農(nóng)田污染綜合防治技術(shù)路勁與風(fēng)險管控

1、農(nóng)田污染綜合防治技術(shù)路徑與風(fēng)險管控對策第一章 我國農(nóng)田污染概述1.1 我國農(nóng)田污染現(xiàn)狀及特征1.1.1 污染現(xiàn)狀農(nóng)田污染是指在施肥、灌溉等過程中，在土壤中添加了某些有害物質(zhì)或使某些固有物質(zhì)含量過高，其污染負(fù)荷超過了土壤的承受容量。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的各種活動對農(nóng)田的污染也在加重，致使農(nóng)村生活環(huán)境日趨惡化，農(nóng)業(yè)及其生產(chǎn)環(huán)境污染嚴(yán)重，從而影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。根據(jù)國家環(huán)保部公布的資料可知，我國農(nóng)田受污染率從20世紀(jì)80年代末的不足5%，迅速上升至20%以上（見表1-1）。首次全國污染狀況調(diào)查表明，全國耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例如圖1-1，主要污染物

2、為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、DDT和多環(huán)芳烴。在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)田污染問題更加突出，例如，廣東省的清潔土壤只有11%，輕度污染農(nóng)田占耕地總面積的77%，重度污染農(nóng)田占耕地總面積的12%左右。表1-1 不同年份我國受污染農(nóng)田面積及占耕地面積的比例年份全國受污染農(nóng)田（萬hm2）占耕地總面積（%）19896004.619906675.1199110007.72007323026.5圖 1-1 首次全國污染狀況調(diào)查-全國耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率圖隨著工業(yè)化和集約化水平的不斷提高及應(yīng)對措施的缺乏，我國農(nóng)田污染進(jìn)一步加重。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全國目前受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬畝，固體廢棄物

3、堆存占地和毀田200萬畝，合計(jì)約占耕地總面積的1/10以上，其中多數(shù)集中在較發(fā)達(dá)地區(qū)。每年因重金屬污染減產(chǎn)糧食100億公斤，污染超標(biāo)糧食120億公斤；4000多萬人長期生活在污灌區(qū)內(nèi)，2.5億人受到污染耕地的直接威脅，每年癌癥病發(fā)及死亡人群呈上升趨勢，一定程度上與農(nóng)產(chǎn)品污染程度的增加有關(guān)。農(nóng)田土壤污染與大氣污染和水污染不同，大氣污染和水污染一般比較直觀，容易被人們發(fā)覺，而土壤污染往往不易被人們發(fā)現(xiàn)，一般要等到農(nóng)產(chǎn)品發(fā)生危害 時，人們才會追溯到土壤，并且需要通過對土壤樣品進(jìn)行分析化驗(yàn)和農(nóng)作物的殘 留檢測才能確定。另外，污染物質(zhì)在大氣和水體中一般容易擴(kuò)散和稀釋，所以只要切斷污染源并采取有效的治理措

4、施，很快就會見效，而污染物在土壤中一般難 以擴(kuò)散和稀釋。土壤污染一旦發(fā)生，則很難恢復(fù)，治理成本較高，治理周期較長，甚至被某些重金屬污染的土壤需要200年以上的時間才能夠恢復(fù)，因此最好采取以防為主，防治結(jié)合的方法對農(nóng)田土壤進(jìn)行保護(hù)與修復(fù)。目前，我國農(nóng)田污染局部改善，但是呈整體惡化趨勢，需要進(jìn)行進(jìn)一步的防治措施。1.1.2 污染特征我國農(nóng)田土壤污染正從常量污染物轉(zhuǎn)向微量持久性毒害污染物，從局部蔓延到大區(qū)域，從城市郊區(qū)延伸到鄉(xiāng)村，從單一污染擴(kuò)展到復(fù)合污染，從有毒有害污 染發(fā)展至有毒有害污染與氮、磷營養(yǎng)污染的交叉，形成點(diǎn)源與面源污染共存，生 活污染、農(nóng)業(yè)污染和工業(yè)污染疊加，各種新舊污染與二次污染相互復(fù)

5、合或混合的 態(tài)勢。近年來，我國的農(nóng)田污染主要呈現(xiàn)以下四個特點(diǎn)（見圖1-2）：首先，農(nóng)田污染物種類逐漸增多，污染空間呈現(xiàn)出擴(kuò)張化的趨勢。目前，我國農(nóng)田污染物不僅包括傳統(tǒng)的農(nóng)藥、重金屬污染，還包括化肥流失、畜禽糞便污染、秸稈廢棄或焚燒、塑膜殘留和大量溫室氣體排放等方面。近年來，規(guī)模養(yǎng)殖場畜禽糞便污染已經(jīng)成為中國農(nóng)田污染的重要來源之一，大部分的養(yǎng)殖場缺乏相應(yīng)的防污措施；集約化種植業(yè)也正在變成中國農(nóng)田污染的重要貢獻(xiàn)者，而且其溫室氣體排放問題日益被關(guān)注。其次，農(nóng)田污染格局發(fā)生轉(zhuǎn)變。中國農(nóng)田系統(tǒng)污染呈不斷加劇的變化趨勢，污染源逐步由工業(yè)為主與工農(nóng)并重，向以農(nóng)業(yè)自身為主的方向轉(zhuǎn)變。同時，工業(yè)與生活污染物進(jìn)一

6、步向農(nóng)村轉(zhuǎn)移，農(nóng)田產(chǎn)地環(huán)境系統(tǒng)已經(jīng)成為最廣闊、最直接的受害者。農(nóng)田污染的復(fù)雜化再次，農(nóng)田污染呈現(xiàn)復(fù)雜化趨勢。農(nóng)田污染逐步由簡單走向復(fù)雜，在表現(xiàn)上逐步由“面源特征走向“立體”與綜合，呈現(xiàn)出復(fù)合交叉和食物鏈時空延伸特征，對畜禽、人體等構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。最后，農(nóng)田污染治理的難度不斷加大。國家曾先后組織開展多項(xiàng)重大農(nóng)業(yè)環(huán)境治理工作，取得一定成績。但由于農(nóng)田污染防治仍然是一項(xiàng)新生事物，加上農(nóng)田污染的高度綜合性、復(fù)雜性和潛伏性等，傳統(tǒng)“點(diǎn)源”、“面源”污染防治的思路難以解決復(fù)雜的農(nóng)田污染問題，單方面研究已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能從根本上有效的解決農(nóng)田污染問題。圖1-2 我國農(nóng)田污染主要特征圖1.2 我國農(nóng)田污染的危害農(nóng)

7、田污染對經(jīng)濟(jì)、土壤環(huán)境質(zhì)量和人體健康都會造成負(fù)面影響。1.2.1 農(nóng)田污染對經(jīng)濟(jì)造成直接損失農(nóng)田污染物質(zhì)會影響到農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。僅以農(nóng)田重金屬污染為例，全國每年因重金屬污染而減產(chǎn)糧食 1000 多萬噸，另外被重金屬污染的糧食每年也多達(dá) 1200 萬噸，合計(jì)造成經(jīng)濟(jì)損失 200 億元。2000 年對 23 個?。ㄊ袇^(qū)）的不完全統(tǒng)計(jì)，我國污染農(nóng)田 4 萬 hm2，造成農(nóng)畜產(chǎn)品損失 2489 萬千克，直接經(jīng)濟(jì)損失 2.2 億元。對于農(nóng)藥和有機(jī)物污染、放射性污染等其他類型的土壤污染所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，目前尚難以估計(jì)。但是，這些類型的污染所造成的后果十分嚴(yán)重，例如：我國天津薊運(yùn)河畔的農(nóng)田，曾因灌溉三氯

8、乙醛污染的河水而導(dǎo)致數(shù)萬畝小麥?zhǔn)芎Α?.2.1 農(nóng)田污染造成農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量下降一方面，土壤污染物質(zhì)不易遷移、擴(kuò)散和稀釋，因而容易在農(nóng)田中不斷積累而超標(biāo)，從而造成土壤板結(jié)、硬化、地力下降而不適宜于糧食生產(chǎn)，這將會對我國造成嚴(yán)重的糧食壓力；另一方面，農(nóng)田土壤受到重金屬、無機(jī)鹽、有機(jī)物和病原體等物質(zhì)的污染且情況嚴(yán)重。根據(jù)中國科學(xué)院的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示，目前全國至少有 1300-1600 萬公頃耕地受到農(nóng)藥的污染。我國東北地區(qū)一些農(nóng)場長期使用氮肥，土壤有機(jī)質(zhì)含量已由原來的5%-8%降到1%-2%。江西紅壤表土pH值由 5.0降到4.3，土壤板結(jié)普遍嚴(yán)重。1.2.1 農(nóng)田污染對人體健康構(gòu)成威脅由于農(nóng)藥、

9、化肥的不合理使用和過量使用，導(dǎo)致糧食、蔬菜、水果等食物中鎘、鉻、砷、鉛等重金屬含量超標(biāo)或接近臨界值，直接對人體健康和生命安全構(gòu)成危害。據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所2002年初對南京市部分農(nóng)貿(mào)市場農(nóng)產(chǎn)品的抽樣檢測數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)藥殘留不合格率超過20%（見圖1-3）。這是在冬季施用藥肥數(shù)量較小的情況下的檢測數(shù)據(jù)，到了夏季，農(nóng)產(chǎn)品尤其是葉菜的農(nóng)藥殘留不合格率將更大。另外，由于生物對農(nóng)藥有積累、濃縮、富集作用，農(nóng)藥的使用不當(dāng)會導(dǎo)致化學(xué)農(nóng)藥在生物體內(nèi)富集。若長期食用體內(nèi)農(nóng)藥含量很高的糧食、肉、禽、蔬菜，也會使有毒物質(zhì)在人體內(nèi)富集。圖1-3 2002年初南京部分農(nóng)貿(mào)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留不合格率第二章 我國農(nóng)田污染的主要

10、來源與污染路徑1.1 污染物種類及主要來源由于工礦業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活廢物堆放，使得多種污染物進(jìn)入農(nóng)田土壤，造成污染。這些污染物主要分為無機(jī)污染物和有機(jī)污染物。無機(jī)污染物包括對生物有危害作用的元素和化合物，主要指重金屬元素如汞(Hg)、鎘(Cd)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鈷(Co)等，當(dāng)前最引人關(guān)注的是汞(Hg)、鎘(Cd)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、鋅(Zn)等。有機(jī)污染物包括有機(jī)氯類、有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類、苯氧羧酸類、苯酰胺類等，主要來自化工廠排放和化學(xué)農(nóng)藥（詳見表2-1）。這些污染物一般通過三種路徑進(jìn)入農(nóng)田：大氣沉降、洪水沖積

11、、污染廢物人為直接排放（圖2-1）。圖2-1 污染物進(jìn)入農(nóng)田路徑示意圖表2-1 農(nóng)田土壤主要污染物及來源表污染物種類污染來源重金屬類汞（Hg）氯堿工業(yè)、汞化合物生產(chǎn)等，儀器儀表工業(yè)，含汞農(nóng)藥，含汞電池鎘（Cd）冶煉、電鍍、燃料等工業(yè)，采礦，含鎘化肥，含鎘電池生產(chǎn)銅（Cu）冶煉、銅制品生產(chǎn)等，采礦，含銅農(nóng)藥鋅（Zn）冶煉，鍍鋅，紡織等工業(yè)，含鋅農(nóng)藥，磷肥，采礦業(yè)鉛（Pb）油漆、顏料、冶煉等工業(yè)，采礦，汽車排氣，農(nóng)藥化肥，含鉛電池鉻（Cr）冶煉、電鍍，制革、印染等工業(yè)鎳（Ni）冶煉、電鍍、煉油、染料等工業(yè)，含鎳電池生產(chǎn)類金屬類砷（As）硫酸，化肥，農(nóng)藥，醫(yī)藥，玻璃等工業(yè)硒（Se）電子、電器、油漆、

12、墨水等工業(yè)放射核素銫（137Cs）原子能、核工業(yè)、同位素生產(chǎn)、核爆炸鍶（90Sr）原子能、核工業(yè)、同位素生產(chǎn)、荷包照其他氟（F）冶煉，磷酸和磷肥，氟硅酸鈉等工業(yè)酸、堿、鹽化工，機(jī)械，電鍍，酸雨，造紙，纖維等工業(yè)有機(jī)污染有機(jī)農(nóng)藥農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用酚煉焦、煉油、石油化工、化肥、農(nóng)藥等工業(yè)氰化物電鍍、冶金、印染等工業(yè)石油油田、煉油、輸油管道漏油多環(huán)芳烴類煉焦、煉油等工業(yè)、電子垃圾拆卸，垃圾焚燒有機(jī)洗滌劑機(jī)械工業(yè)、城市污水一般有機(jī)物城市污水、食品加工、屠宰工業(yè)生物污染病原微生物寄生蟲城市污水、醫(yī)院污水、畜禽養(yǎng)殖、廄肥、生活垃圾1.2.1大氣沉降工礦企業(yè)每天向大氣排放大量的粉塵和廢氣；熱電廠、餐飲企業(yè)和家

13、庭每天向大氣排放大量的煙塵；機(jī)動車每天向大氣排放大量的尾氣；大風(fēng)將地表有害的粉塵吹向天空；機(jī)動車在行駛過程中將路面的粉塵拋向天空；每天有大量的粉塵和廢氣排向大氣。而這些物質(zhì)又以降塵的形式或伴隨著降水回到地面，進(jìn)入農(nóng)田 污染土壤。大氣沉降物質(zhì)包括汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鋅(Zn)等重金屬以及二氧化硫、氟化物、氮氯化物、碳?xì)浠衔锏?。有的地方大氣沉降甚至是農(nóng)田土壤污染物的主要來源，如據(jù)天津郊區(qū)農(nóng)田重金屬來源分析結(jié)果，農(nóng)田土壤中Cd和 Pb的90%來自于大氣沉降。大氣污染物沉降所造成的土壤污染具有區(qū)域范圍廣和外源污染的特點(diǎn)。就是說某一個區(qū)域，即使不使用任何污染物質(zhì)，也有可能受周邊大氣污染

14、的影響，以大氣污染物沉降的方式造成土壤污染，酸雨是一種典型的大氣沉降污染。目前，全國近12.1%的國土受到酸雨的影響。1.2.2 洪水沖積礦區(qū)通常都有堆積如山的礦渣堆放場或規(guī)模巨大的尾礦庫，在一些工礦企業(yè)周邊星狀分布著大大小小的渣山或廢水塘，這些含有大量有害物質(zhì)的尾礦、廢渣、廢水，通常只危害當(dāng)?shù)氐乃w和土壤，但一旦遇到暴雨和洪水，大量的有害物質(zhì)就會沖向周邊和下游地區(qū)的農(nóng)田，污染水體和土壤。如2001年6月，廣西壯族自治區(qū)環(huán)江毛南族自治縣遭遇特大暴雨襲擊，環(huán)江河上游的3家選礦企業(yè)尾礦庫潰壩，洛陽鎮(zhèn)、大安鄉(xiāng)、思恩鎮(zhèn)600hm2農(nóng)田被尾礦及廢礦渣淹沒。莊稼大面積死亡，第二年農(nóng)田地莊稼無法生長，嚴(yán)重的

15、地方寸草不生。土壤化驗(yàn)結(jié)果表明，農(nóng)田土壤酸度過大，Pb、Zn、As等元素超標(biāo)。因洪水沖積造成礦區(qū)尾礦庫潰壩或因暴雨造成工礦企業(yè)污水泛濫而導(dǎo)致大面積農(nóng)田土壤污染和灌溉水源的污染的事件時有發(fā)生，也是污染物進(jìn)入農(nóng)田土壤的重要途徑之一。1.2.3 污染物人為直接排放1.2 主要來源我國農(nóng)田污染的主要來源分為三大類：工礦業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源和生活廢物污染源。每一大類中又細(xì)分為不同的種類，具體見圖2-2。圖2-2 我國農(nóng)田污染主要來源圖1.1.2 工礦業(yè)污染源我國工礦業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)田的污染主要分為采礦生產(chǎn)造成的污染和工業(yè)生產(chǎn)造成的污染。（1）工業(yè)生產(chǎn)污染源我國農(nóng)田的工業(yè)污染絕大多數(shù)是由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)在工業(yè)化進(jìn)程中忽視

16、環(huán)境規(guī)劃和治理所導(dǎo)致的，這類企業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)布局分散、規(guī)模小和經(jīng)營粗放等特征，其中大多數(shù)企業(yè)由于技術(shù)工藝落后、設(shè)備簡陋、產(chǎn)品技術(shù)層次不高，經(jīng)營者環(huán)境保護(hù)意識薄弱，只顧眼前經(jīng)濟(jì)利益，缺乏公共責(zé)任意識、管理和各種制度不健全，使有毒有害的污染物排放超過國家允許排放標(biāo)準(zhǔn)。而且，不同種類的工業(yè)集中排污極易造成各種污染物之間的交匯作用，結(jié)果或擴(kuò)大原有污染物的污染能力，或派生出新的污染物，造成環(huán)境污染更加嚴(yán)重。隨著農(nóng)村招商引資力度的加大和城市建設(shè)環(huán)保意識的增強(qiáng)，原來在城市污染嚴(yán)重的企業(yè)乘勢紛紛轉(zhuǎn)向農(nóng)村，落戶農(nóng)村工業(yè)園區(qū)，這些企業(yè)所排放的廢氣、廢水、廢渣對周圍農(nóng)田造成直接或間接的污染，造成土壤板結(jié)、耕作質(zhì)量下降

17、，嚴(yán)重影響了農(nóng)田的耕地質(zhì)量。工業(yè)生產(chǎn)中的廢水主要來源于城鄉(xiāng)工礦企業(yè)廢水和城市污水。工業(yè)廢水中含有大量對人體有害的有機(jī)化合物質(zhì)和重金屬。石油、石化業(yè)的廢水中含揮發(fā)性酚、三氯乙醛、石油類、苯類、多環(huán)芳烴、氰等有害物質(zhì)。他們使農(nóng)田遭到污染或?qū)r(nóng)作物產(chǎn)生直接毒害而造成的減產(chǎn)，雖然可經(jīng)過微生物作用逐步消失，但短期土壤污染的后果也很嚴(yán)重。有些工業(yè)廢水中常含有重金屬元素，如制革廠的含鎘污水，電鍍廠、冶煉廠的含鎳污水，化工、制藥廠的含汞、鉻、鉛、砷污水，這些重金屬在農(nóng)田土壤中積累后難以消除，嚴(yán)重影響作物生長并使農(nóng)產(chǎn)品受污染。眾多廢水未經(jīng)達(dá)標(biāo)就任意排放，使得地表水體及土壤受到污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國廢水排放量達(dá)6

18、18108m3/a（2010年）。僅2010年，全國廢水排放總量為617.3億t，其中工業(yè)廢水237.5億t，生活污水379.8億t。全國工業(yè)廢水中有毒有害物質(zhì)28.5萬t，其中汞1.05t，鎘30.1t，六價鉻54.8t，鉛140.8t，砷118.1t，揮發(fā)性酚966.0t，氰化物241.8t，石油類1.01萬t，氨氮27.3萬t。由于工業(yè)廢水處理能力低下，廢水中有毒有害物質(zhì)排放量很大（表2-2），使土壤及農(nóng)田受到嚴(yán)重污染。表2-2 全國工業(yè)廢水中某些有毒有害污染物排放量年際對比 單位：t年度汞鎘鉻（VI）鉛砷揮發(fā)酚氰化物石油類/萬t氨氮/萬t20015.6110.5121.4489.940

19、8.42445.7899.52.941.320024.8105.6111.1484.8346.221327732.542.120035.584.5103.1568.5373.72245.6638.62.440.42004356.3150.8366.2306.11562.8629.82.442.220052.762.1105.6378.3453.24000573.82.352.520062.649.496.4339.1245.230004571.942.520071.239.369319.7187.42926.33821.734.120081.3639.575.3240.92151916.125

20、61.329.720091.3932.355.4182.2197.31044.62500.9527.320101.0530.154.8140.8118.1966241.81.0127.3工業(yè)生產(chǎn)中有害物質(zhì)通過工礦企業(yè)的煙囪、排氣管或無組織排放進(jìn)入大氣，以微粒、霧滴、氣溶膠的形式飛揚(yáng)，經(jīng)重力沉降或降水沉降至地表造成農(nóng)田土壤的污染。鋼鐵廠、冶煉廠、電廠、硫酸廠、鋁廠、磷肥廠、氮肥廠、化工廠等均可通過廢氣排放和重金屬煙塵的沉降而污染周圍農(nóng)田。這種污染受氣候條件影響，一般常年主打風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)污染比較嚴(yán)重。工業(yè)廢氣沉降物污染中，對土壤危害最大的是黑色金屬和有色金屬冶煉加工業(yè)，每年全國排放量約為16000

21、億m3，占工業(yè)廢氣總排放量的19%。工業(yè)廢氣沉降污染范圍多在排放源的周圍10km左右半徑內(nèi)，主要污染土壤表層。這些金屬不但對農(nóng)田土壤環(huán)境造成污染，而且通過土壤進(jìn)入農(nóng)作物富集，對人體健康產(chǎn)生威脅。工業(yè)生產(chǎn)中的廢渣、選礦尾渣如不加以合理利用和進(jìn)行妥善處理，任其長期堆放，不僅占用大片農(nóng)田，還可因風(fēng)吹、雨淋而污染堆場周圍土壤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1949年，我國工業(yè)廢渣產(chǎn)量只有1140萬t，2001年全國工業(yè)廢渣產(chǎn)量為8.9億t（其中危險廢物952萬t），比1949年增加79倍。工業(yè)廢渣的種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜，產(chǎn)量不一，造成的環(huán)境污染及對人體健康的危害不同。產(chǎn)生工業(yè)廢渣導(dǎo)致農(nóng)田土壤污染的主要行業(yè)有：采掘業(yè)、化學(xué)工業(yè)

22、、金屬冶煉加工業(yè)、非金屬礦物加工、電力煤氣生產(chǎn)、有色金屬冶煉等。這些行業(yè)廢渣中主要包括煤矸石、廢石、尾礦、鋼鐵渣、鉻渣、粉煤灰、電石渣、硫鐵礦渣和堿渣，此外還有熱處理和選礦等過程中產(chǎn)生的含氰廢渣及化工生產(chǎn)中排除的含汞廢渣等，其中鉻渣、汞渣、鎘渣的毒性很大。有害廢渣排放量見表2-3表2-3 化學(xué)工業(yè)有害廢渣排放情況固體廢渣排放量/(萬 t/a)鉻渣12氰渣2汞渣0.8氯乙烯渣0.7砷渣0.5鎘渣0.05（2）采礦生產(chǎn)污染源隨著我國礦山企業(yè)的發(fā)展和建設(shè)，礦山企業(yè)的開采和生產(chǎn)對土壤環(huán)境造成污染越來越嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國工業(yè)固體廢物80%以上來自礦山。由于我國固體采礦、選礦而每年產(chǎn)生的尾礦和排放的廢棄物

23、達(dá)6億噸，這些數(shù)量巨大的尾礦或排放廢棄物利用率較低，并且由于無法及時處理，只能長期堆放，這些尾礦和廢物在風(fēng)化過程中不斷釋放出酸和重金屬，直接引起礦區(qū)及其周圍農(nóng)田土壤的污染。在眾多工業(yè)生產(chǎn)所需的重金屬中，鉛鋅用途最廣泛，廣泛用于電氣工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、軍事工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)和醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域。此外，鉛金屬在核工業(yè)、石油工業(yè)等部門也有較多的用途。世界上80%以上的鉛被用于生產(chǎn)鉛酸電池。鋅是重要的有色金屬原材料，鋅在有色金屬的消費(fèi)中僅次于銅和鋁，鋅金屬具有良好的壓延性、耐磨性和抗腐性，能與多種金屬制成物理與化學(xué)性能更加優(yōu)良的合金。原生鋅企業(yè)生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有：金屬鋅、鋅基合金、氧化鋅，這些產(chǎn)品用

24、途非常廣泛，主要有以下幾個方面：鍍鋅、制造銅合金材料、鑄造鋅合金材料、制造干電池等。由于我國有色金屬產(chǎn)量和對礦產(chǎn)品需求量快速增長，其中，鉛、鋅的消費(fèi)量也增長迅速，加上鉛鋅的廣泛應(yīng)用，我國對鉛鋅礦的開采也逐年增加，同時產(chǎn)生的礦區(qū)土壤及周圍農(nóng)田污染問題也日益突出。并且由于鉛鋅礦在我國東部、中部、西部均廣泛分布（見圖2-3），并且開采過程中會產(chǎn)生含大量重金屬的廢液、廢氣、廢物，從而造成的農(nóng)田重金屬污染也越來越多。江蘇南京棲霞山鉛鋅礦礦區(qū)及其周邊菜園土壤，Pb、As、Cd和Zn三級和二級超標(biāo)率均較高，污染嚴(yán)重；內(nèi)梅羅多因子綜合污染指數(shù)均大于3，達(dá)到重度污染。金屬污染不僅改變了礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤，同時還嚴(yán)

25、重影響了作物的正常生長和品質(zhì)。對云南省蘭坪縣鉛鋅礦周邊蔬菜、水果中Pd、Zn、Cu、Cd的含量及污染狀況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其周邊蔬菜中上述金屬含量大部分超過國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率分別為：66.23%，25.97%，000%，31.17%，污染非常嚴(yán)重。遼寧省鐵嶺柴河鉛鋅礦區(qū)土壤Cd、Pb、Zn元素含量分別為當(dāng)?shù)乇尘昂康?1.4，5，3倍，礦區(qū)玉米籽實(shí)際Pb、Cd含量分別是國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的16-21倍，5.5-9.7倍。鉛鋅礦的開采主要引發(fā)的周圍農(nóng)田土壤污染主要有兩個方面：尾礦和廢棄物擠占土地，經(jīng)風(fēng)化作用直接或間接污染周圍農(nóng)田土壤；尾礦尾渣的粒度小，重量輕、表面積大，堆放時易造成流動和滲漏；

26、并且尾礦成分及殘留選礦藥劑往往含有毒性或放射性，一旦進(jìn)入自然界生物圈循環(huán)，對附近的村鎮(zhèn)、農(nóng)田、水源等構(gòu)成巨大威脅。圖2-3 我國鉛鋅礦資源分布示意圖除采礦過程對農(nóng)田土壤造成污染外，鉛鋅的冶煉過程產(chǎn)生的污染也非常嚴(yán)重。目前，我國鉛鋅工業(yè)發(fā)展仍以粗放型經(jīng)營為主，在我國鉛冶煉新增產(chǎn)能中，50%以上采用落后的燒結(jié)鍋、燒結(jié)盤工藝，這種技術(shù)無法有效回收冶煉煙氣中的硫、砷等元素，以致對環(huán)境的污染十分嚴(yán)重。如沈陽冶煉廠冶煉鋅產(chǎn)生的礦渣主要含Zn、Cd，從1971至1995年，其浸出液中Zn、Cd含量分別達(dá)6600和75mg/L，目前已擴(kuò)散到離堆放場700m以外的范圍。在黔西北典型的土法煉鋅區(qū)調(diào)查的10個土樣中

27、，Pb、Cd含量分別比 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)超出40%和100%，且土法煉鋅每生產(chǎn)1t精鋅，平均產(chǎn)生含塵廢氣10000m3，使當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境嚴(yán)重受污，并且通過大氣沉降作用使得土壤及周邊農(nóng)田受到污染。鉛鋅礦對農(nóng)田土壤的污染具有特征性（如圖2-4），主要特征為：多元素復(fù)合污染、元素賦存形式復(fù)雜、通常疊加化學(xué)藥劑、污染具有累積性和不可逆性及部分礦山伴有放射性污染。圖2-4 鉛鋅礦污染農(nóng)田土壤污染特征圖（1）多元素復(fù)合污染鉛鋅礦區(qū)農(nóng)田土壤污染常表現(xiàn)為以Pb、Zn、Cd、Cu、Hg和類金屬元素As為主的多種金屬復(fù)合污染，其中尤以Pb、Cd、As的污染為重，主要是由河水污灌和尾礦砂直接影響所致。就污染

28、程度而言，尾砂直接污染土壤較河水污染土壤嚴(yán)重。礦區(qū)重金屬元素兩兩之間存在著極顯著或顯著相關(guān)性，可證明礦區(qū)存在重金屬不同程度、不同組合的復(fù)合污染類型。有研究顯示，在鉛鋅礦區(qū)土壤中CdPb、CdZn、HgAs、HgCu、HgPb、HgZn、AsPb、AsZn、CuPb、CuZn、PbZn存在極顯著相關(guān)性；CdHg、CdAs、CdCu、AsCu存在顯著相關(guān)性。（2）元素賦存形式復(fù)雜重金屬在環(huán)境中危害生物的程度，不僅取決于其總量，更大程度上是受其存在形態(tài)的影響，不同的存在形態(tài)決定了重金屬在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化（如圖2-5），從而表現(xiàn)出不同的生物可利用性。其中可溶態(tài)、可交換態(tài)較易于被植物吸收，對農(nóng)作物危害

29、大；碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、原生硫化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)在環(huán)境條件改變的情況下可對環(huán)境造成二次污染，對生物產(chǎn)生一定的危害作用；殘?jiān)鼞B(tài)其活性最小，只能通過漫長的分化過程而釋放，而分化過程是以地質(zhì)年代計(jì)算的，相對于周圍環(huán)境而言，殘?jiān)鼞B(tài)基本上不起作用，因而毒性最小。Pb、Zn等重金屬在環(huán)境中易發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化物，也可與一些無機(jī)酸反應(yīng)生成硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽等沉淀物，從而積累于土壤中；Cd在土壤中的存在形態(tài)與土壤pH值和Eh值（氧化還原電位）相關(guān)，當(dāng)土壤pH值呈堿性時，Cd易形成沉淀物質(zhì)從而積累與土壤中。重金屬在不同條件下可作為中心離子與陰離子或簡單分子形成配位絡(luò)合物，也可以與有機(jī)物形成鰲合

30、物，因此多種金屬復(fù)合污染的土壤中金屬的賦存形式具復(fù)雜性。圖2-5 重金屬形態(tài)的相互轉(zhuǎn)化圖（3）通常疊加化學(xué)藥劑的污染殘留在尾礦中的選礦藥劑，在其長期堆存過程中會受到外界環(huán)境作用和自身相互作用產(chǎn)生有害氣體和有毒酸性水，水中常含有氯化物、硫化物、氰化物、氟化物、表面活性劑等；此外，大量的藥劑進(jìn)入到尾礦壩底部，在滲漏水淋溶的作用下乳化、分散、增容并向下遷移，可能影響到整個生態(tài)系統(tǒng)。（4）具有累積性和不可逆性重金屬污染具有隱蔽性，在短時間內(nèi)往往難以發(fā)現(xiàn)，如長豇豆在礦山污水的農(nóng)田污灌區(qū)能正常生長且在土壤受到Cd、Pb和Zn嚴(yán)重污染的情況下仍能夠形成約2kg/m2的產(chǎn)量。重金屬污染具有累積性，遺留的鉛鋅礦

31、渣堆因雨水的淋溶作用，加上自身酸化作用，隨堆存時間延長，礦渣堆表層（10cm）的重金屬含量將減少，但下層（60cm）含量卻顯著增加。在長達(dá)100年的礦渣堆中，表層鉛含量為57551mg/kg，但其下層含量卻達(dá)到514457mg/kg；與存放時間較短的礦渣堆相比，其可活性鉛含量也較高。另外，重金屬污染是一種不可逆的污染過程，其可遷移性差且不能降解，因而會在生態(tài)系統(tǒng)中不斷積累，毒性不斷增強(qiáng)，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化，并通過在農(nóng)作物中富集影響人體健康。（5）部分礦山伴有放射性污染鉛鋅礦開采、冶煉和加工過程中，排放含有放射性物質(zhì)的廢渣、廢氣、廢水，使礦區(qū)周圍的放射性環(huán)境嚴(yán)重惡化。研究表明，鉛鋅礦開發(fā)利用

32、中釋放的天然放射性核素鈾是造成環(huán)境土壤放射性污染的主要因素。臨湘桃林鉛鋅礦6501洞的天然輻射總量及、4種射線的測定結(jié)果顯示，該礦洞放射線劑量明顯偏高。1.1.2 農(nóng)業(yè)污染源農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程包括用肥、用藥、灌溉和覆膜，化肥農(nóng)藥的不合理使用，污水灌溉，農(nóng)膜及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢物不當(dāng)處理都會造成農(nóng)田污染。（1）化學(xué)肥料我國是世界上最大的化肥使用國，目前，化肥年使用量已達(dá)4637萬t，占世界化肥施用總量的35%，并且化肥的使用量還在逐年增加（圖2-6）。另外，我國化肥有效利用率相對較低，僅30%左右。未被吸收的氮、磷元素，除部分被土壤吸附存留于土壤中外，大部分則通過地表徑流、農(nóng)田排水進(jìn)入地表和地下水體，導(dǎo)

33、致水體富營養(yǎng)化和其他水體污染。目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用肥料的問題可概括為“三重三輕三低”，即重化肥，輕有機(jī)肥，肥料利用率低；重用地，輕養(yǎng)地，土壤有機(jī)質(zhì)低；重產(chǎn)出，輕投入，施肥效益低。圖2-6 我國1949-2000年糧食產(chǎn)量與與農(nóng)用化肥施用量化學(xué)肥料對農(nóng)田的污染包括個兩個方面：一是某些用于生產(chǎn)化肥的原料中所伴生的天然重金屬物質(zhì)在化肥生產(chǎn)過程中未被完全清除，導(dǎo)致化肥中含有重金屬而污染土壤。在部分磷肥中存在這種現(xiàn)象，如有學(xué)者認(rèn)為2013年湖南的 (鎘米) 事件主要是農(nóng)田使用的磷肥中鎘含量超標(biāo)，吳卓耕等人的分析結(jié)果也表明土壤鎘含量高與長期大量施用磷肥有直接關(guān)系；二是過量使用化肥和化肥與有機(jī)肥比例失衡造

34、成大量的NH4+、K+和土壤膠體吸附的Ca2+、Mg2+等陽離子發(fā)生交換，使土壤膠體分散，結(jié)構(gòu)被破壞，造成土壤板結(jié)、硬化和肥力下降并且改變了土壤微生物環(huán)境，或因土壤環(huán)境的改變加劇土壤中有害重金屬物質(zhì)活化，從而危害農(nóng)作物。（2）化學(xué)農(nóng)藥“九五”期間，中國農(nóng)業(yè)使用的農(nóng)藥量每年基本穩(wěn)定在23萬t左右，其中殺蟲、殺螨劑占62%，殺菌劑占21%，除草劑占17%，殺鼠劑和植物生長調(diào)節(jié)劑占很小的比重。而目前，中國農(nóng)藥產(chǎn)量躍居世界第二位，并且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不夠合理、質(zhì)量不高，產(chǎn)品中殺蟲劑占70%，殺蟲劑中有機(jī)磷農(nóng)藥占70%，有機(jī)磷農(nóng)藥中高毒品種占70%。農(nóng)田施用農(nóng)藥后，一部分被作物吸收之外，大部分通過降水、灌溉和耕

35、作進(jìn)入土壤，造成農(nóng)田污染。隨著用藥量和次數(shù)的相應(yīng)增加，部分農(nóng)藥殘留量也進(jìn)一步提高，并在農(nóng)田中形成堆積效應(yīng)，抑制了土壤中的硝化細(xì)菌、根瘤菌和根際微生物的生命活動，抑制了氨化作用、硝化作用以及微生物的呼吸作用，從而對生物體產(chǎn)生不良影響。其中，一些含Pb、Hg、As的農(nóng)藥不僅污染表層土壤，甚至涉及4050cm深的土層，且穩(wěn)定性較強(qiáng)，全部降解需2030年之久。我國農(nóng)藥不合理使用現(xiàn)象嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在3個方面：一是違規(guī)使用高毒高殘留農(nóng)藥；二是過量使用農(nóng)藥，三是在不適宜的時間使用農(nóng)藥。農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)保產(chǎn)增產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，但不合理使用農(nóng)藥所造成的土壤污染問題日益突出，目前全國受農(nóng)藥污染的農(nóng)田土壤已達(dá)933萬h

36、m2。（3）污水灌溉我國是一個水資源相對缺乏的國家,水資源短缺和污染問題尤為突出。一方面，工業(yè)發(fā)展離不開水，而農(nóng)業(yè)更需要水，工農(nóng)業(yè)爭水問題越來越成為社會發(fā)展的制約因素，特別是在我國北方的干旱和半干旱地區(qū)；另一方面工業(yè)、城市又排放大量的污水，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)大量水源。因此，對污水的再生利用是開源節(jié)流、減輕水體污染程度、改善生態(tài)環(huán)境、解決缺水問題的有效途徑之一。這也是我國許多地方特別是北方地區(qū),使用污水灌溉勢的原因。但是，由于污水處理能力低及環(huán)保意識淡漠，且污水成分復(fù)雜，帶來一系列的農(nóng)田水土環(huán)境、生態(tài)安全等問題。我國的污水灌溉歷史可分為自發(fā)階段、初步發(fā)展階段、迅速發(fā)展階段、穩(wěn)定發(fā)展階段。從地域分

37、布上，污灌農(nóng)田主要集中在北方水資源嚴(yán)重短缺的海、遼、黃、淮4大流域，約占全國污水灌溉面積的85%（污灌區(qū)分布見圖2-7）。圖2-7 我國主要污灌區(qū)分布圖我國1999年之前曾兩次進(jìn)行污灌區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示有污灌區(qū)60個；通過查閱1989-2011年污灌區(qū)相關(guān)文獻(xiàn)得到，我國已報道的污灌區(qū)有131個，較之前數(shù)據(jù)調(diào)查增加了1倍，這些污灌區(qū)一部分是1999年以后新增的，還有一部分是調(diào)查時因某些原因未統(tǒng)計(jì)入庫的。污灌區(qū)的增大同時意味著污灌區(qū)面積的增大，新增的71個污灌區(qū)中，有28個污灌區(qū)有確切的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其面積之和為28.16萬hm2，其余43個污灌區(qū)面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果如按照每個污灌區(qū)面積0.05萬hm2

38、，則全部新增面積為30.3萬hm2。我國的污水灌溉與世界發(fā)達(dá)國家相比有其明顯的特殊性。首先，污灌水質(zhì)低劣，美國、日本、以色列等國家的污灌水基本以處理達(dá)標(biāo)后的再生水為主，水中有害物質(zhì)含量低，而我國由于污水處理設(shè)施量少、技術(shù)水平低，經(jīng)費(fèi)投入不足，運(yùn)行率低，管理不到位等問題導(dǎo)致污灌水質(zhì)污染物超標(biāo)嚴(yán)重，長期采用此類污水灌溉，必然會對農(nóng)田質(zhì)量產(chǎn)生危害。據(jù)不完全調(diào)查，目前因污灌污染耕地達(dá) 216.7 萬 hm 2 ，約占污灌總面積的54.94%。其次，由于污水以匯合排放為主，導(dǎo)致污灌水中成分復(fù)雜，從而使污灌區(qū)土壤也常出現(xiàn)復(fù)合污染，如天津武寶寧污灌區(qū)，北京污灌區(qū)，遼寧省張士、山西的太原、甘肅張掖污灌區(qū)等。第

39、三，污灌點(diǎn)數(shù)量進(jìn)一步增加，近年來隨著城市化進(jìn)程的加快及污染產(chǎn)業(yè)向中、小城市轉(zhuǎn)移，礦山開采加速，導(dǎo)致工、礦廢污水排放量日益增多且呈現(xiàn)點(diǎn)多面廣的趨勢，由此也引起了污灌點(diǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)大。污水灌溉對農(nóng)田的污染主要體現(xiàn)在對農(nóng)田土壤環(huán)境的影響和對農(nóng)作物的影響。污水灌溉對農(nóng)田環(huán)境的影響污水灌溉對農(nóng)田環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在污染物在土壤中的殘留、累積。許多研究表明，污灌區(qū)土壤中的重金屬和有機(jī)污染物含量明顯高于背景值甚至超過國家標(biāo)準(zhǔn)，形成了不同程度的土壤污染，且隨著灌溉時間的增長呈逐漸加重的趨勢。白銀市污水灌溉區(qū)農(nóng)田土壤Cu、Pb、Zn、Cd、As已嚴(yán)重超標(biāo),使土壤受到重金屬的嚴(yán)重污染；沈陽市郊某污灌區(qū)經(jīng)過10年左右

40、的停灌和灌渠改造等措施，該區(qū)污灌稻田土壤表層Cd含量仍然較高，污染程度仍處在停耕前水平；研究表明污水灌溉是造成土壤污染的主要原因，土壤中的污染物與灌溉水中污染物基本一致，污灌水中重金屬Hg、Cd、Pb含量的高低與相對應(yīng)的灌區(qū)土壤中重金屬的累積量的多少基本一致。污水灌溉中污染物對農(nóng)田環(huán)境的影響還表現(xiàn)在對生物群落的影響上。赤峰市郊區(qū)污灌區(qū)土壤，蔬菜，地下水中細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、腸道致病菌的檢出高于清灌區(qū)；含油污水灌溉會刺激土壤中好氧異養(yǎng)細(xì)菌(AHB)和真菌的生長；灌會改變土壤中固氮細(xì)菌的種群數(shù)量和多樣性，且這一現(xiàn)象在土壤表層尤為明顯。污水灌溉對農(nóng)作物的影響污水灌溉對作物的影響主要包括污灌對作物品質(zhì)

41、、生態(tài)指標(biāo)、酶活性的影響以及污染物在作物體內(nèi)的積累等方面。污灌對于作物品質(zhì)的影響,目前看法不一。有研究表明，污水灌溉對冬小麥和茄子的生長和產(chǎn)量污；而大部分研究結(jié)果為污灌會降低作物的品質(zhì)。對污灌區(qū)葉菜類和根菜類的營養(yǎng)品質(zhì)(粗纖維、粗蛋白、還原糖)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，含量明顯低于清灌區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)；利用水培方式研究污水直接灌溉對小麥根系及幼苗生長影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)污灌脅迫條件加速了小麥幼苗綠葉和根系的衰亡，并使根系活力明顯下降。污水澆灌的小麥幼苗與對照組相比：植株矮小、根短、根數(shù)目少，莖、葉、根的干重、鮮重和可溶性蛋白含量均明顯降低，并出現(xiàn)葉尖枯黃，葉片色素含量下降，MDA水平上升，SOD、POD和CAT

42、活性顯著下降；在北京東郊進(jìn)行田間試驗(yàn)，結(jié)果表明污水灌溉抑制了夏玉米的生長發(fā)育，使夏玉米株高和葉面積指數(shù)受到影響，產(chǎn)量和干物質(zhì)量明顯減少。污灌區(qū)的許多作物出現(xiàn)重金屬和有機(jī)化合物累積和超標(biāo)的現(xiàn)象。銀川某污灌區(qū)生產(chǎn)大米中鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過國家對食品中鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)規(guī)定的最高限定值10倍，已經(jīng)不能食用；山東小清河小麥和蔬菜中各檢出有機(jī)化合物34和32種；對我國幾個典型重工業(yè)區(qū)和污灌區(qū)木本植物、水生或濕地植物、農(nóng)作物以及蔬菜、雜草的重金屬污染狀況進(jìn)行野外調(diào)查與采樣分析。結(jié)果顯示濕地植物對Zn、Ni、Cd的吸收累積明顯高于水生植物；蔬菜和水稻對Cd、Cr、Zn的吸收累積量較高。某種水生植物對Zn的吸收富集能力甚至已經(jīng)達(dá)到重金屬超富集水平，為污染土壤的植物修復(fù)提供了可能。鞍山宋三灌區(qū)由污水直接灌溉的葉菜類污染較重，而經(jīng)過土壤過濾和與污水接觸不十分緊密的地下莖類菜稍有污染，生長在枝條上的果類菜基本上沒有受到影響。(4)農(nóng)業(yè)固體廢物農(nóng)田固體廢棄物主要來自以下幾個方面：一是農(nóng)田和果園的殘留物，如秸稈、雜草、落葉、藤蔓等；二是牲畜和家禽糞便以及相應(yīng)的鋪墊物；三是農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物。這幾種廢棄物均對土壤造成或多或少的危害。殘留物對農(nóng)田的污染我國是農(nóng)業(yè)大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年產(chǎn)生各種農(nóng)作物秸稈有6億多t、其中水稻1.68億t、小麥1.06億t、玉米1.21億t。20世紀(jì)80年代以來，農(nóng)村的能源結(jié)