北方主要農產地土壤污染風險評估與綜合防治戰略

李瑞，席北斗，姜玉, ，許錚, ，李鳴曉，郝艷，孟繁華，高紹博，陳雷, ，朱驪旭

（1. 中國環境科學研究院，北京 100020；2. 上海大學，上海 200444；3. 吉林建筑大學，長春 130118；4. 吉林省人大環境與資源保護委員會，長春 130000）

一、前言

近年來，隨著我國城市化和工業化的發展，“湖南Cr大米”“海南毒缸豆”等污染事件層出不窮，農田土壤重金屬污染越發嚴重[1～3]。2016年國務院在《土壤污染防治行動計劃》中指出以農用地為重點，開展土壤污染狀況詳查。2017年10月，黨的“十九大”報告進一步提出強化土壤污染管控和修復，堅持源頭防治，實施重要生態系統保護和修復重大工程，完成生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界三條控制線劃定工作。東北及黃淮海平原是我國最大的兩座“糧倉”，其生態環境安全在農業資源可持續發展方面具有重要的戰略地位。農產品產地土壤污染防治是保護生態紅線、保障永久基本農田的必要條件，更是打好防范化解重大風險、精準脫貧、污染防治三大攻堅戰的重要保障。相關資料表明，三江、松嫩、淮北平原土壤重金屬點位超標率相對較低，分別為1.35%、0.81%、0.62%；海河、遼河、黃泛平原點位超標率相對較高，分別為4.28%、3.70%、2.10%。東北及黃淮海平原農產品產地土壤主要超標重金屬污染物依次為 Cd（1.18%）、Hg（0.40%）、Cu（0.17%）、As（0.11%）。北方主要農產品產地土壤重金屬超標問題較為突出的區域主要位于遼河平原東部、南部，以及海河平原京津冀交匯區。Cd超標點位集中分布在遼河平原的沈陽市和錦州市，海河平原天津市，黃泛平原濟源市、新鄉市、安陽市；Hg超標點位集中分布在海河平原天津市、北京市。

土壤重金屬污染及其潛在風險是目前環境科學和醫學領域關注的熱點。目前，大部分關于重金屬生態風險評價的研究還停留在理論框架和技術路線探討階段，相關應用研究案例聚焦于生態環境中重金屬的測定或簡單的風險指數計算，生態風險的判定結果存在眾多不確定性因素。地質累積指數法、單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法或基于人體健康的風險評價等較為常用的土壤重金屬污染風險評價方法，沒有考慮生物特性對重金屬毒性的響應特征。瑞典著名地球化學家Hakanson提出的基于土壤重金屬的性質及環境行為特點的潛在生態指數評價方法[4,5]，從沉積學、生態學角度出發，綜合考慮土壤重金屬含量及其生態效應、環境效應、人體毒理學效應[6,7]，對土壤重金屬污染風險等級進行評價，可作為北方農產品產地環境污染綜合防治戰略的重要依據。

本研究依托中國工程院咨詢項目“中國農業資源環境若干戰略問題研究”，旨在系統分析我國北方主要農產品產地土壤污染風險現狀、趨勢與成因，提出具有針對性的治理模式，形成我國北方農產品產地污染綜合防治戰略，為我國北方主要農產品產地土壤污染風險管控提供參考。

二、數據來源與研究方法

本研究收集了2008—2014年東北及黃淮海平原農產品產地土壤8種重金屬Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni單因子污染指數評價結果數據，數據來源于農業、環保等相關土壤環境監測單位，共31 229個監測點位。

本研究依據Hakanson提出的土壤重金屬潛在生態指數評價方法，綜合考慮土壤重金屬含量及其生態效應、環境效應、人體毒理學效應，對土壤重金屬污染風險進行評價。

本研究綜合考慮土壤超標污染物與各類污染源之間的相關性、污染源規模、距離、污染物排放量及環保配套設施建設情況，通過多指標綜合評價法及衛星遙感數據檢索，追溯統計土壤重金屬超標點位附近的潛在污染源，分析環境問題成因。

三、結果與討論

（一）北方主要農產品產地土壤污染風險評價

北方主要農產品產地土壤重金屬Cd高等污染風險區域主要集中分布于遼河平原東部的沈陽市，以及平原南部的錦州市、葫蘆島市。Cd高等污染風險區域面積在遼河平原、黃泛平原、海河平原、三江平原分別占4.26%、0.18%、0.16%、0.25%，中等污染風險區域面積分別占11.40%、9.44%、9.26%、1.75%。三江平原雙鴨山市土壤重金屬Cd含量平均值為0.10 mg/kg，無明顯超標，但Cd污染風險呈上升趨勢。天津市郊農田7.6%的土壤監測點位Cd污染風險較高。新鄉市農田土壤Cd污染風險較高，點位超標率為63.60%。沈陽市、錦州市土壤Cd污染風險不容忽視。

土壤重金屬Hg高等污染風險區域主要分布于海河平原北京市、天津市，遼河平原沈陽市周邊，高等污染風險區域面積在海河平原、遼河平原分別占1.93%、1.42%，中等污染風險區域主要分布于遼河平原東南部錦州市、遼陽市、沈陽市，海河平原天津市、唐山市、安陽市，淮北平原北部洛陽市、濟源市、平頂山市周邊，風險區域面積在海河平原、遼河平原、淮北平原、黃泛平原分別占4.99%、9.92%、3.11%、1.32%。北京市土壤Hg元素污染風險呈上升趨勢。相比于2006年，2009年北京順義區土壤中的Hg元素含量有明顯升高，且在調查結果中顯示其生態風險系數高區域與污灌范圍明顯關聯[20]。天津市Hg污染風險不容忽視。2005年天津市西青區農產品產地土壤環境質量的研究結果發現，重金屬Hg在該區域僅存在一個點位處于中等生態風險水平，其他均處于輕微生態風險水平。據沈陽市農田土壤與污灌區土壤環境質量監測結果顯示，2005—2008年， 土壤總汞含量均值超出背景值80%，重金屬汞點位的超標率為2.5%。

（二）北方主要農產品產地土壤污染成因分析

北方主要農產品產地最重要潛在污染源為化工行業，金屬冶煉加工業是三江平原的重要潛在污染源，其相對貢獻率為29%；畜禽養殖業是松遼黃三個平原的重要潛在污染源，分別占17%、17%、16%；煤炭產業是海河平原的重要潛在污染源，占20%；金屬冶煉加工業以及畜禽養殖業是淮北平原重要潛在污染源，占比約為16%。

塑料廠、紡織廠、電鍍廠、化肥廠、制藥廠是導致沈陽市土壤Cd、Hg超標及高風險的最主要潛在污染源。化工廠、金屬制造廠、紡織廠是導致天津市土壤Cd、Hg超標及高風險的最主要潛在污染源。紡織廠、冶金廠、塑料廠是導致錦州市土壤Cd超標及高風險的最主要潛在污染源。冶金廠、化工廠是導致濟源市土壤Cd超標及高風險的最主要潛在污染源。冶金廠、電鍍廠、制藥廠是導致安陽市土壤Cd超標及高風險的最主要潛在污染源。制藥廠、畜禽養殖業是導致新鄉市土壤Cd超標及高風險的最主要潛在污染源。電鍍廠是導致北京市土壤Hg超標及高風險的最主要潛在污染源。上述潛在污染源由于環保配套設施缺失或運行監管不當，近年來引發的環境污染事件屢見不鮮。污染物一旦在源頭失去控制并進入環境介質，造成的風險和處理成本是巨大的。加強污染源的監督監管，從源頭上防患于未然，是農產品產地環境保護的首要重任。

（三）北方主要農產品產地土壤污染防治戰略

1. 總體思路

以“堅守生態紅線、強化風險管控”為準則，統籌部署“天地一體化”農產品產地環境監測體系。以“環保督查常態化”為契機，落實工礦企業清潔生產，推進畜禽養殖污染綜合治理。因地制宜，實施“一區一策”污染防治策略；循序漸進，率先開展天地一體化監控預警、生態環境良好農產品產地土壤環境保護等重點工程。

2. 分區防治對策

東北平原廢水Cd、Hg排放總量不高（分別占全國0.36%、1.12%），工業污染治理投資力度相對較低（占全國6.52%），土壤重金屬高污染風險市縣個數相對較少（20個），宜采用經濟性高、環境擾動小、污染風險低的防治和修復技術。對Cd、Hg超標地塊種植富集能力較強的植物，例如野古草、大米草等，使土壤中重金屬污染物不斷向植物中轉移，凈化后土壤可逐步恢復玉米、小麥等對重金屬不敏感的農作物種植或永久退耕。中等、低等污染風險市縣個數共計76個，但監測點位無超標現象，應以預防為主，采取保育措施。嚴控化肥、飼料添加劑含量，倡導生產種植有機農產品，重點保護三江平原土壤環境質量。對遼河流域及松花江流域水質較差水體優先啟動河道生態濕地治理工程，提高水體自凈能力。

黃淮海平原廢水Cd、Hg排放總量較高（分別占全國7.81%、17.80%），工業污染治理投資力度相對較高（占全國28.50%），土壤重金屬高污染風險市縣個數相對較多（36個）。應在精準測算高污染風險區域和重污染農田面積及土方量的基礎上，對高污染風險、重污染地塊在休耕季節進行客土更換，被置換的污染土壤應采取異位淋洗或固化穩定化技術處理。土壤淋洗液可送往周邊工業園區廢水處理設施集中處理，或新建污水處理設施就地處理；經重金屬固化穩定化或淋洗處理后的土壤可參照相關標準資源化應用于填埋場覆土、礦坑修復、建材。黃淮海平原土壤重金屬中等、低等污染風險市縣共計239個，監測點位無超標現象，中等、低等污染風險區域應進一步強化監管、防患于未然。開展黃淮海平原重點流域重金屬污染防治專項規劃編制工作。科學劃定污染控制單元，統籌防治地表水、地下水、近岸海域等各類水體污染。加強南水北調工程沿線環境保護，著力推進工業節水及清潔生產。

（1）三江平原

三江平原1990年的農藥用量為1.55 kg/hm2，1994年增至2.08 kg/hm2，平均每年增加0.13 kg/hm2。雖然該區使用的農藥多是高效低毒、低殘留的農藥，但是其中有些農藥所含雜質或代謝物成分的毒性卻很強，長期大量的使用仍會對該區的農業土壤環境和生態系統的健康構成威脅。因此，需根據該區生態環境現狀，推廣生態農業建設，建立綠色食品和有機食品基地，綠色食品生產宜采用生物防治技術；推廣施用有機肥、復合肥和生物肥，避免或最大程度限制化學合成肥、化學農藥、植物生產調節劑等的使用；建立廢棄農膜回收和加工企業，促進殘膜回收；加大環保投資力度及執法力度，鼓勵工業企業實行清潔生產，加強“水、土、氣、生、人”等環境要素的質量監測，開展“三廢”綜合利用，實現“三廢”資源化；建立三江平原自然保護區和生態功能保護區，采取生物與工程相結合的措施，完善現有防護林體系，嚴禁開墾濕地，形成合理的農林牧業結構；加強生態環境較好耕地區域的保育，通過加強區域環境污染綜合治理實現區域生態環境的健康發展。

（2）松嫩平原

松嫩平原主要生態環境污染嚴重，包括大氣污染、水體污染、土壤污染、生物污染；水土流失嚴重，地力普遍下降；林地面積減少，自然災害增多；自然資源利用不合理。應做好流經松嫩平原農區的松花江、嫩江等江河的污染防治工作，嚴格控制沿江工業企業向江內排放各種污染物，強化城市污水的處理技術、處理能力、處理水平；科學利用污水，加強對再生水資源以及污泥的管理，加強污灌區農業環境質量的監測和科學管理工作；對病蟲害要進行綜合治理，有組織地協調應用多種防治技術，重點發展生物防治，以控制農藥污染。建立健全農村環境保護機構，實行行政、經濟和法制的綜合管理，堅決制止排放劇毒污染物、強致癌物和嚴重污染環境的項目，嚴格控制小電鍍、小石棉、小造紙、小冶金、小化工等重點污染行業的發展，對污染源進行監督，充分利用經濟杠桿作用對“三廢”綜合利用。根據農業持續發展和地力下降的現狀，補償更新土壤有機質，增施有機質，秸稈還田，使用草炭，種植綠肥等。

（3）遼河平原

遼河平原存在點源污染與面源污染共存、生活污染和工業污染疊加、各種新舊污染相互交織、工業及城市污染向農村轉移等問題，導致農業環境惡化。至2015年，遼河平原8個主要灌溉區農業使用城市和工業污水灌溉，面積達6.7×104hm2。遼寧人均耕地少，化肥、農藥、農膜等農業投入品的大量投入，以及過度利用和有機肥施用不足，導致農田質量下降，農業環境和農產品污染程度加劇。規模化畜禽養殖污染，包括畜禽濫用藥和糞便亂排放，造成耕地面源污染，給畜禽和作物農產品質量帶來安全隱患。

首先，遼河平原應轉變農業生產方式，建設環境友好型農業和循環農業。其次，建立健全生態環境監測預警體系，加強農業環境保護執法檢查力度。其次，建議加強環境綜合治理，將農業環境保護納入環保工作重心。通過環境綜合治理，改善空氣、水源和耕地質量，實現工業與農業、種植業與旅游業、人與自然的和諧發展。

（4）海河平原

海河平原農產品產地土壤環境問題較為突出的區域主要分布在北京市、天津市，以及河北部分工業發展較為迅速的城市，污水灌溉、散亂污工礦企業是環境污染風險的主導因素。隨著近年來的氣候條件變化和環境污染，海河流域生態環境質量快速下降，水資源開發開采過度，河道干涸、水體污染、地表沉降、海水入侵等生態問題不斷發生，損害了部分地區人民群眾的環境權益，制約了海河流域經濟社會健康發展。

首先，建議在海河平原進一步加強、健全環保法制體系，從源頭上嚴格控制污染。健全海河平原農產品產地環境保護規劃體系，發揮引領約束作用。完善監測預警管理，主動防范環境風險。構建“水、土、氣、生、人”一體化監測站網體系，建立常規與自動相結合、定點與機動相結合、定時與實時相結合的監測模式，實現水環境監測及時、準確、有效。其次，建設生態補償機制，促進源頭生態保護，實現從源頭上保護生態環境。最后，加強區域部門協作，有效開展應急管理。要不斷健全完善區域、部門之間環境保護協作機制。建設突發環境污染處置管理平臺，實現環境污染事件風險源空間信息、風險等級信息、風險預警信息的共享查詢。

（5）黃泛平原

黃泛平原土壤環境污染突出問題主要分布在濟源市、新鄉市、安陽市等地，污染源類型多樣，點源面源污染形式復雜。首先，應系統開展黃泛平原農用地土壤污染狀況詳查，按照“統一規劃、整合優化”的原則，布設土壤環境質量國家級監測點位，開展土壤污染治理與修復試點示范。其次，應完善黃泛平原農產品產地法律標準體系，通過制定農產品產地土壤、大氣、水污染防治相關法律法規、部門規章、標準體系等，在“水、土、氣十條”的大背景下，明確落實地方政府主體責任，形成政府主導、公眾參與、社會監督的環境污染防治格局。最后，應加強農藥、化肥、種子等農業投入品的監督管理，杜絕高毒、高殘留農藥、化肥、飼料等不合格農資在市場上的流通，推廣新型農資替代品，降低農業投入品對農產品的污染。

（6）淮北平原

淮北平原土壤環境污染突出問題主要分布在洛陽市、信陽市、鄭州市等地，隨著淮北平原工業化、城市化水平不斷提高，環境問題正日趨嚴重，農業生態環境不斷惡化。以城市為中心的工業污染仍在發展，并向農村蔓延；化肥和農藥的大量施用，導致農業非點源污染日趨嚴重；人們對資源的需求和消耗日益增大，人口、資源和環境之間的矛盾日益尖銳；在資源開發過程中忽視了生態保護。按照農業部、財政部《關于印發〈農產品產地土壤重金屬污染綜合防治實施方案〉的通知》等國家相關文件的要求，開展淮北平原農產品產地土壤重金屬污染調查、監測和評價，推進農產品產地土壤重金屬污染修復試驗區建設，探索不同類型污染源、不同作物種植結構和不同作物品種的修復方法和技術。建立重點區域、重點流域農業生態環境質量評價模型，開展生態環境質量評價。強化農科教結合，加大科技創新力度，著力破解農作物秸稈綜合利用、農業面源污染防治等亟待解決的難點、焦點和熱點問題。促進農耕農藝農機技術結合、新品種新技術新模式協調、良種良法良制配套。強化技術培訓，推廣應用規范、成熟的現代生態農業模式及技術。

3. 重大工程建議

（1）“天地一體化”農產品產地環境監控預警平臺

集成衛星和無人機航空遙感技術、土壤環境原位在線監測技術、土壤樣品快速精準分析技術、土壤污染物模擬預警技術，構建地面環境監測網點與數據傳輸系統，建立農產品產地“天地一體化”環境監測及“物聯網+”大數據分析預警平臺，重點監測農產品產地“水、土、氣、生、人”五要素與污染源，整合農產品質量與流通、化肥農藥飼料施用情況信息數據。

（2）京津冀地區農產品產地環境污染綜合防治

2015年京津冀地區廢水排放總量為5.553×109t，占全國7.55%。其中，廢水中化學需氧量（COD）排放總量為1.579×106t，Hg排放總量為174.8 kg，Cd排放總量為16.2 kg，Pb排放總量為437.1 kg。2014年京津冀地區有涉水工業企業約1.53萬家，其中化工行業污染源對農田土壤污染的相對貢獻率最高（51%），其次為畜禽養殖業（27%）、金屬冶煉加工業（9%）、電鍍業（7%）。京津冀污染源點多面廣，單位面積涉水工業污染源密度是全國平均水平的5.4倍，40%的地下污染源周邊存在地下水污染。區域地下水質Ⅳ～Ⅴ類比例約占78%；重金屬污染淺層地下水指標主要以As、Pb、Cd為主，污染比例為7.98%；淺層地下水揮發性有機物污染比較嚴重，污染比例為29.17%。

首先，建設京津冀區域環境質量動態監測網絡，按照統一規劃、統一監測、統一評價的原則，實行農作物和土壤環境質量協同監測，界定京津冀農產品產地污染區，識別重點污染行業，全面分析京津冀地區農產品產地污染時空分布及變化趨勢。開展農產品質量全程追蹤監控工程示范。

其次，開展化工行業、金屬冶煉加工業、電鍍業、畜禽養殖業、垃圾填埋場等重點污染源在線監控預警。推進化工、冶金行業清潔生產，淘汰落后工藝，鼓勵技術改造，減少有害重金屬源頭排放量，提高有害金屬回收率。

最后，開展土壤污染來源及演化過程、污染物在不同土壤母質中的吸收遷移轉化規律、污染物賦存形態對農產品質量及環境風險的影響等基礎科學研究，研發、推廣、應用經濟高效的污染土壤原位/異位修復技術，通過濕地重建提高環境凈化能力。

（3）生態環境良好農產品產地土壤環境保護

目前，我國北方主要農產品產地局部土壤污染風險較高，但大部分區域土壤環境質量良好，需重點保護土壤污染低風險區域生態環境。建設土壤質量保育示范工程。通過增施有機肥、種植綠肥提高土壤有機質含量和環境容量。在東北老工業基地振興發展的同時，嚴格把控工礦企業污染源準入門檻及污染物排放。在秸稈及畜禽養殖集中區建設有機肥生產基地，在秸稈及畜禽養殖分散區建設小規模有機肥堆漚池（站），鼓勵秸稈粉碎深翻還田、秸稈免耕覆蓋還田、糧豆輪作、糧草（飼）輪作，推廣深松深耕和水肥一體化技術。

四、結語

（1）北方主要農產品產地土壤重金屬污染高風險較為突出的是Cd、Hg，土壤重金屬Cd高等污染風險區域主要集中分布于遼河平原東部的沈陽市，以及平原南部的錦州市、葫蘆島市；土壤重金屬Hg高等污染風險區域主要分布于海河平原北京市、天津市，遼河平原的沈陽市周邊。

（2）對六大平原主要潛在污染源占比進行統計分析，各平原的最主要潛在污染源均為化工行業。其次，金屬冶煉加工業是三江平原的重要潛在污染源，其相對貢獻率占比為29%；畜禽養殖業是松嫩、遼河、黃泛平原的重要潛在污染源，占比分別為17%、17%、16%；煤炭產業是海河平原的重要潛在污染源，占比為20%；金屬冶煉加工業、畜禽養殖業是淮北平原的重要潛在污染源，占比均為16%。

（3）以“堅守生態紅線、強化風險管控”為準則，統籌部署“天地一體化”農產品產地環境監測體系。以“環保督查常態化”為契機，落實工礦企業清潔生產，推進畜禽養殖污染綜合治理。因地制宜，實施“一區一策”污染防治策略；循序漸進，率先開展天地一體化監控預警、京津冀地區農產品產地環境污染綜合防治、生態環境良好農產品產地土壤環境保護等重點工程。