土壤修复范例6篇

发布时间:2023-09-20 16:33:23   来源:  土壤环境

  目前面临土壤修复要建立、完善覆盖国土、农业、环境等各领域的土壤污染监测体系和管理体制,实施土壤污染的行政问责制度,谋求在全国范围治理土壤污染的治本之策。

  默默无闻的土壤慢慢的变成了我们经济发展,全面建成小康社会目标的一个制约因素,并且这个制约因素正快速地加强它的负面影响,再不采取比较有效对策,它影响的不仅是经济发展,土壤生态的恶化将重创我们最根本的生存环境。

  制止污染的继续恶化,修复已造成的损害是亟待解决的问题,但是如何来解决,空喊重视无济于事,行政干预缺少整治力度,依法治国,同样也要依法治污,法律是最强有力的武器。但是,在过去相当长的时间内,我国没有一部专对于土壤保护、治理的法律,与土壤相关的法律和法规散见于《土地复垦规定》《土地管理法》《水土保持法》等法规中,这些法规仅从保护的视角以及宏观调控的视角规定了一些制度,甚至没有建立最起码的民事诉讼机制,在实践中处理土壤污染的情况很不理想,面对目前迫切而具体的土壤问题基本是隔靴搔痒。

  随着我们正常的生活富裕,对生活质量需求慢慢的升高,生态环境和食品安全问题成为人类最关心的话题,人们的诉求和持续发展的需要使国家开始重视生态安全对建设富国强国的重要,国家领导人也在各种场合多次提出对生态环境建设的要求,具体到被污染土壤的治理修复也需要有关规定法律加以规范,在此氛围下,土壤保护相关的法律和法规开始加紧制定。

  2015年1月1日,新修订后的《环境保护法》正式生效,在这次修订中,明解了生态保护红线,将生态红线以法律的形式确定下来;同时对污染物总量控制、环境与健康监测及影响评价、跨行政区域联合防治等环境保护基本制度进行了完善,对环境违背法律规定的行为的法律制裁更加严格,同时也提高法律的可执行性和可操作性。新《环保法》对保护和改善环境,防止污染都将起到及其重要的作用,是给环境污染的制造者戴上了紧箍咒。

  新《环境保护法》实施的同时,一部专对于土壤的法律,《土壤污染防治法》已列入十二届全国人大常委会的立法规划,按立法计划要求,在本届内将提请全国人大常委会审议;《土壤污染防治行动计划》人称“土十条” 近日已由环保部提交至国务院,预计在2015年下半年或2016年正式出台。这两部法规对土壤治理、修复都做了详尽规定,有人甚至预测,“土十条”将带来土壤修复业的“黄金时代”。至此,在土壤问题上,国家连出法治重拳,击中土壤污染问题要害,为土壤的保护与恢复治理建立了强有力的保障。

  然而,土壤的保护与治理只靠重拳是不够的,有效解决土壤问题是需要一套“组合拳”。第一,强化有法必依。法律和法规再完备,如果执行不力,有法不依,法律也仅仅是一纸空文。在有法可依的同时,有法必依是保障,加强法律监督,对违法严格按律惩罚,是保障土壤安全的重要一环,也是制止土壤修复中存在的各种混乱现象的有力武器;第二,制度落实到人。专人负责,违规问责是保证政策规定有效执行的手段。第三,完善行政规定,土壤保护与恢复仅依靠法律是不行的,不需要有政策、行政等多层次的约束或鼓励。与法律相比,行政手段应用范围更广泛,手段也更多,它不仅能制止、处罚,也可以是支持鼓励。行政与法律并重,可以多层次、多手段地解决土壤的保护、治理、修复问题。

  不了解土壤就谈不到保护土壤,多年对土壤认识的缺失,是导使土壤受污染严重的原因之一,加大土壤污染的科普力度势在必行。人与土壤的关系,也是鱼与水的关系,水可以没有鱼,但鱼离不开水,人类的生存、发展、都建立在土壤的安全之上,土壤不安全了,什么都谈不到。

  归根结底,土壤的污染都是人为原因引发的,是人造成了土壤污染和破坏,保护土壤、防止污染还是要靠人们自身觉悟和行动。目前我们的土壤保护意识远没有深入人心,加强土壤保护的宣传教育,提高人们的觉悟是土壤保护的工作之一。逐步增强国民的土壤环保意识和法制观念, 树立自觉保护土壤环境的责任感,同时也要建立生态文明主流价值观,把生态文明纳入社会主义核心价值体系,形成崇尚生态文明的社会新风尚。提倡绿色低碳、文明健康的生活方式和消费模式。让人们树立一种危机意识,建立起土壤安全的风险理念。不要等到食品受到毒害,生命健康受到威胁才想起土壤的重要。

  土壤的保护和治理离不开数据支持,只有对土壤污染状况有仔细地了解,对土壤危害心中有数,找到原因并提出对策,才能在土壤保护和治理上做到有的放矢。法国现在已经建立“土壤污染档案”,对本国土壤污染情况均有资料可查。中国目前土壤数据库还不完备,现有的土壤数据库中缺少可量化的土壤污染数据。

  2005年4月至2013年12月,环境保护部会同国土资源部开展了首次全国土壤污染状况调查,首次对我国的土壤状况做了一次摸底。范围涉及长江流域,黄河流域,东北平原,沿海经济带,西部地区等六大区域近300万平方公里国土,调查由国家拨款10亿元,这次的调查的最终结果引起了国家对土壤状况的关注,开始将土壤问题提到关系国家未来发展的高度,也加快了各项政策法规的确立。

  我国土地面积广阔,土壤情况差异较大,污染情况十分复杂,宏观的调查数据并不能详尽反映全部的土壤问题,具体到各地区又有不同的情况,因此完善更加全面、系统、详细的土壤数据库,建立专门的土壤污染档案是必须的。在国家数据库的基础上,各地方也需建立健全本地区的土壤情况数据库,归类土壤污染类型,确定污染程度和形成污染原因,评估土壤污染风险,对构建地区土壤污染防治法规,提升土壤监管能力将十分重要。

  监控体系掌握土壤情况变化的第一手材料,健全的监控体系是确保土壤保护政策正常实施运转的机制。

  设立红线管控制度。生态红线管控是不能触碰的底线,红线制度将经济活动限制在资源承载能力之内,是一个资源消耗的最低限,是为遏制生态土壤退化趋势的质量底线。为土壤安全设置底线,就是要在红线划定的区域里施行严格管控,保证不越雷池一步。强化监管手段。建立土壤科学污染监测网,污染地区定期采样或定点安置自动监测仪器,进行土壤环境质量的测定,观察污染状况的定期变化规律,确定污染物质排放量,充分的利用先进科学的技术方法,强化对土壤情况的监测对土壤保护与治理都十分重要。目前在发改委、财政部支持下搭建的生态管控平台,将实现“天地一体化”,就是运用卫星监测污染情况,哪里有污染情况一清二楚。加强政策、行政监管。提倡合理使用化肥、农药,垃圾、污水无害化处理,污染企业整顿等有可能对土壤造成污染的监管,同时提高资源、能源的利用率,改革工艺和设备,把污染消除在生产的全部过程中。严格责任,奖罚分明。各级政府,无论是省市还是县乡,都要有相应的管控责任要求,并与政绩考核挂勾,增加资源、环境、生态等指标的考核权重。建立责任追究制度,对于造成资源环境生态严重破坏的干部,要终身追责。

  其实,生态补偿在我国已悄悄试行多年,地方也有一系列探索,形成了一些具有地方特色的生态补偿政策。但是由于生态补偿实行起来很复杂,牵涉面多,国家层面生态补偿立法目前还处于缺失状态,因此各地生态补偿实践都会存在法律依据不充分问题。生态补偿机制的建立与完善也离不开法律的支持。

  实行“谁污染谁治理”原则,建立土壤生态补偿制度。让损害生态者赔偿、生态受益者付费、受损失者,生态保护者得到补偿。生态补偿有两个方面,一方面要加大对生态区的资金支持,另一方面要引导生态受益地区与保护地区之间通过多种方式实施补偿。

  补偿机制就是找出“青山绿水”的保护者与“金山银山”的受益者之间的利益协调的办法,使生态保护者肯出力,才守得住“绿水青山”。

  土壤污染修复本身是一个全方位的学科,涉及农学、植物学、环境科学、土壤学等多个学科的交叉。我国土壤污染具有多样性和地域性的特点,需要有针对不一样类型,研究和运用修复技术,增加了土壤修复的复杂性和难度,因此我国的土壤修复技术还有相当多的难题要攻克。

  国外的土壤修复已经开展多年,中国开展的时间尚短,从环保部牵头制定《全国土壤环境保护 “十二五”规划》起,才开始对于土壤修复日益重视。总体上来看,我国的土壤修复仍然处于试验阶段和市场培育期,修复技术方面的研发水平和应用经验都与美、英、德等发达国家存在相当大的差距。

  从目前的情况看,由于土壤修复周期长,效果慢,耗资巨大,尤其是土壤修复技术水平有限,有些地方所谓的土壤修复就是火烧或挖走填埋,污染土壤焚烧法被很多地方使用,土壤焚烧后,有害于人体健康的物质没有了,但土壤也遭到破坏,很难与土壤修复联系起来。近年来,虽然也引进了很多国外的先进的技术,但国外技术要解决本土化的问题,否则有可能造成“水土不服”,在实践上能否应用还尚待时日。

  原因之一在于土壤ECO的破坏,农田投入多产出少,效益差。如果不从根本上修复受损的土壤,就不可能从根本上为农民减负解困。

  科学研究表明,土壤是一个活体,这个活体靠数以亿计的微生物活动支撑着。按照ECO的概念,微生物植物动物微生物是一个相生相克的循环过程,这样的一个过程周而复始的平衡运动,构成了ECO的良性循环。在正常的状态下,生态系统中的动物、植物、微生物的活动是均衡的,它们的相互作用维持着生态系统的良性循环。一旦一个环节被破坏了,这种均衡状态就被打破,就要受到惩罚。

  微生物系统在土壤中的作用就如同人类的消化系统,人类摄取的食物要通过肠胃的消化系统转化成可吸收的营养成分,供应人体生长发育的需要。土壤中的有机质和氮、磷、钾等大量元素、中微量元素要靠微生物的活动转化为植物生长必需的营养元素,满足作物生长的需要。由此可见,土壤微生物区系的破坏如同人类的消化功能受损一样,异常地吸收消化养分。

  当我们了解了上述原理后,就会知道修复受损的土壤对农作物增产具有多重要的作用。因此,我们一定要向广大的农民朋友传授科学的方法,只有这样才是对农民的真正负责。

  化肥出现以后,由于化肥具有养分高、肥效快、体积小、运输和施用方便等优点,所以生产中有可能会出现偏施、单施化肥而忽视其他肥料的现象。然而,由于化肥养分浓度高、养分单一,不正确使用,会对土壤和作物产生不良影响。首先是造成土壤各类养分比例失调;其次是农田生态环境遭到破坏;三是土壤理化性状恶化;四是土壤微生物区系遭到破坏;五是农产品品质下降。

  可喜的是,我国已经在全国推广测土配方技术,测土配方施肥技术是通过对土壤的测试,及时掌握土壤肥力状况,按不同庄稼的需肥特征和农业生产规格要求,实行有机肥与化肥、氮肥与磷钾肥和中微量元素等肥料,适量配比平衡施用,是提高肥料养分利用率,促进农业生产高产、优质和高效的一种科学施肥方法。然而,由于我国土壤ECO破坏严重,测土配方仅仅解决了平衡施肥的问题,在此基础上还必须修复受损的土壤,如同中医治病的“治本”一样,彻底恢复土壤的消化吸收功能。

  斐特牌生态调理有机肥就是一种全面修复土壤,恢复土壤消化吸收功能的创新科学技术产品。斐特牌土壤调理剂、生态调理有机肥以有交换吸附特性的矿物质和富含钙镁硅的原料为主体,加入活性物质复配制成,具有三大特点:首先,本品一反传统的向土壤中添加微生物的做法,因为土壤中的微生物数以亿计并不缺乏,缺乏的是适宜微生物的生存环境,缺了这种环境,添加多少生物菌也会被破坏掉。本品通过离子置换化学反应改变微生物生存环境,再通过添加微生物生长因子,激活土壤有益菌落,使根系周围土壤微生物数量明显地增加,土壤氨化细菌、好气性固氮菌、纤维分解菌等有益微生物成倍增加,使之成为土壤中的优势菌群,不但可以减少植物病害发生,而且还改善了根际营养环境,使作物生长旺盛。其次,它改变了传统的单纯向土壤溶液中加入化学元素的降盐改启模式,结合离子置换理论,使土壤中的盐碱含量大大降低,土壤孔隙度增加,土壤理化性状发生根本性的改善。最后,它含有大量碳酸钙、可溶性镁,还含有丰富的钾、硅、锌等矿质元素,可以给作物补充钙、镁、钾、硅、锌等必需的营养元素,满足了作物对微量元素的需求,有效防止了作物缺素症的发生。

  根据世界三大生态学期刊:Ecology, 0ecologica和Oikos在1987~1991年期间发表的论文中概念出现的频率及英国生态学会对会员的调查来对生态学的概念受到重视的程度和排序来分析,生态恢复被列为最受重视的生态学概念[1~3],对退化土壤生态系统的修复与重建的研究成为当代土壤学领域内的研究热点。

  对退化土壤生态系统进行修复,也就是要使沙漠化土地、盐碱化土地、采矿区土地、废弃的土地和固体废物堆场无害化、生态化和资源化,最直接有效的途径就是复垦绿化。但由于各种退化土壤的物理化学性质各不相同,土壤中微生物种群和数量极少,有机质和营养物含量很低,土质的物理化学结构性能差,并且由于短缺和资源浪费,我国的农业灌溉用水明显不足,农业缺水问题日益严重。这就造成了土壤生态系统的极度脆弱,使土壤环境难以适宜植物的生长,如果不对土壤生态系统加以保护和修复,这些贫瘠的土地便会更加退化,逐渐成为不毛之地和漫漫黄沙,最终形成沙化之地。

  有关研究表明,从岩石到土壤的进化,在自然状态下,需要一百年左右的时间,因此,有人将土地资源归属于不可再生资源。本论文研究土壤生态修复剂就是为了构造理想的土壤结构,使其能够种草植树,在植物和外界环境的共同作用下加速土壤熟化,改良土壤理化性质,最后成为适宜植物生长的优质土壤,从而达到恢复植被的效果。

  田间小区试验在简阳市的一个河滩坡地进行。为了衡量生态修复剂对作物生长和土壤性状的影响,共设5个处理,分别是对照(处理CK)、添加了N、P、K肥和谷壳(处理A)、添加了N、P、K肥、谷壳和活性污泥(处理B)、添加了N、P、K肥、谷壳、活性污泥和保水剂(处理C)、添加了N、P、K肥、谷壳、活性污泥、保水剂和微量元素(处理D)。每个处理3次重复,共15个小区。

  试验地四周各设0.5m宽的保护行,0.5m过道。每个小区面积30m2,随机区组排列。按小区单独计量播种。2005年4月15日开沟播种,播种深度10cm左右。

  除了在播种时施肥、灌溉以外,整个生长期不追肥,也不灌溉。草的生长依靠天然降水。

  播种后7天出苗,出苗后两周间定苗,测定最终出苗率,结果见图3-1。由图可以看出,出苗率由高到低的顺序是:处理D>

  处理C>

  处理B>

  处理A>

  对照处理(CK),即加入土壤生态修复剂后作物的出苗率高于对照处理。

  结果显示,当加入了土壤生态修复剂后,作物的出苗率提高的百分点最大,比对照CK提高了70%。

  由此证明,添加的土壤生态修复剂可以促进种子早生快发,出苗整齐,苗全苗壮对作物的生长有决定性意义。

  土壤容重是土壤重要的物理性质之一,一般来说,土壤容重小,表明土壤比较疏松,孔隙含量大,大孔隙多;土壤容重大,表明土壤紧实,孔隙少,土壤结构性差。

  这种经保水剂改良后的土壤由于其容重较小,结构比较疏松,这样就有利于土壤中的水、气、热、肥等的交换及微生物的活动,也就有利于土壤中养分对植物的供应,从而提高了土壤的肥力。

  土壤理化性质的好坏,可以通过其水、肥、热、气等情况来衡量。通过测定其试验前后,养分情况的变化,可以大致了解土壤状况。土壤生态修复剂对土壤养分情况的影响见表3-3。

  从表3-3可以看出,加入了土壤生态修复剂以后,土壤的有机质含量明显增加,与对照相比,施了土壤生态修复剂的土壤的有机质含量增加了0.997g/kg,这一方面是由于土壤生态修复剂中的谷壳含有大量的有机质,另一个原因就是活性污泥中的微生物也是有机质的一个重要来源。

  pH值是土壤重要的基本性质,也是影响肥力的因素之一。它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性。一般来说,随着化肥的大量施用,土壤的pH值会逐渐变为碱性,但从表中看出,添加了土壤生态修复剂以后,CK、A、B、C、D的pH值分别为8.1、8.1、7.9、7.6、7.6,土壤的pH值有下降趋势,这说明该土壤生态修复剂可调节土壤酸碱度,保持土壤的pH值基本稳定在中性偏碱性的环境下,有利于作物的生长发育。

  从表中可以看到,未加入土壤生态修复剂的土壤的肥力相当低,全氮为40.0mg/kg,速效磷为0.62mg/kg,速效钾为30.4mg/kg。施加了土壤生态修复剂后,与对照相比,土壤中N、P、K的含量有了明显增加,全氮增加了385.5mg/kg,速效磷增加了2.23mg/kg,速效钾增加了108.3mg/kg。所以土壤生态修复剂能提高土壤的保肥能力,这是因为修复剂通过创建和稳定土壤中的水稳性团粒结构来加强土壤对养分元素的保持作用,抑制肥料元素的流失,提高肥料的利用率。

  小区实验结果表明,土壤生态修复剂的使用,可以有效减少土壤表面水分蒸发,并且能够提高土壤持水能力,同时还可以增加土壤的有效含水量,改善土壤的通透性,有利于土壤的水、气、热、肥等的交换,因此也就有利于作物的生长;并能够大大减少地表径流,从而可以有效地控制水土流失。施用该生态修复剂能有效改善土壤的理化性质,提高N、P、K的利用率,起到了保肥增效的作用。

  [1]董金,李晓军.面向下1世纪的西方生态学:走向21世纪的中国生态学—中国生态学会第5届全国会员代表大会暨学术讨论会论文集.北京:中国科学技术出版社,1995.63~70

  引言:土壤重金属污染给人们所带来的危害具有长期性、潜在性的特点,近年来随着城镇化进程的不断加快和工业生产的发展,越来越多的有害物质进入到了土壤中,因此我们必须要充分了解土壤中重金属的来源,并积极应用各种各样的土壤重金属污染修复技术,最大限度地缓解土壤重金属污染,给人们创造一个更加健康舒适的生活环境,从根本上提高人们的生活质量。土壤重金属污染作为环境污染的一个重要方面,不仅破坏了生态环境,同时也给人们的正常生产和生活带来了极大的威胁,因此对于这一问题,相关部门和人员必须要给予足够的重视,积极采取有效措施加以解决。

  在我国,矿产冶炼加工、化工、电镀、电池、以及塑料等行业所排放的重金属是造成土壤重金属污染的主要工业源,由于大多数工业企业污染物处理意识淡薄,并没有配备足够的处理设备,就使得工业废水、废气、废渣等不断排放到土壤或者是水体中,造成严重的环境污染,危害人们的身体健康。

  当前我国使用范围最广的能源依然是煤炭,不仅是因为我国的煤炭资源储量丰富,同时也是由于其价格相对较低,这就造成煤炭燃烧时向空气中排放大量的有害气体,这些气体经过沉降就会进入到土壤中,对土壤造成污染,进而对人体健康和整个ECO产生长期效应。

  如果垃圾堆放的时间较长,就会使其中的重金属进入到土壤中,导致区域土壤的重金属含量大量增加。特别是城市垃圾中含有较多的重金属,在雨水的冲刷之下会将其中的有毒元素释放到土壤中,由于这些有毒元素大多以有效态的形式存在,难以结合成残渣状态,就使得其在土壤中具有较大的迁移能力,进而对地下水造成污染。

  化肥和农药是农业生产中必不可少的物资,对于促进农业生产发展具有非常重要的意义,但是如果使用不合理就会使土壤遭受重金属污染。这是因为在化肥和农药中含有较多的重金属元素,而土壤自身的环境容量又相对较低,长期使用会积累超标含量的重金属,进而使农产品受到污染,一旦食用就会对人体造成伤害。

  工程修复主要指的是采用换土、客土、以及深耕翻土等一些措施,有效降低土壤中的重金属含量,从而减少对植物系统的毒害,保障农产品安全。一般,换土法和客土法主要用来治理重污染区,而深耕翻土法则主要用于重金属污染程度较轻的区域。总的来讲,工程修复比较稳定、彻底,但是由于工程量比较大,成本费用较高,还容易对土体机构造成破坏。

  主要分为电热修复、土壤淋洗、电动修复等。针对面积小且污染重的土壤做修复, 适应性广,也是一种治本的措施, 但在操作中可能发生二次污染破坏土壤结构并导致肥力下降。

  (1)电热修复。电热修复是指通过高频电压产生热能和电磁波,加热土壤, 将土壤颗粒中的污染物解吸出来, 并从土壤内分离出易挥发的重金属,达到修复的效果。主要针对修复土壤被Se或Hg等重金属污染的情况。此外,也可以将土壤置于高温高压中,使之变成玻璃态物质, 最终从根本上修复了土壤中重金属的污染。

  (2)土壤淋洗。淋洗法是指用淋洗液冲洗受到污染的土壤,将吸附在土壤颗粒中的重金属变成金属试剂络合物或溶解性离子,再收集淋洗液并回收重金属。此法适用于轻质土壤,修复效果相对较好, 但其花费也相对较高。

  化学修复即向土壤中施加改良剂,利用改良剂的吸附、拮抗、氧化还原、以及沉淀等作用,有效降低重金属自身的生物有效性。由于不同的改良剂对土壤中的重金属会产生不同的作用,因此这项技术的重点在于要选择最为合适的改良剂,比较常用的改良剂主要有石灰、硅酸盐、磷酸盐、以及碳酸钙等。但是化学修复是在土壤原位上进行的,并不具有永久性,它只是改变了土壤中的重金属形态,而重金属元素依然存留在土壤中,很容易活化再次危害植物。

  生物修复是一种通过生物技术来修复土壤的新方法。主要利用生物去削减、净化重金属或降低其毒性。此法效果好又易于操作, 因而越来越受到人们的青睐, 成为几年来污染土壤修复研究中的热点。

  (1)植物修复技术。这是一种通过自然生长和遗传作用来培育植物对受重金属污染的土壤进行修复的技术。根据机理和作用过程的不同, 此修复技术又可分为植物提取、植物稳定和植物挥发三种类型。

  ①植物提取。用重金属超积累植物把从土壤中吸收到的重金属污染物转移到地上的部分, 再收割地上部分并对其进行集中处理,从而降低土壤中的重金属含量,并达到可以接受的水平。

  ②植物稳定。用超累积植物或耐重金属植物使重金属的活性降低, 减少了重金属通过空气扩散而污染环境或是被淋洗入地下水中的可能性。

  (2)微生物修复技术。通过土壤中存在的某些微生物能氧化、沉淀、吸收或还原金属物质, 从而降低了土壤中金属的毒性。此外, 存在于微生物细胞中的金属硫蛋白对Cu、Hg、Cd、Zn等重金属有强烈的亲和性,而且它对重金属也有富集作用最终能抑制毒性的扩散。但微生物只能对小范围污染的土壤进行修复,因此其能力有限。

  科学技术的发展在很大程度上促进了经济的发展和社会的进步,深刻改变了人们的生产和生活方式,具有非常重要的作用。因此,在当前土壤重金属污染日益严重的情况下,我们必须要积极利用各种形式的土壤修复技术来缓解重金属污染、改善土壤质量,为人们创造一个健康安全的生活环境,更好地促进社会主义现代化建设的发展。

  [1]王海峰,赵保卫,徐瑾,车海丽. 重金属污染土壤修复技术及其研究进展[J]. 环境科学与管理. 2009(11) .

  [2]袁敏,铁柏清,唐美珍. 土壤重金属污染的植物修复及其组合技术的应用[J]. 中南林学院学报. 2007(01).

  土地在人发展中的作用举足轻重。人们的生产和生活均需要土地资源的支撑,土地是人类赖以生存的基础,也是经济社会发展的最基本要素资源,加强土地资源保护对于人类社会发展至关重要。

  耕地是土地的核心组成部分,耕地的数量和质量对于一个国家的粮食安全、食品安全、人民健康水平、生态环境乃至整个经济发展均具有决定性作用。近年来,由于我国经济粗放型发展的特点较为突出,加之工业化、城市化的快速推进,耕地资源的破坏情况相当严重,农业可持续发展面临严峻挑战。

  我国地域广阔,土地资源总量较大,但由于人口众多,人均土地资源不足,2014年我国年中人口为13.6亿人,人口密度为145人/km2,是世界平均人口密度的2.59倍。另一方面,我国地形较为复杂,高原、山地较多,适合耕种的土地相对较少,耕地资源稀缺。2013年我国人均耕地面积为0.078 hm2,是世界平均水平的39.62%,是耕地资源较为稀缺的东亚及太平洋地区平均水平的75.4%,即使与同样人口大国的印度相比也有较大差距(表1)。

  我国耕地资源平均质量水平偏低。国土资源部《2014中国国土资源公报》显示,根据土地评定级别划分,我国优等地面积仅占全国耕地评定总面积的2.9%;高等地面积占全国耕地评定总面积的26.5%;中、低等地面积占全国耕地评定总面积的70.6%。

  近年来,我国政府积极采取各种严厉措施,严格保护耕地数量。2006年,《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》将1.2亿hm2耕地保有量作为具有法律效力的约束性指标;2008年,《全国土地利用总体规划纲要(2006―2020年)》进一步明确2020年我国耕地保有量1.203亿hm2的目标;2013年底中央农村工作会议再次强调,耕地红线耕地红线仍然必须坚守。但由于工业化、城市化快速发展,开发区、工业园区、房地产项目建设如火如荼,特别是部分地方盲目追求经济增长速度,竞相攀比开发项目,耕地资源受到不同程度的侵害。根据国土资源部《2014中国国土资源公报》显示,在政策严格控制的背景下,近年来我国耕地面积整体仍呈现微弱减少态势。2013年,我国耕地面积为1.35亿hm2(图1),较2009年减少26.67万hm2。

  改革开放以来,我国农业活力得到了释放,农作物产量大幅提高。2014年,我国粮食产量达到6.07亿t,是1978年的1.99倍;棉花总产量617.8万t,是1978年的2.85倍。在温饱问题得到解决的同时,单纯追求产量,生产方式粗放,农业生产呈现出化肥、农药过度依赖特征。化肥的不合理施用不仅可以导致土壤酸化,降低微生物活性,而且还会增加土壤中的重金属和有毒元素。同时,由于土壤肥力和化肥施用效率的下降,往往会陷入不断进一步过量施肥的恶性循环[1-2]。2014年,我国化肥施用量达到5 995.9万t(表2),是1978年的6.78倍。部分发达国家公认的单位土地化肥施用合理上限约为225 kg/hm2,2014年我国单位土地化肥施用量已经为362.4 kg/hm2,是上述标准的1.61倍。农药的危害更为突出,有研究指出,只有30%~40%农药被利用,真正作用于靶标生物的仅为0.1%,绝大部分农药对土壤、水、大气等环境介质产生严重污染[3-4]。目前,我国是世界最大的农药生产和使用国,2013年农药施用强度为10.95 kg/hm2,是1991年的2.1倍,为世界平均水平的2.5倍。

  除此之外,污水灌溉、地膜大量使用以及工矿企业和城市的间接污染,我国耕地污染状况已经相当严重[5]。2005―2013年,环保部和国土资源部联合开展了首次全国土壤污染状况调查,2014年了调查公报。调查结果显示,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。耕地土壤点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。

  改革开放以来,经过30多年的努力,我国农业发展成效卓著,基本解决了世界最多人口的温饱问题。党的十提出到2020年全面建成小康社会,对农业发展提出了更高的要求。然而,耕地污染已经成为制约我国农业发展的关键问题。耕地污染不仅降低农作物产量,危及我国的粮食安全,而且农作物吸收和残留的污染物将通过食物链对人体健康造成不利影响。2013年,广东“镉大米”事件受到了广泛关注,食品安全已经成为全社会高度关注的话题。

  除了“显性影响”之外,近年来“隐性饥饿”现象也越来越受重视。“隐性饥饿”是指机体由于营养不平衡或者缺乏某种维生素及人体必需的矿物质,同时又存在其他营养成分过度摄入,从而产生隐蔽性营养需求的饥饿症状。营养不平衡所形成的“隐性饥饿”将导致人类多种疾病,对人们健康需求构成了极大威胁。目前,普遍认为,农作物的“隐性饥饿”是人类“隐性饥饿”的主要原因,而耕地污染是造成农作物营养缺失的主要诱因。

  如何探寻一条适合我国特色的耕地土壤修复和治理之路,不仅对促进农业持续发展具有重要意义,而且也是我国建成小康社会的重要保障。针对土壤调查所展现出的问题,2013年初国务院办公厅印发了《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》,提出力争到2020年,建成国家土壤环境保护体系,使全国土壤环境质量得到明显改善。

  目前,我国耕地土壤污染途径呈现多样化的态势,既有传统农业生产方式所形成的内生性污染,也有工业企业和城市生活产生废弃物所造成的转移性污染,污染物包括有机污染物和无机污染物,持续性污染和非持续性污染相结合。在这种背景下,我国耕地土壤修复面临较大挑战。

  休耕是指在土地耕种一段时期后,停止一段时期作物种植,以保证耕地营养成分的恢复以及污染物的降解。世界上许多国家均设立了休耕制度,20世纪80年代中期美国就开始实施“土地休耕保护计划”,重点补贴土壤极易腐蚀和环境敏感的作物用地。轮作是利用不同作物的特点,在不同时间段有顺序地轮换种植不同作物,以实现土地肥力的保护。轮作无论是在我国还是在欧洲,都有很长的发展历史。休耕和轮作不仅对于保护地力有重要作用,而且也对土壤污染的治理有积极作用[6-7]。有研究显示,休耕和轮作对缓解土壤酸化、增强土壤对酸碱的缓冲性能、降低土壤酸化速度均具有积极作用。近年来,我国政府也积极尝试开展休耕轮作制度,农业部引发的《2016年种植业工作要点》中明确指出,在玉米非优势产区、河北地下水漏斗区和南方重金属污染区,分别开展轮作和休耕试点。

  休耕和轮作虽然对于土壤恢复具有积极作用,但土壤修复的作用有限,特别是对于持续性污染的治理很难发挥效果,而且也无法阻止新污染物的产生。同时,由于休耕和轮作均对农业生产造成一定的限制,在我国耕地资源稀缺的背景下,大范围应用和推广难度较大。

  重金属是耕地土壤污染的主要组成部分,近年来随着来自工业和机动车的污染增加,耕地重金属污染状况有所加剧。重金属不仅通过食物链对人健康产生影响,而且也会对地下水及生态环境造成破坏。重金属污染治理一直是土壤修复的重点,目前已经形成了一系列修复方法[8-10]。

  2.2.1 物理修复技术。物理修复技术是通过物理方法进行重金属污染修复的技术总称。传统方法有客土、换土、去表土和深耕翻土法,其基本思路是通过土壤混合和置换来降低污染。热脱附法是通过对土壤加热,去除具有挥发性的重金属,该方法工艺简单,但操作成本高,去除重金属的种类有限。

  2.2.2 化学修复技术。与物理修复不同,化学修复往往涉及重金属或土壤的化学反应。土壤淋洗是采用淋洗剂去处重金属污染,该方法可以应用于重度污染的土壤,但淋洗液成本较高,同时易造成地下水污染和植物营养缺失。化学改良剂修复是通过添加改良剂改变土壤特性,促使重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附等作用,降低重金属的生物有效性,面对不同的h境该方法尚待研究。

  2.2.3 物理化学法。物理化学法是综合采用物理和化学的方法。电动修复是在土壤中构建电场梯度,促进重金属迁移和聚集,再采用适当的物理或化学方法处理,该技术目前还处于研制阶段。稳定/固化修复技术是通过物理或者化学方法阻止重金属的释放、迁移和扩散,从而降低重金属对于农作物及生态环境的影响,但该方法并未实现重金属的根本性去除,仍存在潜在风险。离子拮抗技术是通过元素之间相关作用降低重金属毒性,例如硒对部分重金属具有显著的拮抗作用。

  2.2.4 生物修复技术。生物修复技术是利用动物、微生物和植物降低重金属含量和毒性。就本质而言,生物修复技术也是将重金属吸附或固定。植物修复主要分为植物提取、植物挥发和植物固定,提取和挥发是通过植物作用将重金属从土壤中去除,而固定则是降低重金属的移动性和毒性。微生物修复是利用微生物对重金属吸附、沉淀、氧化-还原作用降低重金属的毒性。动物修复是利用低等动物吸收土壤中的重金属,该方法具有一定的局限性。总体来看,生物技术成本低、风险小,是土壤修复的重要方向。植物修复技术虽然具有费用低和环境优化的特点,但处理重金属能力有限,单一植物修复范围较小,同时需要较长的种植周期,对农业生产具有一定的影响。相比较而言,微生物修复技术更具发展潜力和应用前景,是耕地修复技术的研究重点。

  化肥、农药的大量使用使我国耕地面临较为严重的有机污染,有机污染是土壤酸化和板结的重要原因,同时也对人类健康和生态环境构成巨大威胁[11-12]。有机污染修复是土壤治理研究中的重要领域,有机污染修复技术得到世界各国的重视。综合来看,有机污染修复主要理念和途径与重金属修复相同,各种方法均具有各自的优缺点(表3)。随着微生物技术的发展,微生物修复在处理有机污染方面展现出较好的发展前景。

  经过几十年的探索,尽管部分技术还未成熟,但土壤污染修复已经形成了多种技术路线并行发展的技术体系,为耕地污染治理奠定了基础。综合来看,目前土壤修复技术仍秉承了线性思维,即以问题为导向的解决方法。这种思维方式存在如下主要问题:一是将污染修复与污染防治分离,无论是物理法、化学法还是生物法,修复主要是降低污染物含量或毒性,而无法对新增污染物进行控制;二是将污染修复与农业生产分离,目前修复技术基本上是事后处理,即延续了传统的先污染后治理的思路,而且修复过程往往与农业生产过程脱节,修复过程或多或少对农业生产造成影响,部分修复技术还需要停止农业生产活动,在我国耕地资源稀缺的背景下,现有修复技术大幅推广面临挑战。

  与传统的线性思维不同,循环经济强调经济活动与自然生态的统一,最大限度地降低人类生产活动对生态环境的影响。自21世纪初引入我国以来,循环经济在各个领域的实践发展迅速,取得了显著成效。农业是重要的基础性行业,也是循环经济发展的重点领域。2013年,国务院印发的《循环经济发展战略及近期行动计划》提出了构建循环型农业体系的总体要求。立足生态环境发展,以循环经济理念引导耕地土壤修复对于提升耕地治理水平具有重要现实意义。

  在减少土壤中污染物存量的同时,最大限度地减少污染物增量,实现污染物存量“减量化”和污染物增量“减量化”的统一。一方面,在土壤修复过程中严格避免对土壤的二次污染;另一方面,积极探讨与农业生产过程相融合的土壤修复新方法,将农业生产与土壤修复、土壤保护相结合。

  一般而言,经济活动都将伴随废弃物的产生,转变传统方式,积极开发废弃物的再生利用是循环经济的核心内容。目前,国内外研究表明,禽畜粪便、生物有机肥不仅有利于土壤改良,增加土壤肥力,而且也对于修复土壤重金属污染、减少污染物的生态风险具有显著作用,成为相关领域的研究前沿。畜禽粪便属于典型的农业废弃物,其在耕地修复领域的应用为耕地治理资源化利用农业废弃物奠定了基础、开辟了道路。

  耕地土壤修复中的“再利用”原则。农业生产是一个复杂的系统,经过多年的摸索,目前已经形成了多种种植、养殖、加工的循环经济体系,这些循环经济产业链代表了现代农业发展的方向。作为农业生产的重要环节,将耕地土壤修复纳入农业循环经济体系,积极推进适应循环经济要求的耕地土壤修复方法和途径,实现整个农业生产过程的循环再利用是现代农业发展的必然要求。

  安徽一企业采用了生物有机肥、微生物、微量元素相结合的方法进行土壤修复,在基于循环经济理念的耕地土壤修复方面进行了有益的探索[13-14]。该方法的核心思路是将土壤修复技术引入生物有机肥之中,从而实现农业生产与土壤修复过程的统一,降低土壤修复对农业生产的影响,降低新污染物的增加。

  该技术的载体为生物有机肥,主要原料为禽畜粪便和沼气池沼液,以此为基础可以构建“养殖―沼气―生物有机肥―种植”的农业循环经济体系。土壤修复主要来自2个方面:一是通过提取和培育区域性土壤原生态益生菌,对土壤微生物环境进行修复和改善。微生物环境的改善,有利于促进农作物对养分的平衡吸收,减少生长对化学肥料的依赖性,同时还由于生防微生物的参与,提高植物自身免疫功能和对抗多种病虫害的综合抗性水平,减少化学农药的施用。此外,该方法还有助于保护区域土壤的多样性,由于采取区域代表性的原生菌群落,促进区域土壤原生微生物环境的修复,对于区域特色农产品的种植具有积极作用。二是通过微量元素的补充,对土壤中的重金属污染物产生一定的拮抗作用,降低重金属的毒性。另外,土壤微量营养元素(如锌、硒、硅等)的平衡补充也对于农作物生长、产品品质提高具有促进作用。

  整体而言,该方法仍处于探索阶段,但在相关领域的应用已经展现出一定的实践效果。2013年开始,相关机构在安徽省金寨县以六安瓜片的种植为基础开展了一系列土壤修复技术应用研究。目前,已经完成了对作物和土壤的初步检测。

  在茶叶叶片对比分析之中,该方法培育出的茶叶叶片栅栏组织相对厚度、栅栏组织细胞平均数、叶面背后平均气孔数均要多于普通方法种植和野生环境生长的茶叶。在茶叶成分比较中,该方法培育出的茶叶微量元素和营养成分含量均远高于市场上销售的主要茶叶品种。

  对土壤进行微生物基因组DNA分析,结果显示该方法对茶园真菌群落构成的影响是使之向原生态环境“趋近”,并由此带来整个土壤微生物环境的改变,使土壤细菌群落构成有异于传统茶园。

  目前,我国耕地土壤污染问题已经相当突出,由此造成的经济社会问题也日益凸显,加强耕地土壤修复和治理已经迫在眉睫。耕地土壤修复既是一个技术问题,也是一个经济问题,具有很强的复杂性,合理选择耕地土壤修复方法和路径对于我国农业健康发展具有重要意义。

  充分认识农业生产的系统性,综合考虑各种影响因素,特别是在我国耕地资源相对不足、粮食安全面临挑战的背景下,注重耕地土壤修复与治理的整体效应,尽可能降低对农业生产的影响。作为系统理论的重要体现,经过多年努力循环经济已经在农业领域中得到了较快发展,并取得了@著效果,代表了现代农业的发展方向。耕地土壤修复与治理要积极融入农业循环经济体系,加强循环经济理念对技术路径选择的指导,从而切实解决我国土壤污染问题。

  目前,我国还没有耕地土壤修复的专项政策和规划,耕地土壤修复缺乏整体的指导。根据目前我国耕地污染状况,应加快相关政策的制订,科学评估现有土壤修复的技术和方法,制订切实可行的耕地土壤修复总体战略。耕地土壤治理和循环经济发展涉及多个主管部门,国家发改委、环保部、农业部等有关部门应加强沟通交流,增强相关政策之间的衔接,加强循环经济理念对耕地土壤修复的指导,积极探索耕地土壤修复循环经济新模式。

  耕地土壤修复具有很强的技术性,土壤污染问题治理有赖于技术创新的支撑。支持科研院所、高校开展相关研究,基于我国土壤特点创新土壤修复技术。根据农业生产和农业循环经济的特点,重点突破关键技术,为耕地土壤修复与农业循环经济融合发展创造条件。鼓励有条件的企业开展基于循环经济的土壤修复模式的试验和示范,完善相关技术的服务支撑体系,加强对相关技术的评估,积极推广和应用先进技术,探索适合我国国情的耕地土壤治理途径。

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  土壤重金属污染给人们所带来的危害具有长期性、潜在性的特点,近年来随着城镇化进程的不断加快和工业生产的发展,越来越多的有害物质进入到了土壤中,造成土壤结构的变化和功能的衰退,有害物质逐渐在土壤中积累,并通过水或者是植物进入到人体,严重危害人们的身体健康。为了有效应对和解决这一问题,我们必须要充分了解土壤中重金属的来源,并积极应用各种各样的土壤重金属污染修复技术,最大限度地缓解土壤重金属污染,给人们创造一个更加健康舒适的生活环境,从根本上提高人们的生活质量。

  在我国,矿产冶炼加工、化工、电镀、电池、以及塑料等行业所排放的重金属是造成土壤重金属污染的主要工业源,由于大多数工业企业污染物处理意识淡薄,并没有配备足够的处理设备,就使得工业废水、废气、废渣等不断排放到土壤或者是水体中,造成严重的环境污染,危害人们的身体健康。

  当前我国使用范围最广的能源依然是煤炭,不仅是因为我国的煤炭资源储量丰富,同时也是由于其价格相对较低,这就造成煤炭燃烧时向空气中排放大量的有害气体,这些气体经过沉降就会进入到土壤中,对土壤造成污染,进而对人体健康和整个ECO产生长期效应。

  如果垃圾堆放的时间较长,就会使其中的重金属进入到土壤中,导致区域土壤的重金属含量大量增加。特别是城市垃圾中含有较多的重金属,在雨水的冲刷之下会将其中的有毒元素释放到土壤中,由于这些有毒元素大多以有效态的形式存在,难以结合成残渣状态,就使得其在土壤中具有较大的迁移能力,进而对地下水造成污染。

  化肥和农药是农业生产中必不可少的物资,对于促进农业生产发展具有非常重要的意义,但是如果使用不合理就会使土壤遭受重金属污染。这是因为在化肥和农药中含有较多的重金属元素,而土壤自身的环境容量又相对较低,长期使用会积累超标含量的重金属,进而使农产品受到污染,一旦食用就会对人体造成伤害。

  工程修复主要指的是采用换土、客土、以及深耕翻土等一些措施,有效降低土壤中的重金属含量,从而减少对植物系统的毒害,保障农产品安全。一般,换土法和客土法主要用来治理重污染区,而深耕翻土法则主要用于重金属污染程度较轻的区域。总的来讲,工程修复比较稳定、彻底,但是由于工程量比较大,成本费用较高,还容易对土体机构造成破坏。

  物理修复技术主要包括三种类型:1)电动修复。主要指的是在电流的作用之下,土壤中所蕴含的重金属离子以电迁移或者是电透渗的方式被运输到电极,再实行集中的收集处理。这种方法比较适宜用在具有低渗透性的淤泥土或者是粘土中,能够有效控制污染物流动的方向。2)电热修复。主要是利用高频电压所产生的热能对土壤加热,从而将土壤颗粒中的污染物解吸出来,实现重金属和土壤的分离,达到修复土壤的目的。3)土壤淋洗。即利用淋洗液将土壤固相中存在的重金属转移到液相中去,然后再将含有重金属的废水进行回收处理。这种方法比较经济实用,有较强的应用价值。

  化学修复即向土壤中施加改良剂,利用改良剂的吸附、拮抗、氧化还原、以及沉淀等作用,有效降低重金属自身的生物有效性。由于不同的改良剂对土壤中的重金属会产生不同的作用,因此这项技术的重点在于要选择最为合适的改良剂,比较常用的改良剂主要有石灰、硅酸盐、磷酸盐、以及碳酸钙等。但是化学修复是在土壤原位上进行的,并不具有永久性,它只是改变了土壤中的重金属形态,而重金属元素依然存留在土壤中,很容易活化再次危害植物。

  生物修复主要包括植物修复和微生物修复两种类型。1)植物修复。指的是利用自然生长或者是遗传培育的植物来修复受重金属污染的土壤,根据其机理和作用过程的不同又可以分成植物挥发、植物提取、以及植物稳定等不同的类型。2)微生物修复。首先,微生物能够利用带电荷细胞对土壤中的重金属离子进行生物吸附于富集;其次,微生物能够最终靠自身的新陈代谢活动溶解土壤中的重金属;此外,微生物还能够通过氧化还原作用有效降低重金属中的毒性,从而减少重金属对土壤的污染程度,确保农产品的安全卫生。

  科学技术的发展在很大程度上促进了经济的发展和社会的进步,深刻改变了人们的生产和生活方式,具有非常重要的作用。因此,在当前土壤重金属污染日益严重的情况下,我们一定要要积极利用各种形式的土壤修复技术来缓解重金属污染、改善土壤质量,为人们创造一个健康安全的生活环境,更好地促进社会主义现代化建设的发展。

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