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目前全国已经有近1/10的耕地土壤遭到污染。国家投入巨资启动的全国土壤污染状况调查正在进行中,土壤污染状况调查的重点区域是长三角、珠三角、环渤海湾地区、东北地区、成渝平原、渭河平原以及主要矿产资源型城市。这表明,土壤污染已成为我国乃至全球性土壤退化的重要因素,土壤环境质量下降是当前实现可持续发展面临的严峻挑战。多年来被忽视的土壤污染问题已经得到了国家和公众的高度重视。
土壤污染有明显的地域性。污染物质在大气和水体中,一般都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物质在土壤中并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释,因此容易在土壤中不断积累而超标,同时也使土壤污染具有很强的地域性。我国的土壤污染比较重的地方在珠三角、长三角和东北地区。土壤污染有明显的地域性还表现在,一般具有离城市和矿山越远,土壤污染程度越轻的特点。从总体来说,
土壤污染大致可以分为:重金属污染、农药和有机物污染、放射性污染、病原菌污染等多种类型。我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。石油化工企业产生的废水污灌会使大米产生油味。有些地区污灌已经使得蔬菜的味道变差,易烂,甚至出现难闻的异味;农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。
造成土壤污染的原因主要有三:一是历史欠账,二是工业发展不合理的模式,三是农业生产系统内部环保意识淡漠。这在世界范围内有一定的规律性。
大约1/3的耕地土壤污染与污灌有关。工业废渣在占地的同时,产生的废弃物又通过风、水扩散开来。大量的固体废弃物,像粉煤灰,污染重的钢渣都污染土壤,此外还有施用不当的农药、化肥,以及未经环保处理的畜禽废弃物对土壤的污染。城市垃圾,含污染物的河底淤泥混入人粪尿,被盲目用作肥料也是造成土壤污染的原因之一。土壤受到污染后,含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他生态环境问题。人们往往对污染危害土壤生态认识不足,土壤里是有生物的,污染使土壤生物种群发生了变化,生产能力退化。
土壤污染具有隐蔽性和滞后性。与水、大气污染明显不同的是,土壤污染具有隐蔽性和滞后性。大气污染、水污染和废弃物污染等问题一般都比较直观,人们可以发现变色、异味等,通过感官就能发现。而土壤污染则不同,它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测,甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。因此,土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。如日本的 “水俣病”经过了10-20年之后才被人们所认识。
大量污染物排放通过污灌等途径最终直接或间接地进入土壤,并经长时间积累导致土壤严重污染。土壤污染具有不可逆转性。重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程,许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。
鉴于土壤污染难于治理,而土壤污染问题的产生又具有明显的隐蔽性和滞后性等特点,因此土壤污染问题一般都不太容易受到重视。辨证施治染病的土壤
土壤本身有自净能力,但有限。积累在污染土壤中的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除。因此,土壤污染的防治需要全面考虑,系统运作。我省的一些城市,在进行土地利用规划时,充分考虑到了土壤的污染问题,将那些污染严重,难以治理的耕地优先考虑作为市政建设用地。
国家投入巨资启动了全国土壤污染状况调查,一期工程将在2008年结束,由环保部门执行,以期全面、系统、准确掌握全国土壤环境质量总体状况,查明重点地区土壤污染类型、程度和原因,评估土壤污染风险,确定土壤环境安全等级,筛选并试点示范污染土壤修复技术,构建适合我国国情的土壤污染防治法律法规及标准体系,提升土壤环境监管能力。
国际上修复土壤污染的技术有物理的、化学的,也有生物的。正在开发的生物技术,是利用生物降解和形态的转化达到修复的目的。针对有机污染的技术,用植物、细菌、真菌联合加速有机物的降解,针对无机污染的技术,利用植物修复可以把一部分重金属从土壤中带走。还有一种方法,在土壤中加入一些化学物质,降低重金属的生物有效性。当然,对于重金属污染严重的土壤只能挖走或进行土壤的冲洗和清洁,这样的技术费用就比较高。
污染的治理。污染物质的性质及其来源不同,治理起来的难易程度就有差异。有些污染维持时间较短,如可降解有机物的污染,而有些污染维持时间较长,危害很大,如很难降解的农药“六六六”的污染,在土壤中可存留几十年。有些污染比较好治理,有些则非常难治理,一般天然物质污染比较好治理,而人工合成物质的污染很难治理,重金属污染也很难治理。所以必须根据污染物的性质和来源等实际情况,制定切实可行的措施。一般可采取以下方法进行治理。
化学方法。通过施用石灰、磷酸盐、氧化铁等物质,调节土壤pH值,使重金属转化为难溶的形态,降低在土壤溶液中的浓度,从而减轻土壤重金属对作物的毒害。改良土壤质地,增施有机肥料,增加土壤胶体对重金属离子和农药的吸附能力,也起一定的作用。但这种方法不能从根本上解决问题。
2、生物防治。有些植物如向日葵对重金属具有很强的吸收和富集能力,连续种植几年可明显地降低土壤中重金属的含量。向土壤施入有机物质,提高微生物活性,或向土壤接种特殊功能的微生物,加快有害物质的分解。
关键词:农业;土壤;污染
中图分类号: X53 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/ki.jlny.2016.24.062
随着时代的进步与发展,我国的行业发展经历了以农业发展为主、朝工业化发展前进以及多产业链为核心的发展过程,其中农业的发展始终占据着最为基础性的地位,直接影响着人们的日常生活。农业生产效益的高低,关键的因素之一就是土壤质量的好坏,由于工业化、城市化的快速发展,生产生活中的化学物质、有毒有害物质都已经侵入到土壤中,使得土壤面临着严重的污染,给农业生产带来的问题层出不穷。土壤污染的严峻化,制约了农业的发展,威胁了人们的身体健康,甚至也影响了农业的可持续发展。为此,改善土壤污染现象,提高土壤自净能力,有效解决土壤污染问题刻不容缓。
1造成土壤污染的原因
我国土壤污染总体形势非常严峻,而造成这一严峻现象的因素也有很多,为此,在提出有效对策之前首先要明确土壤污染形成的原因,才能在此基础之上提出有效的解决策略。造成土壤污染的成因,具体体现在以下几个方面:
1.1农药的过度使用
农药的生产与使用是造成土壤污染的一个重要因素。在农作物生产过程中,为了预防和控制农作物病虫害的发生,提高农作物产量和效益,农民把化学防治作为农作物病虫害防治的首选,农作物的施用农药的方式主要有土壤直接撒施,灌根、叶面喷施、熏蒸等。由于农药的大量使用和不合理使用,大部分农药会直接渗透到土壤中。另外,大气中残留的农药以及喷洒在植物上的农药会在雨水的作用下直接落入土壤中,这就导致土壤在农药的作用下发生污染。
1.2工业废水与生活污水的不合理排放
社会经济的发展与进步,工业化进程的加快,在加上人们对于环保意识观念淡薄,在工业化过程中将工业的“三废”以及生活污水以不合理的方式进行排放,导致土壤中重金金属、无机盐、有机物、病原体不断在积累,使得土壤毒性在不断增加,进一步加剧了土壤的污染,影响农业的发展与人们的生活。
1.3白色污染与废电池污染的影响
白色污染与废电池污染也是造成土壤污染的重要因素之一。所谓的白色污染,指的就是人们所使用的以泡沫为材料制作的物品以及塑料袋、农业生产过程中的塑料薄膜,将这些污染物随意的扔弃,使得这些物质长期废滞在土壤中,影响农作物的吸收和发展,削弱土壤的自我净化能力。其次是废电池污染,废电池中含有大量的重金属元素,由于人们对此观念浅薄,导致随意的丢弃,使得这些重金属元素进入到土壤中加剧了土壤的污染。
1.4农家肥使用的影响
农业生产过程中,施用畜禽肥等农家肥是提高土壤肥力的重要措施,能提高土壤抗风化和水侵蚀的能力,改善土壤的团粒结构,提高通气性,增加土壤有机质和促进有益微生物的生长。但是不合理使用农家肥,可以引起土壤盐分增高。养殖户在饲养过程中饲料添加剂,药物的滥用,可引起重金属对土壤的次生污染。
2改善土壤污染的有效措施
在明确土壤污染形成的原因之后,在此基础之上提出相关的解决策略,希望可以改善土壤污染所面临的严峻形势,促进农业的健康发展。
2.1控制农药和化肥的使用,减少白色及废电池污染
改善土壤污染的第一步就是对农药、化肥污染以及白色污染的治理,严格电池的生产与治理。这一方法的实施首先需要提高农民科学施肥意识,使得土壤不过多接受化肥与农药,处于一个合理的范围之内,与此同时,采用有机肥与无机肥的混合和交替,以此来降低对土壤的破坏和污染。其次,针对白色污染问题,引导农民在使用塑料膜时用可降解材料来代替,而对于电池的污染则是要求在生产的过程中实现产品无害化,以及推广废旧电池回收利用策略,以达到保护土壤的目的。
2.2利用污水灌田,提高土壤自身净化能力
整治土壤污染问题刻不容缓,土壤质量的好坏直接影响着农产品质量的高低,影响着日常人们的生活健康。为此,改善土壤污染的第二个步骤就是科学利用污水灌田,提高土壤自身净化能力,由于工厂所排出的污水并不都是有害的,只是排出无害污水的过程中与其他相融合就变成有害的,因此就需要按照相关的规定和标准对污水进行净化的处理,这样做不仅净化了污水,又实现了污水的利用,避免了对土壤的污染。与此同时,要大力发展生态农业、有机农业,采用与之对应的措施,如轮作制度、有机肥与绿肥的应用等方面,以此来提升和激发土壤自身的净化能力。
2.3增强土壤保护意识,加强土壤污染安全防护评估
增强土壤保护意识,加强土壤污染安全防护评估。一方面,农民是农业活动开展的主体,加强广大农民对土壤的保护意识,意识到有害土壤的弊端,从多方面来保护土壤,从根本上改善我国土壤污染现状。另一方面,土壤污染安全防护评估的建立与完善,对土壤污染进行有效的控制,以促进农业的发展。
3结语
土壤无论是对农业的发展还是对人们日常的生活,都发挥着重要的作用,因此,要采取合理有效的措施改善土壤存在的污染问题,提高土壤自净化能力。
参考文献
[1] 贺艳.我国农村土壤污染防治立法研究[D].东北林业大学,2015.
[2] 孙起.试论我国土壤污染防治的制度构建[D].复旦大学,2014.
关键词土壤污染;现状;防控;措施
中图分类号:X53文献标志码:BDOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.06.082
土地是关系到国计民生的重要资源,当前,国内土壤污染愈演愈烈,导致土地环保质量严重下降,尤其是在工业、商业迅猛发展的大环境下,牺牲土壤生态谋取经济利益的现象屡禁不止。土壤污染已成为环境污染的重要因素,尤其是“三废”污染、石油污染、重金属污染、化学农药污染、放射性污染等,已使土壤生态环境受到严重破坏。在可持续发展理念的引导下,土壤污染已引起了社会各界的高度重视,由此可见,保护土壤质量、维护土壤生态、净化土壤污染已成为当务之急。
1土壤污染的特征
1.1隐蔽且滞后
大气、水、废弃物污染是很容易通过感官而被发现的,但土壤污染却具有很高的隐蔽性,难以直接发现。土壤污染需要对土壤样品进行采样化验,分析其中有害物质的残存量,甚至通过研究人畜等的健康状况才能明确。这就造成土壤污染监管远远滞后于污染现状,而且一旦发现土壤污染,往往是已经发生了很长时间,因此,土壤污染往往具有隐蔽性和滞后性。
1.2累积性
在大气与水体中的污染物质一般较易治理或迁移,但在土壤中却不同,土壤不像大气和水的扩散与稀释能力那么高,而且其中的有毒有害物质积累时间较长、成分复杂,往往治理难度较大。尤其是土壤污染的持续性、渐近性特点,更使污染物质极易在土壤中累积从而超标。
1.3不可逆
重金属对土壤的污染是不可逆转的过程,有很多有机化学物质的污染需要很长的时间才能够降解,有的重金属在土壤中可能需要长达100~200年的时间才能解除污染。这就会使被重金属污染的土壤在很长时间内被贴上“污染”标签,难以被应用到生产生活和经济建设中,同时也会对当地民众的生产生活安全性造成极大危害。
2土壤污染现状与危害
2.1土壤污染现状
土壤是人类生存发展的基础。随着经济的发展,工业化、城市化、农业集约化的变化越来越快,很多未经处理的废弃物都转移到了土壤之中,如重金属、硝酸盐、农药、病原菌等。按照污染物性质,可以分为无机物污染、有机物污染和生物污染;根据污染物的存在状态可分为单一污染、复合污染以及混合污染。目前,我国的土壤污染总体形势非常严峻,部分地区土壤污染严重,并且在有的特殊区域出现了重污染以及高风险污染。土壤污染的途径多种多样,原因很复杂,把控起来难度较大[1]。另外,土壤环境监督管理体系的不健全,土壤污染防治工作的投入力度不够,人们普遍的防治意识薄弱,并且由土壤污染引发的农产品安全问题以及群体性事件已成为威胁人们身心健康、妨碍社会稳定的一个原因。
2.2土壤污染的危害
1)土壤污染对作物危害严重。当土壤中的污染物质含量超标时,其生长出的植物会出现吸收及代谢能力失衡,残留植物體内的有机污染物直接对植物的生长产生影响,有的还会引发遗传变异甚至死亡。2)土壤污染物在植物体内残留。农作物在处于土壤污染的环境中,通过自身的生长发育体系将污染物吸收进自身体内,污染物的残留量在农作物的体内分布不均,并且不同的污染物在其体内停留的时间也不同。一般根部的残留量最多,其次是茎、叶、荚、籽粒,并且在植物体内的停留时间根据污染物的分解性不同而不同,分解性高的,停留时间短,反之停留时间长。3)土壤污染会危害人体健康。土壤中的病原体能够通过食物链的传播进入人体,有的也会通过皮肤侵害人体。放射性污染物主要是通过食物链进入人体。另外有的还会通过呼吸系统侵入人体,使受害者白细胞数量发生改变。
3土壤污染的防治
3.1健全土壤污染法律法规,调查土壤污染状况
针对治理土壤污染的问题,我国已确立了相关法律法规,其内容涉及农业环境保护、防治土地污染等领域,也起到了一定作用。但针对土壤污染问题的日益加重,相关部门需要尽快设立长期稳定的法律法规,并对现有的法律法规进行完善,使土壤污染防治工作更加高效地进行。
土壤污染的治理需要有完善的调查工作为基础,相关部门要建立土壤质量监测数据库,尤其要严格监控污染较为严重的重点区域,建立完善的土壤污染监管档案[2]。国内土壤污染呈现集中性特点,这就使区域土壤污染治理重点更加明确。通过数据调查分析土壤污染的危害性,并根据其污染指数、影响范围制定有效的治理对策,对高危污染区进行全面强化治理。
3.2施用化学改良剂,加强土壤净化能力
实施生物改良,增加土壤环境容量。为了改善土壤质量,可向土壤中施加石灰、碱性磷酸盐、氧化铁、碳酸盐和硫化物等化学改良剂,加速有机物的分解,将重金属固定在土壤中,将其转化为难溶的化合物,防止其迁移造成各种污染。土壤中的有机污染物可以靠植物、真菌、细菌等合作降解,并且通过植物能够带走土壤中的部分重金属。
对于受到重金属污染的土壤,除生态修复之外,还需要对其进行物理修复。当前,土壤电动修复技术已进入研发使用阶段,通过离子电学和电渗析作用清除土壤中的重金属,或者在土壤中计入盐酸溶液,从而清除土壤中的镉、铅等有害重金属。虽然这些新型土壤净化科技尚处于研发阶段,但相信在不久的将来,“科技净土”将成为现实,为土壤净化和保护提供更有效的治理措施。
3.3强化农业生产过程环境监管
相关机构应加强肥料、农药等投入的安全管理工作,严控污水灌溉以及污泥农用行为。加强对农业的污染控制,严禁使用重金属超标的农药化肥,尤其的化学杀伤性、残留性高的农药化肥,从源头抓起杜绝土壤种植性污染[3]。优先发展生态农业,鼓励并发展无公害、绿色和有机农产品的生产基地的建设。农业部门和环保部门要联合行动,密切关注土壤污染治理能效,通过生态农业的发展的优化土壤性质,提高土壤污染治理效率。
3.4优化产业规划布局
加强规划布局,防止重污染企业等的建设开发生产等活动对周边土壤造成污染,设置区域环评、规划环评等程序,避免各种不合乎要求的开发项目的开展造成土壤污染。环境部门要针对土壤重污染区域划定污染红线,定期监测周边土壤污染情况,尤其是与周边民众生产生活密切相关的土壤治理更要提起重视。规划当地产业布局有利于强化土壤生态保护基础,控制土壤污染源,最大限度地降低土壤污染风险。
4结语
土壤环境问题在现代社会中已日益突显,国家对于环境保护工作也愈加重视。为了实现现代社会各方面的可持续性发展,土壤污染问题必须着重解决,相关部门以及大众都需要为之努力,营造一个健康的工作生活环境。
参考文献:
[1] 何鹏.土壤污染现状危害及治理[J].吉林蔬菜,2012(9):55-56.
关键字:土壤污染污染、现状、特性、成因及类型
中图分类号:TE08 文献标识码: A
1、引言
土壤是环境要素之一,是人类生存、兴国安邦的战略资源。近20年来,随着社会经济的高速发展,我国因污染退化的土壤数量日益增加、范围不断扩大,土壤质量恶化加剧,危害更加严重,己经影响到小康社会的建设和可持续发展战略目标的实现,土壤污染防治刻不容缓。
对于土壤污染这个问题,一种观点认为,只要外源污染物进入土壤,便可称为土壤污染;而另一种观点认为,外源污染物不仅需要存在于土壤中,而且要对土壤本身或者土壤中附着的植物或者周围的生态环境造成损害,才能称之为土壤污染。综合来说,土壤污染,就是由于人类的生产、生活等活动产生的污染物、废弃物等直接或者间接的进入土壤,使得土壤的形状和性质等发生变化,并且超出了土壤的自净能力,破坏土壤乃至整个生态平衡的现象。
2、我国土壤污染现状
现如今制约我国经济社会可持续发展的重要因素之一就是土壤污染,由于我国工业化和城市化的进程加快,导致受污染土地的面积不断扩大,这一问题已制约着我国经济社会的发展。
2014 年 4 月 17 日,环境保护部和国土资源部了全国土壤污染状况调查公报,本次土壤污染状况调查的范围是除香港、澳门特别行政区和台湾省以外的陆地国土,调查点位覆盖全部耕地,部分林地、草地、未利用地和建设用地,实际调查面积约 630 万平方公里。调查采用统一的方法、标准,基本掌握了全国土壤环境总体状况。调查结果显示,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。全国土壤总的点位超标率为 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%。从土壤利用类型看,耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为 19.4%、10.0%、10.4%。
我国目前土壤污染呈污染种类多、污染途径广、有机无机污染物混合污染、新老污染并存的多元素复杂形式,防治难度极大。农产品的质量安全和人民的身体健康受到土壤污染的严重威胁,同时也影响社会和谐。我国土壤污染状况总体呈现污染物种类多、含量大、受污染土地面积广的特点,农村、城市和矿区呈现不同程度的土壤污染状况,尤其是耕地受污染严重。目前,有关研究表明,我国耕地受重金属污染严重,约有五分之一的耕地被重金属污染,而农产品被有机污染和农用化学品污染,导致其产量和质量均有下降,每年的直接损失至少数百亿。
近几年来,环保问题随着经济社会的迅速发展日益受到人们的关注。土壤环境保护和治理问题也成为除了水、大气、固体废弃物污染以外的新的关注热点。目前,我国生态环境、食品的安全、农业可持续发展等问题已受到土壤污染的严重威胁,土壤污染问题引起了环保治理者的高度重视,为此,国务院办公厅于今年初《关于印发近期土壤环境保护和综合治理工作安排的通知》,要求到2015年,在全面摸清我国土壤被污染状况的前提下,建立严格的涉及耕地和集中式饮用水水源地的土壤环境保护和治理制度,遏制土壤污染的上升趋势,保证全国耕地土壤环境质量的调查点位达标率高于80%。并提出到2020年,力争建成我国土壤环境保护体系,明显改善全国土壤环境质量。
3、土壤污染的主要成因及类型
化学污染、生物污染、物理污染、放射性污染等都是土壤污染物的来源,这些有机和无机污染物造成了土壤污染的多样性。通过污水排放、化肥农药的使用、废气和固体废物,这些污染物质进入土壤并大量累积。随着近几年来人口的急剧增长和工业的迅速发展,大量固体物质堆放和倾倒在土壤表面,土壤层中也渗透着大量有害废水,大气中的飘尘及有害气体也会随雨水进入土壤,另外农业化学肥料污染也是导致土壤污染的重要因素。由于人类的生产和生活过程过多的介入土壤,导致土壤污染的未知来源范围广、种类复杂。
3.1水质污染型
主要由于污染水源(指未经处理、未达排放标准的城市生活或工业废水等)通过被污染的地表水灌溉农田,最终污水中的有毒有害物质随着污水进入农田而污染土壤。
3.2大气污染型
工业活动排放到大气中的有害气体通过空气沉降、化学反应等过程,产生酸雨进入土壤,引起土壤的酸化。另外空气中的粉尘、烟尘等粒子由于地球重力作用空降进入土壤,也形成了土壤污染。
3.3固体废物污染型
城市工业废渣(城市垃圾、煤渣、矿渣、粉煤灰等)大量堆放在土地表面,其中的有毒有害物质造成土壤污染,使环境恶化。这些工业企业及生产生活产生的废物、垃圾等固体有害物质在堆积、处理和掩埋的过程中,大量占用地表面积,并且随着大气的迁移、降水、扩散、地表径流等进而污染周围地区土壤,形成土壤污染的点源性污染。随着城市工业化进程的加速,固体废物污染的污染物性质和种类都逐渐复杂化,并且这种复杂趋势日渐扩大。
3.4农业污染型
农药、化肥在农业生产中过量或不合理的使用都会造成土壤的污染。例如,氮肥在农业生产活动中被大量使用,导致土壤自身成分被破坏,形成土壤表层硬化,造成土壤的生物本质变差,致使农业产品的产出和质地下降。农药虽然具有杀虫的作用,但在农业生产中大量使用会使农药中的有毒有害物质沁入土壤,长期大量使用农药就会引起土壤严重污染。
4、土壤污染特性
土壤污染因其组成结构和形成原因的复杂具有独特性,与大气污染、水污染等其他环境污染有极大差别,它有着自身特有的性质。
4.1隐蔽性和潜伏性
土壤污染是污染物在土壤中长期积累的过程,一般要通过对土壤污染物进行植物产品质量分析监测、植物生态效应监测、植物产品产量监测、以及环境效应监测等来发现。其后果要通过长期摄食由污染土壤生产的植物产品的人或动物的健康状况才能反映出来。因此,土壤污染不像大气和水体污染那样易被人们所觉察。
4.2不可逆转性和长期性
土壤一旦遭到污染后极难恢复,而重金属污染则是一个不可逆过程。许多有机化学物质也需要有一个比较长时间的降解过程。由于土壤是一个络合一鳌合体系,土壤中凡乎所有的金属离子都有形成络合物和鳌合物的能力,形成的络合物、鳌合物可以几十年甚至几个世纪存在于土壤中,在常态下难以分解、转化。因而,土壤一旦遭受污染,极难恢复。
4.3后果的危害性
土壤污染的后果十分严重:1、被污染耕地质量下降,经济损失严重。耕地中污水灌溉并长期使用肥料、农药、农膜,致使污染物在土壤大量累积,土壤肥力下降,农作物产量减少,质量下降。2、食品安全隐患增加,危及人体健康。农作物在被污染的土壤中生长,大量吸收来自污染土壤的有毒有害物质,最终通过食物链进入人体,导致各类疾病的产生,危害人体健康。3、生态安全受到威胁。生态系统是一个有机整体,土壤污染直接导致土壤的生态系统结构和功能产生改变,使得生物种群的多样性减少,结构改变,导致土壤生产力减弱,破坏生态安全。土壤污染不仅危及特定地区的一个人或几个人的人生和财产安全,甚至波及更广范围的多数人的人生和财产安全;不仅危及当代人的生命健康,甚至会殃及子孙后代的利益。
4.4难以治理性
由于土壤污染的来源具有多样性,在治理土壤污染时仅仅依靠治理污染源头是远远不够的。土壤会被重金属、有机物质、放射性元素等多种有毒有害物质污染,这些物质在土壤中积累,很难被土壤稀释,有时甚至需要换土或者淋洗等方法来治理土壤污染,因此治理土壤污染的成本相对较高,时间较长。而大气污染和水污染等则可以通过直接治理污染源头而达到短时间内稀释净化自然的效果。
5、总结
在2012年两会上周宜开委员说,目前我国土壤污染形势严峻,存在的突出问题。周宜开委员并建议:一、抓紧制订土壤污染防治法,规定专门的、行之有效的制度和措施,使土壤污染防治工作步入法制化轨道。二、尽快实施土壤污染防治战略。开展重点加密调查,评估土壤污染对生态环境的风险;建立国家区域土壤污染档案;加强土壤污染监测和风险管理体系建设;推进污染土壤的治理修复。三、严格保护耕地土壤环境。重点做好农产品基地和农业主产区土壤环境安全性评估和有效保护;全面推广数字化测土配方施肥技术,加强耕地质量管理信息化建设。
土壤是人与动植物赖以生存的基础,而随着人类的进化和社会的不断发展,土壤环境正逐渐被破坏,土壤污染问题日益严重。由于我国当前土壤污染形式严峻,所以一定要实施防治战略、加强管理、严格保护土壤环境。
参考文献:
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关键词:土壤污染调查;地统计条件模拟;污染概率;局部空间变异;污染区范围;布点优化;
作者简介:谢云峰(1981—),男,副研究员(博士);E-mail:xieyf@craes.org.cn;
1引言(Introduction)
土壤采样调查是获取土壤污染物空间分布信息最重要的手段,采样调查结果的精度直接影响污染风险评价结果的准确性和风险管理决策的合理性.土壤污染调查包括土壤样点布设、样品采集、污染物含量分析等环节.实际工作中,通常认为污染物分析方法的准确性是影响污染物调查准确性的最主要因素(Crumblingetal.,2001),而忽略了土壤采样布点方案的重要性.大量研究表明,污染物在土壤中的空间分布表现出明显的空间变异性,人类活动影响越大的区域,局部变异程度越大(Thompson,1996;丛鑫等,2009;杜平等,2006;张娟等,2014;郑一等,2003).针对空间变异性较大的环境要素,样点布设方案是影响调查结果准确性最主要的因素之一.Jenkins等(1997)对土壤中三硝基甲苯污染的调查结果表明,至少95%的变异度(统计方差)是由采样位置导致,而含量分析(室内分析和现场分析)手段对变异度的贡献不超过5%.其他类似研究也表明,土壤采样导致的不确定对污染物含量测定不确定性的贡献超过50%(Argyrakietal.,1997;Theocharopoulosetal.,2001;Jenkinsetal.,1999).因此,科学合理的土壤采样布点方案对保障污染调查结果的精度非常重要.现有的土壤污染调查布点方法主要包括判断性采样和非判断性采样(姜成晟等,2009),其中,判断性采样主要根据已有先验知识设计采样布点方案,并在潜在的高污染风险区域加大采样密度(UKEnvironmentAgency,2000);当缺乏场地污染物分布的背景信息时,就只能采取非判断性采样方法,如随机采样、均匀网格布点采样等(Thompsonetal.,1995;USEPA,1989).传统的土壤污染调查布点方法主要用于对污染物总体(平均含量)的最佳估计(Brusetal.,1999),样本量主要取决于污染物含量的空间变异程度.土壤污染治理过程中,污染调查主要关注目标污染物的超标程度及污染区范围.因此,以总体估计为目标的传统土壤污染调查布点方法对土壤污染范围的估计精度通常不能满足修复决策的需求(刘庚等,2013;谢云峰等,2010).近年来,应用地统计学方法来提高土壤污染调查精度已成为研究热点之一(D'Or,2005;Demougeot-Renardetal.,2004;Juangetal.,2005;VanGroenigenetal.,1999;VanToorenetal.,1997),该方法基于土壤污染物空间分布的自相关性,优化土壤调查布点空间布局,可提高土壤污染调查效率(Burgessetal.,1981;Demougeot-Renardetal.,2004;Englundetal.,1993;阎波杰等,2008;赵倩倩等,2012).虽然基于地统计学和条件模拟方法的样点布设方法效率最高(Jonesetal.,2003),但在土壤污染调查过程中却很少用于土壤污染调查布点优化(Verstraeteetal.,2008).
为了获得准确的土壤中污染物空间分布信息,土壤污染调查通常包括污染初步调查、污染详查等多个阶段.初步调查的主要目的是识别土壤主要污染物及潜在污染区域,通常样本量较少.污染详查是在初步调查基础上,在潜在的污染区域增加样点,确定污染区的范围及其污染程度.土壤污染调查方案的误差主要包括污染区被低估和清洁区被高估(Marchantetal.,2013;Ramseyetal.,2002),其中,前者会导致污染区面临的污染风险不能得到有效控制,后者会导致不必要的修复投入.为了获取准确的污染区信息,通常需要增加样本量,但这会导致采样分析成本的增加.高效的采样方案是将采样调查成本与调查不确定性导致的经济损失的总成本降到最低(Ramseyetal.,2002).采样方案优化的目的就是要寻求降低污染修复不确定性的最佳样本量(Demougeot-Renardetal.,2004).土壤污染物的空间分布受污染来源、环境条件、污染物性质等因素的综合影响,其在空间上表现出不同程度的空间相关性和变异性,对土壤污染物空间变异性的描述准确与否是影响调查结果的关键.本研究结合土壤污染调查的特定需求,提出基于污染概率和污染物局部空间变异特征的土壤污染调查加密布点方法,以提高土壤污染调查方法对污染区范围和污染程度的估计精度,并为土壤污染调查提供方法学支持.
2土壤污染调查加密布点方法(Samplingdesignoptimizationprocedurefordetailedsoilpollutioninvestigation)
土壤污染调查结果的不确定性主要出现在污染物含量过渡区域(刘庚等,2013;谢云峰等,2010;Xieetal.,2011),为此,该研究针对污染调查结果的不确定性,提出土壤污染调查加密布点的工作流程和方法(见图1).土壤污染调查加密布点的2个核心问题分别为确定需要加密布点区域和样点布设方法.
2.1加密布点区域的确定方法
由于土壤污染治理仅关注污染物含量超过相关环境标准或修复目标值的区域,因此,提高污染区范围的估计精度就显得尤为重要,加密布点法正是基于这一需求而提出.由于初步调查阶段已经获得了一定的污染物分布信息,所以在加密详查阶段只需要针对污染分布信息不确定性较大的区域进行补充调查即可,其中,不确定性区域是指污染物空间分布精度低于修复决策需求精度的区域.
为了定量评估土壤污染调查的不确定性,该研究引入土壤污染概率方法.基于初步调查数据,利用概率制图方法预测土壤污染物超过环境标准或修复目标值的概率,常用的概率制图方法有地统计条件模拟方法、指示克里格方法等.其中,地统计条件模拟方法包括多种模拟算法,如序贯高斯模拟、序贯指示模拟等.污染概率的取值范围为0~1,概率值越高,可优先判定为污染土壤;相反,污染概率值越低,可优先判定为清洁土壤.概率制图结果中,概率值介于高值和低值之间者即为不确定性区域,需要进一步补充调查确认.假定某污染土壤地统计条件模拟的污染概率阈值范围为0.1~0.8,设定污染概率阈值和清洁概率阈值分别为0.5和0.3,则污染概率为0.5~0.8者为污染区域,0.1~0.3者为清洁区域,0.3~0.5者即是需要加密调查的区域.
不确定性区域污染概率值较低的可能原因为:①区域内污染物含量较低;②区域属污染区域,并且样本量较少.为了进一步探究其具体原因,该研究引入局部变异特征方法.基于初步调查数据,分析土壤污染物含量的局部变异特征(包括变异系数、方差、自相关性等),如果局部变异性较大,表明土壤中污染物含量空间分布差异较大;反之,则表明污染物含量空间分布差异较小.对于局部变异性较大者,通常是污染物含量高值区向低值区的过渡区域,也是调查结果不确定性较大的区域;对于变异性较小者,通常是高值集中或低值集中的区域,调查结果的可靠性较高.因此,根据土壤污染物的局部变异系数,将土壤污染调查结果划分为不确定性区域和确定性区域.假定某污染土壤局部变异系数为20%~200%,设定变异系数阈值为100%,则变异系数为100%~200%者为不确定性区域;低于100%者为确定性区域.
综合污染概率和局部空间变异系数确定的污染调查不确定性区域,即为污染调查加密布点的目标区域.
2.2不确定性区域样点布设方法
不确定性区域样点布设包括加密样点的数量和样点的空间位置.其中,加密样点数量主要与不确定性程度相关,不确定性较大的区域,加密布设的样本量也较大;样点的空间位置主要与污染物含量空间变化趋势相关,主要利用趋势分析方法分析土壤污染物空间变化规律,沿着土壤污染物含量变化的方向布设加密样点.
本研究提出的污染调查加密布点方法的主要目的是为提高污染区范围的估计精度.在初步调查结果的基础上,结合污染概率和局部变异系数方法确定加密布点的目标区域,再根据土壤污染物含量分布的空间变异性及其变化趋势,确定加密样点的布设方案.该方法可优化加密布点的位置,降低加密布点的数量,提高加密布点的效果,从而在保证调查精度的前提下,降低调查成本.
3加密布点方法案例验证(Validationofthesamplingdesignoptimizationprocedurefordetailedsoilpollutioninvestigation)
3.1案例区概况
案例数据来源于某重金属污染场地,场地面积约14.50km2.按照200m间隔进行均匀采样,在部分高污染区域适当增加样本量,共采集359个土壤样品.土壤污染调查结果表明,土壤重金属Cu、Pb、As、Cd等污染物都存在不同程度的污染.以该场地土壤Cd污染为例,开展土壤污染调查详查加密布点优化方法研究.
3.2样点加密布点方案
案例验证研究过程中并不实际开展土壤污染初步调查布点取样,以及初步调查结果分析和详查加密布点工作.而是利用案例场地已有的359个调查数据,采用空间抽样的思路,模拟开展土壤污染初步调查和加密详查布点过程.具体操作步骤为:首先基于案例数据的359个样点数据,进行模拟的土壤污染初步调查.根据图1的工作流程可知,土壤污染物空间变异特征研究和土壤污染不确定性区域确定是土壤详查加密布点的2个最重要的环节.地统计学的半方差分析方法是最常用的空间变异特征研究手段之一,为了获取比较准确的土壤污染物的空间分布规律,需要有足够的样本量.因此,在初步调查阶段,将研究区域划分为10×10的网格,落在网格内的土壤样点作为初步调查样点,当网格内有多个土壤样点时,随机选取其中一个,由此共获得土壤初步调查样点97个,样点间平均距离约为386m.在初步调查的97个样点数据的基础上,利用本研究提出的加密布点方法进行加密布点.具体步骤为:基于初步调查数据,利用地统计学方法分析场地土壤Cd含量(w(Cd))的空间分布规律.利用条件模拟方法预测该场地土壤Cd污染概率(图2a).基于污染概率预测结果,设定污染概率阈值(Pt)和清洁概率阈值(Ct),污染区域确定方法如式(1)所示.土壤Cd污染概率阈值和清洁概率阈值分别设定为0.8和0.2,基于污染概率划定的不确定性区域见图2b;在此基础上,结合土壤污染局部变异特征(图2c),将局部变异性大于变异系数阈值(CVt)的区域划定为不确定性区域(图2d),变异系数阈值设定为局部变异系数最大值的75%(式(2)).综合污染概率和局部变异系数的结果,即为土壤污染详查布点的优先区域,根据土壤污染物空间结构分析结果,沿着污染物含量变化的方向确定加密样点的位置(图3a).由于该研究是模拟研究,如果在最佳的采样位置没有样点数据,就选择邻近样点作补充,土壤详查加密样点为57个,布点方案见图3b.将加密布点后的污染调查结果与案例场地359个数据获得的结果进行对比,评价加密布点的效果.
式中,Rp为污染概率分区,Z(x)为条件模拟预测的土壤污染物含量,Zc为土壤污染评价标准,Pt为污染概率阈值,Ct为清洁概率阈值,Rcv为污染变异系数分区,CVx为局部变异系数,CVt为变异系数阈值.
3.3数据处理方法
利用GS+7.0软件进行土壤污染物含量的空间结构特征分析.样点污染物含量局部变异特征是在样点VORONOI图的基础上,借助ArcGIS10.1的GeostatisticalAnalyst工具,计算每个样点及其邻近样点的变异系数.采样网格、初步调查样点设计及所有空间制图均在ArcGIS10.1软件中实现.土壤污染物含量条件模拟及污染概率计算在GSLIB(GeostatisticalSoftwareLibrary)中实现(Journeletal.,1998).地统计学条件模拟方法较多,该研究采用最常用的算法之一序贯高斯模拟方法(SequentialGaussianSimulation,SGS)(谢云峰等,2015),该方法算法简单、灵活、计算方便,其基本思路为:根据现有样点数据计算待模拟点污染物浓度的条件概率分布,从该分布中随机取值作为模拟实现;将得到的每一个模拟值,连原始样点数据一起作为条件数据,进入下一个点的模拟.
3.4结果与讨论
3.4.1土壤Cd统计特征的估计精度
由表1可见,土壤Cd污染初步调查样点(97个)与污染详查样点加密后(154个)的统计特征很相似,平均值差异仅为0.01mg·kg-1.加密详查后样本的变异系数降低.与总体样本相比,初步调查和加密详查这2个阶段采样的Cd平均值都偏高,误差为5.40%.变异系数较总体分别降低2.79%和6.71%.初步调查平均值的估计精度较高,而加密详查并没有进一步提高平均值的估计精度.在污染详查阶段,由于在土壤污染空间变异较大的区域增加了样点,因此,其变异系数降低.
3.4.2土壤污染区面积的估计精度
土壤污染调点关注的是污染信息的识别精度.初步调查和加密详查阶段,根据样点w(Cd)超标率(表2)估算的污染区面积所占比例分别为68.04%和70.13%,比所有样本的估算结果分别高3.14%和5.23%.污染概率预测结果表明,当污染概率阈值为0.8时,污染概率预测的污染区面积所占比例在53.58%~57.84%之间,比样点超标率估计结果低7.06%~16.39%.基于超标率估算污染区面积,意味着当某个采样网格内的土壤样点污染物含量超标时,则判定该网格超标.样点加密详查后,增加的样点都位于污染概率较高的区域,因此,总体样点中污染区域样点的比例增加,导致污染面积估计结果增大.
初步调查和加密详查这2个阶段估计的污染区面积非常接近,样点加密后污染概率预测的污染区面积仅增加0.16%,初步调查与加密详查估算的面积均小于总体样本的估计结果,污染面积低估4.10%.为了评价污染区范围空间位置的预测精度,将不同采样阶段预测的污染区范围与总体样本预测的结果进行空间差值运算,并根据差值结果将污染区空间位置预测精度分为相同、低估和高估3种情况.相同表示污染程度预测结果一致,低估表示污染区被预测为清洁区,高估表示清洁区被预测为污染区(图4).从污染区的空间位置精度来看,初步调查污染区面积预测的准确度为79.35%,分别有12.45%的区域污染程度被低估,8.20%的区域污染程度被高估.加密详查后,污染区面积预测的准确度提高到86.10%,污染程度被低估和被高估的面积分别降至9.00%和4.90%.
土壤Cd平均值估计结果表明,在初步调查阶段,其估计精度就已达到94.00%以上,而污染区的估计精度仅为79.35%.表明在土壤污染调查过程中,平均值或土壤污染统计特征的估计精度,并不能反映污染区范围的估计精度.土壤污染治理过程中,污染区空间分布信息比平均值更重要,直接影响到修复成本的估计.本研究提出的土壤污染详查加密布点方法,在保证土壤污染总体平均含量估计精度的前提下,显著提高了污染区面积的估计精度;加密详查后,污染区面积的估计误差为4.10%,空间位置精度为86.10%,比初步调查精度提高了6.75%;土壤污染调查的样本量显著降低,初步调查和加密详查的样本量仅为总体的42.90%.
本研究的样点优化思路是在不确定性较大的区域内增加样点,不确定性区域的界定标准为条件模拟的污染概率和局部变异系数.从图2可知,不确定性区域主要分布在污染区边缘,在这些区域增加样点密度,能显著提高污染区空间位置精度.初步调查过程中,污染程度被低估时,污染区域被误判为清洁区域(见图4左下角和左上角的绿色区域);样点优化过程中,清洁区域不会补充调查样点,因此,优化后的结果仍然是被低估.污染程度被低估与初步调查布点、污染概率阈值选择有关.由于没有污染物分布相关的背景信息,网格随机采样布点法对总体平均含量和变异程度的预测精度较高,对局部污染信息的预测精度较低.在初步调查前,收集场地污染源排放、土地利用方式、土壤理化性质、水文地质条件等影响污染物空间分布的相关信息,辅助调查样点设计,可以提高对污染区识别的精度(Falketal.,2011).污染概率阈值选择对加密点的空间分布有较大影响,如果选择的污染概率阈值过低,就会导致被高估的区域不能被识别;概率阈值过高,则会导致不确定性区域增大,需加密的样本过多,从而降低加密效率.本研究为了获取较大的不确定性区域,选择了较高的污染概率阈值和较低的清洁概率阈值,用于检验样点优化方案的效率.在具体应用中,应结合研究区的特点和调查目标,选择适宜的污染概率阈值,进一步提高样点优化方案的效率.加密详查样点优化过程中,基于污染概率和局部变异系数筛选出不确定性较大的区域,该研究并没有在这些区域增加样点,而是根据已有的样点数据,基于距离邻近原则,用邻近样点替代最佳位置的样点.增加的样点在空间位置上并不是最优化的,这可能会降低样点优化的效率.实际应用中在最佳的空间位置补充样点,应该会取得更好的调查效果.
本研究提出的加密布点方法的核心是在污染预测结果不确定性的区域,根据污染物空间分布规律补充调查样点.如图1所示,在污染物空间分布、污染概率预测、预测结果不确定性评价等阶段都应用了地统计学方法.根据地统计学方法的基本假设,应用该方法时要求污染物空间分布具有显著的空间自相关性.大量的研究结果表明,重金属、多环芳烃等污染物在土壤中的空间分布都表现出明显的空间相关性(胡克林,2004;郑一等,2003).因此,地统计学方法是适用的.对某些污染物,如化工场地的氯代烃污染等,这类污染物主要是通过泄漏释放到土壤中,然后通过土壤孔隙进一步向下迁移.在水平空间上,存在泄漏的区域就会检出污染物,没有泄漏的区域就不存在污染(韩春梅等,2009),因此,这类污染物在空间上自相关性较差,本研究提出的加密布点方法就不适用.土壤中污染物空间分布受污染源分布及释放特征、区域环境条件、污染物性质及环境行为特点等多种因素的综合影响,在不同尺度上会表现出不同的空间分布规律.针对具体区域开展污染调查时,需综合考虑污染物空间分布的影响因素,同时可借鉴前期研究和其它类似研究的成果,初步分析土壤中污染物的空间分布特征,在此基础上,进行初步调查布点.基于初步调查结果,应用地统计学方法研究污染物空间分布规律,如果污染物具有较好的空间自相关性,就可以采用本研究的方法进行加密布点优化,否则,本研究的方法就不适用.加密布点是在初步调查结果的基础上,通过辨识污染物的空间分布规律,结合污染调查的要求,开展详查布点优化.因此,初步调查的可靠性会直接影响加密布点的效果.地统计学应用半方差分析研究污染物的空间自相关性.相关研究表明,样点数量和空间分布会直接影响半方差分析结果的准确性(Goovaerts,1999).从样点数量来看,由于污染物类型、研究区域条件的差异,不同研究的结论不太一致,通常认为样点数小于60时,难以获得较准确的半方差(秦耀东,1998).在具体应用时,可根据半方差函数的拟合效果,评估样点数是否足够.从样点空间分布来看,为评估污染物在不同距离和不同方向上的空间分异规律,初步调查样点应尽可能在研究区域内均匀分布,在不同距离和方向上都有足够的样点数用于分析污染物的空间分布规律,可帮助提高加密布点优化的效率.
4结论(Conclusions)
1)土壤污染调查布点方法对土壤污染物含量的估计精度较高,案例场地土壤中Cd平均值的预测误差为5.40%,变异系数的预测误差为6.71%.
关键词:土壤污染;类型;修复
土壤污染是指人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,引起土壤质量恶化的现象。主要污染物质包括农业生产中使用的化肥、农药,城市周边工业释放的有机物、重金属、放射性物质、病原菌等。特别是在近年来,对着经济发展与城市化的加速,工矿企业导致的场地污染严重,使土壤遭受到严重的有机物污染和重金属污染,没有处理的污染场地将是定时炸弹,可能对国家可持续发展造成巨大影响,因此必须对土壤污染进行妥善修复,促进社会、经济、环境的可持续发展。
1土壤污染类型
1.1重金属污染?
采矿、冶金和化工等工业排放的三废、汽车尾气以及农药和化肥的使用都是土壤重金属的重要来源。按生物化学性质土壤中的重金属可以分为两类:第一类,对作物以及人体有害的元素,如汞、镉、铅及类金属砷等,因此,必须减少这些元素的含量使其不超过环境的容量;第二类,常量下对作物和人体有益而过量时出现危险的元素,如铜、锌、铬、锰及类金属硒等,应控制其含量,使其有益作物生长和人体健康。
1.2石油污染
石油污染是指在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中原油和各种石油制品进入环境而造成的污染,土壤中的石油污染物多集中在20cm左右的表层。石油开采过程中产生的落地油和油田的接转站、联合站的油罐、沉降罐、污水罐、隔油池的底泥,炼油厂含油污水处理设施产生的油泥,也是我国油田土壤石油污染的主要来源。污染土壤中石油主要成分为C15-C36的烷烃、多环芳香烃、烯烃、苯系物、酚类等,其中环境优先控制污染物多达30种。
1_3化肥污染
化学肥料在现代化的农业生产中不仅是粮食增产的物质基础,更是农业生产资料的主体。在粮食增产中花费的贡献率在40%-60%,稳定在50%左右,但是化肥中的有毒重金属、有机物以及无机酸类等是造成土壤污染的主要来源。
1.4农药污染
据初步统计,我国至少有1300-1600万hm2耕地受到农药污染。造成土壤农药污染的主要是有机磷和有机氯农药。据2000年国家质检总局数据,全国47.5%的蔬菜农药残留超标,因农残超标被退回的出口农产品金额达74亿美元。
2土壤污染的特点
2.1土壤污染具有隐蔽性和滞后性
往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测,甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。因此,土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。
2.2壤污染具有累积性
污染物质在土壤中不容易迁移、扩散和稀释,因此容易在土壤中不断积累而超标,同时也使土壤污染具有很强的地域性。
2.3土壤污染具有不可逆转性
重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程,许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。对重金属污染,通常的方法有:利用植物吸收去除重金属、施加抑制剂、控制氧化还原条件、改变耕作制和换土、深翻等。土壤污染很难治理。积累在污染土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净化作用来消除。土壤污染一旦发生,有时要靠换土、淋洗土壤等方法才能解决问题,其他治理技术可能见效较慢。因此,治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。
3污染土壤的修复技术
土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施。在土壤修复行业,已有的土壤修复技术达到一百多种,常用技术也有十多种,大致可分为物理、化学和生物三种方法。近年来,在政府财政支持下,我国开展了多个类型场地的修复技术设备研发。尽管可以罗列的土壤及地下水污染的修复技术很多,但实际上经济实用的修复技术很少。常用的污染场地修复技术主要包括挖掘、稳定/固化、化学淋洗、气提、热处理、生物修复等。
3.1挖掘
指通过机械、人工等手段,使土壤离开原位置的过程。一般包括挖掘^程和挖掘土壤的后续处理、处置和再利用过程。在场地修复的各个阶段和多种修复技术实施过程中都可能采用挖掘技术,如场地环境评估、修复活动中和后评估阶段。作为修复技术,本导则推荐挖掘只能作为修复方案的一部分,不适用于传统的挖掘一填埋技术方案。
3.2稳定/固化
指通过固态形式在物理上隔离污染物或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态,降低污染物的危害,可分为原位和异位稳定/固化修复技术。原位稳定/固化技术适用于重金属污染土壤的修复,一般不适用于有机污染物污染土壤的修复;异位稳定/固化技术通常适用于处理无机污染物质,不适用于半挥发性有机物和农药杀虫剂污染土壤的修复。
3.3化学淋洗
指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂,通过水力压头推动清洗液,将其注入被污染土层中,然后再将包含污染物的液体从土层中抽提出来,进行分离和污水处理的技术,可分为原位和异位化学淋洗技术。原位化学淋洗技术适用于水力传导系数大于10-3cm/s的多孔隙、易渗透的土壤,如沙土、砂砾土壤、冲积土和滨海土,不适用于红壤、黄壤等质地较细的土壤;异位化学淋洗技术适用于土壤粘粒含量低于25%、被重金属、石油烃类、挥发性有机物、多氯联苯和多环芳烃等污染的土壤。
3.4气提技术
指利用物理方法通过降低土壤孔隙的蒸汽压,把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术,可分为原位土壤气提技术、异位土壤气提技术和多相浸提技术。气提技术适用于地下含水层以上的包气带;多相浸提技术适用于包气带和地下含水层。原位土壤气提技术适用于处理亨利系数大于0.01或者蒸汽压大于66.66Pa的挥发性有机化合物,如挥发性有机卤代物或非卤代物,也可用于去除土壤中的油类、挥发态重金属、多环芳烃或二嗯英等污染物;异位土壤气提技术适用于修复含有挥发性有机卤代物和非卤代物的污染土壤;多相浸提技术适用于处理中、低渗透型地层中的挥发性有机物。
3.5热处理
指通过直接或间接热交换,将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度(150~540℃),使有机污染物从污染介质挥发或分离的过程。按温度可分成低温热处理技术(土壤温度为150~315℃)和高温热处理技术(土壤温度为315~540℃)。热处理修复技术适用于处理土壤中挥发性有机物、半挥发性有机物、农药、高沸点氯代化合物,不适用于处理土壤中重金属、腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂等。
3.6生物修复
生物修复指利用微生物、植物和动物将土壤、地下水中的危险污染物降解、吸收或富集的生物工程技术系统。按处置地点分为原位和异位生物修复。生物修复技术适用于烃类及衍生物,如汽油、燃油、乙醇、酮、乙醚等,不适合处理持久性有机污染物。
关键词 土壤污染;原因;防治对策;典型区域;辽宁盘锦
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)11-0218-01
盘锦市共有5种典型区域土壤,分别是固体废物集中填埋堆放焚烧处理处置场地及周边地区、重污染企业及周边地区、采矿区及周边地区、工业园区及周边地区,以及畜禽养殖基地和蔬菜基地及周边地区。盘锦市是以石油开采、石油炼制、石油化工为主的资源型城市,土壤污染情况十分严峻。
1 典型区域土壤污染现状
1.1 重金属污染
依据《土壤环境质量标准》(GB15168-1995)Ⅲ类土壤标准进行测定,结果表明:在重点污染企业及周边地区镉超标率为26.7%,最高值为1.25 mg/kg;固体废物集中填埋、堆放、焚烧处理处置场地及周边地区镉超标率为43.3%,最高值为l.41 mg/kg;工业园区及周边地区镉超标率40%,最高值为2.14 mg/kg;在采矿区及周边地区镉超标率为48.3%,最高值为2.14 mg/kg;畜禽养殖基地及周边地区各项指标均未超标。依据《土壤环境质量标准》(GB15168-1995)Ⅱ类土壤标准,盘锦市主要蔬菜基地及周边地区镉超标率为60%,最高值为l.78 mg/kg,汞超标率为20%,最高值为0.9 mg/kg,其余各项指标均未超标。汞、镉是盘锦市土壤重金属污染类型。盘锦市造成汞环境污染的来源主要是废旧电池和生活垃圾;镉污染主要来源于触媒的工厂、电镀、废旧电池、钻井油泥、生活垃圾等。
1.2 有机氯农药及多氯联苯与多环芳烃污染
有机氯农药包括滴滴涕、六六六等。检测结果表明,盘锦市有机氯农药均有检出,为农药残留所致。
多氯联苯在5个典型区均未检出。多环芳烃检出,重点污染企业及周边地区平均值为0.095 mg/kg,检出率为36.6%,最高值为l.29 mg/kg,参照《荷兰环境污染物标准》,土壤中目标参考值(1 mg/kg)超标0.29倍,但按调解值40 mg/kg不超标;其余区域未超标。多环芳烃主要来自各种含碳有机物的热解和不完全燃烧,多环芳烃只有重点污染企业及周边地区的l个监测点位的多环芳烃超过《荷兰环境污染物标准》环境质量目标值,而该地区有2个企业从事石油炼制,势必造成个别点位多环芳烃污染。
1.3 石油烃污染
石油烃参照《荷兰环境污染物标准》,土壤中石油烃总量参考值(50 mg/kg)为标准,石油类污染由高到低依次为:重污染企业及周边地区平均值36.13 mg/kg,检出率100%,超标率20.00%,最高值116.1 mg/kg;采矿区及周边地区平均值34.72 mg/kg,检出率为100%,超标率13.33%,最高值408.3 mg/kg;固体废物集中填埋、堆放、焚烧处理处置场地及周边地区平均值28.96 mg/kg,检出率100%,超标率100%,最高值82.47 mg/kg;工业园及周边地区平均值23.85 mg/kg,检出率100%,最高值42.38 mg/kg,不超标;主要蔬菜基地及周边地区平均值19.67 mg/kg,检出率100%,最高值29.84 mg/kg,不超标;畜禽养殖基地及周边地区平均值11.12 mg/kg,检出率100%,最高值16.99 mg/kg,不超标。石油烃污染主要来自石油开采和石油炼制业。
2 土壤污染防治对策
2.1 加大监测力度,建立监测体系
盘锦市水稻生产主要依靠辽河水灌溉,辽河水中各种污染物被带进土壤环境,势必产生不易降解、高残留的污染物在土壤中富集造成超标污染,因此在流域例行监测的同时,应有选择性地对稻田用水进行针对性监测,了解水中污染物质的成分、含量及其动态,并加强土壤环境质量的调查、监测与预控。
2.2 控制和消除工业“三废”排放,减少点源污染
针对盘锦市典型区域土壤污染状况,控制和消除工业“三废”排放,尤其加强对电镀行业、有触媒生产的企业以及石油开采、炼制企业的管理,减少石油烃及重金属排放。同时,加强废旧电池回收,以有效减少土壤点源污染[1-2]。
2.3 植树造林,保护生态环境
土壤污染以大气污染和水质污染为媒介的二次污染为主。森林可阻挡、过滤和吸附污染大气的各种粉尘和飘尘,避免了由大气污染而引起的土壤污染。此外,森林也可调节气候、涵养水源、保护土壤自净能力及防止水土流失等。
2.4 大力推行无公害科学种田技术,减少农业生产污染
一是大力发展和施用微生物肥料、有机复合肥。二是科学施肥,减少浪费,降低化肥对环境的污染。二是推广无公害的农药和施用技术。禁止使用剧毒、高残留性农药。三是大力发展高效、低毒、低残留农药,发展生物防治技术[3-5]。
3 参考文献
[1] 周静,崔键,梁家妮.冶炼厂综合堆渣场周边水质和稻米重金属污染状况评价研究[J].华北农学报,2008(S2):349-352.
[2] 胡喜巧,陈翠玲,蒋爱凤.新乡市生活污水中有效成分和重金属铬及镉含量的分析[J].河南农业科学,2008(4):61-63.
[3] 翁伯琦,雷锦桂,江枝和,等.集约化畜牧业污染现状分析及资源化循环利用对策思考[J].农业环境科学学报,2010,29(B3):294-299.
【关键词】土壤污染;现状;种类;影响;治理措施
一、引言
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层,其厚度一般在2m左右[1]。土壤一旦受到污染,将严重影响农业生产,粮食产量将出现下滑趋势。因废气物的任意排放、放射性物质、有机化肥和农药的污染等使得土壤营养急剧下降,土壤的净化功能、储水功能等面临丧失的危险。近几年,人口数量猛增,生产业和工业迅猛发展,其产生的气体、液体和固体的废气物也随之增加,这些有害物质不断进入到土壤中,使土壤成分发生变化,影响土壤内部结构的正常运行。土壤是万物的根,我们不能再让它进一步的被恶化,因为最终受害的是人类,保护土壤就是保护我们自己。因此,对土壤的保护行动已是当务之急。
二、土壤污染现状
土壤污染日益严重,致使大量农作物质量降低,甚至含有对人体有害的物质,对人类健康造成了极大威胁。造成土壤污染的原因有很多,主要表现为以下几方面:
1、化肥和农药不合理的使用
据统计,我国每年化肥的使用量已经超过4100万吨,成为世界第一大化肥消费大国[2]。为了提高农产品的增收量,含磷、氮等化学肥料被大量运用,长期使用这些化学肥料,会破坏土壤结构,扰乱土壤内部营养成分的平衡,造成土壤结块,土质变差,储水功能降低等一系列问题。农产品的数量是大大提高了,但其质量却令人担忧。因为过量使用化肥会使一些农作物在生长过程中吸收过多硝酸盐,动物或人体食进这些含硝酸盐的农作物后,将影响体内氧气的运输,使其患病,严重时甚至死亡。
同样,大量农药的使用对土壤也造成了很大危害。大部分的农药是有机农药,其含有很多有害化学物质,如苯氧基链烷酸酯类农药、多环芳烃、二恶英、邻苯二甲酸酯等等。这些有害化学物质将近1/2会残留在土壤中,随着时间的推移,在生物、非生物以及阳光等共同作用下,有害化学物就成了土壤中的组成成分,种植在土壤上的农作物又从土壤中吸收有害物质,在植物根、茎、叶、果实和种子中积累,通过食物,人体和动物食用后就会引发各种疾病。
2、重金属元素导致的土壤污染
农用化学物质的过度使用,工业污染的加剧,使得重金属污染日益严重。土壤中的重金属元素来源主要有三方面:随固体废弃物进入土壤的重金属,随着污水灌溉进入土壤的重金属和随着大气沉降进入土壤的重金属。固体废弃物种类繁多,结构复杂,其中由工业和矿业产生的固体废弃物污染最为严重。而固体废弃物中含有大量的重金属,通过日晒雨淋等作用,重金属就会被土壤吸收并扩散。生活污水,石油化工污水,工矿企业污水和城市混合污水是污水的四大来源,污水中含有大量的铅、铬、汞、铜等重金属,污水的任意排放或处理不合理,都将导致污水中的重金属元素转移到土壤中,从而影响土质恶化。所有的这些重金属污染物进入到土壤中后,因其移动性差,停滞的时间长,大部分的微生物难以对其分解,且其可以经过水、植物等介质最终危害到人类。
3、牲畜排泄物和生物残体对土壤的污染
牲畜和人的粪便,以及屠宰产的废物常常没经过有效处理就直接排放到土壤中,其中的寄生虫和病毒就会引起土壤和水的污染,有时还会使土壤中毒,变化土壤原本的正常状态,有害土壤通过水和农作物最终又会危害到人类。
4、污水灌溉对土壤的污染
我国是一个农业大国,需要大量的水来对农作物进行灌溉。然而,水脉都是相连的,生活污水和工业废水一旦没经过科学的处理就排放,使得大量的污水流到农田,被污水灌溉过的农作物就会带有多种有害的物质,致使食用后的人类和动物生病。
5、大气污染对土壤的污染
大气中的硫氧化物、氮氧化物和颗粒物等有害物质,经过各种化学物理反应,形成酸雨,酸雨进入到土壤中,使土壤酸化。冶金工业排放的金属氧化物粉尘,则在重力作用下以降尘形式进入土壤,形成以排污工厂为中心、半径为2~3km范围的点状污染[3]。这将使土壤成分发生变化,影响土质性质,不利于植物的生长。
6、土壤侵蚀
土壤侵蚀主要包括荒漠化、沙尘暴与沙漠化。地球溃疡症是对土地荒漠化的形象描述,自然环境中的水蚀、盐渍化、石漠化等,使得地球的溃疡症越发严重。例如我国的黄土高坡,其土壤成分主要是粉沙,粉沙的粘着力差,又易被水溶解,一旦遇到恶劣暴雨天气,就会被水冲走,既不适合植被的生长,生物的生存,还会造成河床淤积,降低河流湖泊的蓄洪排涝能力。近几年里,我国多个城市沙尘暴出现率猛增,这与滥垦草原,过度砍伐树木而引起的土壤风蚀密切相关。被风蚀侵害的土壤水土流失严重,植被生长困难,使得大部分土地不能被利用。因此导致了大量土地沙漠化,
三、土壤污染治理措施
1、运用科学技术,使用生物或化学方式来改良受污染的土壤,增加土壤环境容量,提高土壤净化的能力和有机物含量。
2、制定相关的污染土壤环境管理与综合防治方法,加强清洁生产。
3、调节土壤氧化还原电位,使某些重金属污染物转化为难溶态沉淀物,控制其迁移和转化,降低污染物的危害程度[4]。
4、严格控制废气污染物的处理排放,合理使用农药和化学肥料,科学的进行污水灌溉,减少有害物质进入到土壤中,影响土质变化。
5、采用农业生态工程措施,改革耕作制度,实行翻土换土。控制生产和生活污染源,建立污染土壤修复与综合治理示范点。
6、加强有关土地管理部门的工作力度,完善工作体系,加大土壤科学研究的资金投入。增加保护环境活动,宣传拯救土壤教育活动。
四、总结
因土壤污染而带来的经济损失以及对人体健康造成的危害是不容小视的。土壤污染不同于大气污染、水污染那样明显,它的污染因其隐蔽性而被人们忽视。它需要通过复杂的化验检测才能确定其污染程度,而且土壤一旦被污染,要想其恢复正常就非常困难,因为土壤的更新周期相当漫长。所以要加大对土壤保护的力度,提高人们对土壤重要性的认识,保障土壤的环境安全与人体健康。
参考文献
[1]方常艳.土壤污染现状及其防治对策[J].黑龙江科技信息,2011(10)54
[2]吴云.浅谈土壤污染与防治[J].现代农业,2010(06)33
但这是个不容回避的问题。近日,环保部和国土部首次了全国土壤污染状况调查公报。公报显示,全国土壤总的点位超标率为 16.1%,耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。而无机污染物超标占全部超标点位的82.8%。尽管因土壤污染的特殊性,公报未公布土壤污染的总面积,但现有数据清楚表明,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。
公众或许还难以从这些枯燥的专业术语和数据中体悟问题的严重性,但日常生活中的一些公共事件却也强化着人们对此的认知。一是2013年发生在广东的“镉大米”事件。当时有报道说,深粮集团从湖南调进的1万多吨大米被检出镉超标,虽然该公司称对镉大米作了退回处理,但此后东莞又检出米粉镉超标,广州等地也曝出查到镉大米,一时间舆论沸腾,人们怀疑这批镉大米并未退回,而是转销广东其它地方。此后,有关部门强化查处措施,并免费为市民检测大米,事件才慢慢平息。而这些大米之所以镉超标,就是因为大米产源地湖南省部分土壤遭受镉污染。
近日发生在兰州的自来水苯超标事件,更是举国关注。后来查明,自来水中苯超标是由于自来水厂的自流渠遭受污染,而污染源则是兰石化企业的两次管道爆炸引起原油泄漏(其中一次是30年前),污染了土壤,随后又转而污染了水源。
应当说,镉大米事件并非孤例。近年,“毒大米”事件在南方不少省份相继发生,给市民生活带来很大困扰。大米镉超标,自来水苯超标,吃的喝的都不让人放心,谁来保障公众“舌尖上的安全”?而寻根追源,问题症结都在于土壤受污染。因为,土壤污染最终都会体现在对我国的粮食和食品安全造成隐患。
其实,一两年前,据国土部的不完全统计,我国每年遭受重金属污染的粮食已达1200万吨,造成的直接经济损失逾200亿元。这些粮食,可养活4000多万人。而环保部和国土部这次公布的土壤调查公报,历时8年,过去将其视为“秘密”未予公布,此次公诸于众,一体现出观念的转变,二恐怕也因土壤污染问题愈演愈烈,将其公开,为的是引起整个社会的重视。
土壤污染,因其具有缓慢性和隐蔽性的特征,而被称为“看不见的污染”。一定程度上,它也是现代工业的副产品,比如我国的湖南、福建、广西等省区的土壤镉污染严重,主要原因在于这些地区长期存在矿产开发和冶炼,矿尾、废渣及尘埃等对土壤造成巨大伤害。近年农作物过度施化肥和打农药等,残留物累积沉淀,最终也改变着土壤成份。同时,不少重化工及钢铁、有色金属冶炼企业等,对厂区和附近土壤的污染也十分突出。如近年一些城区大型企业外迁,腾出的地皮用于房地产开发,但检测表明,这些土地往往含有放射性或其它有害物质,必须经过“去毒”处理方可开发,否则有可能对居民的身体健康构成威胁。
相较于水源、大气污染的治理,土壤污染治理的难度要大得多,仅仅靠切断污染源并不能解决问题,有些重金属污染,可能要长达百年甚至更长时间才能慢慢消除。因此,它对公众造成的危害时间会更漫长。而就目前的治理技术和手段来说,无论是物理还是化学、生物方法等,都很难令土壤环境发生根本性逆转。这意味着,某些土壤环境一旦被破坏,就踏上了“不归路”,再也见不到之前的良好状况。