土壤污染的农业来源及修复措施

导读

“土壤污染已成为影响全球土壤及其生态系统服务的主要威胁之一，全球很多地区对土壤污染的关注程度都在增加。现代农业发展的化学品投入过量，或使用、处置不当，增加了农业土壤的污染风险。

本文摘自FAO于2021年发布的《土壤污染：一个隐藏的现实》一书，摘编了土壤污染的农业来源，以及污染土壤的农业管理措施及修复案例，以期树立正确的土壤保护意识，重视土壤健康。”

“土壤污染”是指化学品或其他物质在土壤中出现位置不当，或浓度高于正常水平，对非靶向生物会产生不利影响。根据中国环境保护部的数据，中国有16%的土壤和19%的农业土壤被列为污染土壤。

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土壤污染的农业来源

除自然、地球成因本身的来源外，土壤污染的主要人为源是在工业活动中使用或作为副产品产生的化学品、家庭和城市废物（包括废水、农药和石油衍生产品）。

农业输入，如化肥、农药、动物粪便中含有的抗生素或植物中用于预防和治疗疾病的药物，是农业土壤的主要潜在污染物，并且新产品的研发使得其化学组成快速变化，其所带来的挑战具有特殊性。

——化学肥料

现代农业中大量使用化肥和农药，加速了土壤污染。土壤中过量的氮可通过硝化作用和其他氮转化过程造成土壤酸化和盐渍化。自然条件下，土壤酸化非常缓慢，可达数百万年到几亿年，但农业操作（主要是过量施氮）显著加速了土壤酸化过程，在不同土地利用类型中土壤pH平均降低0.26。

磷肥的主要风险是通过吸附于被侵蚀土壤颗粒、过量施用磷肥、在条件不适宜的情况下使用粪肥等转移到水体中，造成水生生态系统的富营养化。

——农药

一些特定农药对土壤生物和土壤功能存在负相关影响。例如，一些有机氯农药会抑制共生固氮，从而导致作物减产。

施用未经处理的有机粪肥会造成重金属和抗生素污染，不仅会对植物品质和产量的各项指标造成不利影响，还会导致微生物群落的大小、组成和活性发生变化，从而影响养分循环，降低养分有效性。

——农业生产中的城市废弃物

将污水污泥应用于改良土壤有许多积极作用，但在施用或掺入土壤之前，需要对不同污水处理厂产生的化学成分组成进行全面的调查。与未经处理的污水污泥相比，经过堆肥处理的污泥中重金属的生物有效性和作物吸收都非常有限。

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污染场地的生物修复技术

污染场地的生物修复已在全球各地得到应用，并取得了不同程度的成功。以下列举几项生物修复技术。

——植物降解

向土壤中引入有机物，如锯末、木屑、树皮、稻草、植物废料和厨余垃圾制成的堆肥，可能有助于减少重金属和其他污染物的流动性，从而降低其对环境和人类健康的风险。

——堆肥

添加粪肥和污水污泥是生物修复的有效工具，但要谨慎并确保有机物已经过有效的预处理。与新鲜有机肥相比，堆肥后有机肥的木质素和多酚含量普遍较高，这将会降低CH4的排放，同时进一步提高有机碳封存的潜力。堆肥处理还可以有效减少各种环境病原体和抗生素耐药细菌。蚯蚓对堆肥过程具有积极作用，可以稳定动物粪便中的重金属。

——植物固定

种植对高浓度有毒物质具有良好抗性、对污染物具有较高收集和储存能力的树木也是土壤生物修复过程的良好措施。最普遍具有重金属元素高富集能力的树木是黄桦、桤木、洋槐、柳树和针叶树。

此外，土壤科学家也在探索生物炭在农业和土壤污染修复方面的应用。

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土壤污染修复案例

辅助植物固定：西班牙东南部尾矿的一种有效修复技术

在西班牙的卡塔赫纳-拉尤尼翁山脉，由于常年开采硫化锌和硫化铅等硫化物矿物，产生了大量尾矿。尾矿池在1991年被废弃，由于涉及有毒金属（类金属）含量高的风险，引起极大关注。

这些尾矿肥力低，有机质含量低，且酸性高。因此，除非添加有机或无机改性剂，否则要建立原生植被非常困难。

研究利用种植辅助植物来恢复酸性尾矿池，同时结合施用大理石废渣、猪粪浆和粪肥。种植的植物包括薰衣草、利坚草、罗芒草属等10余种。大理石废料被用作碳酸盐的来源，以中和酸性、固定金属和改善土壤结构。猪粪浆及其固相（粪便）经物理分离后作为土壤开发和植被建立的有机质和养分来源。

研究结果表明，该技术有效提高了土壤pH、阳离子交换能力、总有机碳和养分含量，改善了土壤结构，可使镉、铅、锌等金属的流动性降低90%-99%。利坚草和落芒草属对铅、锌和砷的植物稳定作用显著，其根系金属含量较高，很少向冠层分配。

结语

世界各地对土壤污染重要性的认识正在增强，污染土壤的修复也必不可少，但土壤修复需耗人力、物力和财力。只有做好土壤污染防控，才能避免或减少这样的消耗。“万物土中生”，土壤是人类生存和发展不可替代的物质基础，土壤质量决定万物的质量。

参考资料：

[1].土壤污染: 一个隐藏的现实[M]. 中国北京, 粮农组织和中国农业出版社, 2021年. https://doi.org/10.4060/i9183zh

[2].Yaron, B., Dror, I. &Berkowitz, B. 2012. Soil-Sub surface Change. Berlin, Heidelberg, Springer Berlin Heidelberg.

本文来源：老田微农技网络整合