化学农药对土壤的污染及其治理方法

1、化学农药对土壤的污染及其治理方法吴密根(天津工业大学环境与化学工程学院应用化学系天津300160【摘要】改革开放30年以来,随着快速的工业化、城市化进程,土壤环境污染物种类和数量不断增加,发生的地域和规模在逐渐扩大,危害也进一步深入,脆弱的农业生态环境迅速恶化,由化学农药引起的土壤污染导致农作物产量和品质下降,进而影响人类健康,本文在分析土壤污染类型及危害的基础上,提出了采用施用化学改良剂、科学进行废水灌溉、合理施用化肥和农药,建立健全防治土壤污染法律体系等防治措施。【关键词】土壤污染;化学农药,有机污染,无机污染,治理方法1. 引言地球是人类的家园,土壤是地球表面自然环境的重要组成部分和陆地

2、生态系统的基础1。人们已经习惯性地把工业排放废物、化肥及农药的使用看成是污染、破坏土壤生态平衡安全的重要因素,特别是化学农药的大量使用更是引起人们普遍的担心,甚至遭到相当一部分人的强烈反对2。然而,随着土地资源与人口增长和食品需求矛盾的日益尖锐化,在目前尚无其他措施能够取代化学农药作用的情况下,全世界化学农药的生产与使用不但没有停顿和减少,反而一直保持着旺盛的发展势头3。中国更是世界农药的生产与使用大国,农药制剂产量由20 世纪50 年代初的年产500t 猛增到“十五”期间的80万吨以上4。但是当这些农药(包括其助剂和溶剂大部分都直接或间接滴落到土壤表面,继而渗入耕作层,通过生物的新陈代谢直接

3、影响农作物的生长和产品质量,并通过食物链发生进一步的传播,间接危及人体健康。2. 农药化肥污染类型中国是农业大国,化肥、农药使用量大、品种多。不科学、不规范的使用,导致其中近70% 80%的农药直接进入土壤及地表水中,破坏土壤的生态,使各种有害物质在土壤中积累,甚至改变土壤的酸碱,碳氮平衡,并通过农作物进入食物链危害人类健康。肥料造成的土壤污染主要表现在促进土壤酸化,破坏土壤结构,导致土壤盐渍化5。2.1 无机农药对土壤的污染重金属污染的来源主要是采矿、冶炼等工矿企业排放的废气、废水和废渣,煤和石油等矿物燃料的燃烧以及农药化肥的过量使用,其中主要包括Cd、Pb、Zn、Cu、Ni、Hg、Cr 及

4、类金属As 等。重金属不能被微生物降解,进入土壤后很难消除,且多为过渡元素,有可变的价态。我国许多地方的部分农田土壤中重金属含量较高,污染相当严重。2001年,国家环保局对北京、上海、天津和深圳4个“菜篮子”工程试点城市一些区域的种植生产基地的砷、汞、铅、镉、铜、滴滴涕和六六六等土壤因子进行的环境质量调查监测结果表明,由于污染物在土壤中长期富集,土壤环境质量达标率只有84. 9%。北京某些地区,30个土壤、水质监测点位中有5个监测点位菜田耕层土壤中汞含量超标,超标率为16.7%,最大超标倍数为3.1倍。天津市11个土壤、水质监测点位中有3个监测点位超标。近年来华南地区部分城市有50%的农地遭受

5、Cd、As、Hg等有毒重金属和石油类污染,在东南一些地区,As、Cu、Zn等元素的超标土壤面积占污染总面积的45.5% ,江西省某县多达44% 的耕地遭到重金属污染,并形成670 hm2的“镉米”区。在湖北恩施和陕西紫阳,水和土壤环境中硒含量较高,曾经导致动物牧草硒中毒发生;贵州、内蒙古一些地区的水和土壤氟含量严重超标,造成了人畜氟中毒6。以上海市土壤环境背景值为标准,上海市崇明岛蔬菜地两侧土壤重金属Cd、Pb、Zn和Cu超标率分别为25.14%、10.1%、8.7%和6.5%7。对上海郊区蔬菜种植面积达50.5%的农田调查发现,Cd、Hg和Zn是上海蔬菜农田土壤中主要的重金属累积污染物8。上

6、海市主要蔬菜园艺场环境不合格因素主要为土壤, 6个劣于3级标准的园艺场的限制因素皆为土壤,污染物Cd最高达1. 06 mg/kg 9。2.2 有机农药对土壤的污染有机磷和有机氯农药是造成土壤农药污染的主要有机物,其他土壤有机污染物还包括氨基甲酸酯类、有机氮类杀虫剂、磺酰脲类除草剂、多环芳烃等持久性有机污染10。据中国科学院南京土壤研究所最新调查研究发现,目前长江三角洲地区土壤污染除了“常见”的农药等污染外,最严重的是“持久性有机污染物”,局域的农田土壤多达16种多环芳烃、100多种多氯联苯类及十余种二英类剧毒物质,其结果令人吃惊和担忧。东南沿海地区部分土壤也出现具有内分泌干扰作用的多环芳烃、多

7、氯联苯、塑料增塑剂、农药甚至二(口恶英等复合污染高风险区。导致烂种和滥芽率大幅度提高,棉苗侧根减少,棉苗死亡率提高,现蕾期推迟和株高降低11。有的农药能代谢为更毒或致癌的化合物,如杀虫脒水解产生四氯磷甲苯胺,代森锌代谢为乙撑硫脲,直到农产品收获时还会有残留的农药及其有毒代谢物,而且,被土壤吸附后降解较慢,容易在土壤中累积,对生态系统和人体健康形成潜在威胁12。3. 农药土壤污染的治理策略对被农药化肥污染的土壤治理来讲,传统化学以及物理修复技术的最大弊端是污染物去除不够彻底,从而导致二次污染的发生。而生物修复技术与传统方法相比,具有费用低、效率高、安全性能好、易于管理与操作、不会产生二次污染等优

8、点,在修复污染土壤中起到越来越重要的作用,因此得到环保部门的一致好评。3.1 农药土壤污染的生物修复通过土壤动物、微生物修复土壤中的某些低等动物如蚯蚓等可吸收土壤中的重金属。蚯蚓对砷,锌等金属的富集系数很大,因此在砷污染的土壤上放养蚯蚓,待其富集金属离子后, 采用电击、灌水等方法驱除蚯蚓,集中处理,修复被金属污染的土壤。微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子,或者通过摄取其必要的营养元素主动吸收重金属离子,将重金属离子富集在细胞表面或内部,达到修复被无机金属污染的土壤。3.2植物降解和富集的修复技术植物降解和富集技术可用来修复重金属引起的污染,植物萃取是使用超积累植物去除土壤中金属或将土壤

9、中的有机污染物富集到可获取的植物地上部分。例如,对砷污染的土壤植物修复研究表明,非污染区植物砷的含量一般在3.6mg/kg左右,而在污染的土壤(砷含量为18.81630mg/kg中生长的蜈蚣草(Pterisvittata,其体内砷含量为14427526mg/kg1。因此,对砷污染的土壤可以大面积种植蜈蚣草以修复土壤中的金属砷13。3.3 菌根修复技术菌根是植物根系和真菌形成的一种共生体,在这个共生体中,真菌从植物中获得光合作用产物,植物通过根外菌丝吸收土壤中的矿质养分。含有大量微生物的菌根是一个复杂的群体,包括放线菌、固氮菌和真菌,这些菌具有一定的降解污染的能力,例如,林先贵等14研究了施用绿

10、卖隆、二甲四氯和氟乐灵的土壤接种菌根对白三叶草生长的影响,发现接种V A 菌根真菌后,植株的菌根侵染率、生长量和氮磷的吸收都明显高于没接种前的植株。对于被氰化物污染的土壤,仇荣亮15利用漂白粉(Ca(ClO2 、H2O2、二氧化氯消毒剂(ClO2作为氧化剂,处理氰化物污染的土壤,比较实验结果得出,用ClO2处理含氰污染的土壤,具有效果好,利用率高,成本低等优势。3.4 合理施用化肥,增施有机肥。增施有机肥,提高土壤有机质含量,可增强土壤胶体对重金属和农药的吸附能力。如褐腐酸能吸收和溶解三氯杂苯除草剂及某些农药,腐殖质能促进镉的沉淀等。3.5 施用化学改良剂,采取生物改良措施在受重金属轻度污染的

11、土壤中施用抑制剂,可将重金属转化成为难溶的化合物,减少农作物的吸收。常用的抑制剂有石灰、碱性磷酸盐、碳酸盐和硫化物等。例如,在受镉污染的酸性、微酸性土壤中施用石灰或碱性炉灰等,可以使活性镉转化为碳酸盐或氢氧化物等难溶物,改良效果显著16。3.6 加强宣传、监督和管理工作各级部门应加大对土壤污染的监督和管理力度,同时加强宣传工作,提高公众的环保和健康意识,以此来促进土壤环境保护工作的深入开展。建立和完善土壤污染防止、控制和治理的有关法规和政策措施。3.7 健全完善农田土壤污染防治的法律体系借鉴国外先进立法经验,首先要明确立法的目的,构化体系。其次是明确治理机构权限范围和职责。在立法中应对土壤污染

12、防治的行政管理机构的职能及管理体系作出明确规定,建立起土壤污染的调查、监测、评估制度,制定有关土壤污染整治与整治计划的制度,确立农田土壤污染的科学评估标准,还有运用刑法手段保护土壤具有重要意义,对土壤污染刑事法律责任进行规定也势在必行17。参考文献1 Post W M,Emanuel W R,Zinke P J, et al.Soil carbon pools and world life zones J.Nature, 1982,298(8:156-159.2 胡木成.化学农药命当休矣N.科技日报(绿色周刊,1995(1:17.3 张一宾,唐春风.农药工业的世纪回顾和展望J.世界农药,200

13、0, 22(2:1-8.4 过戍吉.全国农药产量剖析与预测J.农药信息,2000(12:22-23.5 李琴. 农田土壤氮素循环及其对土壤氮流失的影响 J . 安徽农业科学, 2007, 35 (11 : 3310 - 3312.6 骆永明,滕应,李清波,等. 长江三角洲地区土壤环境质量与修复研究I - 典型污染区农田土壤中多氯代二苯并二嗯英P呋喃( PCDDPFs组成和污染的初步研究 J . 土壤学报, 2005, 42 (4 : 570 - 576.7 王初,陈振楼,王京,等. 崇明岛公路两侧蔬菜地土壤和蔬菜重金属污染研究 J . 生态与农村环境学报, 2007, 23 (2 : 89 -

14、 93.8 沈根祥,谢争,钱晓雍,等. 上海市蔬菜农田土壤重金属污染物累积调查分析 J . 农业环境科学学报, 2006, 25 (增刊 : 37 - 40.9 陈德明,张瑞明,朱恩,等. 上海市主要蔬菜园艺场环境质量现状初步分析 J . 上海农业学报, 2002, 18 (4 : 74 - 78.10 王宣,池靖,徐琳,等. 六种典型农业区域土壤污染现状监测评估 J . 农业环境科学学报, 2006, 25 (增刊 : 21 - 25. 12 Hamscher G, Sczesny S, HÊper H, et al. Determination of persistent tetracycline residues in soil fertilized with liquid manure by high2perform2 ance liquid chromatography with electrosp ray ionization tandem mass spectrometry J . Analytical Chemistry, 2002, 74 (7 : 1509 - 1518. 13冯云刚,朱琨,张伟,等.砷对土壤的污染及生物修复技术,河南农业J,2008,1