基于農田土壤重金屬污染來源的研究分析

王 娜

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司 陜西 西安 71007；2.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室 陜西 西安 710075）

關鍵字：重金屬污染；農田土壤；污染來源

土壤重金屬污染系指由于人類活動造成的如Cd、Pb、Hg、Cr、As、Cu等在土壤中含量超標的現象。重金屬的污染不僅可以通過污染農耕地及農作物危及人類健康，還能夠導致大氣及水體環境惡化從而影響人類健康，因此，農田土壤重金屬污染與農產品的質量安全及生態系統的健康密不可分。據調查顯示我國重金屬污染的農耕地占總耕地的16.61%（圖1），直接經濟損失高達200億[1]，耕地土壤質量環境堪憂。超標重金屬主要為Cd、Cu、Ni和As，其中耕地點位超標率達19.4%（圖1）。

圖1 全國污染土壤調查公報圖

陳奕云等對2003年—2013年間農田土壤重金屬污染研究的整理顯示，我國農田土壤重金屬污染主要以Cd和Pb為主[2]，且污染類型逐年增多，污染面積不斷擴大。基于此，重金屬污染已引起了各界學者的廣泛關注。然而當前國內重金屬污染主要集中在防治技術上，而對農田重金屬污染源的解析仍缺乏全面的認識，明確農田土壤重金屬污染來源對重金屬污染治理起到事半功倍的效果。因此本文對農田重金屬污染的不同來源與分布做了系統梳理，旨在為生態環境保護及生態系統良性運轉提供科學依據。

1 農田土壤重金屬的來源

土壤中重金屬來源廣泛，工農業等人為因素造成的土壤重金屬污染占主導地位。其包括大氣重金屬沉降；農田農藥、化肥施用；農田污水灌溉；農田有機肥及污泥施肥帶入等。

1.1 大氣重金屬沉降

大氣中的重金屬主要為工業生產、汽車尾氣排放的大量含有重金屬的廢氣或粉塵。這些大氣污染物主要集中在礦區及道路周邊，大氣中的這些密度較大的重金屬主要是經過自然沉降進入土壤，而密度較輕的部分通過雨淋沉降進入土壤。據報道，蘭州市、西安市大氣降塵中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、As等重金屬均有不同程度的富集，且西安市大氣沉降重金屬污染居于國內較高水平[3～4]；朱媛婕等[4]研究了西安市灞橋燃煤電廠周邊土壤重金屬的含量，研究發現該電廠周邊農田表層土壤中11中重金屬As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V、Zn的含量，其含量均超過了陜西土壤的背景值。據統計，我國燃煤電廠動力煤燃燒每年向大氣排放的As約為195.0 t左右，且煤炭燃燒產生的粉煤灰中同時含有部分易揮發的重金屬Pb、Cu、Cd等[5]。除此之外，汽車尾氣及汽車輪胎與地面的摩擦可導致大氣顆粒物中Zn、Pb、Cu、Cd、Ti等重金屬濃度增加，且其濃度隨著車流量的增加而增加，閆軍等[6]研究成雅高速公路兩側大氣顆粒物中重金屬分布規律時也得到了類似的結果。

1.2 農藥、化肥使用

我國糧食產量的不斷增長，一方面依靠我國不斷進步的科技力量和基礎建設的投入，另一方面則依賴于農業生產資料的不斷投入，但是化肥、農藥等均含有不同程度的重金屬元素。一般來說，過磷酸鹽與磷肥相比，其含有較多的重金屬如Hg、Cd、As、Pb等；氮肥和鉀肥中此類重金屬含量相對較低，但氮肥中鉛含量相對高。通過對中國科學院南京土壤研究所河南封丘長期肥料試驗土壤研究，隨著施肥年限的增長，土壤中As、Hg、Cd、Pb都有所增加。仁順榮等對土壤肥料研究所試驗地的潮土進行研究，研究發現在長期使用NP、NPK的土壤Zn的含量增加了6.2%；NPK處理的土壤Cd含量由0.089mg/kg增加到0.12mg/kg，NP處理的土壤鎘含量增加了0.021mg/kg；在NPK處理的土壤中Cr含量超過了土壤環境質量標準的自然背景值[7]。在阿根廷，在傳統磷肥的施入情況下，土壤重金屬Cd、Cr、Pb、Zn、Cu等含量均有不同程度的增加。農藥的施入也是造成農田重金屬污染的另一重要原因，例如，波爾多液因其含有重金屬元素Cu長期使用會導致土壤Cu的大量積累。

1.3 污水灌溉

我國水資源匱乏，污水灌溉農田是節省水資源的一種重要方式。目前，大多灌溉均采用經過一定處理的城市污水灌溉，從而攜帶大量的重金屬進入農田土壤，造成土壤重金屬的污染。目前，1/10的人口正在食用污水灌溉的農產品。其污水主要分為城市生活污水、工業污水及商業污水。張書海等在1993—1997年間調查了淮陰市某污灌區農田土壤重金屬污染情況，調查發現該污灌區農田土壤重金屬Cd、As、Cr、Pb含量逐年增加，且在1995至1997年間重金屬含量已達到了警戒級[8]。東北典型污灌區沈撫灌區農田土壤Cd含量超過了國家土壤環境質量二級標準，且殘留在玉米籽粒中的Cd、Pb濃度均超過了國家食品安全的限值。對開封市污灌區土壤及蔬菜進行調查發現，采樣區Cd含量超過了國家土壤環境質量標準，且距離污灌源頭較近的土壤Cd含量較高，反之較低；對污灌區蔬菜進行分析，Cd和Cu均有不同程度的超標[9]。大寶山污灌區稻田土壤Cu、Zn及As含量均超過了國家土壤質量二級標準，同樣在北京東南的通州區和大興污灌區土壤Cu、Pb均出現了不同程度的累積現象，距離灌溉源頭近的土壤Cu、Pb含量也相對較高[10]。

1.4 有機肥、污泥施肥

根據《中國統計年鑒》，我國農田化肥每公頃施用量從1980年至2012年間增漲了385.2kg，這一數據遠超過了發達國家的安全上限（225mg/hm）。研究表明長期使用化肥會降低土壤有機質等的養分，與此同時也污染了農田生態環境。因此，近年來有機肥被認為是農田養分的優質肥料，但是有機肥為作物生長提供必須的大量及微量元素的同時，也不同程度的帶入了重金屬元素。陳紅金在菜地土壤中施用有機肥（雞糞），研究發現菜地耕作層土壤中重金屬Zn、Cu都有一定的富集，且隨著施肥量的增加，Zn、Cu的富集量明顯增加[11]；黃新燦以豬糞為肥源施入菜地，菜地土壤的重金屬Cu、Zn、Cd均有富集，且連續施用3年及施用量增加2倍后土壤重金屬含量均比實驗前有所增加，與此同時，隨著施用年限的增加，蔬菜中的重金屬含量也有增加的趨勢[12]。謝國雄等[13]也有類似的發現，在菜地土壤中分別施用15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2商品有機肥，與《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)二級標準比較，土壤Cr、As、Pb、Hg均未超標，但Zn、Cu、Cd含量均明顯超標；連續兩年施用15t/hm2、30t/hm2、45t/hm2商品有機肥時，土壤Cu、Zn、Cd、Cr含量均隨著施用年限和施用量的增加而增加。

污泥是污水處理過程中的必然產物，其有機質含量高，氮磷鉀營養豐富，因此污泥堆肥施用農田具有一定的潛在優勢，但由于污泥成分復雜，在施用過程中不可避免的將重金屬帶入農田土壤。國內外有諸多研究均表明，污泥作為農田肥料施用會增加土壤及作物中重金屬的含量。污泥堆肥施入土壤后，土壤重金屬含量不同程度的有所的改變，Cu、Zn、Pb、Ni都有一定量的增加；在污泥堆肥施入量一定范圍內，隨著施肥量的增加，土壤中Cu、Zn、Pb、Cd含量均會不同程度的增加。王社平等在種植草莓的土壤中添加污泥堆肥，研究發現土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Cr含量均隨著污泥含量的增加而顯著增加，且土壤Cd含量超過了我國土壤環境質量（GB 15618—1995）一級標準限值[14]。由此可見，農田土壤中施入有機肥及污泥均可不同程度的增加土壤中重金屬的累計，從而引起食品健康與安全問題。

2 結語

改革開放40年來，我國經濟發展和社會進步均取得了舉世矚目的成就，人地關系格局發生重大變化，工業化、城市化成為農田土壤重金屬污染的主要推動因子。然而由于人類對環境保護意識淡薄，大量環境廢棄物通過多種途徑排放，含有重金屬的污染物通過大氣沉降、污水灌溉等途徑遷移至農田土壤中。農田土壤重金屬污染一方面威脅著人體健康，另一方面也制約著我國經濟的可持續發展，面對如此嚴峻的社會問題，掌握農田土壤中重金屬來源并根據不同的來源進行合理的修復成為當前亟待解決的重要環境問題。