农田污染综合防治技术路劲与风险管控通用资料

农田污染综合防治技术路径与风险管控对策第一章我国农田污染概述1.1我国农田污染现状及特征1.1.1污染现状农田污染是指在施肥、灌溉等过程中，在土壤中添加了某些有害物质或使某些固有物质含量过高，其污染负荷超过了土壤的承受容量。随着经济的发展，人类的各种活动对农田的污染也在加重，致使农村生活环境日趋恶化，农业及其生产环境污染严重，从而影响了农作物的产量和质量。根据国家环保部公布的资料可知，我国农田受污染率从20世纪80年代末的不足5%，迅速上升至20%以上（见表1-1）。首次全国污染状况调查表明，全国耕地土壤点位超标率为19.4%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例如图1-1，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、DDT和多环芳烃。在一些经济发达地区，农田污染问题更加突出，例如，广东省的清洁土壤只有11%，轻度污染农田占耕地总面积的77%，重度污染农田占耕地总面积的12%左右。表1-1不同年份我国受污染农田面积及占耕地面积的比例年份全国受污染农田（万hm2）占耕地总面积（%）19896004.619906675.1199110007.72007323026.5图1-1首次全国污染状况调查-全国耕地土壤点位超标率图随着工业化和集约化水平的不断提高及应对措施的缺乏，我国农田污染进一步加重。据初步统计，全国目前受污染的耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10以上，其中多数集中在较发达地区。每年因重金属污染减产粮食100亿公斤，污染超标粮食120亿公斤；4000多万人长期生活在污灌区内，2.5亿人受到污染耕地的直接威胁，每年癌症病发及死亡人群呈上升趋势，一定程度上与农产品污染程度的增加有关。农田土壤污染与大气污染和水污染不同，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。另外，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，甚至被某些重金属污染的土壤需要200年以上的时间才能够恢复，因此最好采取以防为主，防治结合的方法对农田土壤进行保护与修复。目前，我国农田污染局部改善，但是呈整体恶化趋势，需要进行进一步的防治措施。1.1.2污染特征我国农田土壤污染正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物，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。近年来，我国的农田污染主要呈现以下四个特点（见图1-2）：首先，农田污染物种类逐渐增多，污染空间呈现出扩张化的趋势。目前，我国农田污染物不仅包括传统的农药、重金属污染，还包括化肥流失、畜禽粪便污染、秸秆废弃或焚烧、塑膜残留和大量温室气体排放等方面。近年来，规模养殖场畜禽粪便污染已经成为中国农田污染的重要来源之一，大部分的养殖场缺乏相应的防污措施；集约化种植业也正在变成中国农田污染的重要贡献者，而且其温室气体排放问题日益被关注。其次，农田污染格局发生转变。中国农田系统污染呈不断加剧的变化趋势，污染源逐步由工业为主与工农并重，向以农业自身为主的方向转变。同时，工业与生活污染物进一步向农村转移，农田产地环境系统已经成为最广阔、最直接的受害者。农田污染的复杂化再次，农田污染呈现复杂化趋势。农田污染逐步由简单走向复杂，在表现上逐步由“面源’特征走向“立体”与综合，呈现出复合交叉和食物链时空延伸特征，对畜禽、人体等构成了严重的危害。最后，农田污染治理的难度不断加大。国家曾先后组织开展多项重大农业环境治理工作，取得一定成绩。但由于农田污染防治仍然是一项新生事物，加上农田污染的高度综合性、复杂性和潜伏性等，传统“点源”、“面源”污染防治的思路难以解决复杂的农田污染问题，单方面研究已经远远不能从根本上有效的解决农田污染问题。图1-2我国农田污染主要特征图1.2我国农田污染的危害农田污染对经济、土壤环境质量和人体健康都会造成负面影响。1.2.1农田污染对经济造成直接损失农田污染物质会影响到农产品的产量和品质。仅以农田重金属污染为例，全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计造成经济损失200亿元。2000年对23个省（市区）的不完全统计，我国污染农田4万hm2，造成农畜产品损失2489万千克，直接经济损失2.2亿元。对于农药和有机物污染、放射性污染等其他类型的土壤污染所导致的经济损失，目前尚难以估计。但是，这些类型的污染所造成的后果十分严重，例如：我国天津蓟运河畔的农田，曾因灌溉三氯乙醛污染的河水而导致数万亩小麦受害。1.2.1农田污染造成农田土壤环境质量下降一方面，土壤污染物质不易迁移、扩散和稀释，因而容易在农田中不断积累而超标，从而造成土壤板结、硬化、地力下降而不适宜于粮食生产，这将会对我国造成严重的粮食压力；另一方面，农田土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体等物质的污染且情况严重。根据中国科学院的一项调查结果显示，目前全国至少有1300-1600万公顷耕地受到农药的污染。我国东北地区一些农场长期使用氮肥，土壤有机质含量已由原来的5%-8%降到1%-2%。江西红壤表土pH值由5.0降到4.3，土壤板结普遍严重。1.2.1农田污染对人体健康构成威胁由于农药、化肥的不合理使用和过量使用，导致粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标或接近临界值，直接对人体健康和生命安全构成危害。据江苏省农业科学院植保所2002年初对南京市部分农贸市场农产品的抽样检测数据显示，农药残留不合格率超过20%（见图1-3）。这是在冬季施用药肥数量较小的情况下的检测数据，到了夏季，农产品尤其是叶菜的农药残留不合格率将更大。另外，由于生物对农药有积累、浓缩、富集作用，农药的使用不当会导致化学农药在生物体内富集。若长期食用体内农药含量很高的粮食、肉、禽、蔬菜，也会使有毒物质在人体内富集。图1-32002年初南京部分农贸产品农药残留不合格率第二章我国农田污染的主要来源与污染路径1.1污染物种类及主要来源由于工矿业生产、农业生产和生活废物堆放，使得多种污染物进入农田土壤，造成污染。这些污染物主要分为无机污染物和有机污染物。无机污染物包括对生物有危害作用的元素和化合物，主要指重金属元素如汞(Hg)、镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)、钴(Co)等，当前最引人关注的是汞(Hg)、镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)等。有机污染物包括有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、苯氧羧酸类、苯酰胺类等，主要来自化工厂排放和化学农药（详见表2-1）。这些污染物一般通过三种路径进入农田：大气沉降、洪水冲积、污染废物人为直接排放（图2-1）。图2-1污染物进入农田路径示意图表2-1农田土壤主要污染物及来源表污染物种类污染来源重金属类汞（Hg）氯碱工业、汞化合物生产等，仪器仪表工业，含汞农药，含汞电池镉（Cd）冶炼、电镀、燃料等工业，采矿，含镉化肥，含镉电池生产铜（Cu）冶炼、铜制品生产等，采矿，含铜农药锌（Zn）冶炼，镀锌，纺织等工业，含锌农药，磷肥，采矿业铅（Pb）油漆、颜料、冶炼等工业，采矿，汽车排气，农药化肥，含铅电池铬（Cr）冶炼、电镀，制革、印染等工业镍（Ni）冶炼、电镀、炼油、染料等工业，含镍电池生产类金属类砷（As）硫酸，化肥，农药，医药，玻璃等工业硒（Se）电子、电器、油漆、墨水等工业放射核素铯（137Cs）原子能、核工业、同位素生产、核爆炸锶（90Sr）原子能、核工业、同位素生产、荷包照其他氟（F）冶炼，磷酸和磷肥，氟硅酸钠等工业酸、碱、盐化工，机械，电镀，酸雨，造纸，纤维等工业有机污染有机农药农药的生产和使用酚炼焦、炼油、石油化工、化肥、农药等工业氰化物电镀、冶金、印染等工业石油油田、炼油、输油管道漏油多环芳烃类炼焦、炼油等工业、电子垃圾拆卸，垃圾焚烧有机洗涤剂机械工业、城市污水一般有机物城市污水、食品加工、屠宰工业生物污染病原微生物寄生虫城市污水、医院污水、畜禽养殖、厩肥、生活垃圾1.2.1大气沉降工矿企业每天向大气排放大量的粉尘和废气；热电厂、餐饮企业和家庭每天向大气排放大量的烟尘；机动车每天向大气排放大量的尾气；大风将地表有害的粉尘吹向天空；机动车在行驶过程中将路面的粉尘抛向天空；每天有大量的粉尘和废气排向大气。而这些物质又以降尘的形式或伴随着降水回到地面，进入农田污染土壤。大气沉降物质包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)等重金属以及二氧化硫、氟化物、氮氯化物、碳氢化合物等。有的地方大气沉降甚至是农田土壤污染物的主要来源，如据天津郊区农田重金属来源分析结果，农田土壤中Cd和Pb的90%来自于大气沉降。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。就是说某一个区域，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，酸雨是一种典型的大气沉降污染。目前，全国近12.1%的国土受到酸雨的影响。1.2.2洪水冲积矿区通常都有堆积如山的矿渣堆放场或规模巨大的尾矿库，在一些工矿企业周边星状分布着大大小小的渣山或废水塘，这些含有大量有害物质的尾矿、废渣、废水，通常只危害当地的水体和土壤，但一旦遇到暴雨和洪水，大量的有害物质就会冲向周边和下游地区的农田，污染水体和土壤。如2001年6月，广西壮族自治区环江毛南族自治县遭遇特大暴雨袭击，环江河上游的3家选矿企业尾矿库溃坝，洛阳镇、大安乡、思恩镇600hm2农田被尾矿及废矿渣淹没。庄稼大面积死亡，第二年农田地庄稼无法生长，严重的地方寸草不生。土壤化验结果表明，农田土壤酸度过大，Pb、Zn、As等元素超标。因洪水冲积造成矿区尾矿库溃坝或因暴雨造成工矿企业污水泛滥而导致大面积农田土壤污染和灌溉水源的污染的事件时有发生，也是污染物进入农田土壤的重要途径之一。1.2.3污染物人为直接排放1.2主要来源我国农田污染的主要来源分为三大类：工矿业污染源、农业污染源和生活废物污染源。每一大类中又细分为不同的种类，具体见图2-2。图2-2我国农田污染主要来源图1.1.2工矿业污染源我国工矿业生产对农田的污染主要分为采矿生产造成的污染和工业生产造成的污染。（1）工业生产污染源我国农田的工业污染绝大多数是由于乡镇在工业化进程中忽视环境规划和治理所导致的，这类企业的发展出现布局分散、规模小和经营粗放等特征，其中大多数企业由于技术工艺落后、设备简陋、产品技术层次不高，经营者环境保护意识薄弱，只顾眼前经济利益，缺乏公共责任意识、管理和各种制度不健全，使有毒有害的污染物排放超过国家允许排放标准。而且，不同种类的工业集中排污极易造成各种污染物之间的交汇作用，结果或扩大原有污染物的污染能力，或派生出新的污染物，造成环境污染更加严重。随着农村招商引资力度的加大和城市建设环保意识的增强，原来在城市污染严重的企业乘势纷纷转向农村，落户农村工业园区，这些企业所排放的废气、废水、废渣对周围农田造成直接或间接的污染，造成土壤板结、耕作质量下降，严重影响了农田的耕地质量。工业生产中的废水主要来源于城乡工矿企业废水和城市污水。工业废水中含有大量对人体有害的有机化合物质和重金属。石油、石化业的废水中含挥发性酚、三氯乙醛、石油类、苯类、多环芳烃、氰等有害物质。他们使农田遭到污染或对农作物产生直接毒害而造成的减产，虽然可经过微生物作用逐步消失，但短期土壤污染的后果也很严重。有些工业废水中常含有重金属元素，如制革厂的含镉污水，电镀厂、冶炼厂的含镍污水，化工、制药厂的含汞、铬、铅、砷污水，这些重金属在农田土壤中积累后难以消除，严重影响作物生长并使农产品受污染。众多废水未经达标就任意排放，使得地表水体及土壤受到污染。据统计，目前全国废水排放量达618×108m3/a（2010年）。仅2010年，全国废水排放总量为617.3亿t，其中工业废水237.5亿t，生活污水379.8亿t。全国工业废水中有毒有害物质28.5万t，其中汞1.05t，镉30.1t，六价铬54.8t，铅140.8t，砷118.1t，挥发性酚966.0t，氰化物241.8t，石油类1.01万t，氨氮27.3万t。由于工业废水处理能力低下，废水中有毒有害物质排放量很大（表2-2），使土壤及农田受到严重污染。表2-2全国工业废水中某些有毒有害污染物排放量年际对比单位：t年度汞镉铬（VI）铅砷挥发酚氰化物石油类/万t氨氮/万t20015.6110.5121.4489.9408.42445.7899.52.941.320024.8105.6111.1484.8346.221327732.542.120035.584.5103.1568.5373.72245.6638.62.440.42004356.3150.8366.2306.11562.8629.82.442.220052.762.1105.6378.3453.24000573.82.352.520062.649.496.4339.1245.230004571.942.520071.239.369319.7187.42926.33821.734.120081.3639.575.3240.92151916.12561.329.720091.3932.355.4182.2197.31044.62500.9527.320101.0530.154.8140.8118.1966241.81.0127.3工业生产中有害物质通过工矿企业的烟囱、排气管或无组织排放进入大气，以微粒、雾滴、气溶胶的形式飞扬，经重力沉降或降水沉降至地表造成农田土壤的污染。钢铁厂、冶炼厂、电厂、硫酸厂、铝厂、磷肥厂、氮肥厂、化工厂等均可通过废气排放和重金属烟尘的沉降而污染周围农田。这种污染受气候条件影响，一般常年主打风向的下风侧污染比较严重。工业废气沉降物污染中，对土壤危害最大的是黑色金属和有色金属冶炼加工业，每年全国排放量约为16000亿m3，占工业废气总排放量的19%。工业废气沉降污染范围多在排放源的周围10km左右半径内，主要污染土壤表层。这些金属不但对农田土壤环境造成污染，而且通过土壤进入农作物富集，对人体健康产生威胁。工业生产中的废渣、选矿尾渣如不加以合理利用和进行妥善处理，任其长期堆放，不仅占用大片农田，还可因风吹、雨淋而污染堆场周围土壤。据统计，1949年，我国工业废渣产量只有1140万t，2001年全国工业废渣产量为8.9亿t（其中危险废物952万t），比1949年增加79倍。工业废渣的种类繁多，性质复杂，产量不一，造成的环境污染及对人体健康的危害不同。产生工业废渣导致农田土壤污染的主要行业有：采掘业、化学工业、金属冶炼加工业、非金属矿物加工、电力煤气生产、有色金属冶炼等。这些行业废渣中主要包括煤矸石、废石、尾矿、钢铁渣、铬渣、粉煤灰、电石渣、硫铁矿渣和碱渣，此外还有热处理和选矿等过程中产生的含氰废渣及化工生产中排除的含汞废渣等，其中铬渣、汞渣、镉渣的毒性很大。有害废渣排放量见表2-3表2-3化学工业有害废渣排放情况固体废渣排放量/(万t/a)铬渣12氰渣2汞渣0.8氯乙烯渣0.7砷渣0.5镉渣0.05（2）采矿生产污染源随着我国矿山企业的发展和建设，矿山企业的开采和生产对土壤环境造成污染越来越严重，据统计，全国工业固体废物80%以上来自矿山。由于我国固体采矿、选矿而每年产生的尾矿和排放的废弃物达6亿吨，这些数量巨大的尾矿或排放废弃物利用率较低，并且由于无法及时处理，只能长期堆放，这些尾矿和废物在风化过程中不断释放出酸和重金属，直接引起矿区及其周围农田土壤的污染。在众多工业生产所需的重金属中，铅锌用途最广泛，广泛用于电气工业、机械工业、军事工业、冶金工业、化学工业、轻工业和医药业等领域。此外，铅金属在核工业、石油工业等部门也有较多的用途。世界上80%以上的铅被用于生产铅酸电池。锌是重要的有色金属原材料，锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝，锌金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多种金属制成物理与化学性能更加优良的合金。原生锌企业生产的主要产品有：金属锌、锌基合金、氧化锌，这些产品用途非常广泛，主要有以下几个方面：镀锌、制造铜合金材料、铸造锌合金材料、制造干电池等。由于我国有色金属产量和对矿产品需求量快速增长，其中，铅、锌的消费量也增长迅速，加上铅锌的广泛应用，我国对铅锌矿的开采也逐年增加，同时产生的矿区土壤及周围农田污染问题也日益突出。并且由于铅锌矿在我国东部、中部、西部均广泛分布（见图2-3），并且开采过程中会产生含大量重金属的废液、废气、废物，从而造成的农田重金属污染也越来越多。江苏南京栖霞山铅锌矿矿区及其周边菜园土壤，Pb、As、Cd和Zn三级和二级超标率均较高，污染严重；内梅罗多因子综合污染指数均大于3，达到重度污染。金属污染不仅改变了矿区周边农田土壤，同时还严重影响了作物的正常生长和品质。对云南省兰坪县铅锌矿周边蔬菜、水果中Pd、Zn、Cu、Cd的含量及污染状况进行了调查，发现其周边蔬菜中上述金属含量大部分超过国家食品卫生标准，超标率分别为：66.23%，25.97%，0．00%，31.17%，污染非常严重。辽宁省铁岭柴河铅锌矿区土壤Cd、Pb、Zn元素含量分别为当地背景含量的11.4，5，3倍，矿区玉米籽实际Pb、Cd含量分别是国家食品卫生标准的16-21倍，5.5-9.7倍。铅锌矿的开采主要引发的周围农田土壤污染主要有两个方面：①尾矿和废弃物挤占土地，经风化作用直接或间接污染周围农田土壤；②尾矿尾渣的粒度小，重量轻、表面积大，堆放时易造成流动和渗漏；并且尾矿成分及残留选矿药剂往往含有毒性或放射性，一旦进入自然界生物圈循环，对附近的村镇、农田、水源等构成巨大威胁。图2-3我国铅锌矿资源分布示意图除采矿过程对农田土壤造成污染外，铅锌的冶炼过程产生的污染也非常严重。目前，我国铅锌工业发展仍以粗放型经营为主，在我国铅冶炼新增产能中，50%以上采用落后的烧结锅、烧结盘工艺，这种技术无法有效回收冶炼烟气中的硫、砷等元素，以致对环境的污染十分严重。如沈阳冶炼厂冶炼锌产生的矿渣主要含Zn、Cd，从1971至1995年，其浸出液中Zn、Cd含量分别达6600和75mg/L，目前已扩散到离堆放场700m以外的范围。在黔西北典型的土法炼锌区调查的10个土样中，Pb、Cd含量分别比《土壤环境质量标准》的二级标准超出40%和100%，且土法炼锌每生产1t精锌，平均产生含尘废气10000m3，使当地大气环境严重受污，并且通过大气沉降作用使得土壤及周边农田受到污染。铅锌矿对农田土壤的污染具有特征性（如图2-4），主要特征为：多元素复合污染、元素赋存形式复杂、通常叠加化学药剂、污染具有累积性和不可逆性及部分矿山伴有放射性污染。图2-4铅锌矿污染农田土壤污染特征图（1）多元素复合污染铅锌矿区农田土壤污染常表现为以Pb、Zn、Cd、Cu、Hg和类金属元素As为主的多种金属复合污染，其中尤以Pb、Cd、As的污染为重，主要是由河水污灌和尾矿砂直接影响所致。就污染程度而言，尾砂直接污染土壤较河水污染土壤严重。矿区重金属元素两两之间存在着极显著或显著相关性，可证明矿区存在重金属不同程度、不同组合的复合污染类型。有研究显示，在铅锌矿区土壤中Cd－Pb、Cd－Zn、Hg－As、Hg－Cu、Hg－Pb、Hg－Zn、As－Pb、As－Zn、Cu－Pb、Cu－Zn、Pb－Zn存在极显著相关性；Cd－Hg、Cd－As、Cd－Cu、As－Cu存在显著相关性。（2）元素赋存形式复杂重金属在环境中危害生物的程度，不仅取决于其总量，更大程度上是受其存在形态的影响，不同的存在形态决定了重金属在土壤中的迁移和转化（如图2-5），从而表现出不同的生物可利用性。其中可溶态、可交换态较易于被植物吸收，对农作物危害大；碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、原生硫化态、有机结合态在环境条件改变的情况下可对环境造成二次污染，对生物产生一定的危害作用；残渣态其活性最小，只能通过漫长的分化过程而释放，而分化过程是以地质年代计算的，相对于周围环境而言，残渣态基本上不起作用，因而毒性最小。Pb、Zn等重金属在环境中易发生水解反应生成氢氧化物，也可与一些无机酸反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等沉淀物，从而积累于土壤中；Cd在土壤中的存在形态与土壤pH值和Eh值（氧化还原电位）相关，当土壤pH值呈碱性时，Cd易形成沉淀物质从而积累与土壤中。重金属在不同条件下可作为中心离子与阴离子或简单分子形成配位络合物，也可以与有机物形成鳌合物，因此多种金属复合污染的土壤中金属的赋存形式具复杂性。图2-5重金属形态的相互转化图（3）通常叠加化学药剂的污染残留在尾矿中的选矿药剂，在其长期堆存过程中会受到外界环境作用和自身相互作用产生有害气体和有毒酸性水，水中常含有氯化物、硫化物、氰化物、氟化物、表面活性剂等；此外，大量的药剂进入到尾矿坝底部，在渗漏水淋溶的作用下乳化、分散、增容并向下迁移，可能影响到整个生态系统。（4）具有累积性和不可逆性重金属污染具有隐蔽性，在短时间内往往难以发现，如长豇豆在矿山污水的农田污灌区能正常生长且在土壤受到Cd、Pb和Zn严重污染的情况下仍能够形成约2kg/m2的产量。重金属污染具有累积性，遗留的铅锌矿渣堆因雨水的淋溶作用，加上自身酸化作用，随堆存时间延长，矿渣堆表层（10cm）的重金属含量将减少，但下层（60cm）含量却显著增加。在长达100年的矿渣堆中，表层铅含量为575．51mg/kg，但其下层含量却达到5144．57mg/kg；与存放时间较短的矿渣堆相比，其可活性铅含量也较高。另外，重金属污染是一种不可逆的污染过程，其可迁移性差且不能降解，因而会在生态系统中不断积累，毒性不断增强，从而导致生态系统的退化，并通过在农作物中富集影响人体健康。（5）部分矿山伴有放射性污染铅锌矿开采、冶炼和加工过程中，排放含有放射性物质的废渣、废气、废水，使矿区周围的放射性环境严重恶化。研究表明，铅锌矿开发利用中释放的天然放射性核素铀是造成环境土壤放射性污染的主要因素。临湘桃林铅锌矿6501洞的天然辐射总量及χ、γ、α、β4种射线的测定结果显示，该矿洞放射线剂量明显偏高。1.1.2农业污染源农业生产过程包括用肥、用药、灌溉和覆膜，化肥农药的不合理使用，污水灌溉，农膜及畜禽养殖产生的废物不当处理都会造成农田污染。（1）化学肥料我国是世界上最大的化肥使用国，目前，化肥年使用量已达4637万t，占世界化肥施用总量的35%，并且化肥的使用量还在逐年增加（图2-6）。另外，我国化肥有效利用率相对较低，仅30%左右。未被吸收的氮、磷元素，除部分被土壤吸附存留于土壤中外，大部分则通过地表径流、农田排水进入地表和地下水体，导致水体富营养化和其他水体污染。目前我国农业生产中施用肥料的问题可概括为“三重三轻三低”，即重化肥，轻有机肥，肥料利用率低；重用地，轻养地，土壤有机质低；重产出，轻投入，施肥效益低。图2-6我国1949-2000年粮食产量与与农用化肥施用量化学肥料对农田的污染包括个两个方面：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，如有学者认为2013年湖南的(镉米)事件主要是农田使用的磷肥中镉含量超标，吴卓耕等人的分析结果也表明土壤镉含量高与长期大量施用磷肥有直接关系；二是过量使用化肥和化肥与有机肥比例失衡造成大量的NH4+、K+和土壤胶体吸附的Ca2+、Mg2+等阳离子发生交换，使土壤胶体分散，结构被破坏，造成土壤板结、硬化和肥力下降并且改变了土壤微生物环境，或因土壤环境的改变加剧土壤中有害重金属物质活化，从而危害农作物。（2）化学农药“九五”期间，中国农业使用的农药量每年基本稳定在23万t左右，其中杀虫、杀螨剂占62%，杀菌剂占21%，除草剂占17%，杀鼠剂和植物生长调节剂占很小的比重。而目前，中国农药产量跃居世界第二位，并且产品结构不够合理、质量不高，产品中杀虫剂占70%，杀虫剂中有机磷农药占70%，有机磷农药中高毒品种占70%。农田施用农药后，一部分被作物吸收之外，大部分通过降水、灌溉和耕作进入土壤，造成农田污染。随着用药量和次数的相应增加，部分农药残留量也进一步提高，并在农田中形成堆积效应，抑制了土壤中的硝化细菌、根瘤菌和根际微生物的生命活动，抑制了氨化作用、硝化作用以及微生物的呼吸作用，从而对生物体产生不良影响。其中，一些含Pb、Hg、As的农药不仅污染表层土壤，甚至涉及40~50cm深的土层，且稳定性较强，全部降解需20~30年之久。我国农药不合理使用现象严重，主要体现在3个方面：一是违规使用高毒高残留农药；二是过量使用农药，三是在不适宜的时间使用农药。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，目前全国受农药污染的农田土壤已达933万hm2。（3）污水灌溉

我国是一个水资源相对缺乏的国家,水资源短缺和污染问题尤为突出。一方面，工业发展离不开水，而农业更需要水，工农业争水问题越来越成为社会发展的制约因素，特别是在我国北方的干旱和半干旱地区；另一方面工业、城市又排放大量的污水，既污染环境，又浪费大量水源。因此，对污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染程度、改善生态环境、解决缺水问题的有效途径之一。这也是我国许多地方特别是北方地区,使用污水灌溉势的原因。但是，由于污水处理能力低及环保意识淡漠，且污水成分复杂，带来一系列的农田水土环境、生态安全等问题。我国的污水灌溉历史可分为自发阶段、初步发展阶段、迅速发展阶段、稳定发展阶段。从地域分布上，污灌农田主要集中在北方水资源严重短缺的海、辽、黄、淮4大流域，约占全国污水灌溉面积的85%（污灌区分布见图2-7）。图2-7我国主要污灌区分布图我国1999年之前曾两次进行污灌区调查统计，调查数据显示有污灌区60个；通过查阅1989-2011年污灌区相关文献得到，我国已报道的污灌区有131个，较之前数据调查增加了1倍，这些污灌区一部分是1999年以后新增的，还有一部分是调查时因某些原因未统计入库的。污灌区的增大同时意味着污灌区面积的增大，新增的71个污灌区中，有28个污灌区有确切的统计数据，其面积之和为28.16万hm2，其余43个污灌区面积统计结果如按照每个污灌区面积0.05万hm2，则全部新增面积为30.3万hm2。我国的污水灌溉与世界发达国家相比有其明显的特殊性。首先，污灌水质低劣，美国、日本、以色列等国家的污灌水基本以处理达标后的再生水为主，水中有害物质含量低，而我国由于污水处理设施量少、技术水平低，经费投入不足，运行率低，管理不到位等问题导致污灌水质污染物超标严重，长期采用此类污水灌溉，必然会对农田质量产生危害。据不完全调查，目前因污灌污染耕地达216.7万hm2，约占污灌总面积的54.94%。其次，由于污水以汇合排放为主，导致污灌水中成分复杂，从而使污灌区土壤也常出现复合污染，如天津武宝宁污灌区，北京污灌区，辽宁省张士、山西的太原、甘肃张掖污灌区等。第三，污灌点数量进一步增加，近年来随着城市化进程的加快及污染产业向中、小城市转移，矿山开采加速，导致工、矿废污水排放量日益增多且呈现点多面广的趋势，由此也引起了污灌点的进一步扩大。污水灌溉对农田的污染主要体现在对农田土壤环境的影响和对农作物的影响。①污水灌溉对农田环境的影响污水灌溉对农田环境的影响主要表现在污染物在土壤中的残留、累积。许多研究表明，污灌区土壤中的重金属和有机污染物含量明显高于背景值甚至超过国家标准，形成了不同程度的土壤污染，且随着灌溉时间的增长呈逐渐加重的趋势。白银市污水灌溉区农田土壤Cu、Pb、Zn、Cd、As已严重超标,使土壤受到重金属的严重污染；沈阳市郊某污灌区经过10年左右的停灌和灌渠改造等措施，该区污灌稻田土壤表层Cd含量仍然较高，污染程度仍处在停耕前水平；研究表明污水灌溉是造成土壤污染的主要原因，土壤中的污染物与灌溉水中污染物基本一致，污灌水中重金属Hg、Cd、Pb含量的高低与相对应的灌区土壤中重金属的累积量的多少基本一致。污水灌溉中污染物对农田环境的影响还表现在对生物群落的影响上。赤峰市郊区污灌区土壤，蔬菜，地下水中细菌总数、大肠菌群、肠道致病菌的检出高于清灌区；含油污水灌溉会刺激土壤中好氧异养细菌(AHB)和真菌的生长；灌会改变土壤中固氮细菌的种群数量和多样性，且这一现象在土壤表层尤为明显。②污水灌溉对农作物的影响污水灌溉对作物的影响主要包括污灌对作物品质、生态指标、酶活性的影响以及污染物在作物体内的积累等方面。污灌对于作物品质的影响,目前看法不一。有研究表明，污水灌溉对冬小麦和茄子的生长和产量污；而大部分研究结果为污灌会降低作物的品质。对污灌区叶菜类和根菜类的营养品质(粗纤维、粗蛋白、还原糖)指标进行调查发现，含量明显低于清灌区的各项指标；利用水培方式研究污水直接灌溉对小麦根系及幼苗生长影响，结果发现污灌胁迫条件加速了小麦幼苗绿叶和根系的衰亡，并使根系活力明显下降。污水浇灌的小麦幼苗与对照组相比：植株矮小、根短、根数目少，茎、叶、根的干重、鲜重和可溶性蛋白含量均明显降低，并出现叶尖枯黄，叶片色素含量下降，MDA水平上升，SOD、POD和CAT活性显著下降；在北京东郊进行田间试验，结果表明污水灌溉抑制了夏玉米的生长发育，使夏玉米株高和叶面积指数受到影响，产量和干物质量明显减少。污灌区的许多作物出现重金属和有机化合物累积和超标的现象。银川某污灌区生产大米中铅的质量分数超过国家对食品中铅的质量分数规定的最高限定值10倍，已经不能食用；山东小清河小麦和蔬菜中各检出有机化合物34和32种；对我国几个典型重工业区和污灌区木本植物、水生或湿地植物、农作物以及蔬菜、杂草的重金属污染状况进行野外调查与采样分析。结果显示湿地植物对Zn、Ni、Cd的吸收累积明显高于水生植物；蔬菜和水稻对Cd、Cr、Zn的吸收累积量较高。某种水生植物对Zn的吸收富集能力甚至已经达到重金属超富集水平，为污染土壤的植物修复提供了可能。鞍山宋三灌区由污水直接灌溉的叶菜类污染较重，而经过土壤过滤和与污水接触不十分紧密的地下茎类菜稍有污染，生长在枝条上的果类菜基本上没有受到影响。(4)农业固体废物农田固体废弃物主要来自以下几个方面：一是农田和果园的残留物，如秸秆、杂草、落叶、藤蔓等；二是牲畜和家禽粪便以及相应的铺垫物；三是农产品加工废弃物。这几种废弃物均对土壤造成或多或少的危害。①残留物对农田的污染我国是农业大国，据统计，每年产生各种农作物秸秆有6亿多t、其中水稻1.68亿t、小麦1.06亿t、玉米1.21亿t。20世纪80年代以