
农田重金属污染
农田重金属污染是由于废弃物中重金属在土壤中过量沉积而引起的土壤污染。污染农田土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显着的元素,以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。主要来自採矿废渣、农药、废水、污泥和大气沉降等,如汞主要来自含汞废水,镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降,砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调,镉、汞等元素在作物籽实中富集係数较高,即使超过食品卫生标準,也不影响作物生长、发育和产量,此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动,影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小,不易随水淋滤,不为微生物降解,通过食物链进入人体后,潜在危害极大,应特别注意防止重金属对农田土壤的污染。
基本介绍
- 中文名:农田重金属污染
- 词性:名词
- 主要包括:汞、镉、铅、铬等
- 北京:矿产资源滥挖滥采农田重金属污染
背景故事
在我国,因矿产资源滥挖滥采造成的农田重金属污染,已经到了触目惊心的地步,全国农田重金属污染每年污染1200万吨粮食。
阿月是一位就读于中央民族大学的少数民族姑娘,来自云南省红河州箇旧市某村,刚上大一的她是村里第一个大学生,她说:“我能来北京上学,是很幸运的。” 谈及家乡,阿月情绪複杂。
云南箇旧被称作“锡都”,占地1587平方公里,人口45.33万,锡的保有储量为90多万吨,占全国锡储量的三分之一,全球锡储量的六分之一。在这里,所有的人都与锡紧密相关。
阿月的爷爷曾在锡矿工作30多年,阿月的爸爸是当地小有名气的锡艺工匠,阿月的哥哥在做锡工艺品进出口生意,阿月抚摸着陪伴她18年的小锡镯,它已经紧紧卡在阿月瘦削的手腕上。锡,让这片土地变得热闹异常,随处可挖的锡矿让附近村民迅速富裕起来,出嫁的女儿身上,都会缀满沉甸甸的锡饰。当地人认为,锡是神灵赐予他们的珍宝。但与锡相生相伴的,是砷,其化合物是砒霜的主要成分。

根据中科院地理科学与资源研究所环境修复研究中心的公开论文资料显示,在我国,砷作为锡的伴生矿由于利用价值不高,70%以上都成了被废弃的尾矿。截至2008年,我国至少有116.7万吨的砷被遗留在环境中,这就相当于百万吨的砒霜被散落在旷野中,任雨水沖刷,注入河流,渗进土壤…… 于是,这片因锡而富裕的土地也在因砷而痛苦。
阿月的爷爷死于砷中毒引发的肺癌。阿月的三个伯伯也是老矿工,因同样的病症已先后去世,阿月的爸爸后来离开了锡矿,可是已经染上了严重的砷中毒,连劈柴的力气都没有,好在后来学了点手艺活,以维持生计。从此,阿月的家乡被称为“癌症村”。这里的癌症病发率一度高达2%,接近全国平均水平的100倍,平均寿命不足50岁。
上世纪90年代起,中央和地方政府共同出面开展了整顿和治理工作,所有锡矿工人都要戴上防毒面具下井。但是,已经被污染的土地和地下水难以修复,沉重的历史并没有过去,受害的也不只是父辈。
阿月的哥哥视力很差,太阳下山了就看不清东西;阿月的姐姐身上有淡淡的毒斑,村里的很多年轻人都瘦弱无力,经常生病……
阿月的家里原来有十二亩地,种菸叶和柿子树,每年能有上万元的收入。“菸叶早就没了,谁敢抽‘砒霜烟’啊?柿子树上结的柿子都黄澄澄的,拨开了核儿都是黑的。妈妈原来最爱吃柿子,我这辈子都不会吃柿子了。”
这片曾经富饶的土地已经无法耕作,农民们没了生路,水和菜都要到几百里外的镇上买,入不敷出的生活让越来越多的人选择背井离乡。
痛中之痛
类似的案例不只是出现在云南箇旧。
2001年,广西环江毛南族自治县遭遇了百年一遇的洪水,突如其来的天灾摧毁了家园,可是,更大的痛苦却在洪水之后。
洪水冲垮了上游废弃的尾砂坝,导致下游万余亩农田有害元素最高超标246倍,农作物基本绝收,临近的刁江100多公里河段鱼虾绝迹,沿河地区全部污染。直到2004年,仍有60%的农田寸草不生,成为荒漠,刁江下游的河池市长老乡多年来报名应徵入伍的青年,竟没有一个能通过体检关。
曾有调研专家估算,“毒水”将经刁江进入珠江水系,整个珠三角都将因此遇难,污染会很快蔓延至百万亩土地,影响过亿人口,修复年限超过百年。
除了云南、广西,还有湖南、四川、贵州等重金属主产区,很多矿区周围都已经形成了日渐扩散的重金属污染土地。
国土资源部曾公开表示,中国每年有1200万吨粮食遭到重金属污染,直接经济损失超过200亿元。而这些粮食足以每年多养活4000多万人,同样,如果这些粮食流入市场,后果将不堪构想。
污染现状
对我国8个城市农田土壤中Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Hg和As的浓度进行统计分析,大部分城市高于其土壤背景值。农业部农产品污染防治重点实验室对全国24个省市土地调查显示,320 个严重污染区,约548×104 hm2,重金属超标的农产品占污染物超标农产品总面积的80%以上。2006 年前,环境保护部对30×104hm2基本农田保护区土壤的重金属抽测了3.6×104 hm2,重金属超标率达12.1%。
我国大多数城市近郊农田都受到了不同程度的重金属污染,如南京市土壤已受到Pb、Hg、Cd污染,其中Hg污染比较严重;黄浦江中上游地区2010年农用土中Cd、Hg、As、Cr、Pb质量分数分别超过土壤背景值的60%、68%、19%、67%、45%;北京市连续5a(2005—2009年)的土壤样品中,近郊农田土壤中Hg、Cd和Pb平均质量分数均高于远郊;深圳市2010年土壤Hg质量分数有37%的採样点超过土壤背景值,6%的样品点处于中度以上污染水平。此外,在贵州、福建、河北、广西、江西、海南、重庆、香港等许多省市地区都发现了不同程度Hg、Cd、Pb、Cr、As、Cu、Zn和Ni污染。
污染来源
农田土壤中重金属污染主要来源于污染物的大气沉降、污水农灌、农用物质施用和固体废弃物堆放等。
大气沉降
污染物的大气沉降是土壤重金属污染的重要途径。阿根廷科尔多瓦省小麦和农田地表土中Cu、Ni、Pb、Zn、Mn和Sb等主要来自当地工业、交通和空运中大气污染物的沉降。对抚顺市不同类型大气PM10 颗粒中11种重金属含量进行分析,发现Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn和Pb分别是其土壤本底值的777、5.7、291、312、56、135 和39倍,相关性和主成分分析表明大气中重金属污染主要来自机动车排放、工业活动和煤的燃烧。矿山开採和重金属冶炼产生的大气污染也是农田土壤重金属重要来源。交通会影响道路两侧农田土壤中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Hg、Se和As等的水平。如青藏铁路两侧20m範围内,Zn、Cd和Pb质量分数从未污染到显着污染水平。对泉州至塘头段324国道两侧土壤中14种重金属监测分析,结果表明Sn、Sb、Pb、Bi、Ni、Cu、Zn和Cd主要来源于交通污染;北京、上海、温州、青岛和西安等城市土壤中重金属污染可能主要是由交通引起。对印度瓦腊纳西市区甘蓝、荸荠和甜菜中Cu、Zn、Cd和Pb测定,研究表明这些蔬菜均存在食用风险,蔬菜洗涤方式可用以评价大气沉降对蔬菜中重金属污染的贡献。
污水农灌
污水农灌是指用城市下水道污水、工业废水、排污河污水以及超标的地面水等对农田进行灌溉。几个世纪以来柏林,伦敦,米兰和巴黎一直使用污水农灌处置废水。
水资源匮乏推动污灌在我国广泛使用。据农业部对全国污灌区农田的调查,约1.4×106 hm2的污灌区中,重金属污染占总面积的64.8%,其中轻度污染占46.7%,中度污染占9.7%,严重污染占8.4%。天津3大污灌区内种植的油麦菜60%以上受到Cd污染。瀋阳市浑河、蒲河、细河和瀋抚灌渠周边农田表层土中Hg、Cd、Zn、As、Cr、Cu、Pb质量分数均值均高于辽宁土壤背景值,大部分样点Cd和Hg严重超出国家土壤环境质量二级标準值。另外,保定、西安、郑州、兰州、北京、哈尔滨和石家庄等城市的污灌区表层土均呈现不同程度的重金属污染。
农用物质施用
农药、化肥、地膜、畜禽粪便和污泥堆肥产品等农用物质的不合理施用,可导致农田重金属污染。目前,含As、Hg和Pb的农药已在大部分国家禁用(如中国,美国,日本及欧洲各国等),但含Cu和Zn的各种杀菌剂(如波尔多液、多宁、硷式氯化铜、福美锌、噻唑锌、代森锌等)还在世界各国农业生产中广泛使用,每年随农药进入农田的Cu和Zn不容忽视。
重金属是肥料中报导最多的污染物质,其质量分数一般是磷肥>複合肥>钾肥>氮肥。法国农田中Se、Cr和Cd主要来自矿物肥料,其中磷肥中Cr和Cd质量分数最高。硝酸铵、磷酸铵、複合肥中As可达 50~60 mg·kg-1,农用地膜生产过程中加入了含有Cd和Pb热稳定剂,使用时也会增加农田土壤重金属污染的风险。
畜禽粪便及其堆肥产品长期施用对农田重金属的污染也越来越严重。在畜禽养殖过程中,除了使用含Cu和Zn的饲料添加剂,有时还用含As、Cd、Cr、Pb和Hg的添加剂,畜禽粪便中重金属质量分数与饲料直接相关。另外,城市污泥中Cr、Pb、Cu、Zn和As极易超过控制标準,施用可使农田土壤重金属质量分数有不同程度的增加。
固体废弃物堆放及处置
固体废弃物中重金属极易移动,以辐射状、漏洞状向周围土壤、水体扩散。对苏北某垃圾堆放场、杭州铬渣堆放区附近农田土壤中重金属质量分数进行测定,发现Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Pb等质量分数均高于当地土壤背景值。电子电器及其废弃物中含有大量Cu、Zn、Cr、Hg、Cd和Pb等,对其拆解、回收利用及处置过程中会产生重金属污染。
金属污染修复
目前,世界各国对农田土壤重金属污染修复技术主要包括物理、化学、生物、农业生态和联合修复技术等。
物理修复技术
工程措施:工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。深耕翻土用于轻度污染土壤,而客土和换土是重污染区的常用方法。工程措施具有彻底、稳定的优点,但工程量大、投资高,易破坏土体结构,引起土壤肥力下降,为避免二次污染,还要对污染土壤进行集中处理。因此,只适用于小面积严重污染土壤的修复。
热脱附:热脱附是对污染土壤进行加热,将一些具有挥发性的重金属如Hg、As、Se等从土壤中解吸出来的一种方法。研究结果表明,低中温对汞的去除率分别为4.5%~76%和 41.3%~87%。高温处理易改变土壤性质,尤其改变其他共存重金属的存在形式但同时可使土壤中其他重金属的铁-锰氧化物结合态转化成酸溶解态、硫化物及有机结合态和残渣态,这可能会对土壤环境产生较大影响。该方法工艺简单,但能耗大,操作费用高,且只适用于易挥发的污染物,脱附的气体需收集处理。
化学修复技术
电动修复:电动修复是通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度,土壤中重金属污染物在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到电极两端,然后进行集中收集处理,从而清洁土壤。该方法特别适合于低渗透的粘土和淤泥土,可以控制污染物的流动方向。目前,已经在池体设计、电动过程及其机理、模型建立等方面开展了一些探索性工作。电动修复是一种原位修复技术,可同时去除重金属和有机污染物、不搅动土层、操作简单、处理效率高,是一种经济可行的修复技术,但易导致土壤理化性质变化。电动修复效率可能因土壤表面颗粒对污染物吸附及电极两端H+(正极)和OH-(负极)聚集影响而降低。由于酸硷可导致土壤理化性质变化,添加诸如螯合剂、络合剂、表面活性剂和氧化/还原剂,使之与重金属形成稳态且在pH较宽範围内可溶的化合物,通过增强土壤中重金属迁移性达到高效去除的目的。
淋洗技术:土壤淋洗技术是将水或含有沖洗助剂的螯合剂(柠檬酸、EDTA、DTPA、EDDS)、酸/硷溶液(H2SO4、HNO3)、络合剂(醋酸、醋酸铵、环糊精)、表面活性剂)(APG、SDS、SDBS、DDT、鼠李糖脂)等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中,洗脱和清洗土壤中污染物的过程。该技术的关键是寻找一种既能提取各种形态的重金属,又不破坏土壤结构的淋洗液。大量工程实践表明,土壤淋洗技术是一种快速、高效的方法。对于地质粘重、渗透性比较差的土壤修复效果较差。高效淋洗剂价格昂贵,洗脱废液可能造成土壤和地下水的二次污染。目前,可规模化套用的土壤淋洗技术及成套设备研製相对滞后,亟待进一步提高和完善。
稳定/固化修复技术:稳定/固化(solidification/stabilization,S/S)土壤修复技术指运用物理或化学的方法将土壤中有害污染物固定起来,或将污染物转化成化学性质不活泼的形态,阻止其在环境中迁移、扩散等活动,从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。稳定/固化土壤修复技术是原位修复,简单易行,但不是一种永久的修复措施,因只改变了重金属的存在形态,重金属元素仍保留在土壤中,容易再度活化产生二次污染。
生物修复技术
生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物,实现环境净化、生态效应恢复的生物措施,主要包括植物修复、微生物修复和动物修复。该方法因具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广套用等优点其机理研究及套用前景备受关注。
植物修复:①植物稳定是利用具有重金属耐性的植物降低土壤中有毒金属的移动性,从而降低重金属进入食物链的可能性。植物稳定主要通过根部累积、沉澱、转化重金属形态,或通过根表面吸附作用固定重金属,降低重金属渗漏污染地下水和向四周迁移污染周围环境的风险。植物根系分泌物能改变土壤根际环境,可使多价态Cr、Hg、As的价态和形态发生改变,降低其移动性和毒性。②植物挥发是利用植物根系吸收金属,将其转化为气态物质挥发到大气中,以降低土壤污染,但易造成二次污染。③植物提取是利用植物从土壤中吸取一种或几种重金属污染物,并将其转移、贮存到地上部分,随后收割地上部并进行集中处理,达到降低或去除土壤重金属污染的目的。植物提套用的关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物。
微生物修复:微生物修复是利用活性微生物对重金属吸附或转化为低毒产物,从而降低重金属污染程度。用于修复的菌种主要有细菌、真菌和放线菌。从目前来看,微生物修复是最具发展潜力和套用前景的技术,但微生物个体微小,难以从土壤中分离,还存在与修复现场土着菌株竞争等。因此,驯化和筛选高效菌株,构建菌种库,最佳化组合修复技术(如动物-微生物、植物-微生物等),将是未来研究的重点。
动物修复:动物修复是利用土壤中某些低等动物(如蚯蚓和鼠类等)吸收土壤中重金属这一特性,通过习居土壤动物或投放高富集动物对土壤重金属的吸收和转移,后採用电激、灌水等方法从土壤中驱赶出这些动物集中处理,从而降低污染土壤中重金属质量分数的方法。动物修复技术不能处理高浓度重金属污染土壤,除蚯蚓外,对于其他也具有很强修复能力的土壤动物有待于进行深入研究。
防治政策
“只有掐紧了準入、统一了管理、明确了监督,才能够合理开採矿产资源,将土壤重金属污染问题遏制住。”罗仲伟的观点也得到了陈同斌的认可,“矿产不合理开採是导致土壤重金属污染的最重要的原因,管住了开矿,就管住了土壤重金属污染的最大问题。”
罗仲伟认为,我国矿业管理立法相对薄弱,多方插手、政出多门是导致权利、责任归属不清的重要原因;其次,我国没有形成统一的矿业管理体制。在管理方面,我国实行中央为主、地方为辅的权益分配。但是,由于中央和地方各级政府对资源的关注点不同,利益取捨不同,“上有政策、下有对策”的情况时有发生,甚至在法律法规的执行上都会有偏差和扭曲。
罗仲伟认为,应该取消地方政府的矿业审批权,明令禁止地方政府参股矿业企业,建立矿业开採的利益协调机制。
另外,在矿业监督上,罗仲伟建议,成立专门的政府主管部门对矿业实行监督迫在眉睫。
“虽然矿业管理涉及到诸多部门和多方利益,调整和改革面临困境,但是,生命的代价也迫使所有相关方都不得不变,国家政策和专项治理也在不断加强,破解僵局并非难事。”罗仲伟表示乐观。
在前不久公布的2010年全国环保专项行动成果中,截至9月30日,共排查重金属排放企业11510家,取缔关闭584家,在14个省(区、市)确定了148个重金属重点监管区域,19个省(区、市)确定了1149家重点监管企业,其整治力度和监管效应都是前所未有的。
2011年,由环保部牵头的《重金属污染综合防治规划(2010—2015年)》编制工作也已基本完成,公布时间指日可待。由国家设立的“重金属污染防治专项资金”也已经筹集完毕,增加财政投入将为“无力的救赎”直接输血。
所有人都在期待着,这个圈住了土地、圈住了生命、圈住了全人类的土壤僵局能够寻求到真正的破解之策。