我国耕地土壤重金属污染现状及防治对策

我国耕地土壤重金属污染现状及防治对策

根据土地利用的通知（国土资源第255号），耕地是指种植水稻的土地。其环境质量直接影响农产品的质量，也影响人类的生存质量。2011年11月,联合国粮食及农业组织报告称,全球25%的耕地严重退化,其中来自污染方面的退化原因不可忽视。2014年4月17日,环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国耕地土壤环境质量堪忧,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%,其中重金属污染问题比较突出。耕地土壤重金属污染给农民带来了经济利益和健康利益的双重损害,2006年,环保部周生贤部长在全国土壤污染状况调查及污染防治专项工作视频会议上称,我国每年因重金属污染的粮食达1200万t,造成的直接经济损失超过200亿元;2012年对广东韶关市仁化县董塘镇3~14岁的儿童进行血铅普查发现69人中有37人血铅超标。未来5年是我国全面建设小康社会的关键时期,如何保持清洁的农产品生产环境,实现农业可持续发展,保障人民群众身体健康是构建和谐社会的必然要求。因此,本文通过调查我国耕地土壤重金属污染现状,分析造成耕地土壤重金属污染的主要原因,在评价我国现有土壤重金属污染防治政策有效性的基础上,通过借鉴国际上先进国家在土壤环境保护方面的经验,提出我国耕地土壤重金属污染防治的政策建议,为我国耕地土壤环境保护和农产品质量安全保障提供决策依据。1重金属污染现状调查耕地土壤重金属污染比较隐蔽,不易引起人们的关注,近几年是随着食品安全和人体健康问题的报道才逐渐暴露出来的。我国曾组织开展过两次规模较大的全国土壤调查,一次是20世纪70年代的土壤背景值调查,编辑出版了《中国土壤元素背景值》;另一次就是2006-2013年环保部和国土资源部联合开展的全国土壤污染状况专项调查,发布了《全国土壤污染状况调查公报》。2002年,南京环境科学研究所主持开展了《典型区域土壤环境质量状况探查研究》,调查范围包括广东、江苏、浙江、河北和辽宁5个省,调查显示,珠三角部分城市有近40%的农田菜地土壤重金属污染超标,其中10%严重超标。长三角有的城市连片农田受多种重金属污染,致使10%的土壤基本丧失生产力。其中,受镉污染和砷污染的比例最大,约分别占受污染耕地的40%左右,超过0.4亿hm2良田;农业环境质量定位监测结果表明,湘江流域农产品产地受重金属污染的面积已逾7.87万hm2,其中重度污染的约1.27万hm2,占16%;中度污染的约2.6万hm2,占33%;轻度污染的超过4万hm2,占50%多;农业部农产品污染防治重点实验室对全国30万hm2基本农田保护区调查显示,重金属超标率12.1%,粮食重金属超标率10%以上。此外,许多学者还对工矿区、污灌区、电子废弃物拆解区、高速公路沿线区等重点区域进行了重金属污染调查与评价,尽管不同学者监测和评价的结果不同,但是比较一致的观点是认为我国耕地土壤重金属污染已经成为比较严重的环境问题,必须引起足够的重视。2活动等人为活动土壤重金属污染除了与工业生产、农业活动等人为活动有关外,还与母质风化过程有关。因此,耕地土壤重金属污染来源可分成外源污染和内源污染两大类。2.1不同土壤类型土壤重金属背景分析不同自然条件下发育的土壤,其重金属环境背景值也有明显差异,造成这种差异的主要影响因素包括:成土母质、地形地貌、水文气象、植被及土地利用类型、成土年龄和有机质以及土壤理化性质等。从全国来看,As、Cd、Cr、Hg、Pb的背景值平均分别为9.2、0.061、52.8、0.026、22.3mg/kg,其中贵州省土壤重金属背景值最高(Pb除外),上述5种重金属的背景值分别为21.3、0.2681、114.7、0.1205、31.1mg/kg;在40种不同的土壤类型中,石灰(岩)土中重金属背景含量普遍最高(Pb除外),As、Cd、Cr、Hg、Pb的背景值分别为31.4、0.5303、126.5、0.1928、28.3mg/kg;从不同母质来看,沉积石灰岩重金属背景含量最高,As、Cd、Cr、Hg、Pb背景值分别为16.0、0.1339、72.4、0.0725、29.4mg/kg。2.2外源污染2.2.1农田土壤重金属污染情况大气沉降是土壤重金属的主要外源输入因子,成都经济区农业生态系统中的重金属大气干湿沉降通量平均值为17.76g/(hm2·a),对土壤Cd污染的贡献率达到为86%;北京农田土壤中As、Cd、Hg、Pb等元素的大气干湿沉降输入量占总输入量的50%以上,最高达99%。1986-1988年期间甘肃白银有色金属基地每年由大气沉降输入到农田的重金属为Cd10.8、Pb414.9、Cu352.6、As214.6g/hm2。此外,含Pb汽油的燃烧、汽车轮胎及车辆镀金部分磨损产生的粉尘、燃料及润滑油的泄漏等都会释放出大量含Pb、Cd、Cu、Zn等的有害气体,从而造成公路两侧农田土壤重金属污染,污染程度与距离公路、铁路的远近、交通流量的大小有关。2.2.2水灌溉农田污水处理情况污水灌溉是指利用城市下水道污水、工业废水、排污河污水以及污染的地表水等进行农业灌溉,在我国北方比较常见。1993年中国环境状况公报显示,我国污水灌溉污染的农田面积为330万hm2,平均每公顷污灌农田每年接纳工业污水6645t。据我国农业部对全国污灌区进行的调查,在约140万hm2的污水灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的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%。我国甘肃白银地区使用含砷废水灌溉农田导致全市16.3%的土壤As超过当地临界值(25mg/kg),最高达149mg/kg,严重影响农业生产。2.2.3磷系cd含量,土壤总累积碳为了提高作物的产量和质量,农民往往投入过量的含有铅、镉、汞、砷等重金属的化肥。常用的肥料中,由于磷肥的主要生产原料是磷矿石,天然伴生Cd,Cd的含量在0.1~571mg/kg之间,平均含量为0.98mg/kg。由于每年都施用磷肥,而磷肥被植物利用的比例只有10%~20%,造成大部分Cd在土壤不断累积。此外,有机肥特别是集约化养殖场猪粪、鸡粪的大量施用,也会导致土壤重金属累积,因为畜禽饲料中往往添加洛克沙胂及含铜、锌等重金属的化学物质,有报道表明,猪粪中As、Cd、Cr和Pb的含量分别为36.5、0.9、12.3和2.9mg/kg。2.2.4电子废弃物电解农田土壤成分分析目前,我国废旧电子电器垃圾收集体系还不完善,常常与普通生活垃圾混在一起,通过简单的堆肥、焚烧处理后进入耕地,导致高浓度汞、镉、锌、锰、镍、铁和铜等重金属不断地进入土壤并富集。此外,在电子废弃物拆解过程中,由于采用传统的手工作坊式生产加工,造成大量金属溶解化学材料直接进入农田土壤。例如,浙江台州市路桥废旧电子产品拆解区表层土壤Pb、As、Cr最高含量分别达125.78、9.28、76.72mg/kg。广东汕头市贵屿镇电子垃圾拆解区周边农田土壤中Pb、Cr、Cd的含量分别高达415、320、57.1mg/kg。广东省清远市龙塘镇和石角镇电子废物拆解及附近农田土壤中Pb和Cd平均含量分别为1635.4和39.3mg/kg。3从关注土壤污染到防治土壤环境我国在土壤环境保护方面的工作可以分为以下三个阶段:第一阶段(1949-1978年),工作重点是提高土壤肥力和增加粮食产量;第二阶段(1979-1992年),开始关注土壤污染问题;第三阶段(1993年至今),开始防治土壤污染,尤其关注土壤环境的风险管理和风险控制。截止目前,我国组织完成了全国土壤污染状况调查,编制完成了《土壤保护战略研究报告》和《全国土壤环境保护规划(2011-2015)》,已经完成土壤污染防治立法调研,正在起草《土壤污染防治法》,形成了《土壤环境质量标准》修订草案。3.1对土壤污染防治缺乏具体立法目前,我国涉及土壤污染防治的法律法规主要有:《环境保护法》、《土地管理法》、《基本农田保护条例》、《农产品质量安全法》、《水污染防治法》以及《农业法》等,而专门针对土壤保护的《土壤污染防治法》尚未正式颁布实施。现有立法的侧重点主要在于防治,即通过控制污染源达到防治土壤污染的目的,而没有明确具体地提出土壤污染防治的措施、途径以及政策等。例如,现行法律规定,环境保护部门、农业部门以及国土部门等都拥有管理农田的权限,但是法律没有规定各部门应该如何执行各自的权限,且各部门之间缺乏有效的协调机制,数据信息不能实现共享。对于已经受污染的土壤,现有法律中也没有明确规定责任主体和相应的法律责任,没有规定相关的污染清除和修复措施、责任部门、资金保障等内容,缺乏明确具体的执行机制。3.2耕地土壤重金属污染评价标准比较为了从源头防止耕地土壤重金属污染,我国颁布了《农田灌溉水质标准》(GB5084-92)和《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84),分别对农田灌溉水和农用污泥中的重金属含量进行了限制。1995年《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)正式发布,该标准依据土壤功能和pH值规定了土壤中重金属总量的最高允许值,耕地土壤适用于二级标准,保护目标是保障农业生产和维护人体健康。然而,由于能被作物吸收的只是土壤中的有效态金属,而且作物吸收重金属还与作物本身富集重金属的能力密切相关,因此用该标准来评价和管理全国不同利用类型的耕地土壤是不太科学的。2006年,原国家环境保护总局发布了《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ/T332-2006)和《温室蔬菜产地环境质量评价标准》(HJ/T333-2006)两项指导性标准,其中也涉及到了重金属的限值标准。此外,为了指导和规范全国土壤污染调查,2008年5月,环境保护部还制定了一个暂行标准,即《全国土壤污染状况评价技术规定》(环发39号)中的土壤环境质量评价标准值。通过比较上述这些标准发现,除Pb的标准值有较大调整外,其他重金属的标准值基本一致,所不同的是《食用农产品产地环境质量评价标准》不仅考虑了土壤的pH值,还将土壤的耕作方式(旱作、水作)和作物种类(果树、蔬菜)作为划分依据,因此,在耕地土壤重金属污染评价时更具有参考价值。目前,环保部门和农业部门都各有一套农业土壤环境质量标准,无公害农产品产地标准和绿色食品产地标准由农业部制定,食用农产品产地标准由环保部制定,存在标准体系交叉重复的问题,建议按土壤类型和作物种类,由农业部和环保部联合制定土壤环境质量标准。3.3污染场地可行性评估的相关规范针对土壤监测、土壤调查、场地风险评估和场地修复,农业部和环保部相继出台了一系列规范和指南。其中,《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T395-2000)和《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166-2004)规定了农田土壤环境监测的布点采样和污染物分析方法;《无公害食品产地环境质量调查规范》(NY/T5335-2006)、《绿色食品产地环境调查、监测与评价导则》(NY/T1054-2006)以及《场地环境调查技术导则》(HJ25.1-2014)分别规范了无公害食品产地、绿色食品产地以及一般场地调查的原则、方法、内容等;《污染场地风险评估技术导则》(HJ25.3-2014)和《污染场地土壤修复技术导则》(HJ25.4-2014)则分别规定了污染场地人体健康风险评估的原则、内容、程序、方法和技术要求以及污染场地土壤修复技术方案编制的原则、程序、内容和技术要求。2012年年底,环境保护部组织编制了《工业企业污染场地调查与修复管理技术指南》,目前正在征求相关部门意见。然而,截止目前,尚未制定针对农田土壤污染的风险评估和修复技术的相关规范或指南,不利于农田土壤的污染防治。4国际土壤环境保护的实践和经验4.1污染土壤的治理美国有两部主要的法律来防治土壤污染,其中《资源保护与恢复法》(RCRA)通过有效治理避免废物进入环境,属于源头控制;而《综合环境反应、补偿和责任法》(CERCLA)(又称“超级基金法”)则是针对有害废物已经进入环境、如何清除土壤环境中的废物,属于末端控制。为了加强受污染场地的治理,美国环保局对超级基金法进行了修改,形成了《棕色地块法》。这部法案阐明了污染的责任人和非责任人的界限,超级基金法规定:只要土壤中还存在危害人体健康的污染物质,则至少每隔5年就要对土壤修复措施进行评价,如果评价结果显示修复措施不再发挥作用,就要考虑采用其他的修复措施。为了保护纳税人的利益,美国政府在污染土壤治理时采取“执行优先(enforcementfirst)”的政策,即先强制相关的责任人进行治理,或者支付土壤污染治理的费用。拒绝支付费用者,政府可以要求其支付应付费用3倍以内的罚款。美国EPA也可以利用超级基金先进行治理后再向相关的责任人索要赔偿,私人企业也可进行污染土壤治理后再向相关的责任人索要补偿。只有当污染者无力承担治理费用时,才由基金来补充。为保障土壤污染防治体系的顺利运行,美国还制定了一些技术导则,专门指导和规范土壤环境调查和修复。4.2土壤污染综合治理日本非常重视土壤污染的预防与治理,制定了《农业用地土壤污染防治法》、《土壤污染对策法》、《农药控制法》等法律,在《土壤污染对策法》中,规定了委派促进法律实体不仅提供与土壤污染有关的咨询、建议等服务,还通过建立基金的方式向实施特定土壤污染治理等措施的地方公共机构提供资金。《土壤污染对策法实施细则》还包括一整套土壤污染防治制度,如,污染区域划定制度、污染区域限制使用制度、污染登记制度、污染治理制度、污染责任保险制度等。如果调查结果显示土壤中重金属含量已经超过土壤环境质量标准,那么就应该把这片区域划定为重金属污染区域,并记录在土壤重金属污染区域登记表中,只有治理责任人在采取了有效整治措施之后,再次检测发现符合土壤环境质量标准时,才可以申请从登记表中删除。《农用地土壤污染防治法》规定都、道、府、县知事指定农用地土壤污染对策区域和特别地区,制订农田土壤污染对策计划,包括农用地土壤调查、指定污染区、进行风险管理和治理、恢复土壤状况。法律同时明确了污染治理应坚持使用最佳技术原则和维持土壤生态平衡原则。此外,日本还对其《土壤污染环境标准》进行了三次修订,适时地追加多项新出现的污染物标准。4.3德国法上的土壤污染防治建议欧盟有关土壤污染防治的立法是先由欧盟做出原则性规定,然后各成员国在该框架下再进一步细化。1972年欧盟颁布了《欧洲土壤宪章》,1986年发布了土壤保护指令,2004年制定了土壤保护战略,包括在欧盟范围内建立土壤信息和监测系统以及未来应采取措施的详细建议。以德国为例,涉及土壤污染防治方面的法律法规主要有《联邦土壤保护法》、《联邦土壤保护与污染地条例》和《建设条例》,并制定了土壤处理细则方面的基本指南。《联邦土壤保护法》规定了每个土地使用者或所有者有防止土壤污染和清除土壤污染的义务,该法还提供了土壤污染清除计划和修复条例;《联邦土壤保护与污染地条例》授予公共当局在整治污染地方面的职权,该条例对污染地和退化地的调查和评估、对防止污染物泄露和限制排放的要求、以及有关整治计划和调查都作出了详细规定;《建设条例》则涵盖了土地开发和限制绿色地带(未被污染)开发等内容。上述国家在土壤污染防治方面都是通过专门立法和外围法相结合来形成完整的防治体系,各有侧重、相互补充,发挥了较好的作用,值得我国借鉴和参考。5预防农田土壤污染的措施土壤一旦污染,要清除其中的污染物是十分困难的,因此,土壤污染预防比土壤污染治理要重要得多。根据污染来源,采取源头控制是避免和解决农田土壤重金属污染切实有效的办法,土壤污染调查监测是进行土壤污染防治的前提,开展土壤重金属污染生态风险评估、进行土壤环境功能区划是安全合理利用农田土壤的基础,完善农作物种植管理制度、倡导农业清洁生产种植理念、建立土壤污染防治公众参与制度、完善土壤环境影响评价制度,是预防农田土壤污染的具体措施。对已被污染的耕地土壤进行整治,一要靠先进的技术手段,二要靠充足的资金支持,所以,还要加大技术研发和筹措足够治理资金为农田土壤污染提供必备的技术支持和资金保障。5.1建立健全耕地土壤污染防治体系5.1.1我国土壤环境监测体系尚未建立我国土壤污染防治基础薄弱最主要的原因就是污染状况不明,20世纪90年代以来,我国相继开展了一些区域的土壤重金属污染监测工作。但由于种种原因,相关污染调查信息仍未对公众公布。现有文献资料表明,耕地土壤重金属污染形势比较严峻,但又缺乏可以使用的全国范围内的耕地土壤重金属污染现状和累积变化趋势数据,不利于我国耕地重金属污染总体概况的判定和相关政策的制定。目前,我国尚未建立完善的省、市、县三级土壤监测体系,经费投入不足,设备检测能力薄弱,专业技术人员缺乏,也没有制定相应的土壤环境监测计划或规划,土壤例行监测处于空白,缺乏动态调查数据。为了及时发现耕地土壤污染,防止土壤污染影响农作物的生长,进而影响人类健康,建议以县为单位,以污灌农田和农产品基地为监测重点,开展土壤和农作物中重金属含量的跟踪监视性监测,以土壤重金属总量测定值与土壤重金属背景值的比值反映土壤累积性污染状况,以无公害农产品标准为依据,确定土壤重金属有效态临界值,并以土壤中重金属有效态测定值与有效态临界值的比值来评价农产品产地土壤环境质量适宜性。5.1.2污染土地的污染风险评估前面已经提到,我国耕地土壤重金属污染问题比较突出,对我国的食品安全和生态环境健康造成了严重危害。土壤重金属污染风险评估主要是针对正在使用或需要改变用途的土地,采用体外模拟实验,通过测定污染土地上种植的农产品经模拟消化系统消化后释放出来的可溶态重金属含量,评估经口摄入量,采用健康风险评估模型,预测污染土壤的生态风险。如果评估结果显示对人体健康危害较大,就需要对该片耕地进行功能调整,禁止或者限制在其上面种植供人畜食用的农作物或经过修复治理后恢复土壤的正常功能。根据耕地土壤的生态风险评估结果,还可建立基于生态风险的土壤环境质量指导值,为我国制定土壤环境保护政策和标准提供基础,有利于污染土壤的修复与管理。5.1.3土壤环境功能区划科学合理的规划是进行耕地土壤污染防治的重要手段,根据我国在水环境功能区划、空气环境功能区划、声环境功能区划以及生态功能区划的经验和做法,开展土壤环境功能区划工作,根据不同区域的土壤环境容量和资源禀赋,明确不同区域的开发强度和开发方向。将粮食主产区、基本农田保护区等农业土壤列为禁止开发区域,将一般农田列为限制开发区域,其他土地则作为优化开发区域,编制全国范围的土壤环境功能区划。在全国土壤环境功能区划的基础上,结合耕地土壤重金属的监测结果,参考《农产品产地安全管理办法》将耕地土壤进一步划分成适宜区、监控区和禁止生产区。5.1.4减少耕地重金属污染由于不同农作物对重金属的吸收和富集能力不同,因此合理安排作物种类、调整种植制度是降低重金属污染风险的重要途径。一般来说,蔬菜对重金属吸收能力的顺序为:叶菜类>根茎类>瓜果类。因此,在中、轻度重金属污染的土壤上,不种叶菜、块根类蔬菜而改种瓜果类蔬菜或果树等,能有效地降低农产品中重金属的浓度;从抑制和降低耕地土壤中重金属的活性角度,使用各种添加剂可减少重金属进入农产品。如硅肥、凹凸棒石粘土、石灰等;此外,还可通过制定畜牧养殖法规,加强重金属饲料添加剂方面的管理来控制畜禽粪便中的重金属问题。5.1.5普及安全知识由于我国广大农民对农产品的质量安全及环境问题缺乏环保意识,应通过各种渠道和方式加强宣传,向农民推广普及安全使用化肥、农药、兽药、饲料添加剂和动植物生长激素等知识,对农民进行农业清洁生产种植技术专业培训,从生产环节防治耕地土壤污染。此外,由于电子废弃物也会造成耕地土壤重金属污染,所以还应在全社会尤其是电子行业大力推广循环经济理念和垃圾分类宣传,减少电子废物的产生,加强电子废物的安全处理与处置。5.1.6做好宣传,提供公众参农民作为土壤污染的直接受害者,具有参与土壤污染防治的积极性。首先要增强广大农民的土壤环境保护意识,宣传土壤污染带来的负面影响。充分挖掘他们保护耕地土壤的内部驱动力,发放绿色农业补贴,进行农业技术培训;其次,环保部门还应定期公布土壤污染状况数据,让他们了解土壤污染的程度、来源以及危害等。再次,为公众提供参与监督和建议的形式和途径,包括联系人、电话和邮箱等。最后,要鼓励公众参与到具体防治土壤污染的工作中去,农民与土壤的关系最密切,他们对土壤的依赖最大,可直接参与土壤污染预防和治理。5.1.7土壤污染的预防目前我国已经在建设项目或规划项目的水环境影响、大气环境影响、声环境影响和生态环境影响方面开展了科学的评价并依据评价结果采取有效措施进行预防。在土壤污染的预防中,也可以采用这种做法,即在土地规划和开发利用以及项目动工和投产前进行土壤环境影响评价,或在现有的环境影响评价体系中增加土壤环境影响评价的内容,具体内容应包括:污染源强估算、污染范围和污染程度预测以及相应的控制措施与对策建议。对于可能给土壤带来严重污染的建设项目要坚决予以制止,对于正在建设的或有可能对土壤带来污染的项目,要提出具体的整改意见或预防措施。5.2加强耕地土壤污染的管理和管理5.2.1以农为本、注重生物治理,促进农业发展虽然当前土壤重金属污染的治理与修复方法较多,但大多数尚处于实验室阶段,费用高、周期长,而且效果不甚理想,所以真正在实际场地修复中应用的技术实属少见。对于已经污染的耕地土壤,须因地制宜,采取合理的工程、生物、化学和农业措施,以降低土壤中的重金属含量为目标,在维持土壤生态平衡、不破坏农作物生产环境的前提下,采取最佳的治理措施,从而达到改良土壤的目的。可按如下思路进行治理:首先,利用农作物自身特性,筛选种植低吸收、低积累重金属的耐性农作物品种,在重金属轻度污染的土壤种植此类农作物;其次,通过施用土壤改良剂或重金属钝化剂,降低土壤中重金属的生物有效性,降低农作物对其的吸收量,或通过农艺措施如轮作、施肥等途径减少作物对重金属的吸收;最后,再考虑物理或生物治理,因为这两种治理方法需要的时间长,成本也比较高。针对我国大面积耕地土壤轻中度污染以及植物修复所需时间较长等现实,目前比较提倡多种修复技术的联合应用,而且耕地土壤“边生产边修复”的理念逐渐深入人心,化学改良法、低吸收作物的种植及耕作制度调整等将成为治理耕地土壤重金属污染的理想方式。由于土壤污染修复具有很强的专业性和技术性,建议政府组织专业人员进行土壤污染修复技术的研发,开展土地修复技术的国际交流与合作,采取各种措施鼓励大家进行技术创新,筛选耕地土壤污染修复实用技术,通过重点治理与修复示范工程的实