累积镉的影响已后大量报道,刘昭兵等研究表明[13],土壤中磷与镉存在密切联系,磷酸盐可通过诱导吸附和沉淀作用影响镉的有效性。施磷肥可以显著提高植株对重金属的总吸收量,这一点对提高植物修复重金属污染土壤效率具有借鉴意义。
2016年9月绿色科技第18期
参考文献:
[1]叶霖,潘自平,李朝阳.镉的地球化学研究现状及展望[J].岩石矿物学杂志,2005,24(4):339~348.
[2]Bertin G, Averbeck D. Cadmium: cellular effects, modifications of bimolecules, modulation of DNA repair and genotoxic consequences (a review) [J]. Biochimie, 2006, 88 (11):1549~1559.
[3]许超,夏北城,何石媚,等.大宝山矿山下游地区稻田土壤重金属含量特征[J].中山大学学报(自然科学版),2008,47(3):122~127.
[4]崔力拓,耿世刚,李志伟.我国农田土壤镉污染现状及防治对策. [J].现代农业科技.2006:184~185.
[5]林炳营.广西某铅锌矿区土壤―作物镉污染研究 [J].土壤通报,1997,28(5):235~237.
[6] 广西环境保护科学研究所. 土壤背景研究方法及广西土壤背景值[M]. 南宁:广西科学技术出版社1992.
[7]中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京:中国环境科学出版社,1990.
[8]国家环境保护局.GB15618―1995,土壤环境质量标准\[S\].北京:中国标准出版社,1995:3~4.
[9]中华人民共和国农业部.NY/395―2000.农田土壤环境质量监测技术规范\[S\].北京:中国标准出版社,2002(12):5.
[10]徐友宁,刘瑞平,柯海玲,等.金矿区农田土壤重金属污染的环境效应分析 [J].中国地质,2007, 34(4):716~721.
[11]李玉,冯志华.连云港对虾养殖区表层沉积物重金属污染评价[J].海洋与湖泊,2013,44(6):1457~1461.
【关键词】土壤中镉水平;调查结果分析
【中图分类号】R124 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949(2014)08-0499-02
1对象与方法
1.1全国农村环境卫生监测项目和黔东南州监测点介绍 全国农村环境卫生监测项目是从2011年开始由中央财政支持和全国爱卫办负责组织的在全国31个省、自治区、直辖市和新疆生产建设兵团共700个县14000个行政村开展的农村环境卫生监测项目。黔东南州是贵州省的一个苗族侗族自治州,辖1个县级市和15个县,有凯里市、麻江县、镇远县和丹寨县4个县列为全国农村环境卫生监测项目县。自2011年开始,每个监测县在本辖区东南西北中各抽取一个乡镇作为监测乡镇,城关镇不作为抽取对象;每个监测乡镇根据当地经济状况,按较好、好、一般和差进行分层,每层各随机抽取1个行政村作为监测点,共80个监测点(监测村)。每个监测县统一在7-8月开展监测工作。
1.2土壤采样方法 每个监测点采集村中农田土壤1份。在1平方米范围内,用5点采集法采集土壤混合为一个样品,取5cm-20cm的表层土壤,混合后四分法缩至1000g,采集中尽量用竹铲,竹片直接采集样品,或用铁铲挖掘后用竹片刮去与金属采集器接触部分,在用竹片采取样品,且制样所用工具每处理一份样品后擦洗一次,严防交叉污染。
1.3土壤样品预处理及检测方法
按照《土壤质量:铅、镉的测定:石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T17141-1997)对土壤样品进行预处理和检测。
1.4统计分析方法 将调查检测结果录入社会学统计分析软件(SPSS),进行统计分析。
2结果
各监测点土壤镉含量不一,2011年各监测点土壤中镉含量在0.078 mg/kg~1.238 mg/kg,平均0.414 mg/kg;2012年各监测点土壤中镉含量在0.063 mg/kg~0.949 mg/kg,平均值为0.444 mg/kg,2次调查(间隔一年)各监测点土壤中镉含量水平变异相差不大,其变异系数分别为56%和58%;各监测点两次的监测结果也有升有降,各占50%,但镇远县的1个监测点在一年时间下降了82.4%,丹寨县的1个监测点增加了1005%,各监测点增值在-0.713 mg/kg~0.784 mg/kg之间。2011年与2012年黔东南州及各监测县市土壤镉水平比较见表1
总体来看,黔东南州2次土壤中镉含量调查平均值方差分析结果为F=0.631(v1=1,v2=158),P=0.428,与各监测点前后两次监测结果的配对比较T检验结果一致,T=1.096(v=79),P=0.276,差异无显著性。但各县市间土壤镉含量差异有显著性,但各县市间土壤含量差异有显著性,2011年和2012年各县市土壤镉含量方差分析结果分别为:F2011=15.753(v1=3,v2=76),P=0.000和F2012=18.696(v1=3,v2=76),P=0.000。2次调查结果,镇远县土壤镉含量均较其他县高,由表2中95%CI(可信区间)可看出。
2.2 各监测点农田土壤镉水平评价
按照国家《土壤环境质量标准》(GB15618-1995),黔东南州各监测点土壤中镉含量达标情况分地区(县级)统计见表3。
3讨论
黔东南州土壤镉含量处于较高水平。两次调查,超过国家《土壤环境质量标准》中二级标准的监测点比例分别达到16.3%和30%,且两次调查结果各监测点平均值分别为0.414mg/kg和0.444mg/kg,高于同期石家庄市土壤镉水平,其值为0.12±0.11 (mg/kg)[2]。我国西南地区是镉矿的主要分布区,其采出量占全国的59.4%[3]。由于镉在地壳中的高度分散性和低含量性,不易形成独立的镉矿藏,常呈类质同像形式共、伴生在锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿石中,而黔东南州铅、锌、铜等矿藏也比较丰富。因此,黔东南州土壤镉含量较高可能与其地质环境较高的镉背景水平有关。同时,土壤中镉含量还与镉矿以及铅、锌等矿藏的采、选、冶活动、矿渣处理、污水灌溉等有关系。本研究结果提示,黔东南州下一步要加强镉污染的预防和环境治理,加强土壤等环境、粮食、蔬菜等植物和人群中镉中毒等健康损害的监测,切实保障人民群众健康。
参考文献
[1] 程新伟.土壤铅污染研究进展.地下水.2011,33(1):65-68.
随着二十一世纪高科技的快速发展,我国土地环境也将面临一些问题,土壤质量也直接关系到食品的安全和人们的健康情况,现在这不单单是一个环境问题了,它也关乎这发展,更是民生问题的一个重要组成部分。因此,我们一定要认真了解土壤环境的复杂性,保护工作的重要性、和面对自然发展的紧迫性,随着科学的发展观,坚持环境保护与经济发展、工业和农业、城市和农村的观点,并且与区域发展规划、城市建设规划有效的衔接;同时,我们还需要用科学的决策,充分的运用所有力量,结合多样化资源,综合运用经济、技术、行政等多种方式的宣传和教育,广泛的参与,促进土壤环境综合治理机制的形成。
2、我国土壤污染现状
随着高科技时代的到来,我国部分地区土壤污染严重,尤其是农业土壤的污染,影响着农作物的‘安全’。目前土壤污染的总体形势越来越严峻。据调查统计,我国农业区的土壤污染面积染呈现出逐年大幅度增加的形势。而且土壤的污染种类呈多样化,也出现了新污染物体与老污染物并存、各种污染不利于大自然农作物的发展形势。土壤污染的途径变化较多,并且原因相对复杂,控制起来难度较大。由于土壤污染引起的农副产品的质量问题和越来越多,已经严重影响人们的生产、生活以及社会的稳定。
3、土壤污染原因
土壤污染的原因主要是人为污染,是由人类的生产、生活活动造成的。主要分为工业污染、农业污染和生物污染。土壤污染的主要原因有:1,工业生产中排放的废水、废气、废渣造成的污染;2,农业生产中过量使用化肥造成的污染;3,农业生产中农药的使用造成的有机污染;4,农业生产中污水灌溉造成的污染;5,重金属元素造成的土壤污染;6,含有致病病原体、寄生虫的生活污水、医院垃圾污水等造成的生物污染等。
4、关于土壤环境保护的措施及控制
4.1有效的制定治理方案
如今,各地区及部门开始积极开展土壤污染状况的调查,进行全面的实施并加以改善,使土壤环境的保护取得了积极进展。但是我国的土壤环境条件总体仍是并不乐观,必须加强重视。有效地保护土壤环境,预防控制和减少污染的土壤、土壤环境保护和综合管理工作提出以下意见
4.1.1有效的控制新增土壤污染。提高环境执法和污染的控制,确保企业标准;防止新项目造成新的污染土壤。定期对工矿企业排放的有机污染物和危险废物进行处理设施监控,并对周围的土壤污染限期治理。标准的处理污水,有效的完善垃圾处理的控制措施,全面改善并加强非正式的废物处理网站。肥料的科学应用,禁止使用有毒、有害物质,严格控制稀土农用。严格执行国家相关的高毒性、高残留农药的使用管理规则,制定对农药包装容器废物的回收。加强对废物污染塑料的回收和利用。禁止在农业生产中使用含有机污染物的废水以及未经检验和安全处置的污水污泥等。
4.1.2规划重点保护区域。将耕地和集中式饮用水水源作为土壤环境保护的重点区域。在土壤环境质量评价和污染源前提下,土壤环境质量水平分工的基础上,建立一个相关的数据库。并严格禁止在优先领域新建有色金属、煤炭、化学药品,如铅蓄电池生产项目。
4.1.3加强被污染土壤的环境风险控制。农田土壤环境监测和农产品质量检验、受污染的耕地分类管理,以控制农业,种植结构的调整,如土壤污染修复和管理措施,确保耕地的安全使用,严重污染,很难修复,地方人民政府应当按规定将指定的农业生产区域划分为被禁止区域。污染土地使用权的改变或修改,应按照有关规定在土壤环境风险评估和土壤环境修复,在未进行风险评估和土壤环境质量不能满足建设用地的要求的时有关部门不得颁发土地使用证和施工许可证。住宅开发不得用已经严重影响人类的健康评估污染土地,采取措施防止污染扩散、治理标准之前的土地。加以关注新工业的用地,并建立土壤环境强制调查评估和备案制度。
4.2环境的保障措施
4.2.1加强组织管理。建立环境保护部门以及相关的部门积极的参加部门协调机制,并有效的指导和监督土壤环境保护和综合治理工作。与有关部门协调个人和协作,共同促进土壤环境保护和综合治理工作。
4.2.2完善治理机制。各级逐渐增加投资在土壤环境保护和综合治理,保护土壤环境保护基金。并鼓励企业开展土壤污染控制,充分的加以利用市场机制,引导和鼓励社会资本进入土壤环境保护和综合治疗。中央政府对土壤环境保护工程的符合条件的充分支持。
4.2.3完善法规政策。经过研究土壤环境保护特殊的法律法规草案,制定农业用地土壤和集中式饮用水源环境保护、新建设用地土壤环境调查、环境管制污染地块的有效的管理办法。并建立重点区域保护效果评价和考核机制,制定和实施“保护奖按”政策。这是良好的土壤环境保护和综合治理产业发展的经济政策。研究土壤污染损害责任保险,鼓励有机肥料的生产和使用,及老污染塑料回收、处理和利用的政策措施。
4.2.4加强科技支撑。改善土壤环境保护标准体系、系统土壤环境质量、土壤污染风险评估及受污染的土壤管理和修复,土壤污染物的主要分析测试,重金属在土壤样品、肥料和其他有毒、有害物质限量标准,制定土壤环境质量评价和层次结构,土地污染环境风险评估、土壤污染控制技术规范,如修复、研究土壤环境保护效能评估过程和评估技术。加强土壤环境保护和综合治理的基础和应用研究,及时启动重大研发项目。研发和推广适合中国国情的土壤环境保护和综合治理技术和设备。
5、结语
当前我国农产品质量与安全问题,越来越引起社会广泛关注。引发农产品质量不良的因素,包括自然与人为两个方面,其中生态环境,即水、土、气、生等方面的污染,是导致农产品品质不良的重要根源。以往人们关注的是“蓝天、碧水”,认为只要天蓝,水碧,就能保证农业环境及其产品质量安全。岂不知,除了“蓝天、碧水”外,更重要的是保证土壤质量的安全,只有保证了“净土”、才能保证“洁食”,才能保证人类生命的健康与安全,最终才能保障整个社会的稳定与发展。相反,如果没有“净土”,土壤中的有害气体将影响大气,土壤中的有毒物质也会影响到水体,致使天不再蓝,水不再碧,即使天蓝、水碧,也会有毒害物质飘在空中,溶在水中,或进入土中。因此,对农产品质量安全而言,“净土、洁食”比“蓝天、碧水”更加重要,都是同等重要的战略性安全问题。
土壤污染是农产品不安全的源头
不洁净的土壤是指遭受不良物质污染的土壤。土壤污染包括重金属污染、农药和持久性有机化合物污染、化肥施用污染等多方面。
随着人口增加及经济发展,我国面临的土壤环境安全问题越加突出。据统计,我国重金属污染的土壤面积达2000万公顷,占总耕地面积的1/6。因工业“三废”污染的农田近700万公顷,使粮食每年减产100亿公斤。其中,在一些污灌区土壤镉的污染超标面积,近20年来增加了14.6%,在东南地区,汞、砷、铜、锌等元素的超标面积占污染总面积的45.5%。有资料报道,华南地区有的城市有50%的农地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类的污染。长江三角洲地区有的城市有万亩连片农田受镉、铅、砷、铜、锌等多种重金属污染,致使10%的土壤基本丧失生产力,也曾发生千亩稻田受铜污染及水稻中毒事件,一些主要蔬菜基地土壤镉污染普遍,其中有的市郊大型设施蔬菜园艺场中,土壤中锌含量高达517毫克/千克,超标5倍之多。
其次,我国农药总施用量达131.2万吨(成药),平均每亩施用931.3克,比发达国家高出一倍。特别是随着种植结构的改制,蔬菜和瓜果的播种面积大幅度增长,这些作物的农药用量可超过100公斤/公顷,甚至高达219公斤/公顷,较粮食作物高出1~2倍。农药施用后在土壤中的残留量为50%~60%,已经长期停用的六六六、滴滴涕目前在土壤中的可检出率仍然很高。据调查,一些名特优农副产品中,有机磷检出率100%,六六六检出率95%,超标2.4%。另在全国16个省的检查结果,蔬菜、水果中农药总检出率为20%~60%,总超标率为20%~45%;因蔬菜、水果农药残留引起人畜中毒死亡事件时有发生。据不完全统计,华南地区的中心城市自1997年至2001年共发生因蔬菜农药残留引发的食物中毒事件28起,中毒415人,个别地市高毒、高残留农药每年造成急性中毒5~7宗,受害人数约300人。类似的急性中毒事故在长江三角洲地区也有发生。值得注意的是,近年来沿海大部分地区的大田耕地土壤中持久性毒害物质大量积累,2000年太湖流域农田土壤中,15种多氯联苯同系物检出率为100%,六六六、滴滴涕超标率为28%和24%。令人不安的是,许多低浓度有毒污染物的影响是慢性的和长期的,可能长达数十年乃至数代人。
第三,过量施用化肥也会造成土壤污染90年代,全世界氮肥使用量为8000万吨氮,其中我国用量达1726吨氮,占世界用量的21.6%。我国耕地平均施用化肥氮量为224.8公斤/公顷,其中有17个省的平均施用量超过了国际公认的上限225公斤/公顷,有4个省达到了400公斤/公顷。据31个省、市、自治区的调查,目前在农业结构改制后的蔬菜、瓜果地里,单季作物化肥(折合纯养分)用量通常可达569~2000公斤/公顷以上,如一些蔬果种植大县的化肥平均用量已达1146公斤/公顷;滇池区蔬菜花卉基地,一季作物氮磷肥用量(纯养分)达687公斤/公顷,最高可达3300公斤/公顷;其化肥用量远高于全国平均水平(390公斤/公顷),较之世界用化肥首户的荷兰还高出一倍多;每年农田使用化肥氮进入环境的氮素达1000万吨左右,有些地区饮用水及农产品中,硝态氮和亚硝态氮的含量均明显超标。2000年下半年,华南地区有的城市监测到菜地土壤硝酸盐含量超标率为33.1%;据中国农科院对某地32种主要蔬菜调查,蔬菜硝酸盐含量比80年代初增加了1~4倍,其中有17种蔬菜硝酸盐含量超过欧盟提出的最低量标准;2001年长江三角洲的个别省份农产品出口由于监测不合格而损失数亿美元。
综上所述,近年来我国的土壤污染正在向不同尺度的区域性发展,并对各种农产品品质产生严重影响。特别是我国东南沿海经济快速发展地区,土壤及环境污染问题严重。主要表现为:1.持久性微量毒害污染物已成为新的、长期潜在的区域性土、水环境污染问题;2.大气中有害气体细粒子和痕量毒害污染物构成了土壤与大气的复合污染,城市光化学烟雾频繁并加重;3.农田与菜地土壤受农药/重金属等污染突出,硝酸盐积累显著,已严重影响农产品安全质量及其市场竞争力;4.珠江三角洲和太湖流域土壤和沉积物中有机氯农药残留普遍,已发现一些多环芳烃和多氯联苯等有害污染物的潜在高风险区。
造成如此严重的污染,除了自然原因外,人为活动是产生土壤与环境污染的主要原因,尤其是近20年来,随着工业化、城市化、农业集约化的快速发展,人们对农业资源高强度的开发利用,使大量未经处理的固体废弃物向农田转移,过量的化肥与农药大量在土壤与水体中残留,造成我国大面积农田土壤环境发生显性或潜性污染,成为影响我国农业与社会经济可持续发展的严重问题。
应当指出,由于土壤污染具有隐蔽性,潜伏性和长期性,其严重后果仅能通过食物给动物和人类健康造成危害,因而不易被人们察觉。因此,改善生态环境,保护土壤质量,控制与修复土壤污染,才能实现农业安全,保证人畜健康。
值得商榷的几种认识
针对当前农产品质量安全问题,社会上有各种提法。如建立“无公害农业”、“绿色农业”、“有机农业”、“绿色食品”、“生态农业”等。的确,21世纪的农业应该建立以“生态农业”为标志的现代化农业,但生态农业并不等于或不能完全保证农产品是安全的。如果不能从本质上实施生态农业的基本原则,杜绝有害物质的介入,不能通过整个农业生产体系与全程质量控制来保证农产品质量安全,则上述的这些提法均是无济于事的。下面就相关问题进行商榷。
1.“有机”不能替代“无机”,有机肥并非是最“洁净”的
人们一般认为有机肥培肥土壤是最安全的。这种认识是不全面的。第一,农业增产的实践证明,1公斤化肥,可增产5公斤~10公斤粮食。我国粮食的增产,有30%~35%是靠施用化肥取得的,化肥的贡献不容忽视。正确地说,化肥和有机肥的配合施用才是最有效的增产措施。第二,从对环境的污染看,无论是化肥还是有机肥,只要施用不当,均会出现污染。过量施用化肥是有害的,但有机肥若用量过大,腐熟不全,施用季节不当,也会对水圈、生物圈与大气圈产生污染。特别应注意的是,当前农村中的有机肥有不少是来自含化学激素或重金属等饲料饲养的畜禽排泄物,不少企业制造的商品有机肥的原料也不纯净。因此,有机肥也会变成引发土壤污染的根源。第三,目前社会上提出的“无公害”、“绿色”、“有机食品”以及A级、AA级“绿色食品”等,是以不使用或少用化学合成物质(化肥、农药、食品添加剂等)为主要标准的,其中以有机食品为最高等级。然而,这些标准还有待于国家对土壤与农产品质量标准与监测体系全面建立和完善后才能真正做到。对此,我们必须要有清醒的认识。
2.“无土栽培”不能代替“净土”种植
随着农业经济的不断发展,各地已广泛建立了农业科技示范园或基地,并以高度集约的方式,进行无土栽培,取得了可喜的成绩,解决了部分城市的蔬菜、瓜果供给,获得了很好的经济、社会效益。但从国家的粮食总体需求来看,至少在近阶段(几十年甚至几个世纪)仍然不能取代广阔的农业耕地。因此,必须在发展无土栽培蔬菜、瓜果的同时,继续强化全国耕地土壤肥力的培育与土壤污染防治,用“净土”生产粮食,造福于人民。
3.目前的“生态农业”并非等于安全农业
所谓“生态农业”是以生态理论为基础,以现代生态农业技术为手段,以农业可持续发展为核心,通过农业与环境,生态与经济的平衡,达到农业安全与人类健康的最终目标。在建设生态农业过程中,必须注意贯彻生态学原理,做到生态系统的良性循环,保持系统功能的稳定性与持续性;将农业安全与人类健康列为首位,建立多层次的持续高效的农业生态系统,并按区域特点建立生态区域模式。从而使现代生态农业在促进地区与国家经济发展方面起重要推动作用。生态农业是综合复杂的系统工程,需要与国家及地区的农业现代化建设相结合,核心是农业安全与人类健康。其中土壤与环境质量是农业生态工程的重要内容。这是一项需要投入实力,坚持不懈,科学实施的宏大工程。而目前多数地方多只是停留在口号和概念上,尤其不注意农业安全与人类健康。大家应对此有清醒认识。
4.“净土”不等于“洁食”
的确,洁净的土壤只是生产质量安全农产品的基本保证。事实上,洁净基地生产出的清洁农产品,还需经过储存、运输、深加工、市场流通直至餐桌等诸多过程。只有经过了这些全过程质量控制,最后到达餐桌仍是清洁的,才算农产品的真正安全。因此,在农业安全生产中,除了从防治土壤污染这个源头抓起外,还必须注意防治产地环境、生产过程、流通环节中所产生的污染问题,并通过建立与制定国家与地方一系列的农产品规范,完善质量认证、监测、管理、法制等体系建设,严格控制农产品的“全程清洁”生产,才能使农业安全得到可靠保障。
保护和治理土壤与环境质量的建议
1.开展全国土壤质量本底调查,建立全国土壤质量监测网络,为实现农产品的安全生产提供保障
我国土壤资源丰富,土壤类型复杂多样,不同利用方式、不同投入水平、不同管理模式均对土壤质量产生影响。虽然已经进行过两次全国性的土壤普查,但最近的一次已经过去了20多年,当时所获得的有关土壤环境质量的信息甚少,不能满足当今农业生产,特别是农产品质量安全生产的需要。如最近在太湖地区进行的土壤质量调查,其结果表明土壤质量的空间变异很大,环境质量状况令人担忧。如果不全面摸清各地土壤质量本底情况,针对不同质量土壤进行农业清洁生产,就根本不能保障农产品的质量安全。因此,在全国范围内进行土壤质量的本底调查十分紧迫。
目前,国家有关部门也正在推动全国性的与土壤质量有关的调查,如国土资源部的农业环境地球化学调查;国家环境保护总局的土壤污染调查;农业部的耕地质量调查与评价以及中国科学院的土壤质量研究等。但从目前的进展来看,各部门的侧重点均有所不同,缺乏必要的统一与整合,造成工作重复和资源浪费。因此,建议国务院组织、协调有关部门,加强资源和技术的整合,逐步、分区、分阶段地开展基于农产品质量安全的全国性耕地土壤环境质量调查与评价工作,并建立长期的动态监测体系。
2.尽快修订土壤环境质量标准,加强土壤有机与激素类污染物质的监测和研究,并尽快与国际接轨
目前,就农业生产中污染物而言,FAO(联合国粮农组织)迄今已公布了相关限制标准共2522项,美国则多达4000多项,其它发达国家的控制标准达数百项甚至上千项,而我国农产品质量标准中仅涉及62种化学污染物,所颁布的无公害农产品标准中,也仅规定了农药残留、重金属和硝酸盐含量控制标准,这与发达国家的限制标准不相适应。此外,美国、德国、英国、荷兰等西方国家对PCBs(多氯联苯)、PAHs(多环芳烃)、PCDD/PCDFs(二恶英类)等与人体健康威胁最大的有机污染物(环境激素)也制订了有关的质量控制标准。而我国新近颁布的无公害农产品产地土壤环境质量标准仍是引用现行土壤环境质量标准,且重金属仅限5种,农药仅限六六六和滴滴涕,其它有机污染物未涉及。因此,建议加强土壤中环境激素类物质的监测和研究,尽快修订有关土壤环境质量标准和农产品质量标准,尽快与国际接轨。
3.大力开展农业清洁生产,加强土地质量保护和修复的研究
开展农业清洁生产是解决农产品品质的根本措施。据江苏的经验,必须在摸清土壤与环境质量本底,抓好“净土”这个源头的基础上,选好主要农产品,明确技术规程,通过试验示范抓好并建立五大体系,即农产品质量安全生产技术规范体系;农产品质量安全标准体系;农产品质量安全监管监测与认证体系;质量安全农产品管理与市场信息体系;农产品质量安全法规与执法体系。
对大面积遭受污染的土壤,必须开发行之有效的污染土壤修复技术,并对有关环境技术基础与原理,如土壤污染形成机制与农产品质量安全措施;持久性微量毒害物的环境行为、生态毒理及人体健康危害;污染土壤、地表水和地下水的环境生物修复;农业面源污染及水体富营养化的修复过程与机理;痕量气体污染、细粒子污染及酸雨的形成、危害机制与防治等进行深入研究,以恢复和提高其土壤与环境质量水平。与此同时,应发展具有我国自主知识产权的环保技术与产业。此外,应将生态环境资产损失计入生产成本,以绿色GDP指标来衡量和考核地区经济发展成就。
4.制订土地质量修复和保护规划,加强规模化和标准化农产品生产示范基地的建设
应利用土壤环境质量调查与评价的结果,制订土地质量修复和保护规划,包括质量安全农产品发展的生产基地布局、结构调整、污染防治、污染土壤修复、农业清洁生产规划等,加强污染土地整治与修复的资金投入。同时在长江三角洲、珠江三角洲、胶东半岛、京津塘和东北等地区进行规模化和标准化农产品生产示范基地建设,逐步在全国建成一批安全、优质(营养、保健)、特色农产品生产基地,不断提升市场竞争力和出口创汇能力。
此外,应加强环保法规建设,健全管理体制和机制,制定更严格的环境标准。在保证国家现行环境法规的基础上,制定区域性新法规。在控制农业和农村面源污染的工作中,重点应该包括制定合理的土壤质量保护条例、湖泊和近海养殖规划,实施规模化畜禽养殖和生态养殖,建设农村集中居住社区和污水废物集中处理,合理使用有机肥,推广使用绿色农药,推广精准施肥技术,严禁使用高毒、高残留农药等。重视土壤、水体和大气持久性有毒物质及其长期危害效应的监测。
5.加强土壤与环境质量的宣传与科普工作,进一步提高全民生态环保意识
【关键词】污水灌溉土壤污染技术措施
中图分类号:U664.9文献标识码: A
当今世界范围内,都面临着不同程度的用水危机,有些地方甚至严重制约着社会的正常发展。农业是用水大户,约占总用水量的60%―70%。在中国,灌溉农业用水占总用水量的70%以上,随着社会发展、城市化进程加快和人口增加,水资源供需矛盾会更加尖锐。污水灌溉应用于农业将成为缓解水资源供需矛盾的重要方面。污水回用于农田灌溉具有很大的潜力,但容易造成重金属累积以及病原微生物污染的健康风险,而且灌溉土壤一旦被污染,将难以治理,也会带来一系列的水土环境、生态安全等问题。因此,在当今建设资源节约型、环境友好型社会的形式下,不得不重新审视污水处理水灌溉这一问题,怎样进行合理的污水灌溉,成为当今的又一研究热点。
1、研究背景及目的意义
污水灌溉就是人们有意识、有目的地利用土壤环境自净功能,解决水资源缺乏和污水资源化的重要应用工程措施。由于大多数污水中含有较丰富的N、P、K、Cu、Zn等,能为作物提供多种营养元素,且在一定范围内能使作物增产,污水灌溉不仅为农业生产提供了灌溉水源,也为污水的处理提供了一条廉价的解决途径,既保护了水环境,又缓解了水资源供需之间的矛盾。但污水中也含有大量的有毒有害物质,盲目的污水灌溉导致了一些地区的土壤有毒有害物质积累,土壤受到不同程度的污染,造成作物减产,农产品质量变劣,土壤生态环境不断恶化,甚至弃耕。如何合理利用污水资源,对土壤污染进行防治,已成为当前急需解决的土壤环境问题。污水灌溉应当因地制宜、合理利用,这对土地的可持续利用、保护土壤环境、缓解水资源的供需矛盾、保证农业的可持续发展有重要的意义。
2、目前污水灌溉存在的问题
最早提出使用污水灌溉的目的,一是对污水中N、P等植物营养素的期望,二是借助灌溉通过土壤对污水进行净化处理。这在一定技术保障前提下是可行的,也是有利的,但由于近几年排污量及污染成份大量增加,且大部分未经任何处理直接排入河道、湖泊等天然水体,致使依靠地表水灌溉的农田被迫使用污水灌溉。污水灌溉存在的主要问题如下:
(1)城市工业废污水处理率低,水质不达标;
(2)污灌前缺少污水处理措施;
(3)污水灌溉技术很少,难以指导污水资源利用;
(4)污灌区缺乏污水灌溉环境监测评价处于无人管理状态;
3、污水灌溉对土壤的影响
土壤是天然的净化器,土体通过对各种污染物机械吸收、阻留,土壤胶体的理化吸附、土壤溶液的溶解稀释、土壤中微生物的分解及利用,发生物理和生物化学作用,大部分有毒物质会分解、毒性降低或转化为无毒物质,有机物为作物生长发育所利用。但是土壤的净化和缓冲能力是有一定限度的,长期引用未经任何处理的不符合标准的污水灌溉农田,土壤中的有机污染物及重金属含量超过了土壤吸持和作物吸收能力,必然造成土壤污染,出现土壤板结、肥力下降、土壤的结构和功能失调,使土壤生态系统平衡受到破坏,引起土壤环境恶化,土壤生物群落结构衰退,多样性下降,产生环境生态问题。
3.1有机污染
氰、酚、多环芳烃、烷基苯、磺酸盐、苯并(a)芘等都是有害的有机化合物,其中很多是三致(致癌、致畸、致突变)物质。有机污染物的挥发性小,残留期长,难以被生物降解,易通过食物链在生物体内积累。目前某些污水灌区由于污水中含有有机污染物,已经造成了土壤有机污染。某灌区是我国最大的石油类污水灌区之一,污水灌溉历史已长达数年。全区污水灌溉面积达0. 87万hm2,由于长期采用该区排放的富含石油烃、挥发酚、硫化物等污染物的工业、生活污水进行灌溉,已使该区域农田土壤遭受严重污染,土壤中毒物积累严重。上游地区石油类含量均值在500mg/kg以上,超过清灌区(对照点)6倍,中下游地区平均约200mg/kg,超过清灌区2倍以上。小三江污水灌区,在近年已检出土壤中有机化合物8类2 9种,以烷烃、酸类、酮类检出种数为多,2 9种有机化合物中,5种为致癌物,1种为致畸和致突变物,4种为刺激性物质。
3.2重金属污染
土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点。长期灌溉含有大量重金属的污水,会使土壤中的一些重金属的含量增加,如广州市郊污灌区土壤中Cd、Pb、Hg、Zn、Cr、Cu的浓度为清灌区的1.8~4.5倍(如表),污灌区土壤Hg的浓度最高达2.3mg/kg,Zn的浓度最高达1320mg/kg,明显异常。
据全国污灌区调查,在约1 40万h m2的污灌区中,遭受重金属污染的土地占污灌区面积的64. 8%,其中轻度污染的占46. 7%,中度污染的占9.7%,严重污染的占8.4% 。
3.3酸、碱、盐污染
经常引用含酸、碱、盐的废污水灌溉会改变土壤的pH值,引起土壤次生盐渍化、碱化等土壤退化问题,导致土壤结构破坏。污水中Na+过高还会引起土壤颗粒分散,物理性质恶化。污水中的可溶性盐分随水进入农田土壤,愈靠近污水输水干渠,土壤全盐含量愈高。如市区东郊水磨河灌区,污水矿化度为1. 38~2. llg/L,多年污水灌溉后土壤表层含盐量达0. 21%~0. 51%,出现轻度至中度盐渍化。在华南不同污水类型灌区土壤中全盐量变化,其大小顺序为工矿污水>城市生活污水>清灌。
土壤酸度增加往往会加速土壤养分的淋失,特别是Cu、Zn等植物必需元素的淋失,而对于受重金属污染的土壤,酸度增加会引起重金属活性提高,从而增加对植物的毒害。
3.4其化污染
3.4.1氮污染
污水中所含大量氮磷化合物在土壤微生物的作用下,会转化为硝酸盐和磷酸盐。氮、磷在土壤中大量累积,会由于水的淋洗作用及地表径流引起水体富营养化;土壤氮含量过高,会导致作物徒长、倒伏、贪青、晚熟,易遭受病虫危害。
3.4.2生物污染
生物污染主要是病毒、病菌和寄生虫卵等。利用含有致病菌的污水灌溉的土壤,很可能会成为某些疾病流行的媒介,污染地下水和作物,进而危及人类及家畜的健康。有资料表明,污水灌溉处理不当地区居民的肝炎、脑血管、肺心等病的发生、死亡率均比对照区要高。不同的灌溉方法会影响潜在的病菌传播,如滴灌、渗灌、微喷等。
3.4.3悬浮物污染
污水含有大量悬浮物,土壤经长期污灌,会增加土壤容重,堵塞土壤孔隙,破坏土壤结构,使土壤出现板结现象等,使土壤肥力降低。
4、防治污灌对土壤污染的技术措施
污水灌溉所带来的诸多弊端已引起人们高度重视,必须采取科学对策,着手控制污染,改善水质,以保障污水灌溉的可持续发展。
4.1进行预处理,加强水质监测
污水灌溉水质控制是实现污灌区污染防治的先决条件,必须对污水进行预处理,使污水达到农田灌溉水质标准。为避免输水过程中对沿线土壤和地下水的污染,应采用管道输水,并在管道起点处进行消毒。还可利用低洼地修建各种氧化塘和人工湿地处理污水,使水质达标。
4.2建立污水灌溉制度,加强科学管理
污灌区的布局要进行合理的规划,根据污灌水质、土壤类型、作物品种和气候条件的不同,制定污水灌溉的管理办法。根据土壤水分动态、土壤污染降解能力、作物耗水需肥量、污染物在作物中的残留规律以及防渗要求,建立污水灌溉制度。污水灌溉对作物中有害元素残留的影响一般是后期,按照作物生育特性和需水、需肥临界期,确定污水灌溉时期。一般作物在幼苗期与花穗期均不能进行污灌。
4.3调整污灌区农作物种植结构
应根据污水的性质调整种植结构,氮、磷等养分含量较高、其他污染物含量很少的污水,用于蔬菜和粮食作物灌溉;重金属含量较高的污灌区种植不可食用的且耐重金属的植物,如草皮、花卉与观赏性或绿化用的苗木:高污染地区不作农业用地。同等污水灌溉条件下,粮食作物的污染物残留量为:小麦>水稻>玉米,蔬菜作物:叶菜类>水生蔬菜>茄果类>根菜类,应根据这个规律调整作物种植结构。调查研究表明,作物株体不同部位对污染物累积程度不一,呈现根、茎、叶、籽粒果实递减的规律。因此食用根、茎、叶的蔬菜和土豆等作物应杜绝污灌,小麦、玉米、谷子、棉花等作物可适量引污灌溉。
4.4改变污水灌溉方式
传统的淹灌、漫灌、沟灌,灌水分布不均,很容易造成灌水过量,致使局部地区土壤受到污染。喷灌、微灌、滴灌等灌水技术不仅节水节能,而且由于输配水管道的防渗作用,对防止土壤污染作用明显。
4.5污灌区渠道防渗
目前,大部分污灌区的干支渠未做防渗处理,污水渗漏量较多,部分地区输水渠道两侧的地下水已受到污染,因此应加强污灌区输水渠道防渗工程建设,特别是距村庄较近的渠段,更应做好防渗处理,避免污染饮用水源。
4.6整治和改造受污地区
对已经受污染的农地,可通过施加改良剂,如石灰、铁盐等,通过沉淀或吸附来降低重金属的有效性;也可通过改变耕作制度,如深翻、水改旱等,减轻重金属的危害。严重的地方,可采用排土法、客土法等工程措施。
1.1废弃塑料污染
在很多农业种植中都会应用到地膜,但是在生产过程中,存在严重的地膜残留以及废弃塑料的污染情况。对于旱作农业种植来说,选择全膜双垄沟播种技术可以有效提高粮食产量,但同时随着塑料制品应用数量的增多,而农民环保意识不高的情况下,白色污染情况日益严重。另外,日常生活中应用到的塑料包装盒、塑料袋等也会经过多重途径进入到农田中,对土壤环境造成不良影响。如果在农业种植过程中,不能有效解决塑料污染问题,经过长时间的循环就会使得土壤环境恶化,涵水能力降低,与常规土壤相比作物抗旱能力明显降低,严重的甚至会因为板结程度贵高影响作物的正常生长。
1.2化肥农药污染
为提高农业生产总量,现在有越来越多的化肥农药被应用到作物种植上,会对生态环境造成不同程度的影响。基于化肥材料特性,其自身的利用效率比较低,如果盲目增加用量,作物不但不会有效吸收,甚至会因为化肥大量的流失而对土壤环境造成一定的污染。另外,农药作为提高作物抵抗力的辅助措施,在使用过程中如果管理不当散落到土壤或者水环境中,或者是施加量过多蒸发进入大气环境中,都会造成生态环境的污染。并且农药存在的残留问题一直以来都是人们重点关注的内容,通过环境、食物链等因素最终传递给人,会对人的健康产生威胁。
2农业生态污染监测指标分析
2.1大气环境污染监测点
大气环境污染物主要是由于秸秆燃烧以及周围化工厂生产排放的各类污染物等,按照各类污染物对农产品产生影响程度不同可以将其分为:氧化性危害、还原性危害、酸性危害、碱性危害、生理危害以及残留性危害等,其中氧化性危害污染物常见的有二氧化氮、臭氧以及氯气等;酸性危害污染物主要包括氯化氢、氟化氢、硝酸雾等;碱性危害污染物常见的有氨气等。大气环境中存在能够对农产品造成危害的污染物种类众多,但是就我国农业大气污染监测与控制方面来说,仅仅只规定了常见污染物的监测指标。因此,想要做好农业生态环境监测的控制管理,就需要合理全面的确定监测指标,并以此为基础来选择相应的监测技术。
2.2土壤环境污染监测点
农业土壤污染主要是因为化肥流失、农药残留以及塑料污染等造成,还存在部分重金属污染的情况。与大气环境污染监测相比,土壤污染环境监测指标以及监测点的确定过程更为复杂,在监测过程中对化学试剂、分析设备、分析技术以及分析人员等都有着严格的要求。在农业种植过程中长时间使用含有重金属火车持久性有机物的农药化肥,或者是浇水灌溉时有重金属流入农田等。在确定土壤环境污染监测点时,应结合大气以及水环境监测点同步设定,数量也应与其他两项检测项目相同。
2.3水环境污染监测点
水环境污染是影响农业持续发展的主要因素,而造成其污染的因素包括多个方面,如大气环境中存有的污染物在降水作用下进入到水环境;化肥农药流失在地表水带动下进入周围水环境;工业、农业以及日常生活垃圾中存有的污染物随地表流水进入水环境。一般情况下对水环境污染情况进行监测,需要确定全盐量、水温、化学需氧量、溶解氧以及pH等内容。即在采集待检测水样后用将色谱-质谱联用仪进行定性监测,并将监测结果作为水环境污染定量监测的标准。在确定其监测点时,对于同一农业区域地下水源,应选择不同深度机井设置多个监测点。而对于使用地表水源的农业区域,则应将监测点设置在水泵站位置;最后对于应用处理后养殖业废水为水源的农业区域,则应将监测点设置在排水总口位置。
3农业生态污染监测次数分析
通过对农业生态污染的监测,可以更好的掌握农业下一步发展的节奏,对存在严重污染情况的区域进行综合治理,争取以有效的措施来遏制污染源,逐渐降低污染严重程度。但是农业生态污染监测环节众多,在分析与治理上需要花费大量的资金。为了能够从综合角度来做好对生态环境污染的控制,并提高其综合效益,就需要合理确定监测频次。一般情况下,大气环境污染监测频次应由农产品生长期与生产期来决定,并且要保证大气环境污染监测与大气环境污染监测频次的一致性。而土壤环境污染监测频次的确定应由农业区域土壤质量的具体情况来确定,因为土壤重金属以及持久性有机物等污染具有较长的潜伏期,再加上土壤样品监测实验受样品采集、处理以及监测分析影响比较大。因此在对其进行监测前,应确定土壤重金属以及持久性有机物等污染物的每年增长量。对于长期处于常规状态,没有受到工业废水、废渣以及废气等污染物影响的农业区域,监测频次可以为5~10/次,来监测土壤重金属与持久性有机物含有率。而对于部分处于工厂周边的农业区域,其受到工业污染的概率非常大,因此监测频次比较多,一般为2~3年/次。并且因为工业污染过程变化性比较大,具体的监测频次还需要结合土壤的实际情况来确定,可以在标准上适当的缩短监测间隔时间。
4农业生态污染治理优化措施
4.1加强生态监测重视
当地政府应从本地农业发展实际情况出发,以国家相关标准为基础,准确定位当地农业生态污染程度,并自此基础上来建立专门的环境保护管理站,成立专业管理小组,并制定完善监测管理方案。并且要确定重点监测区域,尤其是临近工业区的农业区域,对原有污染监测频次进行合理的调整,争取能够准确掌握不同农业区域的污染情况,可以及时采取措施进行治理,避免污染程度的进一步加深,降低因污染问题对农业产率的影响。
4.2制定相应管理方案
第一,加强面源污染防治。做好农药化肥的管理,利用新型无毒无污染农药化肥来代替传统使用的高毒、高残留化学农药,并且应积极推行生物治理以及机械物理治理方法,减少各类农药的使用。第二,积极推进循环农业。还应将循环农业发展模式贯彻到底,即以农作物秸秆为基础资源,建设沼气池以及养殖业等,推行多个环节和谐运行的农业发展模式,如“种-养-气”以及“种-气-肥”等循环生产模式,对提高农业资源利用率具有重要意义。第三,废旧农膜回收处理。应做好塑料污染所具危害性的宣传工作,使广大农民都能树立起保护环境的主观意识,这样不但可以逐渐降低“白色污染”带来的危害,还可以回收利用来降低成本。
4.3加大环保生产宣传力度
充分发挥电视、广播、网络以及报刊等媒体具有的功能,做好农业生产环保管理的宣传工作,使所有农民都可以意识到加强农业生态污染管理的重要性,并积极投入到循环生产、绿色生产中,在降低对环境污染的基础上不断提高生产效率。另外,政府还可以建立农业循环经济示范点,因地制宜选择污染监测技术以及管理方案,做好对各类污染因素的控制,更有效的实现农业循环生产。
5结语