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中國生態修復網:您好,據有關報道,我國現在受重金屬污染的耕地多達3億畝,約占全國耕地總面積的1/5。我們賴以生存的土地受到了重金屬的污染,但土壤污染究竟有多嚴重,它給人們的食品安全造成了怎樣的嚴重影響,這是人們迫切所要知道的?

徐老師:2014年4月17日國家環境保護部和國土資源部發布了全國土壤鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。從公布的數據來看,盡管環境保護部和國土資源部都已經開展了全國土壤重金屬污染狀況調查,但有關農田土壤重金屬污染面積究竟多少目前尚無確切統計的公開數據。2012年農業部在財政部專項經費支持下,在全國開展了農產品產地土壤重金屬污染狀況普查、監測預警、修復示范及禁產區劃分等工作,重點摸清全國工礦企業區、大中城市郊區、污水灌區等重點區域農產品產地重金屬污染底數,完善農產品產地土壤環境質量檔案,建立農產品產地分級管理制度,建立農產品產地土壤重金屬監測預警機制,開展修復示范試點及農產品產地禁產區劃分試點等工作。希望通過這次普查能夠比較準確地獲得全國農產品產地土壤重金屬污染狀況,但由于本次大規模普查僅采集土壤樣品,而未實行土壤-農產品一對一采樣形式進行調查,因此,最終獲得的結果也將與環境保護部和國土資源部獲得的結果一樣,僅僅是農田土壤重金屬污染狀況數據,而并不能真實全面地反映農產品重金屬污染狀況。這是因為全國各地農田土壤類型、酸堿性、有機質含量、耕作制度、降雨等各種因素差異很大,目前的土壤環境質量標準重金屬限量值全國是統一的,這就導致重金屬超標的土壤農產品不一定超標,如對重金屬鎘污染,在北方堿性土壤區域或土壤有機質含量高的區域或南方春季多雨季節采樣,土壤重金屬鎘超標,但農產品卻不一定超標,特別是在北方堿性土壤區域,在土壤重金屬鎘超標1-2倍時,種植的蔬菜等農產品不一定超標;在廣西等地水稻田土壤輕度鎘污染情況下,由于春季多雨,種植早稻的稻米鎘超標就不明顯,而同樣稻田種植晚稻稻米鎘超標就很明顯。因此,這時采用土壤環境質量標準來判斷農產品重金屬污染狀況就存在很大的不確定性。

所以,農田土壤重金屬污染普查的結果,能否真正反映實際情況是受到諸多因素干擾和影響的,好的、準確的普查結果,需要有一個科學合理的普查設計方案、嚴格和規范的操作規程、嚴格按照要求的執行力、高水平的實驗室分析檢測能力、普查成員培訓和管理嚴格到位等等措施的保障。

就目前我國農田土壤重金屬污染狀況來看,湖南、江西、云南、貴州、四川、廣西等有色金屬礦區土壤重金屬污染尤為嚴重。我國西南地區(云南、貴州、廣西等)土壤重金屬背景值遠高于全國土壤背景值,如鎘、鉛、鋅、銅、砷等。這主要是由于重金屬含量高的巖石(石灰巖類)在風化成土過程中釋放重金屬而富集土壤中的緣故。大中城市郊區以污水灌溉農田土壤重金屬污染為主,其中蔬菜,特別是葉類蔬菜超標比較明顯,部分地區,玉米和小麥的鎘、鉛、汞等重金屬污染超標也比較明顯,但應該注意到對玉米、小麥重金屬超標現象仍然需要考慮大氣污染源的輸入,而不一定全部來自土壤污染。

中國生態修復網:土壤重金屬污染鈍化修復技術主要是通過添加外源物質,將重金屬轉化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式,以降低其對農田生態系統的危害風險,那這種外源物質具體是什么,它會對土壤造成什么影響?

徐老師:目前,國內外在農田土壤重金屬污染鈍化修復中,使用的鈍化劑材料主要包括:(1)粘土礦物,如海泡石、蒙脫土、膨潤土、凹土、高嶺土等;(2)碳材料,如秸稈炭、黑炭、果殼炭、骨炭等;(3)含磷材料,如鈣鎂磷肥、羥基磷灰石、磷礦粉、磷酸鹽等;(4)硅鈣材料,如石灰、石灰石、碳酸鈣鎂、硅酸鈉、硅酸鈣、硅肥等;(5)金屬氧化物,如氧化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵、針鐵礦、氧化錳、錳鉀礦等;(6)有機物料,如畜禽糞便、腐殖酸、泥炭、有機堆肥等;(7)工業廢棄物,如粉煤灰、鋼渣、赤泥、污泥等。但在實際農田使用中,應盡可能避免使用工業廢棄物作為鈍化修復劑,以免給農田土壤帶來新的二次污染或破壞土壤結構和理化性質及環境質量,對農田長期環境質量帶來不可預測的不利影響。

當前農田土壤重金屬污染鈍化修復中使用的材料種類繁多,性能和價格差別均較大,大部分使用的鈍化劑原材料價格一般在1000元/噸~3000元/噸,鈍化劑使用量在500kg/畝~1000kg/畝左右。從目前使用效果來看,農田土壤重金屬污染鈍化修復后,重金屬Cd、Pb等有效態降低率可達10%~30%,農作物(稻米、蔬菜地上部)中Cd、Pb等含量降低率可達30%~70%,結合農藝調控措施,修復效率最高可以達到90%,一般土壤中Cd、Pb等鈍化修復穩定性可以達到3年以上,而且,很多情況下,隨著修復時間的延長,土壤中重金屬鈍化修復穩定性效果明顯增強。說明,鈍化劑在土壤中老化時間的延長,有利于修復效果的提高。因此,鈍化劑究竟什么時間施用到農田土壤中,修復效果最佳,需要進一步擴展大田試驗研究。

在農田土壤重金屬污染鈍化修復中,特別要注意鈍化劑大量施用有可能對土壤環境質量造成的不利影響,具體在鈍化劑使用后需要加強對鈍化劑自身穩定性、鈍化/穩定化后的重金屬長期穩定性、鈍化劑對土壤質地和理化性質及環境質量的長期影響,以及鈍化修復對農作物生長、產量及品質等影響進行綜合跟蹤監測評估。總之,一個好的鈍化劑材料,不僅需要具有良好鈍化修復效果,而且需要對吸附固定重金屬離子具有良好選擇性,對吸附固定重金屬離子具有高度固定穩定性,以及價格適中、環境友好和易于操作。

中國生態修復網:目前土壤重金屬污染鈍化修復技術已經運用到實踐中,有了典型示范區,具體推廣到其他的污染區時,又有哪些因素是必須要注意的?

徐老師:目前,我們團隊正在根據農業部、財政部《農產品產地土壤重金屬污染防治實施方案》要求,在湖南、廣西、天津等地開展南方酸性水稻田土壤重金屬鎘污染,以及北方污水灌區重金屬鎘、鉛等污染修復治理示范工作,示范面積均較大,修復區土壤和農產品檢測結果表明,修復效果非常明顯,在南方酸性水稻田土壤鎘污染下,超標3倍以下的稻米經修復后完全可以降低到食品安全國家標準食品中污染物限量標準值以下,可以滿足中輕度重金屬鎘污染農田土壤修復治理要求。

但任何一項技術都有其適應性,技術的好與不好也有其環境條件和人為因素的限制,只有技術與環境及人為良好操作的匹配,才能發揮出技術最佳的性能。就農田土壤重金屬污染鈍化修復技術而言,在異地復制應用時,必須考慮到修復技術的適應性問題。具體應關注技術所應用的土壤類型和土壤酸堿性,同時需要關注修復區農田種植農作物品種,修復地域的氣候(主要為降雨)、農藝制度及耕作制度等,這些因素都會在不同程度上對鈍化修復效果產生一定的影響,導致鈍化修復技術在異地復制應用時效果產生變化,甚至導致鈍化修復效果不明顯。如某些鈍化劑在南方酸性水稻田鎘污染土壤修復中效果非常顯著,但當應用到北方污灌菜地堿性土壤上時,修復效果卻并不明顯;部分鈍化修復技術在南方酸性水稻田鎘污染土壤修復應用中,春季和夏秋季修復效果可能存在很大差異,這與春季南方多雨,水稻田土壤長期處于淹水還原狀態有關,而夏秋季南方雨水相對較少,水稻田土壤大部分時間處于氧化狀態有關。

所以,農田土壤重金屬污染鈍化修復效果在某種程度上與修復地土壤類型、酸堿性及降雨、水肥管理、作物品種和耕作制度等均存在很大相關性,在異地復制應用時必須考慮到這些因素對修復技術效果的影響。

總之,任何一項好的修復技術都需要與適應的環境條件、良好的操作方式相結合,才能發揮出其最大效能,還農民一片安全健康的耕作土壤。

農田土壤重金屬污染普查的結果,能否真正反映實際情況是受到諸多因素干擾和影響的,好的、準確的普查結果,需要有一個科學合理的普查設計方案、嚴格和規范的操作規程、嚴格按照要求的執行力、高水平的實驗室分析檢測能力、普查成員培訓和管理嚴格到位等等措施的保障。

原位鈍化修復

指向污染土壤中添加一種或多種鈍化修復劑,通過調節土壤理化性質以及吸附、沉淀、離子交換、腐殖化、氧化-還原等一系列反應,改變重金屬元素在土壤中的化學形態和賦存狀態,實現土壤中重金屬的鈍化/穩定化,降低其在土壤中的可移動性和生物有效性,從而阻止重金屬從土壤通過植物根部向農作物地上部的遷移累積,以達到治理污染土壤的目的。

  • 先后主持承擔國家“863”項目2項、國家自然科學基金面上項目2項、國家“973”子課題1項、科技部農業科技成果轉化基金項目1項、農業部環境保護專項2項,承擔農業部財政部湖南、天津農產品產地土壤重金屬污染修復示范項目2項,主持天津市自然科學基金項目2項、天津市科技計劃項目3項,主持制定國家標準2項,農業行業標準1項。

  • 在國內外發表學術論文160余篇,其中包括SCI/EI論文50余篇,獲國家發明專利3項,主編專著1部,參編專著3部;2011年獲天津市科技進步二等獎1項,1997年獲農業部科技進步三等獎1項,1993年獲農業部科技進步二等獎1項。

我國受重金屬污染嚴重,在污染治理方面也有很多方法,各有所長,又不能面面俱到。不同的土壤類型,不同的污染程度合理的使用不同的治污方案很有必要。其中特別是農業土壤,治理重金屬污染的同時還要進行作物的生產,使用原位鈍化修復技術就是行之有效的方案。

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