農田重金屬污染現狀
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農田重金屬污染現狀范文第1篇
關鍵詞：土壤；重金屬；污染；現狀；修復技術
中圖分類號 X833 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）07-0103-03
Abstract：This paper describes the present situation of soil heavy metal pollution in our country，analyzes the sources of soil heavy metals from sewage irrigation，atmospheric deposition，industrial production and agricultural activities，and analyzes the heavy metal contaminated soil remediation technology briefly.
Key words：Soil；Heavy metal；Pollution；Present situation；Remediation technology
土壤是一個開放的緩沖動力學系統，承載著環境中50%～90%的污染負荷[1-2]。隨著礦產資源開發、冶煉、加工企業等規模的擴大以及農業生產中農藥、化肥、飼料等用量的增加和不合理的使用，致使土壤中重金屬含量逐年累積，明顯高于其背景值，造成生態破壞和環境質量惡化，對農業環境和人體健康構成嚴重威脅。重金屬在土壤中移動性差、滯留時間長、難降解，可以通過生物富集作用和生物放大作用進入到農牧產品中[3]，從而影響產出物的生長、產量和品質，潛在威脅人體健康[4]。本文對我國土壤重金屬污染現狀進行了簡要分析，概述了土壤中重金屬的來源，簡單介紹了物理修復、化學修復和生物修復技術在土壤重金屬污染修復方面的研究進展，以期為土壤重金屬污染修復提供參考。
1 我國土壤重金屬污染現狀
隨著礦山開采、冶煉、電鍍以及制革行業的蓬勃發展，一些企業盲目追逐經濟利益，輕視環境保護，再加上農藥、化肥、地膜、飼料添加劑等的大量使用，我國土壤中Pb、Cd、Zn等重金屬的污染狀況日益嚴重，污染面積逐年擴大，危害人類和動物的生命健康。據報道，2008年以來，全國已發生100余起重大污染事故，其中Pb、Cd、As等重金屬污染事故達30多起。據2014年國家環境保護部和國土資源部的全國土壤污染狀況調查公報顯示，全國土壤環境總狀況體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，耕地土壤環境質量堪憂，工礦業廢棄地土壤環境問題突出。全國土壤總的點位超標率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。據農業部對我國24個省市、320個重點污染區約548萬hm2土壤調查結果顯示，污染超標的大田農作物種植面積為60萬hm2，其中重金屬含量超標的農產品產量與面積約占污染物超標農產品總量與總面積的80%以上，尤其是Pb、Cd、Hg、Cu及其復合污染尤為明顯[5]。我國的一些主要水域如淮河流域、長江流域、太湖流域、膠州灣等也都出現了重金屬污染[6]。
2 土壤重金屬來源
土壤中重金屬來源主要有內部來源和外部來源兩種。在內部來源中，由于成土母質、地形地貌、水文氣象及植被和土地利用類型等的不同，對土壤重金屬含量的影響有很大差異[7]，致使部分地區土壤背景值較高。外部原因主要是人為活動的影響，是土壤重金屬污染的主要來源，主要包括以下幾個方面：
2.1 隨大氣沉降進入土壤中的重金屬 大氣沉降是造成土壤重金屬污染的一個重要途徑[6]。工業生產、汽車尾氣排放及輪胎摩擦可產生含有重金屬的有毒氣體和粉塵，經自然沉降和雨雪沉降進入土壤中，污染元素主要為Pb、Cu、Zn等。礦山開采和冶煉所帶來的大氣沉降也是土壤重金屬的重要來源[5]。有毒氣體和粉塵容易遷移和擴散，在工礦煙囪、廢物堆和公路附近的土壤中，土壤重金屬含量較高，向四周和兩側擴散減弱。研究人員對某鉛鋅冶煉廠的土壤重金屬空間分布特征的研究發現，Zn、Pb、As的主要污染來源是廢氣的大氣沉降，風力和風向是其空間分布的主要影響因子[7]。
2.2 隨污水灌溉進入土壤中的重金屬 污水灌溉一般是指利用經過一定處理的城市污水灌溉農田[6]，利用污水灌溉是農業灌溉用水的重要組成部分。但由于污水中含有大量的重金屬，隨污水進入到土壤中，使得土壤中重金屬含量不斷富集。我國自20世紀60年代至今，污灌面積迅速擴大，以北方旱做地區污染最為普遍，約占全國污灌面積的90%以上，污灌導致農田重金屬Hg、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb等含量的增加[7]。
2.3 工礦企業生產帶入土壤中的重金屬 工業生產中廣泛使用重金屬元素，工礦企業將未經嚴格處理的廢水直接排放，導致廢水中的重金屬滲入到土壤中，使得土壤中有毒重金屬含量增加[11]。礦業和工業固體廢棄物露天堆放或處理過程中，經日曬、雨淋、水洗等作用，使重金屬以射狀、漏斗狀向周圍土壤擴散。南京某合金廠周圍土壤中的Cr大大超過土壤背景值，Cr污染以工廠煙囪為中心，范圍達到1.5km2[12]。電子廢棄物在堆放和拆解過程中，會造成Pb、Cr等重金屬進入農田土壤[13-14]。
2.4 農事活動帶入土壤中的重金屬 隨著人們對農業產出物不斷增長的需求，農藥、化肥、地膜等使用量不斷增加，導致土壤中的重金屬不斷富集，造成土壤重金屬污染。農藥中含有Hg、As、Zn等重金屬，長期使用就會導致土壤中重金屬的累積。磷肥天然伴有Cd，隨著磷肥及復合肥的大量施用，土壤中有效Cd的含量不斷增加，作物吸收Cd量也在增加[15]。地膜在生產過程中加入了含Cd、Pb等重金屬的熱穩定劑，也會造成土壤重金屬含量的增加。當前有機肥肥源大多來源于集約化的養殖場，大多使用飼料添加劑，其中大多含有Cu和Zn[16]，使得有機肥料中的Cu和Zn含量也明顯增加，并隨著施肥帶入到土壤中。
3 土壤重金屬污染修復技術
3.1 物理修復 一是客土、換土和深耕翻土等措施。通過這一措施，可以降低表層土壤重金屬含量，減少土壤重金屬對植物的毒害。深耕翻土適用于輕度污染的土壤，客土和換土適用于重度污染的土壤。工程措施具有穩定、徹底的有點，效果較好，但是需要大量的人力、物力，投資較大，并會破壞土體結構，降低土壤肥力。二是電動修復、電熱修復、土壤淋洗等。物理修復效果好，但是成本高，還存在著造成二次污染的風險。
3.2 化學修復 化學修復是主要是采用化學的方法改變土壤中重金屬的化學性質，來降低土壤中重金屬的遷移性和生物可利用率，減少甚至去除土壤中的重金屬，達到的土壤治理和修復的效果[17]。該技術的關鍵在于經濟有效改良劑的選擇，常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣等無機改良劑和堆肥、綠肥、泥炭等有機改良劑，不同的改良劑對重金屬的作用機理不同。化學修復是在土壤原位上進行，不會破壞土地結構，簡單易行。但是化學修復只是改變了重金屬在土壤中的存在形態，并沒有去除，在一定條件下容易活化，再度造成污染。
3.3 生物修復 生修復是利用微生物或植物的生命代謝活動，改變重金屬在土壤中的化學形態，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環境中的移動性和生物可利用性。該方法效果好，易于操作，是目前重金屬污染的研究重點。目前生物修復技術主要集中在植物和微生物2個方面[18-19]，對植物修復方面研究的較多[20-23]。生物修復不會引起二次污染，成本低，易于推廣，在技術和經濟上都優于物理修復和化學修復，已經得到了廣泛的研究和應用，是目前土壤重金屬污染治理的研究熱點。
3.4 農業生態修復 不同作物對重金屬有不同的吸附作用，可以通過采取不同的耕作制度、作物品種和種植結構的調整、肥料種類的選取等措施，增加作物對土壤重金屬的吸收，降低土壤中的重金屬含量。研究表明，調節土壤水分、pH值以及土壤水分、養分等狀況，實現對污染物所處環境介質的調控[24-25]，可以改善土壤的理化性質，促使土壤中重金屬被作物有效地吸收。
4 展望
土壤是人來賴以生存的重要自然資源之一，是人類生態環境的重要組成部分。土壤重金屬污染問題已經成為當今社會的主要環境問題之一。2016年出臺的《土壤污染防治行動計劃》，無疑是我國土壤環境管理歷史上里程碑式的文件，明確了我國土壤污染防治路線圖和時間表。
土壤是一個復雜的生態系統，一旦受到污染，要將進入到土壤中的污染物清除，達到安全生產的目的是十分困難的。重金屬對土壤的污染以現有的技術而言是不可逆的。因此，土壤污染預防要比土壤污染治理重要的多。要堅持源頭預防和過程治理，以源頭控制為主，杜絕污染物進入水體、土體，有效降低污染物的排放。在土壤重金屬污染修復技術研究中，要把物理方法、化學方法、生物技術和農業生態修復措施綜合起來處理污染題，研究出更加經濟高效的治理措施，應該加大生物修復技術研究，減少物理和化學方法的使用，以免造成二次污染。
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農田重金屬污染現狀范文第2篇
【關鍵詞】畜禽養殖;管理;啟示
我國是畜禽養殖大國，隨著畜禽養殖業的迅猛發展，畜禽養殖環境污染問題日漸凸顯。2014年，畜禽養殖業COD和氨氮排放量為1049萬噸和58萬噸，分別占全國總量的45.7%和24.3%［1］。畜禽養殖業排放的COD接近全國總量的一半，畜禽養殖污染已到了不得不治的階段。美國被公認為水污染防治政策完備、管理措施到位的國家，在畜禽養殖污染防治方面的經驗對我國具有借鑒意義［2］。
1中美畜禽養殖共性特點
比較中美均是畜牧業大國。我國2014年畜牧業產值超過2.9萬億元，約占農業總產值的三分之一。美國每年畜牧業產值約占農業總產值的48%。除畜牧業產值占比相近外，美國畜禽養殖規模化程度高，畜禽糞便以還田為主，與我國畜禽行業發展形勢以及污染防治管理方向一致，具有很好的經驗借鑒基礎。1.1畜禽養殖規模化程度秩序增長美國2005年80%以上的養豬場規模都在1000頭以上，其中55%的養豬場規模在5000頭以上［2］。我國2015年整個畜牧業的規模化率為39.6%，比2012年增加5.5%，“十三五”期間目標是突破50%。2015年生豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞規模化產能占比達43.3%、48.3%、17.5%、37.2%、45.5%［3］，各類畜禽養殖規模以上比重均呈逐年遞增趨勢，規模化已成為我國畜禽養殖業的發展趨勢，可以預見我國畜禽養殖規模化水平將會不斷提高。
1.2畜禽糞便還田是主要綜合利用方式
美國的大型農場主十分重視種植業與養殖業的緊密聯系，會根據養殖產生的畜禽糞便量確定種植規模，畜禽糞便還田是基本的綜合利用方式。我國同樣鼓勵畜禽糞便還田，國家層面加大力度引導畜禽糞便還田利用，國辦、農業部等管理部門通過出臺文件和資金補助，鼓勵畜禽糞便和廢水科學還田利用。全國畜牧總站在2014年對全國上報的2802個標準化養殖場畜禽養殖廢棄物處理方式進行統計結果顯示，糞便還田是占比最高的處理利用模式，各類畜禽品種比例分別是:生豬40%、奶牛38%、蛋雞41%、肉雞40%。
2美國畜禽養殖污染防治管理經驗
在畜禽養殖環境保護方面，美國現有法律法規包括聯邦、州、地方三級體系，通過養分管理規劃等管理手段實現養殖廢棄物的綜合利用和治理，此外行業協會、大學等也充分發揮了技術支撐和宣傳輔助作用。
2.1完善的法律法規體系
美國畜禽養殖污染防治三級政策體系中，由聯邦政府頒布的環境法律適合解決共性的問題，各州和地方政府在結合自身實際的狀況下會制定更具針對性的環境法條文，通過具體而詳細的法律措施去實現污染防治的目標。不同層級的政府各司其職，中央層面負責制定宏觀的統籌性法規，地方政府負責制定微觀的實施性細則，環境管理要求既做到了統一協調，又實現了因地制宜。美國聯邦政府制定的多部法律法規都有畜禽養殖污染防治相關的規定，如《清潔水法》、《聯邦水污染法》、《動物排泄物標準》等［4］。其中《清潔水法》里視集中養殖業為點源性污染，納入排放許可證管理范疇，非點源污染主要使用最佳管理實踐(BMPs)進行防治［5］。對如何控制非點源污染，聯邦沒有制定出具體的政策，只是要求各州根據自己的實際情況，制定出相應的非點源污染控制計劃，并與點源污染計劃結合來實現規定的環境質量標準。州級的法規政策較聯邦法律則更為具體。采取哪些政策措施實現環境質量標準和要求，要靠州一級政府制定出較為詳細的規章制度。如伊利諾伊州1996年頒布了《畜禽養殖管理條例》(LMFA)，條例包括:新建設施和搬遷設施建設的要求、養分和廢物管理計劃、畜禽設施運營者的培訓管理和認證、財政激勵和資助措施、安全距離要求等。又如俄克拉荷馬州要求規模化畜禽養殖場在申請執照之前，要先制定預防污染計劃，還規定對豬場經營者和豬場員工實行9小時課程強制教育以及每年3小時的回顧學習［6］。城市和縣級政府會制定地方發展規劃、土地使用計劃等一系列的地方環境保護法規。規劃和土地使用計劃對畜禽養殖的數量和布局提出要求，控制牲畜飼養數量用于防止牲畜糞便的集中產生給土地消納能力帶來重大壓力，提出布局要求用于防止畜禽養殖廢棄物對禁止畜牧經營的區域帶來環境影響。
2.2細致的養殖場分類管理
在法律層面，美國將畜禽養殖場分為點源污染和非點源污染進行分類管理。將存欄1000個動物單位以上的養殖場劃為點源污染源;1000頭以下的養殖場，根據其養殖設施、排放狀況等，由環保局的地方管理人員或相關負責人通過現場考察來確定是否屬于點源。點源污染被納入排放許可證的管理范疇，排污許可證包含了一系列目前最佳可用技術的排放限值和達到標準的最后期限，用于保護受納水體的質量。非點源污染主要通過最佳管理實踐(BMPs)進行防治，BMPs是指任何能夠減少或預防水污染的方法、措施或操作程序，以經濟激勵、規劃、鼓勵型政策手段為主。分類管理充分考慮了操作層面的可行性，既避免了對規模較小養殖場的過高要求，也未放棄其開展必要的環境管理。在監管層面，美國環保局對集約化規模畜禽養殖場(CAFO)進行嚴格的環境監管。集約化規模養殖場包括大規模CAFO(大于1000個動物單位的養殖場)、中等規模CAFO(300至999個動物單位的養殖場)、向水體排放污染物的養殖場。環保局要求所有集約化規模畜禽養殖場必須要有養分管理規劃;每年必須提交施肥和養分管理年度報告;必須具備儲存所有糞尿的儲存區，設置污水防護措施，保障25年一遇的24小時強度的降水不會出現徑流;養殖場與周邊公眾有足夠的安全防護距離;每年檢測糞便，每5年檢測土壤，根據檢測結果確定施肥率。這些監管要求和措施為畜禽養殖場開展環境保護工作提供了明確指導，降低了守法難度;也為環境監管提供了執法依據，提高了監管效率。在管理層面，美國環保局和農業局強制要求集約化規模養殖場實施綜合養分管理計劃，其他養殖戶自愿執行。管理計劃報告中要明確畜禽種類及年糞尿產生量，確定糞尿中的養分濃度，以及作物信息并量化所需營養成分，根據檢測報告或是經驗系數核算施肥信息和所需要的土地面積，做到四個標準:正確的時間、正確的糞尿來源，正確的施肥率、正確的施肥方法，確保農場主不過量施肥。畜禽糞便綜合養分管理計劃保證了“種養結合”的科學性實施，既實現了畜禽糞便的綜合利用，又避免了綜合利用造成的環境污染。
2.3全方位的配套支撐
在美國有多方渠道為畜禽養殖場的環境保護提供項目資助和技術支持，包括政府部門、行業協會、大學等研究機構。美國農業部、環保局、水土保持委員會等會幫助養殖業主落實和進一步完善養分管理管理計劃。美國政府承擔75%的養分管理計劃項目補貼，對新養殖業主及弱勢群體補貼可提高到90%。此外，美國環保局與農業部開展了多種合作，旨在引導養殖場進行自我約束，防止環境污染。現有的四類合作項目包括:養分回收和利用的項目、農業與動物養殖研討會、農畜禽糞尿利用知識以及保護水環境方面的防治技術推廣視頻、環境保護的獎勵項目等。民間協會的作用也不容小覷。全美養牛協會有會員4萬余名，包括27個育種機構和23萬個種牛農場;全美養豬協會有會員8萬余會員。協會的主要工作包括幫助政府推廣環保計劃、提供環境保護和糞污管理服務方面的技術信息、技術培訓、資助相關的科研項目等。第三方咨詢公司能夠提供專業的技術服務，從安全距離要求、儲糞池設計要求、養分管理要求等方面提供專業咨詢服務，從而使農場主能夠從各渠道及時了解管理要求和實際技術操作。大學等研究機構會幫助政府部門給養殖場主提供培訓，講解養分管理計劃的基本知識，輔以具體實例加深對規則的理解。同時，對于污染防治技術的研發成果會及時推廣，將使用者受益作為新科技被使用和被認可的標準。
3美國經驗對中國的啟示及政策建議
在我國畜禽養殖不斷走向規模化的進程中，美國經驗對于我國畜禽污染防治工作具有重要的啟示意義，我國可借鑒美國的管理經驗，探索適合我國國情的畜禽養殖污染防治管理方法。
3.1制定畜禽養殖場分類管理要求
從美國經驗看，點源和非點源養殖場分類管理，提高了管理效果和行動的操作性。目前，我國畜禽養殖管理按養殖數量分為規模化養殖場和非規模養殖場。根據《畜禽規模養殖污染防治條例》等法規文件要求，規模以上的養殖場需要履行嚴格的污染防治責任，包括選址要符合法規要求、依法環評、配備污染治理設施等。今后還需根據實際情況遵守排污許可管理規定和環境稅規定。對非規模畜禽養殖場，我國現階段的法律法規還沒有明確提出管理要求，但非規模養殖場(戶)占比高、污染重，已逐漸成為各地環境污染的重要來源。以生豬為例，年出欄500頭以下的養殖場(戶)數占全部生豬養殖場(戶)數的99%左右，養殖量占全部產能的57%左右。而非規模禽養殖場大多無污染治理設施，沖糞廢水直排、糞便亂扔亂堆、氣味難聞，嚴重污染當地環境，影響群眾正常生產生活，群眾投訴較多，急需措施減緩環境影響。因此建議從法律法規層面明確對非規模養殖場的環境保護要求，以廢棄物禁止亂排亂放為底線，引導和鼓勵非規模養殖場開展綜合利用或者污染處理。
3.2完善畜禽養殖屬地精細化管理
美國在畜牧發展和畜禽養殖污染控制方面形成了聯邦、州和地方三位一體的法律法規體系，有效控制了畜禽養殖污染。我國目前在國家層面有《環境保護法》、《畜禽規模養殖污染防治條例》等法律法規，指出了畜禽養殖污染防治工作的總體要求，地方還需進一步制定細化的可操作的政策細則。地方各級人民政府對本行政區域內的畜禽養殖廢棄物綜合利用和污染防治工作負總責，要結合本區域的實際情況，盡快制定畜禽養殖污染防治工作政策，包括環境保護條例、畜禽養殖污染防治管理辦法、養殖發展規劃、污染物排放標準、建設項目環保準入要求等，因地制宜落實國家要求。地方環保部門在監管中，重點關注畜禽養殖場的合理選址，以及糞便和污水貯存、處理、利用設施建設和運行效果，避免養殖廢物對環境造成污染影響。學習美國種植養殖綜合養分管理的經驗，以源頭控制和還田利用為主要環境污染防治手段，實現種養平衡。建議采取整縣推進的形式，統籌考慮縣域養殖業和種植業的有機需求，研究適合我國不同區域的計算方法和經驗系數，以全縣域農田、林地、草地和園地作為畜禽糞便的消納場所，定量計算作物對糞便中氮和磷的養分需求，用于核算發展畜禽養殖需配套的土地面積，或是確定縣域畜禽存欄量，提高種養平衡的科學性此外，針對畜禽糞便還田重金屬累積影響問題，在嚴控飼料重金屬添加量基礎上，還需關注畜禽糞便重金屬對農業土壤重金屬污染的貢獻，分析糞便還田導致的重金屬累積與土壤－作物系統的風險響應關系，提出合理的控制對策，目標是實現安全還田。通過完善畜禽糞便還田技術要求，逐步解決畜禽養殖污染問題。
3.3建立畜禽養殖污染防治社會化運作機制
建立政府主導、多方協作的社會化運作機制。地方政府通過強制措施和扶持激勵政策，引導養殖企業、農戶落實環境保護主體責任，以“誰污染誰負責，誰治理誰受益”為準則，鼓勵專業技術公司處理畜禽養殖廢棄物，提高畜禽糞便等廢棄物綜合利用和處理的專業化水平。鼓勵和引導社會資本設立投資基金，開展畜禽養殖污染防治處理和利用工藝研發和運行模式創新。選擇畜禽養殖污染防治工作基礎較好的縣開展社會化運營試點示范，典型引路，探索社會化運營機制。
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