土壤污染及其防治

土壤污染及其防治南开大学环境科学与工程学院邵超峰SoilPollutionandPrevention土壤是重要的自然资源，它是农业发展的物质基础。“民以食为天，农以土为本”道出了土壤对国民经济的重大作用。由于人口不断增加，人类对食物的需求量越来越大，土壤在人类生活中的作用也越来越大。但随着城乡工业不断发展壮大，“三废”污染越来越严重，并由城市不断向农村蔓延，加之化肥、农药、农膜等物质大量使用，土壤污染形式日益严峻。减少和防治土壤污染已成为当前环境科学和土壤科学共同面临、亟待解决的重要任务。土壤是生命之基、万物之母。土壤和空气、水一样，是构成生态系统的基本要素，是人类赖以生存的物质基础，也是经济社会发展不可或缺的宝贵自然资源。土壤污染与防治当前的土壤污染现象土壤污染及污染源土壤防治对策相关问题分析1土壤的结构和性质1.1土壤的组成土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，具有疏松的结构。土壤的组成土壤矿物质土壤有机质：土壤中含碳有机化合物的总称（占固相总重量的10％以下）。分为非腐殖物质和腐殖质两大类。土壤水分——土壤溶液土壤中的空气——主要成分都是N2、O2和CO2。与空气比较，土壤空气中；CO2含量比大气中高得多；O2的含量低于大气；水蒸气的含量比大气中高得多；还含有少量还原性气体原生矿物质（各种岩石受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物）——四类：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物次生矿物质（由原生矿物经化学风化后形成的新矿物）——三类：简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类岩石化学风化(氧化、水解和酸性水解)伊利石（或水云母）[（OH）4Ky（A14·Fe4·Mg4·Mg6）（Si8-y·Aly）O20]蒙脱石高岭石［Al4Si4O10（OH）8］1.2土壤的特性酸碱性◎我国土壤的pH大多在4.5－8.5范围内，并有由南向北pH值递增的规律性。土壤的酸碱性首先决定于土壤的组成：我国长江（北纬330）以南的土壤，Si,Al,Fe含量较高，三者占土壤总量的95%以上，土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多在4.5－5.5之间，有少数低至3.6－3.8；华中华东地区的红壤，pH值在5.5－6.5之间；长江以北的土壤（如华北、西北的土壤）大多含CaCO3，多为中性或碱性，pH值一般在7.5－8.5之间，少数强碱性土壤的pH高达10.5。土壤酸化的原因：•化学原因——主要是矿物的风化过程产生的无机酸或大量二氧化碳；土壤弱酸盐的水解；无机肥料残留的酸根；重金属和有机物对土壤的污染；酸雨的影响；土壤胶体吸附的H+、Al3+等被其它阳离子交换：土壤酸化的第二个原因是微生物对有机物降解。土壤的碱化土壤溶液中OH-离子的主要来源是CO32-和HCO3-的碱金属（Na、K）及碱土金属（Ca、Mg）的盐类。交换性阳离子的水解：2.中国土壤污染现状中国粮食产量年年增长，可是在表面光鲜的外表下，隐藏的危险更值得我们重视。现在农民普遍感到土壤板结了，庄稼难种了。居民普遍感到果不香、瓜不甜、菜无味，蔬菜虽然数量多了，但比小时候的难吃了。中国农业科学院的土壤研究专家多年的跟踪研究发现，中国1/5的耕地面积遭受严重污染，中低产耕地占总面积的65%，而且耕地在逐年减少，人均耕地面积仅1.43亩。目前全国重金属和农药污染耕地已达3亿亩，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，合计约占全国耕地总面积的1/5。中国1/5耕地面积重污染面临粮食安全危机中国土壤污染状况调查公报根据国务院决定，2005年4月至2013年12月，我国开展了首次全国土壤污染状况调查。调查范围为中华人民共和国境内（未含香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区）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。中国土壤污染状况调查公报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。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。中国土壤污染状况调查公报由于片面追求粮食产量的增加，使得土壤环境受到了严重的破坏，不少地区农田中有机质的含量已经从解放前的50%-70%甚至降低到1%。上世纪五十年代，北大荒的黑土层厚度约80-100厘米（所谓黑土层是富含有机质的肥沃土壤）。但是，目前黑土层已经下降到了20-40厘米，黑土层正以每年0.3-1厘米的侵蚀速率（形成1厘米厚的黑土需要400年）。由于土壤中丧失了有机质，因此只能大量使用化肥。中国化肥的使用量全球第一，过量的化肥导致农业生产的生态要素品质下降，这就是症结所在。同时，污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。污染土壤主要分布区域1、重污染企业及周边地区2、工业企业遗留或遗弃场地3、油田、采矿区（有色金属、煤矿）及周边4、工业（园）区及周边5、固体废物集中填埋、堆放、焚烧等场地及周边6、污水灌溉区7、城郊主要蔬菜基地和畜禽养殖场周边8、大型交通干线两侧及加油站附近9、废旧电子产品处理处置场、汽车等拆解场地、大型木材防腐处理场地及其影响区等土壤污染现象中国是一个人多耕地少的国家，土壤污染较为严重。近期，土壤污染事件频发，“镉大米”、“重金属蔬菜”等事件的曝光引发了舆论对土壤污染问题的关注。2013年5月，湖南大米镉超标事件震惊全国，广东抽检发现126批次镉含量超标大米，其中68批产自湖南。而就在2月，一则《万吨湖南问题大米流入广东餐桌》的报道就披露了湖南土地遭受重金属污染，出产的大米普遍镉超标的问题。除了“镉大米”外，“重金属蔬菜”同样令人触目惊心。根据广东有关部门对珠三角土壤检测结果显示，由于土壤污染，珠三角多地蔬菜重金属超标率达10%—20%。此外，血铅事件、“癌症村”等也时常出现在媒体报道中。频发的土壤污染事件引发民众担忧，以致于有人发出“中国人站着就是钢铁侠，躺下就是一张元素周期表”的无奈调侃。广州三家超市蔬菜水果八成半有农药残留绿色和平组织在超市的抽检样本中监测出“骇人”结果农药残留最严重的是白菜和砂糖橘漂亮的西红柿也被查出多种非法农药的残留Source：“软骨病、砷中毒、癌症……种种痛苦的病症正悄悄地袭击越来越多的人群，包括皮肤病、肝病也成为一些地方的常见多发病。在这些灾难背后，隐藏的是矿产资源过度开发产生的废渣、废水污染，如果不及时治理，其危害将更加严重。”污水灌溉中国污水灌溉是在20世纪50年代后期，60年代初期，为给农业发展提供水肥，并为城市污水寻找出路而发展起来的。随着污水排放量的增加和农业缺水状况的逐渐加剧，污灌面积也在增加。1963年为4．2万公顷，1976年18万公顷，1980年133.3万公顷，1991年306．7万公顷。据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计，1998年我国利用污水灌溉的农田面积为361.84万公顷（5427.6万亩）。中国80年代的污灌面积，估计已超过2000万亩，利用污水量约占总污水排放量（370亿m3）的20％。灌溉农田的污水大多没有经过处理，导致土壤肥力下降、盐碱化加重、重金属积累，土壤质量恶化。常年不合理的污灌引起了严重的土壤有机污染、酸碱盐污染和重金属污染。据2012年中国农业部进行的全国污灌区调查，在约2100万亩的污水灌区中，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64.7％，中度污染的9.7％，严重污染的8.4％。总体上中国南方土壤污染重于北方，长三角、珠三角、老工业基地等部分地区土壤污染问题尤为突出。土壤的主要污染物为镉、镍、砷、汞、铅、铬等重金属以及滴滴涕等有机物，有的污染物超标达几十倍甚至几百倍。从领导到群众缺乏环境意识，特别是企业排污不达标，是造成耕地污染的罪魁祸首。有法不依、执法不严，缺少相应环境法规，不科学的污水灌溉，不合理、盲目地使用化肥农药也是耕地污染的重要原因。水体城市、交通、工业“三废”以及农业活动土壤大气干湿沉降废气扬尘废水固废径流灌溉农产品水PM10PM2.5吸收水、土、气环境污染及其危害示意图水体沉积物土壤岩石风化壳生物体大气蓝天－碧水净土－洁食土壤污染又受到大气、水污染的影响污染最严重的耕地主要集中在耕地土壤生产性状最好、人口密集的城市周边地带和对土壤环境质量的要求应当更高的蔬菜、水果种植基地。全国各主要农区广泛存在不合理耕作、过度种植、化学品投入过量，导致农田土壤耕层变薄，土壤板结，土壤生物性状退化、酸化、盐渍化，土壤基础地力不断下降，土壤污染问题十分突出。基础地力是指不施肥时农田靠本身肥力可获取的产量。使用高氮化肥的国家中，中国是唯一的“增肥低增产”类型，2000~2008年九年中，中国的化肥总用量较90年代增长了35%，粮食单产净增加315公斤/公顷。德国、以色列、荷兰在2000~2006年7年中氮肥总用量较90年代下降9%~26%，粮食单产增加约500公斤/公顷，属于“减肥高增产”类型；韩国、丹麦、英国、法国在氮肥用量下降17%~33%，粮食单产增加为211~296公斤/公顷，为“减肥低增产”类型；越南、孟加拉、埃及、智利等国家同期化肥用量增加了20%~69%，粮食单产净增加超过400公斤/公顷，最高达1173公斤/公顷，为“增肥高增产”类型。前中国农药使用量已达130万吨，是世界平均水平的2.5倍，受农药污染的耕地土壤面积达1.36亿亩；地膜使用量达63万吨，白色污染相当严重；畜、禽存栏量每10年增加1~2倍，畜禽粪便产生量已达到工业固废量的3.8倍。在畜禽养殖业主产区，当地畜禽粪便及废弃物产生量往往超出当地农田安全承载量数倍乃至百倍以上，造成严重的土壤重金属和抗生素、激素等有机污染物的污染。土壤资源形势土壤资源形势中国是一个人多耕地少的国家，土壤污染较为严重。中国现有水土流失面积356.92万平方公里，占国土总面积的37.2%；中国荒漠化土地面积263.62万平方公里，超过国土总面积的四分之一；中国盐碱化土壤面积约3690万公顷。其中受盐碱化影响的耕地总面积达624万公顷，约占全国土地总面积的7%；中国约50%以上的耕地微量元素缺乏，耕地缺磷面积达51%，缺钾面积达60%。由于过度垦殖，土壤因有机质匮乏而导致养分状况失衡，土壤养分长期的低投入、高支出造成全国范围土壤肥力的下降。2010年11月，中国土壤保健促进会称，由于不合理的化肥施用、水土流失等，中国现在处于“亚健康”的土壤面积已经很大，而病态土壤则占到了约10%，加强土壤保健已刻不容缓。26.5424.2319.818.3051015202530美国印度俄罗斯中国耕地面积（亿亩）我国2006年总耕地面积18.27亿亩，居世界第四,人均耕地1.40亩，不足世界人均数的一半按农业人口算，人均耕地面积是世界平均值（8.1亩）的1/4，印度的1/2，俄罗斯的1/50，美国的1/200土壤资源利用强度世界之最，因利用和管理不善，导致了土壤质量的严重退化，如沙漠化和荒漠化面积不断扩大、耕地土壤肥力下降或不平衡等。经济快速发展、工业化和城镇化进程的加快，耕地锐减。农用化学品的大量投入，土壤污染问题日益严重，并对农产品质量以及水体和大气环境产生了严重影响。