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        耕地土壤重金屬污染修復實(shí)踐


        來(lái)源:《民主與科學(xué)》2016 年06 期

        作者:廖曉勇

        單位:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所


        這么多年來(lái),不斷有人問(wèn)我幾個(gè)問(wèn)題:一是土壤污染到底是不是病。有人說(shuō),我們長(cháng)期生活在土壤污染的區域(如湖南、廣西),但是我也沒(méi)有得什么病。那么土壤污染到底有什么危害?我們國家是不是需要花大力氣來(lái)治理污染土壤。二是如果土壤污染是病,怎么治?很多人認為,土壤污染好像沒(méi)有辦法治理,怎樣把污染物從土壤中拿出來(lái),或者是把污染物消解?特別是重金屬,土壤沒(méi)有辦法降解,怎么治?三是假如要治理土壤污染,國家要花多大的代價(jià)進(jìn)行治理?這也是本文將探討的三個(gè)問(wèn)題。


        當前耕地土壤重金屬污染現狀和特征


        綜合多部門(mén)調查結果判斷,目前我國重金屬污染耕地面積約1.8~2.7 億畝,主要分布在我國南方湘、贛、鄂、川、桂、粵等省區,污染區域主要為工礦企業(yè)周邊農區、污水灌區、大中城市郊區和南方酸性水稻土區等。土壤重金屬污染具有以下特征:


        首先,土壤重金屬污染具有隱蔽性和滯后性,一般是看不見(jiàn)摸不著(zhù)的。因此,很多人都會(huì )問(wèn)土壤污染到底是不是???比如說(shuō)重金屬鎘污染,都看不到鎘,無(wú)法讓地方政府和老百姓感覺(jué)到有害。除非有表觀(guān)現象,或者有繼發(fā)性的毒害事件,才會(huì )引起人們對土壤污染的關(guān)注。


        其次,土壤污染呈現的危害一般是潛伏和間接的。我在湖南做了一個(gè)案例,試圖找到土壤污染與人體健康間的關(guān)系。在一個(gè)信息隔絕的小村子里,土壤受到了污染,但這個(gè)地方的水是干凈的,老百姓吃的蔬菜也是干凈的。通過(guò)連續三年的觀(guān)察,沒(méi)有發(fā)現兩者的必然聯(lián)系。后來(lái)查找了國際上很多相關(guān)研究,確實(shí)發(fā)現土壤污染對人體健康沒(méi)有直接的關(guān)系。


        再次,土壤中的重金屬具有積累性和地域性。我國大面積的土壤重金屬污染已經(jīng)有了報道,包括我們自己也做了研究,多半與水系有關(guān),具有一定的流域性,如發(fā)生在湘江流域、西江流域的土壤污染。


        最后,土壤重金屬污染具有不可逆性和難以修復的特點(diǎn)。耕地土壤重金屬污染為什么非常復雜?一是污染來(lái)源非常復雜,灌溉水、大氣沉降、農業(yè)投入品都會(huì )影響耕地土壤中的重金屬含量。二是農業(yè)的種類(lèi)繁多,有水田、旱地,有的種小麥、有的種菜。因為種類(lèi)繁多,所以目標值比較多樣化,這就導致修復非常復雜。三是在耕地污染治理方面,部門(mén)管理割裂。由于重金屬污染影響的目標非常多樣,不同部門(mén)的關(guān)注點(diǎn)不同,與耕地有關(guān)的有農業(yè)部、糧食局、質(zhì)量監督局,還有環(huán)保部、水利部、國土部等,這種部門(mén)割裂導致了土壤治理的復雜性。


        國際修復的經(jīng)驗


        國際上,美國和日本這些國家對于土壤污染的認識至少比中國早二三十年。美國1935 年開(kāi)始有土壤保護法,1978 年因拉弗河(Love Canal)污染事件促使了超級基金法案的誕生,開(kāi)始對污染場(chǎng)地治理和管理。


        目前,國際上關(guān)于土壤修復的經(jīng)驗非常多,已經(jīng)有了比較完整的技術(shù)體系。按照位置變化,有原位、異位、原地、異地處理;按操作來(lái)講有物理、化學(xué)、生物、綜合方法。具體的技術(shù)體系有挖掘、填埋等一系列技術(shù)方法。但是這些技術(shù)的發(fā)展基本上以物理化學(xué)為基礎,大部分是不適合治理耕地污染的。在為數不多的案例中,日本“痛痛病”發(fā)源地污染土壤花了30~40 億來(lái)治理,采用的是客土法;臺灣的這種案例采取的方法是翻耕稀釋法,也就是大家俗稱(chēng)的深耕改土。


        同時(shí),我也檢索了國內外相關(guān)的科技文章,2005 年到2010 年之間大部分都是生物修復、植物修復、鈍化修復。2010 年以后,技術(shù)開(kāi)始多樣化。但是,1600 多篇文獻中大概有一半是針對污染場(chǎng)地的,一半是針對耕地的。治理污染場(chǎng)地的方法比較多樣化,但治理污染耕地技術(shù)就比較簡(jiǎn)單,多半是固化/穩定化。SCI 檢索的大部分文章都是停留在機理研究。在耕地研究方面,中國的研究非常多,國際上基本上沒(méi)有。


        國內修復技術(shù)進(jìn)展


        中國真正關(guān)注土壤污染應該是在“十二五”期間,2006~2008 年大家開(kāi)始關(guān)注土壤污染,大規模研究也是在“十二五”后期。有幾件較有影響的事情,其中有2000 年啟動(dòng)的“863”項目,和2014 年啟動(dòng)的湖南“長(cháng)株潭”試點(diǎn)。


        “十五”期間的一個(gè)“863”項目中有關(guān)重金屬污染修復技術(shù),主要是開(kāi)展超富集植物的篩選,國家大約投入1000 萬(wàn)元來(lái)進(jìn)行技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)?!笆晃濉逼陂g,國家投入相對改變了,在礦山修復、石油污染修復、多環(huán)芳烴污染農田修復方面,大概投入了2000 萬(wàn)元。之后,國家環(huán)保部在“十一五”末期開(kāi)展工業(yè)場(chǎng)地修復,這個(gè)階段農田修復反而被忽略了?!笆濉蹦┢诘摹伴L(cháng)株潭”試點(diǎn)和“十三五”的重點(diǎn)研發(fā)任務(wù),對耕地污染的治理越來(lái)越重視,投入更多。目前國內常用的技術(shù)體系主要有如下5 種:


        一是原位鈍化技術(shù)。通過(guò)吸附、耦合、沉淀、氧化還原反應,把重金屬變成不活潑的,減少植物對重金屬的吸收。該技術(shù)主要產(chǎn)品就是鈍化材料,現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)得非常多。從原來(lái)非常簡(jiǎn)單的含磷物質(zhì),到現在的納米材料等,還包括各種新型材料,這是我國目前研究的熱點(diǎn)。


        二是植物阻隔技術(shù)。就是種植低吸收品種,一種是通過(guò)常規的篩選方法,一種是通過(guò)選育方法,這種技術(shù)是非常有效的,能夠大幅度降低重金屬在農產(chǎn)品中的累積。例如,低吸收的水稻品種和常規的水稻品種的鎘吸收量相差一倍;不同的蔬菜品種,鎘的累積有很大的差別。


        三是超富集植物提取技術(shù)。這是我國發(fā)展最早的、在世界上最有話(huà)語(yǔ)權的技術(shù),就是在污染區種超富集植物。所謂超富集植物,就是植物地上部污染物的積累量大于根部的積累量。最早提出超富集植物的是一位國外科學(xué)家,國內最早研究超富集植物的是南京大學(xué)馬奇英教授和中科院地理科學(xué)與資源研究所陳同斌研究員,他們發(fā)現了蜈蚣草。目前,有很多團隊比如南土所、浙江大學(xué)在做超富集植物提取的相關(guān)研究,很有成效。


        四是種植結構調整。針對中高風(fēng)險的農田,也就是說(shuō)在重金屬污染的田地,種植不具備超富集植物能力的經(jīng)濟作物,切斷重金屬往植物轉運。很多人考慮能源植物、經(jīng)濟作物、中草藥等,但最關(guān)鍵的,種植結構調整要形成新興的產(chǎn)業(yè)。


        五是農藝調控措施。我推薦這種方法,這是目前很多區域做示范時(shí)采用的方法。這種方法比較簡(jiǎn)單,比方針對鎘,長(cháng)期淹水就能夠降低鎘,通過(guò)施磷肥能夠明顯降低植物中砷的吸收,通過(guò)調整PH值也能夠改變。


        湖南重金屬污染治理案例


        2013 年爆發(fā)的鎘大米事件,嚴重影響了水稻生產(chǎn)和銷(xiāo)售,造成不良影響,使“重金屬污染問(wèn)題”成為社會(huì )關(guān)注的焦點(diǎn)。2014 年農財兩部實(shí)施了“湖南重金屬污染耕地修復及農作物種植結構調整試點(diǎn)”工作,近期我所作為委托方對試點(diǎn)工作進(jìn)行第三方評估。湖南試點(diǎn)工作涉及耕地面積廣、財政經(jīng)費大、人口數量多,也是目前世界上規模******的一個(gè)耕地污染治理工程。


        耕地修復的總體原則就是“因地制宜、政府引導、農民自愿、收益不減”,主要修復技術(shù)就包括剛才講到的5 項技術(shù)。針對湖南重金屬污染耕地,相關(guān)部門(mén)提出了“分區分類(lèi)”治理方案,以農藝措施為主,實(shí)現“邊修復邊生產(chǎn)”。


        湖南試點(diǎn)工作取得了不錯的成效。就種植結構調整措施而言,從經(jīng)濟效益方面來(lái)說(shuō),我們發(fā)現不同替代作物的凈收益差距還是很大的,其中蛋白桑的效益最好,其既可作為飼料,也可以作為蔬菜食用。從成本分析來(lái)看,人工成本投入是******的,其次是物料成本和農機成本。


        對于湖南試點(diǎn)工作情況,我們進(jìn)行了大面積的訪(fǎng)談和問(wèn)卷調查,訪(fǎng)談對象包括農民、種植大戶(hù)、合作社等,發(fā)現目前試點(diǎn)工作還面臨著(zhù)一系列的問(wèn)題:最關(guān)鍵問(wèn)題是治理資金;技術(shù)落實(shí)不到位,導致整個(gè)試點(diǎn)面臨著(zhù)很大壓力;社會(huì )力量,包括企業(yè)、合作社,總體上參與程度不夠;修復方案設計與現實(shí)脫節。


        國內耕地重金屬污染修復展望


        隨著(zhù)“土十條”的發(fā)布,國內耕地重金屬污染修復工作即將開(kāi)啟新的篇章。就目前我所了解的情況來(lái)看,耕地重金屬污染修復工作還應該從以下幾方面開(kāi)展:


        一是修復方法的研究,要從技術(shù)效果到技術(shù)機理,從應用方法到基礎理論,從表觀(guān)現象到作用機制,進(jìn)一步加強機理、機制研究。


        二是修復技術(shù)的標準化,要使技術(shù)工程化、市場(chǎng)化,使修復產(chǎn)品規?;?,要開(kāi)展技術(shù)的多地示范與驗證,建立技術(shù)標準規范。


        三是要因地制宜集成解決方案,比如將鈍化和植物阻隔技術(shù)相結合,超富集植物與經(jīng)濟作物相結合,鈍化、葉面阻控與農藝措施相結合等。


        四是建立基于地理學(xué)的修復決策系統,建立空間數據挖掘及分析技術(shù)。


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