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    耕地土壤重金屬污染修復實踐


    來源:《民主與科學》2016 年06 期

    作者:廖曉勇

    單位:中國科學院地理科學與資源研究所


    這么多年來,不斷有人問我幾個問題:一是土壤污染到底是不是病。有人說,我們長期生活在土壤污染的區域(如湖南、廣西),但是我也沒有得什么病。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,土壤污染好像沒有辦法治理,怎樣把污染物從土壤中拿出來,或者是把污染物消解?特別是重金屬,土壤沒有辦法降解,怎么治?三是假如要治理土壤污染,國家要花多大的代價進行治理?這也是本文將探討的三個問題。


    當前耕地土壤重金屬污染現狀和特征


    綜合多部門調查結果判斷,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,一般是看不見摸不著的。因此,很多人都會問土壤污染到底是不是???比如說重金屬鎘污染,都看不到鎘,無法讓地方政府和老百姓感覺到有害。除非有表觀現象,或者有繼發性的毒害事件,才會引起人們對土壤污染的關注。


    其次,土壤污染呈現的危害一般是潛伏和間接的。我在湖南做了一個案例,試圖找到土壤污染與人體健康間的關系。在一個信息隔絕的小村子里,土壤受到了污染,但這個地方的水是干凈的,老百姓吃的蔬菜也是干凈的。通過連續三年的觀察,沒有發現兩者的必然聯系。后來查找了國際上很多相關研究,確實發現土壤污染對人體健康沒有直接的關系。


    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有了報道,包括我們自己也做了研究,多半與水系有關,具有一定的流域性,如發生在湘江流域、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。耕地土壤重金屬污染為什么非常復雜?一是污染來源非常復雜,灌溉水、大氣沉降、農業投入品都會影響耕地土壤中的重金屬含量。二是農業的種類繁多,有水田、旱地,有的種小麥、有的種菜。因為種類繁多,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,部門管理割裂。由于重金屬污染影響的目標非常多樣,不同部門的關注點不同,與耕地有關的有農業部、糧食局、質量監督局,還有環保部、水利部、國土部等,這種部門割裂導致了土壤治理的復雜性。


    國際修復的經驗


    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,開始對污染場地治理和管理。


    目前,國際上關于土壤修復的經驗非常多,已經有了比較完整的技術體系。按照位置變化,有原位、異位、原地、異地處理;按操作來講有物理、化學、生物、綜合方法。具體的技術體系有挖掘、填埋等一系列技術方法。但是這些技術的發展基本上以物理化學為基礎,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”發源地污染土壤花了30~40 億來治理,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,也就是大家俗稱的深耕改土。


    同時,我也檢索了國內外相關的科技文章,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,技術開始多樣化。但是,1600 多篇文獻中大概有一半是針對污染場地的,一半是針對耕地的。治理污染場地的方法比較多樣化,但治理污染耕地技術就比較簡單,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,國際上基本上沒有。


    國內修復技術進展


    中國真正關注土壤污染應該是在“十二五”期間,2006~2008 年大家開始關注土壤污染,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 年啟動的“863”項目,和2014 年啟動的湖南“長株潭”試點。


    “十五”期間的一個“863”項目中有關重金屬污染修復技術,主要是開展超富集植物的篩選,國家大約投入1000 萬元來進行技術研究和產品開發?!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、多環芳烴污染農田修復方面,大概投入了2000 萬元。之后,國家環保部在“十一五”末期開展工業場地修復,這個階段農田修復反而被忽略了?!笆濉蹦┢诘摹伴L株潭”試點和“十三五”的重點研發任務,對耕地污染的治理越來越重視,投入更多。目前國內常用的技術體系主要有如下5 種:


    一是原位鈍化技術。通過吸附、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。該技術主要產品就是鈍化材料,現在已經開發得非常多。從原來非常簡單的含磷物質,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。


    二是植物阻隔技術。就是種植低吸收品種,一種是通過常規的篩選方法,一種是通過選育方法,這種技術是非常有效的,能夠大幅度降低重金屬在農產品中的累積。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。這是我國發展最早的、在世界上最有話語權的技術,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家,國內最早研究超富集植物的是南京大學馬奇英教授和中科院地理科學與資源研究所陳同斌研究員,他們發現了蜈蚣草。目前,有很多團隊比如南土所、浙江大學在做超富集植物提取的相關研究,很有成效。


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


    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采用的方法。這種方法比較簡單,比方針對鎘,長期淹水就能夠降低鎘,通過施磷肥能夠明顯降低植物中砷的吸收,通過調整PH值也能夠改變。


    湖南重金屬污染治理案例


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


    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”,主要修復技術就包括剛才講到的5 項技術。針對湖南重金屬污染耕地,相關部門提出了“分區分類”治理方案,以農藝措施為主,實現“邊修復邊生產”。


    湖南試點工作取得了不錯的成效。就種植結構調整措施而言,從經濟效益方面來說,我們發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。


    對于湖南試點工作情況,我們進行了大面積的訪談和問卷調查,訪談對象包括農民、種植大戶、合作社等,發現目前試點工作還面臨著一系列的問題:最關鍵問題是治理資金;技術落實不到位,導致整個試點面臨著很大壓力;社會力量,包括企業、合作社,總體上參與程度不夠;修復方案設計與現實脫節。


    國內耕地重金屬污染修復展望


    隨著“土十條”的發布,國內耕地重金屬污染修復工作即將開啟新的篇章。就目前我所了解的情況來看,耕地重金屬污染修復工作還應該從以下幾方面開展:


    一是修復方法的研究,要從技術效果到技術機理,從應用方法到基礎理論,從表觀現象到作用機制,進一步加強機理、機制研究。


    二是修復技術的標準化,要使技術工程化、市場化,使修復產品規?;?,要開展技術的多地示范與驗證,建立技術標準規范。


    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相結合,超富集植物與經濟作物相結合,鈍化、葉面阻控與農藝措施相結合等。


    四是建立基于地理學的修復決策系統,建立空間數據挖掘及分析技術。


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