徐蘇利

（貴州農業(yè)職業(yè)學院，貴州 貴陽 550024）

土壤是一種農業(yè)生產中最重要的環(huán)境要素，它的質量好壞與可持續(xù)利用度將直接影響到人類獲得農產品的數量和質量。近年來，由于工業(yè)和農業(yè)的不斷發(fā)展，對我國自然環(huán)境造成了極大的影響。重金屬鉛、鎘、汞、砷、銅、鋅、鎳等在土壤中不易被微生物降解，在土壤中逐漸富集，一旦污染很容易被植物所吸附，從而引發(fā)了一系列農產品質量安全問題。2016年6月《國務院印發(fā)土壤污染防治的行動計劃的通知》中將土壤中重金屬污染作為重點監(jiān)測對象。根據農業(yè)科學學報發(fā)布的《土壤重金屬污染現狀及植物修復研究進展》顯示，2007年我國有將近兩千萬公頃的農田受到了各種程度的影響，大約是我國農田總量的五分之一。我國每年因為重金屬的影響，會減少大約一千萬噸的谷物和一千兩百萬噸左右的重金屬。此外，全國24個省市，在快速發(fā)展的320個主要污染源區(qū)域，包括城市周邊、城市污水灌溉渠、工礦等區(qū)域，有超過60%的農田，超過了環(huán)境質量標準，達到了20%，而污染嚴重的農田和面積，則達到了80%。這一狀況到2020年已有部分緩解，但農產品生產過程中存在的重金屬問題依然存在，因此進行科學、高效地控制與治理，是當前我國農業(yè)發(fā)展面臨的重要課題。

1.土壤重金屬污染物的主要來源

土壤中的重金屬污染，是由于污染物的累積超出了自身的凈化功能，或者在土壤中累積的污染物超出了參考標準，對環(huán)境產生了嚴重的影響。不同地區(qū)的重金屬污染可以通過一條或多條渠道引起。由于成土母質自身存在著大量的重金屬元素，并且由于母質和成土作用而產生的土壤中存在著大量的重金屬元素。同時，由于人類在工業(yè)化、農業(yè)等方面發(fā)展的原因，也會對土壤中的重金屬產生嚴重的影響。

1.1 大氣中重金屬沉降

空氣中的重金屬主要來源于能源、冶金、建材生產、交通、運輸等方面。大部分的重金屬通過氣溶膠形式排入大氣層，通過自然沉淀和降雨到達地表。其污染范圍以礦區(qū)和鐵路兩側為重點。據農業(yè)環(huán)境科學學報發(fā)布的《礦區(qū)和鐵路兩側土壤和農產品中重金屬污染的研究調查》顯示，煤炭含有 Ce、 Cr、 Pb、 Hg等多種元素，而原油中含有較高的 Hg，當燃油在燃燒時，會產生一些懸浮微粒和易揮發(fā)性金屬，并隨著煙氣的飄散而進入大氣層，其中10%～30%則會在距離排放點十多公里處沉淀。道路運輸中的重金屬污染是由燃油燃燒引起的，金屬零件與輪胎摩擦，路面老化，汽車在行駛過程中所造成的粉塵等。道路兩旁的土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Hg，其中Pb、Cd的含量最高，Zn的含量最低，其它的重金屬含量也比較低。道路運輸過程中產生的大量重金屬污染，不但會使道路沿線的土壤受到污染，而且還會使路邊的植被吸附大量的重金屬元素。

1.2 農用物資不合理的使用

由于在農業(yè)中大量使用含有Pb、Hg、Cd、As等重金屬的殺蟲劑，以及不適當使用肥料和牲畜糞便作為肥料，會造成土壤中的重金屬污染。肥料中的重金屬是以礦物和化學物質為主，普通的含有過磷酸根的肥料中重金屬Hg、Cd、As、Zn和Pb的比例最高，其次是磷肥，氮肥和鉀肥含量相對較低，而Pb含量則是最少的。通過對國內外化肥中的污染情況進行了分析，發(fā)現土壤中的重金屬元素隨化肥品種和所測定的重金屬類型而變化，其中Cr的含量最多，Cu的含量最少。雖然中國的磷元素總量比世界上其他幾個發(fā)達國家要少得多，但是一些化肥的長期使用也會對土壤中的Cd、Hg產生一定的影響。我國現行肥料中的重金屬元素濃度沒有一個完全統一的標準，因此在一定范圍內，難以量化地評估土壤中的重金屬污染。另外，利用糞便、生活垃圾和其它垃圾作為肥料，在一定程度上促進了土壤中的Cu、Zn、Hg等元素的積累，從而增加了農作物中的重金屬元素。

殺蟲劑、殺鼠劑、殺菌劑中多數都含有As，過量施用會造成重金屬的嚴重污染。目前，農用膠膜廣泛應用于農業(yè)，且用量較大，其熱固性成分中存在 Cd和 Pb，因此，在大規(guī)模應用塑料溫室、地膜時，會對土壤產生一定的污染，進而引起植物中的重金屬積累。

1.3 污水和污泥的施用

污水根據污染源和量可劃分為城市污水、工業(yè)污水、商業(yè)污水、城市混合污水和養(yǎng)殖業(yè)污水。城市生活廢水中的重金屬元素普遍偏少，其他廢水中的重金屬元素含量高。近年來，由于工業(yè)化進程的加快，大量的工業(yè)廢水與城市生活廢水混合，利用廢水進行農業(yè)生產，造成了土壤中的重金屬污染。從分配來看，一般都是接近污染源和都市工業(yè)地區(qū)的土壤污染最大。通過對北京郊區(qū)污染灌區(qū)土壤—小麥系統中的重金屬元素的富集特性進行了分析，結果表明：在十多年的雨水和污水處理后，農田中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等元素的累積，且地表作物的麥類中Cr、Zn元素的濃度均超過了國標規(guī)定。近年來，農業(yè)廢水已逐漸發(fā)展為農業(yè)生產的主要水源，因使用了飼料添加劑，導致廢水中的Cu、Zn等重金屬含量高。

污泥是一種富含有機物和 N、 P、 K等營養(yǎng)元素的固體廢物，其營養(yǎng)成分比普通的畜禽糞便要多。但是，由于污泥中的Zn、Cu、Cd、As、Hg等元素的存在，導致了土壤中的重金屬濃度呈逐年上升的趨勢。結果表明，長時間使用污泥會造成蔬菜中Zn、Cu、Cd的污染，并且會導致小麥和玉米中Hg、Cd的含量較高。

1.4 含重金屬廢棄物堆積

重金屬固體廢物類型多樣、類型各異，對環(huán)境造成的影響也各不相同，尤其是礦山和工業(yè)固體廢物的污染最大。這些垃圾在堆積和處置時，由于日曬、雨水沖刷等原因，會導致重金屬隨著水分的流動，呈放射形或漏斗形擴散到周邊的土體和水體中。分析固體廢物處理區(qū)和城市垃圾堆填區(qū)的土壤中的重金屬污染情況，發(fā)現其中的Cd、Cu、Hg、Zn、Ni、Pb、Sn等元素濃度顯著大于本地環(huán)境。

2.重金屬污染對農產品質量安全與人類健康的危害

重金屬在農業(yè)生產過程中的累積，不但會對糧食產量、品質造成明顯的影響，而且還會透過食品鏈條，在人體體內不斷累積，對人體造成極大的威脅。

2.1 農業(yè)環(huán)境中的重金屬污染及其對食品品質和安全性的影響

在眾多的重金屬元素中，對植物的危害與毒性最強的幾種重金屬主要包括Pb、Cd、Hg、As、Cr和Cu，它們對植物的毒性高低表現為：Hg＞As＞Cd≈Cu＞Pb＞Cr，但這并不是絕對的，不同植物對金屬離子的反應順序可能有所變化。植物長期處于重金屬的環(huán)境中，大量的重金屬會損傷其細胞膜，并會對其結構和作用產生干擾，導致機體的多種生理、化學活動受到影響，從而降低作物的產量和質量。重金屬污染的最主要的表征是抑制作物的生長。通過對植株的細胞和分子量分析，發(fā)現植株的某些光合酶和葉綠素的合成會因 Hg和 Pb的脅迫而受損，從而使植株的光合作用下降。Pb可使植株體內 SOD、 POD、CAT等多種酶的活力比例失調，從而引發(fā)生物化學變化，進而對植株產生損害。結果表明： 在Pb和Cd脅迫下，小麥株高、根品質明顯下降、次生根數減小、根系活動和吸收區(qū)域減小，從而使產量進一步下降。重金屬元素如Cd、Hg、Pb、As將會引起植株失去根瘤的功能，進而徹底地限制了土壤的同化作用，顯著地減少了大豆的產量。在我國主要的城市郊外地區(qū)，由于重金屬的大量累積，造成了農村地區(qū)的環(huán)境污染，其中以Cd、Hg、Pb為主。

2.2 重金屬對人體的影響

人在食用被重金屬污染的食物后，對人體的健康會造成很大的影響。在全球各地，由于重金屬所致的各種病害十分常見。重金屬元素通過呼吸道、消化道、肌膚等途徑侵入體內，一旦在體內大量累積，會對機體的代謝和正常的功能造成嚴重影響，從而影響機體的正常功能，最終引起多種慢性和急性病癥。Pb對人體的毒性主要表現在造血、神經系統、消化系統、生殖系統等方面，而Pb中毒則會對人類和動物的甲狀腺機能產生一定的損害，從而導致機體的荷爾蒙分泌和腎上腺素的功能下降。Cd可以與體內含有羥基和氨基的大分子有機分子相連接，從而影響肝腎等器官的正常運作。長期食用含有鎘的食品，會對人體的鈣磷類物質的代謝產生一定的作用，引起腎、肺、肝等臟腑的病變，引起骨質疏松性、軟骨化、腎結石等多種病癥，引起“骨痛病”。另外， Cd對哺乳類的致畸、致癌性及致畸效應也很明顯。Hg對腎臟的神經毒性和腎臟的影響是國際上廣泛認可的，近幾年， Hg的生殖和基因毒性越來越受到重視?？茖W家們還發(fā)現，與成年人相比，胎兒對水銀的毒性反應更為靈敏，特別是懷孕婦女在暴露于水銀之后，通過胎盤進入到胎兒的身體中， Hg的脂溶性及短鏈烴基團的存在，使得其能與嬰兒的血液中的血紅素高度親和，一旦與之發(fā)生，就會造成嚴重的神經損害。As對人類的毒害也不可忽略， As在動物中具有較高的累積能力，三價 As主要是與大分子的硫磺鍵結合而發(fā)揮毒害效應，而五價 As因其化學特性及分子構造與磷類似，在發(fā)生化學反應時，會取代磷酸鹽而導致中毒，從而導致“三致”效應。有些重金屬是鋅、銅、鐵等人類必需的元素，但當這些元素積累到一定程度，甚至發(fā)生形態(tài)和價態(tài)變化時，就會對人類造成極大的危害。

3.農產品產地土壤重金屬污染的防治措施

農業(yè)生產環(huán)境中的重金屬污染是由多種因素引起的，同時也造成了嚴重的破壞。從源頭上抑制污染物的流入，是降低土壤重金屬污染的有效途徑。當土壤環(huán)境受到了嚴重的影響時，必須根據具體情況，進行針對性地處理。在農業(yè)生產基地土壤中，必須從三個角度進行治理。

3.1 強化治理和治理手段的構建

由于重金屬的隱蔽性、滯后性、不可逆性和難以治療性，因此，在防治中必須堅持“防重于治”的原則。通過消除重金屬在農業(yè)生產過程中對土壤特別是對農業(yè)生產產生的影響，達到抑制重金屬超標的目的，降低對人類的健康威脅。首先，要加強耕地的生態(tài)保護，嚴格禁止“三廢”、城鎮(zhèn)垃圾、生活廢水等直接排放到耕地中，嚴格限制農田的使用。其次，要強化“三廢”的治理，達到嚴格的排放標準，城市生活垃圾和污泥等作為化肥，必須事先進行高效的工藝，以保證其重金屬等的含量達到綠色的要求，從而避免二次污染土壤。

3.2 實行科學有效的生產經營管理

在農業(yè)生產中，肥料和疾病控制是導致土壤中重金屬元素最多的一個方面。當前，農業(yè)生產中仍然存在著一味強調糧食產量而忽略糧食品質的問題。所以，如何有效地控制和處理農產品中的重金屬超標問題，就需要從全產業(yè)鏈入手。首先，要對農藥產品的品質進行嚴格的監(jiān)控。要加強農資市場的全面執(zhí)法，加強對化肥、殺蟲劑等農資產品的源頭管理，定期組織市場監(jiān)督、監(jiān)督抽查，嚴厲打擊制售假冒偽劣農資產品行為，凈化農資市場，杜絕已禁用的農資產品流入市場、用于生產。尤其要加強對各類磷的市場管理。其次要選用質量合格、有害物質和重金屬等質量優(yōu)良的產品，并對重金屬進行嚴格的管理，防止重金屬超標。最后，要對農業(yè)生產中的化肥用量進行科學、合理的調控，并遵循科學、高效的施肥方針。在農業(yè)生產中，應積極推廣應用微生物肥，以減少重金屬在農業(yè)生產中的累積。在施用化肥時，要加強化肥的源頭管理，禁止利用含有大量重金屬的工業(yè)廢料和生活廢物用作肥料。在農藥施用上應堅持“因材施治、適時施用”的方針，選用高效低毒、低重金屬、低殘毒的高質量殺蟲劑，合理選用合適的藥物，并嚴格控制藥物的劑量和使用頻次。在處理使用過的塑膠薄膜時，應盡量將其從田間土壤中除去，以降低其對土壤的環(huán)境影響。

3.3 利用科技手段，有效地解決了土壤中的重金屬污染問題

當前，土壤中的重金屬污染控制研究主要集中在3個領域：一是通過改變土壤中的形態(tài)，使其保持穩(wěn)定性，減少其遷移和可利用；二是通過去除土壤中的重金屬，通過一些特殊的方法，將其吸附在土壤中的重金屬去除掉，又通過工程學方法將其轉化成溶解狀態(tài)和自由狀態(tài)，通過沖洗來提取重金屬，以實現對重金屬的回收，同時降低土壤中的重金屬含量；三是要改革農業(yè)生產體制，防止污染的重金屬進入食品鏈條，對人類和動物的身體造成危害。按照修復技術方法，可以分為工程法、化學法、生物法和農業(yè)法。不同的技術手段，因其難度、治理效果、經濟效益而不同，都存在著不同的優(yōu)點和缺點。比如，對于污染嚴重、面積較小的地區(qū)，可以采取客土、換土、深耕、與污染土混配等技術手段來減少土壤中的重金屬。但是，如果是大范圍的污染，不僅要耗費大量的時間和精力，而且還會造成結構的損壞，從而降低土地的肥力。通過將改性劑和抑制劑注入土壤中，對重金屬進行氧化還原沉淀吸附，從而達到減少重金屬的生物利用率的目的。農業(yè)生態(tài)恢復是指改變耕地的經營管理體制，降低土壤中的重金屬污染，其優(yōu)勢是操作簡單、成本低廉，但其使用時間過久，效益不明顯。生物恢復是指通過微生物或植株自身的生理代謝過程，對土壤中的重金屬進行分類或萃取，具有成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、可操作性強、不會產生二次環(huán)境污染等特點。這些技術具有各自的功能和使用領域，但是它們之間卻是相互關聯、互補的，因此，在實踐中要根據具體情況，采用多種方式進行處理，并根據具體情況選用相應的處理措施。

4.結語

由于我國工業(yè)和工業(yè)發(fā)展水平的提高，我國的土壤環(huán)境問題日益突出。土壤中的重金屬污染來源廣泛，污染范圍廣，持續(xù)時間長，而且是一種難以降解的、相對穩(wěn)定的污染物質。農業(yè)生產的土壤中存在著大量的重金屬，這些問題不僅會引起食品的質量問題，而且會在食品中不斷積累，從而對人們的身體和生活造成威脅。在今后的農業(yè)生產中，必須加強對農產品的生態(tài)環(huán)境的監(jiān)控，對其進行重點監(jiān)控，并進一步加強對產地的重金屬的處理，為進一步提升農產品的質量和安全水平提供了強有力的保證。