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時下,土壤污染問題成為社會熱點,但就目前狀況客觀來說,土壤污染問題并不能單從土壤中的重金屬含量來判斷,從地質背景、土壤重金屬的時空變化、污染源以及土壤自身性質的劣化等等來看土壤污染會有另外一個風景。而另一方面,土壤污染和糧食安全并非有固定的相關關系,糧食超標也并非單由土壤污染引起。當前,客觀看待土壤污染,高度重視糧食重金屬安全是個極為迫切的問題。
備受關注的土壤污染
觀察中國土壤重金屬污染和“鎘大米”的新聞報道,不難發現讓這兩個此后成為媒體和公眾熱點的時間分別是在2004年和2011年。
在2004年,媒體報道了總投資達4500萬元的“珠江三角洲經濟區土壤污染調查”項目。之所以啟動該項目,是緣于1999年10月至2002年12月,廣東省地質調查院完成的“廣東珠江三角洲多目標地球化學調查項目”。該調查顯示,廣東省的農業地質不容樂觀,耕地土壤質量有惡化趨勢。在珠江河口周邊約1萬平方米范圍內,土壤高氟異常區5263平方千米,高鎘異常區逾6000平方千米,人為污染導致土壤中有毒有害重金屬元素異常高,鎘、汞、砷、銅、鉛、鎳、鉻等8種元素污染面積達5500平方千米,其中僅汞污染便達1257平方千米,污染深度達40厘米。隨后,由國家環保總局開展“典型區域土壤環境質量狀況探查研究”,得出 “珠三角四成農田菜地遭重金屬污染”的結論,讓這一話題再次成為新聞熱點。
在2011年舉辦的第九屆廣東省科協學術活動周開幕會上,中國工程院院士羅錫文的“全國3億畝耕地受重金屬污染威脅”消息,引起了國內外震動。
2013年初,有律師向環保部申請原定2010年底公布的土壤污染調查結果,但被答復為“土壤污染信息是國家秘密”,由此引起了整個虛擬網絡和現實社會的討論和猜測。“土壤污染”一詞在2013年再次引爆人們的眼球。
2013年12月30日,在國務院新聞辦舉辦的新聞會上,國土資源部副部長王世元稱,全國中重度污染耕地大體在5000萬畝左右。而到2014年4月17日由環保部和國土部聯合公布的《全國土壤污染狀況調查公報》終于將土壤污染狀況定格在“全國土壤總的超標率為16.1%,耕地的點位超標率為19.4%,未利用地點位超標率為11.4%,主要污染的重金屬為鎘,點位超標率為7.0%等等”。
“鎘大米(糧食重金屬超標)”一詞成為公眾熱點話題則是緣于2011年由財新《新世紀》雜志刊登的《鎘米殺機》及其隨后的一系列報道。
2013年發生的幾個事件再次讓“鎘大米”聲名遠播。2013年2月26日南方日報報道稱“湖南萬噸鎘超標大米流入廣東”;同年5月17日,廣州食藥監局公布,18批檢測的大米有44.4%超標;7月,韶關農業局副局長的不當言論又讓“鎘大米”成為熱詞。
中國人多地少,糧食問題突出,糧食安全事關國民健康,自然更受關注。糧食安全建立在土壤安全的基礎之上,土壤污染問題得到高度關注便成為必然。但是,中國的土壤污染問題急需客觀解讀。
客觀解讀土壤污染
中國土壤污染是這30年經濟快速發展的后果,污染源控制是比土壤修復本身更為緊迫的事情。雖然《全國土壤污染狀況調查公報》對中國土壤的污染狀況給出了一定的數字印象,但從普查精度、標準可用性等等來看,這個結果依然是模糊的,所反映的也只是現狀,以前如何?將來態勢又如何?這個調查并不能給出太多的信息。
以1990年國家環保局的重金屬含量來看,鎘平均值0.097mg/kg(95%范圍為0.017-0.033mg/kg),砷11.2mg/kg(95%范圍為2.5-33.5)汞0.065mg/kg(95%范圍為0.006-0.272mg/kg),鉛 36mg/kg(95%范圍為10.0-56.1mg/kg),鉻61mg/kg(95%范圍為19.5-150.2mg/kg),并結合1995年制訂的土壤環境質量標準來看,可以看出鎘、砷、汞的95%范圍的上限與這個標準(鎘0.30 mg/kg,砷30 mg/kg,汞0.30 mg/kg)極為相近,也就意味著鎘、砷、汞尤其是鎘這個在《全國土壤污染狀況調查公報》中點位超標率最高(7.0%)的重金屬是這30三十年快速經濟快速發展背景下鎘的大量排放的結果。這一點也可以從最近發表的數篇關于鎘排放和農田的重金屬來源的文章得到證明。每年進入耕地的鎘高達1417噸,各種途徑排出的只有178噸,凈累積1239噸,導致每年0.004mg/kg的增加,按照這個速度,只要50年全部土壤都會超過目前的環境質量標準。
從以上數據可以看出,要控制和改善土壤重金屬污染,早日實現糧食安全,當務之急在于污染源控制。以稻米鎘標準0.2mg/kg為例,年產1200公斤的稻谷的大米(假定1200公斤稻谷可以得到1000公斤大米),所需要的鎘的數量僅為2克而已。但從2010的大氣沉降鎘來估算,當年僅從大氣進入農田的鎘就達0.26克(變幅0.03克-1.7克)。不控制如此龐大的污染源,土壤污染治理就失去了意義。
以日本為例,其在1968年確定鎘是痛痛病的元兇之后,迅速控制各種污染源的排放。到1974年,鎘的使用量從1969年的2253噸下降到927噸,下降了60%,到1975年,關閉了幾乎所有的礦山。在2005年以前,日本就關掉了大部分的鎳鎘電池生產廠。日本環境的鎘安全很大程度上就是在這樣嚴格的鎘排放控制下實現的。
中國耕地大量施用化肥帶來的土壤酸化是土壤污染外的另一主要問題。有文章比較了廣東1984年第二次土壤普查取得的24671份土壤樣品的pH值和30年后的數值,發現整體上pH從平均的5.70下降到5.44,也就是土壤中的酸度增加了1.82倍。而2010年《科學》雜志載文表明,30多年來,中國所有土壤的pH值下降0.13-0.80單位,尤以耕地土壤pH下降最多,也就是說耕地土壤的酸度增加了6倍,這在自然條件下需要數萬年的時間。土壤酸化主要是中國20世紀80年代后施肥結構從傳統的農家肥轉為化肥造成的,一方面大量施用化肥造成的土壤酸化將很大程度上改變植物對土壤養分的吸收效率,同時造成土壤重金屬有效性的提高,另一方面,有機肥施用的減少,降低了土壤中的有機質,減弱了土壤對有效重金屬的固定能力。
從以上分析可以看出,對中國土壤問題,不能單看到土壤重金屬污染的一面,還有土壤酸化的問題。從時間角度來看,這個污染是30年來重金屬向環境的大量排放所造成的,即使到2010年,大氣污染沉降還是一個主要污染源。因此,土壤問題是土壤污染和土壤酸化雙重沖擊下的結果。
在大氣污染嚴重的情況下,葉片的重金屬吸收途徑也是作物重金屬的一個重要來源。在現實科研中很多科學工作者發現,土壤重金屬特別是鉛并不超標,但蔬菜中的重金屬超標了,結果往往解釋為中國土壤的鉛標準過高(250mg/kg)之故。的確,中國耕地土壤的鉛標準和其他國家相比偏高,這一點容易被用來解釋整個現象,但大量研究表明,在大氣重金屬含量很高的情況下,葉片吸收大氣中重金屬是導致糧食不安全的元兇之一。如有研究表明,在土壤含鎘量為其背景值0.08毫克/千克,但鎘降塵中鎘含量達1.3克鎘/公斤/年的情況下,小麥籽粒中21%的鎘、大麥籽粒中41%-58%的鎘來自大氣污染。
因此在土壤重金屬含量很低、但大氣中的重金屬含量很高的情況下,作物中的重金屬并非只有土壤一個來源。據2010年推算,中國大氣沉降中的鎘含量高達0.4-25克/公頃/yr年,這意味著著我們似乎忽視或者低估了大氣污染對糧食重金屬超標的影響,也意味著我們對土壤污染特別是其對糧食安全的影響需要一種更為客觀的審視。
高度重視糧食安全
鎘等有害重金屬并非人體所需的元素,且鎘具有極為明確的目標器官,即腎和肝,吸收到體內的鎘1/3將蓄積在腎臟,1/4在肝臟,且在體內滯留時間長,腎臟中鎘的半衰期可高達17-38年。人體中的鎘主要是通過食物鏈進入的,因此糧食中的重金屬問題亟需得到高度重視。
1.大米中的鎘超標問題。對于大米的鎘含量問題,有兩組數據被媒體廣泛應用。一是2002年,農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心曾對全國市場稻米進行安全性抽檢。結果顯示,稻米中超標最嚴重的重金屬是鉛,超標率28.4%,其次就是鎘,超標率10.3%。二是2007年,南京農業大學教授潘根興及其研究團隊,在全國六個地區(華東、東北、華中、西南、華南和華北)縣級以上市場隨機采購大米樣品91個,結果同樣表明:10%左右的市售大米鎘超標。
而在2013年,廣州食藥監局對18批次的大米檢測后樣品超標率高達44.4%,隨后廣東開展全域155批的大規模調查,結果超過0.2mg/kg這一標準的比例也相當高。而據2012年常德市疾病預防控制中心發表的“南方某市2012年市售大米鎘污染狀況及膳食暴露評估”一文披露,外省超標率為16.1%,本省外市超標50.0%,本市61.1%,大型超市52.4%, 農貿市場41.4%。
當然,中國0.2mg/kg的大米鎘標準比世界衛生組織和日本以及中國臺灣省0.4mg/kg的標準要低一倍,同時以上大米的鎘超標也大都在一倍以內,遠遠低于日本當時痛痛病區的糙米鎘含量(平均0.99 mg/kg,變幅在0.25-4.23 mg/kg, n=544) ;同時,目前中國大米的食用量也比日本當時(500克/天)低。隨著交通的發達,中國居民飲食結構、營養結構相比當時的日本改善良多,理論上不會帶來顯著的人體健康負效應。我們完全可以客觀看待這類數據,通過科學普及讓公眾理解這些數據,同時增強公眾的防范意識,提高人體健康水平。
2.不超標的土壤產生超標糧食。由于土壤酸化以及水稻生產環境的特殊性,一些地方的檢測結果表明,即使我們執行著全世界最為嚴格的土壤環境質量標準(比如鎘0.3mg/kg),但糧食作物(水稻、花生和蔬菜)的可食部位依然會超標。
導致這一問題的原因可能有:(1)土壤外源污染物質的侵入;(2)高強度的大氣沉降增加了生長時間長的作物如水稻的吸收;(3)土壤自身酸化等導致吸附于土壤顆粒上活性極低的重金屬被活化,從而增加了作物的吸收。在這種情況下,土壤重金屬污染問題并非當前時髦的土壤修復方法所能解決,而在于控制污染源和重構土壤健康。
3.稻米營養低增加了人體鎘吸收及隨后的健康風險。相對于大豆、小麥和玉米,稻米(特別是精米)中鐵、鋅和鈣的含量都比較低,而大量研究表明,食物中有較高含量的鐵、鋅和鈣或者人體中這些元素充足的情況下都有助于大大降低人體對重金屬鎘的吸收。日本痛痛病患者大都發生于貧窮、營養結構單一、多胎生育的老年婦女身上,正是由于這一群體的食物和體內缺乏鐵、鋅、鈣等元素;而在格陵蘭高鎘海域中生長的環斑海豹體內的鎘即使高過哺乳動物腎皮質鎘200毫克/千克的臨界值三倍,其身體依然很健康而不表現任何痛痛病的癥狀;新西蘭東南部一個小島的居民嗜吃高鎘生蠔,鎘攝取量高達目前世界衛生組織設定的鎘月耐受量PTMI(25ug/kg人體)的10倍,同樣不表現出負面的健康效應,其原因都被解釋為其食物中有含量高的鐵、鋅、鈣等物質。大豆、小麥、玉米和稻米間礦物質元素含量的差異被用來解釋歐美與亞洲高鎘礦區之間人體健康效應差異的原因。歐美也不乏高鎘污染區域,但并沒有帶來顯著的健康負效應,其原因亦被解釋為礦區土壤含有較多的鋅,大豆、小麥、玉米等食物中含有比水稻更多的鋅等元素。
中國65%的人口以糧食為主食,因為生產環境的原因,中國更容易產生鎘超標大米,且稻米中鐵、鈣、鋅等元素含量較少。鑒此,我們必須高度重視大米的鎘安全。
結語
對生態系統而言,鎘是一個毫無生物學功能且具有強烈負面健康意義的元素。中國當前的土壤問題不單是個污染問題,而是高強度的工業污染源和酸性物質沉降帶來的土壤外源重金屬過量、土壤酸化,與高化肥、農藥投入下土壤酸化、土壤結構變化、功能衰退這兩方面聯合沖擊形成的問題。
“毒地”公害
我國耕地總量的三分之二都是中低產田,在土地數量不斷減少的同時,由于過度施用化肥農藥,采礦、工廠的重金屬污染,土地質量也在加速退化。城市雖然繁華,但土地污染卻不會被厚厚的水泥板掩蓋,它就在我們的腳下潛伏;農村雖然廣袤,但土地污染卻早已潛滋暗長,呈現星火燎原之勢,它正向每一片田野蔓延。
土壤污染被稱作“看不見的污染”,包括水污染、大氣污染在內的所有污染,最終都會回歸土壤,造成土壤污染。專家指出,許多地區的污染已超過土壤的自凈能力,沒有外來的治理干預,土壤無法自凈,甚至可能出現三種環境報復風險。
一是生態關系失衡,引發生態環境惡化。中國科學院地理科學與資源研究所在長江三角洲的一項調查發現,由于農藥化肥的過量使用,稻田生物多樣性被破壞,土壤中的蚯蚓、土鱉及各種有益菌等大量消失,農作物害蟲的天敵青蛙的數量大減,自然生態面臨危機。
二是土壤質量下降,使農作物減產降質。重金屬污染的增加,農藥化肥的大量使用,造成土壤有機質含量下降,土壤板結,導致農產品產量與品質下降。調查顯示,由于各種土壤污染,我國糧食每年減產達100億公斤。
三是污染糧食,影響人類生存。農業專家表示,土壤污染的最終后果將是人類“有米不敢吃”。南京農業大學在全國各地市場上進行的調查顯示,約有10%的大米存在重金屬鎘-超標。若長期食用鎘米,將會給人體健康帶來極大的危害。
事實證明,土地污染已嚴重影響到農產品安全、食品安全和居住環境、人體健康,更已構成國土資源環境安全和經濟社會可持續發展的重大威脅。土地污染防治已到了必須面對和急需解決的地步,必須成為環境保護工作的重中之重!
土地的救贖
從1994年開始,中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所等機構就對全國土壤51個化學元素進行監測,1999年開始對中國東部農田區54個化學元素進行填圖,2008年又開始建立覆蓋全國的地球化學基準網,對含78種元素的土壤81個化學指標進行探測。
研究表明,我國土壤正出現越來越多本來沒有或微不足道的危險元素。土壤一旦被污染,通過自凈能力完全復原周期長達千年。土壤不像水會有一個循環,土壤就擺在那里。比如重金屬在土壤中的惰性比較強,一不容易遷移,二不容易變化,頂多是從一種形態轉化到另一種形態或者通過降解向下滲,減少的速率非常慢。
也有專家表示,土壤自身恢復這種說法其實是一個猜測而已。靠風吹雨淋移走重金屬,不能準確定量,“數百年、上千年”的說法給出來的只是一個概數,用來幫助人們理解,說永遠不能恢復都行。就像是礦山,在人類開采之前,礦山中的重金屬早就存在了成千上萬年。
根據不同的污染物,土壤修復可采取的修復手段不盡相同。國內外的經驗顯示,有機污染物可采取熱解、焚燒及微生物等方法。而重金屬污染,很難通過化學手段徹底根除,植物修復相對更為有效。
在湖南省郴州市蘇仙區鄧家塘鄉,綠油油的草長滿了整個農田,乍看之下還以為是青色的水稻。在這塊已經被重金屬嚴重污染、無法農耕的土地上,被稱作“土壤清潔工”的蜈蚣草卻生長得郁郁蔥蔥。蜈蚣草吸收土壤中砷的能力相當于普通植物的20萬倍,通過蜈蚣草的吸附、收割,三至五年內,這片土地就可以“恢復健康”,在郴州已經有修復完工的土地恢復了耕作。
現在,蜈蚣草已經在湖南郴州、云南個舊、廣西環江扎下了根,尤其是在廣西環江,蜈蚣草種植面積已經達到了1000畝~2000畝,成為世界上最大面積的砷污染農田修復項目。
蜈蚣草的“同盟戰友”還有東南景天,這是在廣東種植的專門修復鎘中毒農田的植物,現在東南景天在全國也有上百畝的試驗基地。
在西北,300多畝鹽堿土地上種植了被稱作“吸毒解毒高手”的竹柳,它不僅耐寒、耐旱、耐澇、抗鹽堿,還可以吸收城市污水,消除氮磷鉀,分解土壤中的重金屬成分。
中國的污染場地修復剛剛起步,土壤污染控制與修復應用還未大面積推廣,修復技術與裝備的研發落后于歐美發達國家。中國也引進了很多技術,但需要先解決技術本土化的適應性問題,還要衡量引進成本,最后在實踐上能否應用還沒有定論。由于國內還尚未建立污地修復標準,究竟被污染土地修復到什么程度才算合格,實則難以界定。
土地“洗澡”代價高昂
土壤修復的方式主要就是三種,即物理方法——直接移除換新土,好處是快,壞處是治標不治本,僅僅是污染轉移;化學方法—加化學試劑穩定固定化,減小重金屬的危害,好處是便宜而且快,壞處是污染還在,而且可能有二次污染;生物方法——用生物吸收再移除,好處是環境友好,壞處是慢。綜合來看,植物修復法更接近自然生態,從經濟投入、修復周期和避免二次污染等多方面考慮都是目前的最佳選擇。
雖然植物修復法已經非常“實惠”,修復一噸污染土的成本已經低于200元,但是修復面積的龐大卻使總投入數額驚人。以云南個舊為例,目前治理修復面積還不到100畝,而污染面積卻在20萬畝以上,如果要全部修復,至少需要上億元的投資,這對當地財政來說是個不小的數目。
而且目前發現的超富集植物一般都是野生植物,其種苗繁育存在較大的技術難度,實現大規模種苗就更加困難,所以現今使用的是先大棚育種再移植到修復區的辦法,無疑會增加成本和操作難度。類似蜈蚣草的砷超富集植物多集中在我國淮河以南,而在淮河以北則很少發現,使植物修復法的影響范圍也大大受限。
對于土地修復地區的村民來說,最為痛苦的則是三至五年的修復周期過于漫長,他們守在不能耕作的試驗田旁,除了等待,毫無辦法。更為殘酷的現實是,很多污染地區都等不及采用植物修復法,而選擇了“客土法”。這種方法主要是將被污染土壤深埋到水稻根系不能達到的25厘米以下,雖然運用“客土法”修復一畝污染土地要花費上百萬元,污染土壤仍然存在,甚至會繼續擴大,但是由于修復方法簡單,花費時間少,這種飲鴆止渴的方法被廣泛應用。
在當前農業生產規模小、效益低的現實情況下,如此代價高昂、周期漫長的修復也大大降低了農民治污的積極性。多地農業部門的監測發現,為了減少生產成本,農民自購的農膜基本上不合格,往往使用0.006毫米的超薄膜,甚至還有0.005毫米的農膜。越薄的農膜強度越低,抗拉能力差,容易老化,破碎后碎塊更小,難以撿拾,相應產生的農膜殘留量就更大。不少農民反映,種一季糧掙不了幾個錢,化肥、農藥一旦用少了,莊稼立馬減產,誰都不敢輕易減量。
其實,污土修復的核心在于如何依靠技術來降低成本和保障環境安全性。因此,經濟合理的技術方案一直是科學家們追求的突破目標。目前世界上見效最快的土壤修復技術是“納米鐵”。美國和歐洲已開始采用,一些有機污染物和重金屬都可以處理,幾乎屬于比較理想萬能的修復,實驗室里一天就能見到修復效果,野外見效通常幾個星期或幾個月。但高昂的修復價格,是致命的缺點,使其難以成為最理想的修復方案。
棕色地塊變成“唐僧肉”
那些已經受到或將要受到污染卻未經修復的污染場地,被媒體稱為“毒地”,而在歐美國家它有一個文雅的名稱:棕色地塊。
“毒地”危害最知名的案例是美國的“拉夫運河事件”。在1942年至1953年的11年問,位于美國加利福尼亞州的干涸的拉夫運河河谷,一直是個用于傾倒工業廢料的垃圾場。20世紀50年代后期,這片河谷陸續被開發,2000多戶居民居住于此。70年代末,各種怪病開始困擾當地居民,癌癥發病率和死亡率奇高。在隨后的調查發現,1974年至1978年間,拉夫運河小區出生的孩子56%有生育缺陷。拉夫運河小區的婦女比搬進來之前的流產率增加了300%。當地居民不得不搬遷。
如今,棕色地塊正成為中國城市的噩夢。最近幾年,越來越多從城市搬遷的化工廠、農藥廠、鋼鐵廠等高污染場地被重新開發成了住宅小區,這些房地產開發商大力宣傳的樓盤名稱,對其進行二度包裝。更加令人痛心的是,許多“毒地”尚未“清毒”就被一些地方政府、房地產開發商視為“唐僧肉”,建成經濟適用房等。
從北京地鐵八通線管莊站下車,沿著雙橋東路南行,穿過一片城中村,能看到兩處隔路相對的大型社區,D社區與Y社區。D社區的居民2005年入住,入住率極高,二手房均價達到2.45萬元每平方米。據悉,D社區所處地塊曾是鐵道部防腐枕木廠的工業用地,由于大量有害化學用品的過度使用,該廠曾發生過“工人中毒事件”。雖然廠子于2001年倒閉,但在其40年的歷史中,大量的有害元素已滲入土地,使場地遭受到了嚴重污染,屬于典型的棕色地塊。然而,就在這樣未經修復的“毒地”之上,安建廣廈千萬間?
按照土壤修復的程序,修復企業先要對污染場地進行環境評價,跟人生病去醫院“看病、診斷、治療”的程序類似,土壤采樣、實驗室化驗、分析診斷都是必須環節。但在利益的追逐下,現實版的土壤修復故事往往要粗糙得多。
一位土壤修復工程師曾在其博客里質疑:你相信一個20年的老化工廠,調查結果是只有50平米污染土壤嗎?你相信一個生產十幾種持久性有機污染物的場地里沒發現苯系物嗎?你相信現場五顏六色,結果只有兩種重金屬超標嗎?在一天幾十萬元的銀行利息壓力下,房地產商選擇土壤修復多出于無奈,往往將土壤修復流程簡化成兩個程序:挖干凈,拉走。
據業內人士透露,在我國棕色地塊的土壤修復,實質上是非常有限的,若在這樣的土地上居住,極有可能上演中國的“拉夫運河事件”。但他同時強調,危害需要通過長期積累才可能顯現。
還有多少看不見的污染?
土壤污染帶來的惡性事件,一次又一次地刺痛了國人的心,然而長期以來,我國土壤污染狀況始終沒有權威公布,一年一度的環境公報也鮮有提及。權威信息缺失,已經導致人們的普遍焦慮,人們急于知道,究竟有多少“看不見”的土地污染在威脅人的生命安全?
北京律師董正偉曾向環保部提交政府信息公開申請,要求“公開全國土壤污染情況調查的數據、調查依據、污染成因和防止措施以及方式方法”。但環保部以“國家秘密”為由,予以拒絕。中國的土地已被污染到如此種程度,環保部卻還在以“國家秘密”給自己當遮羞布,著實令人心寒。
環保部近期的《2012中國環境狀況公報》稱已經完成全國土壤污染狀況調查,這說明相關部門對污染情況不是沒有掌握,秘而不宣地刻意隱瞞,讓公眾獲知艱難。浪費了大量社會資源,也損失了公眾信任,甚至還會因謠言四起造成不必要的恐慌。
污染“家底不清”,直接影響到人們的生產生活。一面是“1.5億畝耕地污染”“華南部分地區50%耕地受重金屬污染”“全國每年因重金屬污染的糧食達1200萬噸”等數據廣泛流傳,一面是污染源情況不明,農民無辜受損、消費者無所適從。
[關鍵詞]糧食安全;生態環境;耕地可持續利用
[中圖分類號]F323[文獻標識碼]A[文章編號]1672-2426(2014)06-0051-04隨著工業化、城鎮化進程的加快,以及人口增加和人民生活水平的提高,糧食消費需求將呈剛性增長,而耕地減少、水資源短缺、氣候變化等生態因素對糧食生產的約束作用日益突出,保障糧食安全面臨嚴峻挑戰。國家的糧食安全不但要關注數量安全,更要關注質量安全。中國糧食安全不僅僅是本國的事情,也關系到國際糧食市場價格的波動,因此,中國的糧食安全引起了全球的廣泛關注。
耕地作為糧食生產的最重要的生態因素之一,對保證糧食安全具有極其重要的意義。學界普遍認為,改革開放以來,中國經濟高速發展,城鎮規模迅速擴大,伴隨而來的是耕地資源的大幅度減少。耕地非農化現象的日趨加劇一方面促進了經濟的發展,一方面又可能對糧食安全、社會安定、生態環境等產生一定的負面效應(曲福田等,2004;談明洪等,2005)。為了保護有限的耕地資源,國家作出了加強土地管理、切實保護耕地等一系列重大決策,并將其作為基本國策之一,實施了世界上最嚴格的耕地保護制度。然而,現行的耕地保護制度與政策卻并未發揮其作用。研究表明,現階段協調經濟增長與耕地保護的公共政策調整方向是提高土地資源市場化配置程度、將土地利用的外部性內部化、進一步明晰產權、改革征地制度(曲福田等(2004)。要保持耕地總量動態平衡,應重點保護基本農田,執行分級農田的保護及總體規劃和分區控制使用的原則,加強土地管理、土地整理及土地復墾等工作,改善和提高耕地的質量及生態環境,從根本上改善農業生產條件,確保國家的糧食安全(林培等,2001)。機制建設是耕地保護的治本之策。但目前有關耕地保護方面的研究集中在經濟補償模式與整體框架設計、經濟補償標準厘定、經濟補償資金管理與運作、中央政府-地方政府耕地保護關系、耕地保護多主體共同責任關系等方面。從實際運作來看,需要進一步研究耕地保護中的農戶行為與意愿、中央政府激勵機制設計等方面(李廣東等,2011)。
當前,中國耕地保護政策中缺乏有效的經濟補償機制,急需建立耕地保護的經濟補償機制,形成完備的耕地保護激勵約束機制,增強耕地保護的微觀動力,以平衡各相關經濟主體間的利益配置關系(姜廣輝等,2009)。一般而言,耕地投入糧食生產的邊際利潤明顯低于其他農地利用方式的利潤,為了提高農戶耕地保護與糧食生產動力,需要設置耕地保護經濟補償資金(陳秧分等,2010)。糧食主產區應作為主要的補償對象,在耕地保護過程中應該打破傳統農業自給自足的封閉循環,遵循耕地保護機會成本的區域差異和區域土地利用的比較優勢,統籌區域土地利用,使耕地保護成為實現農業區域專門化的手段(吳澤斌等,2009)。從保護耕地補償的標準來看,耕地保護機會成本損失應作為補償的最低價值標準(雍新琴等,2012)。
從農民對待耕地保護的角度看,農戶對耕地保護補償標準的意愿相對較低,其中經濟發達地區的農戶對補償標準的要求要明顯高于經濟欠發達地區,而在影響農戶耕地保護補償意愿的諸因素中,地區差異、農戶受教育水平及農戶對征地的意愿發揮著比較顯著的作用(陳志剛等,2009)。
基于糧食安全,本文重點分析我國耕地可持續利用的相關問題,并提出實現耕地可持續利用的政策性建議。
一、實現糧食安全所面臨的耕地資源形勢
(一)耕地資源形勢分析
《全國土地利用總體規劃綱要》(以下簡稱《綱要》)提出:要堅守18億畝耕地紅線,到2010年和2020年,全國耕地應分別保持在18.18億畝和18.05億畝。18億畝耕地紅線是中國糧食安全的警戒線,是鋪設糧食安全之路的第一塊基石,但我國耕地資源面臨的形勢仍然不容樂觀。
1.耕地資源日趨減少的趨勢不可逆轉。2012年3月9日人民網報道,1998至2010年,全國耕地面積從19.45億畝減少到18.26億畝,勉強達到《綱要》提出的目標。《2013中國國土資源公報》中的數據表明,2012年,全國因建設占用、災毀、生態退耕等原因減少耕地面積40.20萬公頃,通過土地整治、農業結構調整等增加耕地面積32.18萬公頃,年內凈減少耕地面積8.02萬公頃。隨著工業化、城鎮化進程的推進,耕地資源占用將呈現不可逆轉的態勢。
2.耕地質量總體不高,劣質耕地比例將進一步增加。《中國耕地質量等級調查與評定》結果顯示:全國耕地質量平均等別為9.8等,其中,低于平均質量等別的10-15等地占57%以上,而高于平均質量等別的1-9等地僅占43%,特別是生產能力大于15000公斤/公頃的耕地僅占6.09%。將全國耕地劃分為優等地、高等地、中等地和低等地,其所占比例分別為2.67%、29.98%、50.64%、16.71%,即優等地和高等地合計不足全國耕地總面積的1/3,而中等地和低等地合計占到耕地總面積的2/3以上。
正如上面所述,耕地占用的同時,通過土地整治可以增加部分耕地面積,但從質量上來說,所占用的耕地都是土地生產率很高,而增加的耕地卻是土地生產率很低,甚至在短期內沒有產出的低等土地,只能算理論上的耕地,因此,劣質耕地在耕地中的比例將會進一步增加。
3.耕地資源污染日益嚴重,從局部向區域蔓延。我國重金屬污染正由大氣、水體向土壤污染轉移,土壤重金屬污染已進入一個“集中多發期”。由于污水灌溉、大氣沉降物、施肥等原因,工業城市和冶煉企業周邊,通過大氣干濕沉降和灌溉水因素帶入土壤中重金屬量可以達到施肥帶入量的幾十至幾百倍。此外,畜禽飼養飼料中添加的銅、鋅、砷等元素絕大部分隨廢棄物進入周邊水體和農田中,成為土壤中銅、鋅、砷污染重要來源之一。
環境保護部和國土資源部聯合的《全國土壤污染狀況調查公報》指出,全國土壤環境狀況總體不容樂觀,部分地區土壤污染較重,耕地土壤環境質量堪憂,工礦業廢棄地土壤環境問題突出。工礦業、農業等人為活動以及土壤環境背景值高是造成土壤污染或超標的主要原因。具體數據來看,全國土壤總的超標率為16.1%,其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染類型以無機型為主,有機型次之,復合型污染比重較小,無機污染物超標點位數占全部超標點位的82.8%。從污染分布情況看,南方土壤污染重于北方;長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業基地等部分區域土壤污染問題較為突出,西南、中南地區土壤重金屬超標范圍較大;鎘、汞、砷、鉛4種無機污染物含量分布呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態勢。對耕地而言,土壤點位超標率為19.4%,其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環芳烴。
根據國土資源部公布的數據,全國每年因被重金屬污染的糧食高達1200萬噸,近30%的蔬菜和水果重金屬含量超過農產品質量限值。
(二)實現糧食安全中存在的兩對矛盾
2013年,全國糧食總產量達到60194萬噸,比上年增加1236萬噸,增長2.1%。其中,夏糧產量13189萬噸,增長1.5%;早稻產量3407萬噸,增長2.4%;秋糧產量43597萬噸,增長2.3%。實現了糧食生產的“十一連增”。這種“十一連增”僅僅關注了糧食數量,而沒有關注糧食質量,從生產角度來看,這是一種不完全的糧食安全概念。盡管如此,必須清楚地認識到未來糧食安全所面臨的“兩大”矛盾。
1.糧食數量安全要求與優質耕地資源日益減少之間的矛盾。隨著工業化、城鎮化進程的日益加快,耕地占用是呈現不可扭轉的趨勢。2011年國土資源部下達全國城市新增建設用地指標只有600萬畝,而各地上報國務院的計劃高達1500萬畝,來自地方的用地沖動非常強勁,未來確保18億畝耕地紅線,為糧食數量安全提供生態資源基礎困難重重。
同時,我國耕地生產率普遍偏低。《中國耕地質量等級調查與評定》結果顯示:優等和高等地合計不足全國耕地總面積的1/3,而中等和低等地合計占到耕地總面積的2/3以上。
2.糧食質量安全要求與耕地資源污染日益嚴重之間的矛盾。前面已經提到,全國每年因被重金屬污染的糧食高達1200萬噸。同時,由于污水灌溉、大氣沉降物和施肥等原因,以及畜禽飼料中添加的銅、鋅、砷等元素絕大部分隨廢棄物進入周邊水體和農田中,成為土壤中銅、鋅、砷污染重要來源之一,我國土壤重金屬污染已進入一個“集中多發期”。由此可見,要實現糧食質量安全也面臨著巨大的挑戰。
二、實現耕地資源安全存在的問題及矛盾
《2012中國國土資源公報》中的數據表明,2012年,全國共驗收土地整治項目2.05萬個,總規模達250.41萬公頃,新增農用地54.45萬公頃,新增耕地46.56萬公頃。全年批準建設用地61.52萬公頃,其中轉為建設用地的農用地42.91萬公頃,耕地25.94萬公頃,同比分別增長0.6%、4.5%、2.5%。表面上來看,通過土地整理項目補充的耕地面積高于建設占用的耕地面積。但是,補充耕地的質量遠遠低于轉用耕地的質量。從土地生產率來講,可能十倍、二十倍,甚至更多的補充耕地面積都難以彌補所占用的耕地面積的產出,因此,不能簡單地將18億畝耕地紅線作為一個靜態的數據來看,必須從土地生產率的視角重新審視。
(一)占補平衡制度難以取得預期效果
耕地占補平衡作為耕地保護的一項基本制度,明確規定建設占用多少耕地,各地人民政府就應補充劃入多少數量和質量相當的耕地。這項制度對耕地保護發揮了一定的作用。可是實施過程中,只能從數量上對耕地進行補充,而要同時保證補充耕地的質量則只能是美好的愿望。2014年國土資源部提出要進一步完善耕地占補平衡制度和保護補償機制,以提高耕地生產能力為目標,把提升耕地質量放在首位,堅持統籌規劃、先建備補、占優補優、占水田補水田。這些措施對保護耕地無疑具有重要的作用,但這僅僅是理論上可行、現實不可能實現的措施。
(二)土地整理復墾工程只重視結果不重視實效
土地整理復墾工程是落實占補平衡制度的一個重要方面,但存在著嚴重的“重開發、輕整理和復墾”、“重數量、輕質量和生態”、“占多補少、占優補劣”、“重農用地,輕建設用地”問題;有些忽視了土地整理中的生態建設,部分項目盲目的高標準、高投入,不重視規劃中對景觀和生態環境的保護。盡管在數量上得到有效補充,但整理出的土地生產率較低,要培肥地力,提高土地生產率需要一定的時間。在調研過程中發現,一些地方存在如下現象:復墾整理出的耕地所在地點比較偏遠,無人進行耕作,沒有形成絲毫的土地生產能力,只是名義上的耕地。
(三)耕地補充的潛力越來越小
隨著工業化、城鎮化進程的加快,耕地面積會持續減少的趨勢是難以遏制的。落實占補平衡制度,補充耕地的壓力將會進一步加大。易開發整理的土地后備資源逐步減少,補充耕地的成本提高,難度逐步加大。即使通過土地整理復墾項目的實施,在一定程度上補充了耕地,但耕地質量構成中,土地生產率低下的耕地面積所占比例將會進一步增加,其對國家糧食安全的影響將會逐漸顯現。
(四)土壤污染沒有得到足夠的重視
土壤污染異常嚴重,呈現日益加重的趨勢,這是不爭的事實,但國家有關部門遲遲不公開土壤污染信息。這里存在兩種可能,一是土壤污染狀況超乎人們的想象,不敢公開;二是對土壤污染治理沒有給予足夠重視,不愿公開。值得慶幸的是,廣東省相關部門將已調查清楚的珠三角土壤污染結果并如實公布,結果表明,珠三角28%土壤被重金屬污染。這些信息公開之后,可以促使政府將土壤污染治理問題列入議事日程,通過相應的技術措施進行土壤的修復,以改善土壤的質量。
此外,盡管我國曾在1995年頒布過《土壤質量環境標準》,但該標準過分強調統一,并不能滿足我國土壤多樣化特點,該標準也未對污染等級劃分提出量化指標。同時,對土壤質量狀況的監測也不到位,一旦出現嚴重的污染事件時才會引起重視。
三、實現耕地資源可持續利用的政策建議
要切實保護耕地,實現國家糧食安全,必須要處理好上述“兩大”矛盾,為此,提出如下政策建議。
(一)以土地生產率為準則,確保18億畝耕地紅線
“十二五”規劃綱要提出:“嚴格保護耕地,加快農村土地整理復墾”。通過土地整理復墾補充的耕地面積,不能簡單地以數量來衡量,需要根據土地生產率為準則進行衡量。具體來說,所占據的耕地中大部分是基本農田,其土地生產率較高,那么就以區域土地生產率的平均水平作為標準,對補充的耕地進行折算;其后隨著對地力的培育,逐漸進行折算。這樣才能確保我國的糧食安全。
(二)以提高土地生產率為目標,改善耕地質量
糧食安全的保障,切實可行而且有效的途徑是依靠單位面積產量的提高。為此,需要大力推進高標準基本農田建設,改善耕地質量,提高土地生產率。根據國土資源部、財政部下發的《關于加快編制和實施土地整治規劃大力推進高標準基本農田建設的通知》精神,對不同區域耕地逐步實施高標準基本農田建設工程,同時,采取測土配方施肥,提高耕地質量。特別是應注重我國糧食主產省、重點縣的基本農田建設,為確保我國糧食安全打下堅實的基礎。同時,建議盡快從國家層面,把有關涉農資金整合起來,以便提供農田建設的標準。
(三)以提高糧食質量安全為目標,加強土壤污染的生態修復
土壤污染治理是未來耕地質量安全的重要領域。其主要技術措施包括:通過創新水質監測技術,減少污水灌溉造成的土壤污染;通過創新測土配方技術,提高化肥使用率,減少化肥施用對土壤造成的污染;通過創新土壤污染治理技術,包括作物的替代技術,對于小規模的污染農田,可以采用換土辦法,把城鎮化過程、道路建設以及其他占用的基本農田的表層土,轉移到污染農田,以提高土地的生產能力。
(四)集成土地整理技術,縮短培育地力的周期
對整理區水土重構、生態防護、景觀改造、高效施工和生物-理化聯合改良等技術的集成,革新土地整理高效施工工藝,改造整理區生物-理化聯合改良技術,實現整理區水土系統的有效調控,縮短土地地力培育的周期,迅速提高土地生產率,為項目施工提供技術指導,為項目設計、工程招標和工程監理提供技術依據,為行業管理部門對項目質量監督檢查提供標準規范,從而為土地整理提高土地質量、改善生態環境提供技術支撐。
(五)建立耕地保護的經濟補償機制
為了更好地保護耕地資源,確保國家糧食安全,應盡早建立耕地保護的經濟補償機制,制定耕地保護經濟補償的標準、具體的實施辦法,以合理協調不同耕地保護主體間的收益關系,改變耕地利用與保護中成本收益承擔主體的不一致現象,形成有效的激勵約束機制,有利于耕地的高效利用和保護。具體包括基于耕地利用多功能外溢效應補貼的農戶補償機制、基于發展機會成本補償的耕地保護區域平衡機制。這樣才能有效調動農戶、區域保護耕地的積極性。
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1分類控制美國政府對環境問題的治理
采取聯邦與地方政府分類執法的方式,美國環境執法主要由三個部門負責:國家環保局、內政部和農業部。國家環保局主要負責控制污染事件的發生,內政部主要負責聯邦自然資源的管理和保護,農業部主要負責農產品、畜牧產品的計劃、生產、銷售、出口等,負責美化環境、保護環境、農業教育等。美國的環境執法原則上由各州來執行,一方面各州在聯邦環保局的同意下制定自己的實施計劃,但實施標準不能低于聯邦規定的標準。另一方面,如果各州在執法過程中超過了聯邦的標準,聯邦環保局又會以自己的名義取代該州進行環境執法的地位,從而來確保全國各州的環境執法在一定程度上的統一。美國聯邦政府對環境污染按資源進行分類管理,制定單行法律法規,主要有《土壤侵蝕法》、《水質法》、《清潔空氣法》、《聯邦殺蟲劑、殺菌劑和滅鼠劑法案》等法案,對不同的資源要素制定單獨的法律,這樣不僅便于有效地立法和高效地執法,同時,也為綜合治理農業環境問題奠定了法律基礎。
2聯邦法律和地方立法相結合
在立法層面上,聯邦和州憲法對不同層級的不同職責進行了明確的劃分,以確保不同部門執法的合理高效。美國農業之所以取得如此大的成就,很大程度上依賴于健全的法律法規以及強硬的司法力度。例如,1987年美國國會頒布并實施的《水質法》,要求各州對管轄區域內的面源污染進行統一識別,區別不同類型的污染源,要求各洲政府通過合作來預防、阻止以及減輕污染的發生,鼓勵政府間制定可行的統一的有關預防、阻止以及減輕水污染的法規,并鼓勵各洲政府間簽訂預防和阻止水污染事件發生的合同,國會對此類協議規定只要不與聯邦法律法規發生沖突便給予贊成通過。同時,美國聯邦政府還與州以及地方機構合作開展研究、調查、設計以及搜集信息等,來預防、阻止和減輕水污染。聯邦政府授權環保署對各州、自治區、州市、各洲間為預防、阻止和減輕水污染的機構提供資金援助的措施來削減面源污染。
3法律制度健全
從農業生態環境保護的立法工作來看,迄今為止美國制定的農業資源法律政策已有11部,涉及土壤污染、土壤侵蝕、水土流失等方面,在農業投入品(農藥管理)方面制定的法律政策有6部,地方州、縣還根據自己的實際情況,制定適合本地區發展的法律政策。
二我國農業環境所面臨的問題
1土壤污染
我國土壤污染種類繁多,主要是不合理地施用農藥、化肥以及農膜,還有酸雨等大氣類型的污染。土壤污染具有持續性、隱蔽性以及滯后性,所以我國每年因土壤污染而造成的農田減產甚至絕收,是造成糧食危機以及食品安全的重要因素。近年來,我國污水灌溉農田面積約330多萬公頃,占全國總灌溉農田面積的7.3%;每年農藥、化肥使用量均超過2.3kg/公頃;每年農地用膜年產量50萬噸,大約20%殘留在土壤中,殘留的地膜會造成新一輪的污染;據2010年環境質量狀況報告顯示,全國酸雨面積約120萬平方公里,約占國土面積的12.6%。
2水體污染
水污染是各國共同面臨的一項重大難題,根據聯合國2008年數據,我國擁有全世界21%的人口,但只占水資源總量的6%,人均水資源量僅為世界人均水平四分之一左右,是全球人均水資源最貧乏的國家之一。隨著污染范圍不斷擴大,程度不斷加深,其質量對人類的影響已經遠超數量。據水利部2011年水資源公報顯示,我國北方六區2011年水資源總量為4918億立方米,占全國水資源總量的21.1%,但總用水量卻占全國的45.3%。全國七大水系近一半河段污染嚴重,城市附近的河流大都受到不同程度的污染,能達到2、3類水質的北方河流約有20%、南方約30%。另據近期對全國130個湖泊調查結果分析表明,目前處于富營養狀態下的湖泊有51個,占調查總數的39%,占調查面積的33.8%。
3農藥化肥使用不合理
我國總體上對農藥化肥控制力度比發達國家低,不僅表現在法律制度的制定上,也體現在對農藥化肥的使用上。我國每年因農藥化肥不合理使用出現大量農藥中毒事件,據26個省市1992~1996年5年間的不完全統計,共報告247340例農藥中毒,致死24612人,年均病死率為9.95%。另外,據農業部對6個省26個基地縣抽樣調查,糧食中農藥檢出率為60.1%,殘留超標率達1.12%。一些大城市郊區蔬菜農藥檢出率超過50%以上。這不但影響我國農業自身健康發展,還導致我國在農產品出口方面遭受其他國家的歧視。
三美國農業環保制度
對我國農業環境問題的啟示美國農業環境得到改善主要得益于美國聯邦以及州政府根據農業發展趨勢,及時制定適合國家發展需要的農業環境保護法案。制度是根本,高效的執行是保障,美國農業之所以走在世界尖端之列,與其制度建設密切相關。雖然我國與美國體制不同,但針對相同的農業環境問題所需解決辦法卻如出一轍。美國在治理農業環境問題方面所制定的法律政策具有其先進性,值得中國借鑒。法律的制定、政策的維護、意識的培養、科研的貢獻、資金的投入是環境保護工作順利有效進行的重要保障。
1建立土壤環境影響評價制度
建立政府企業環境問責雙軌制在黨的十號召對官員進行綠色GDP考核以及防止造成土壤污染和生態系統破壞的背景之下,建立土壤環境影響評價十分必要。土壤環境影響評價,即在工礦企業選址建廠之前要做出土壤污染分析報告,由環保部門根據報告分析是否有必要進行專門的污染測試,對于可能造成的環境損害,包括土壤、大氣、水、動植物,以及對人體健康的影響等,進行多方位的檢驗與評估,這應當作為企業選址建廠中的必要環節。只有那些對土壤或生態環境沒有或基本沒有負面影響的企業,才能建立在市區或郊區。如果對土壤影響較大但又必須建址在市郊附近,且預防措施和治理措施到位,可以允許其建廠。對于污染嚴重的工礦企業,禁止其在良田、水源地、居民生活區等地建廠。實施土壤環境影響評價制度可以有效地預防土壤污染的發生,高效地節約治理成本。目前,我國土壤污染責任仍以“誰污染,誰治理”為原則,因此建立政府企業環境問責雙軌制對預防“點源控制”非常有必要。土壤污染的一個主要來源就是工業三廢,其對土壤造成間接或直接的污染。我國現行的法律制度針對企業污染的設計主要是采取個別控制,以污染物“點源控制”為主,而非個別污染大家治理。在責任承擔上,現行企業績效考核中不包括土壤污染所導致的生態價值受損,這足以表明企業已將污染所導致的負外部性外部化,即自身收益外部受損,這對其他企業以及生態環境有失公平。黨的十提出要把資源、環境、生態納入到政府績效評價體系中,建立以綠色GDP為導向的政績考核體系,因此在有污染的企業選址建廠時,應先向當地政府提交環境影響評價報告書或報告表,說明其針對土壤環境評價保護措施的設計,以及相關環境科學技術的發展。另外,政府方面針對政府官員實行環境與經濟綜合考核的辦法,即政府在接納企業在本地區建廠時,未來就要承擔各項環境標準抑或某單項環境標準的考核,并根據企業排污狀況,確定獎勵排污少未對環境造成危害,且與高污染的企業一同承擔污染環境的責任,做到經濟建設收益與環境保護同負擔,以便早日實現環境保護與經濟建設同步發展。
2采用綜合環境制度解決水污染問題
嚴格實行污染物排放總量控制與公眾參與監督水源區的水質量相結合的制度。國務院為了加強水污染防治工作,規定所有的工業污染源都要達標排放污染物,對于新建的企業要實行三同時制度。工礦企業根據排放污染物的性質決定從嚴控制還是放寬政策,對于排放有毒、有害、不可降解以及含有重金屬的污染物嚴格控制,排放污染物的總量標準根據各地政府制定的標準嚴格執行,如果有過量排放的,政府應對其嚴格執行行政處罰;對于毒性較小、可降解的污染物放寬政策。對于建在離水源區較近的工礦企業,民眾要積極監督其排放的物質是否對水源地造成危害,如果造成一定程度的危害,政府應對其采取限期治理或遷出水源地區域的措施,責令其另行選址建廠,并設立水源地保護區,嚴格限制有污染的企業在水域區附近建廠。在工業生產中,針對廢水的處理,政府要加強管控,定期檢查廢水處理設施的運轉以及排放區域,防止其將污水直接排入河流,造成河流以及水源地污染。最后,鼓勵群眾積極參與監督工礦企業排放工業三廢的行動中來,排污即舉報,不僅加強政府對排污行為的管控,更應當增強民眾參與環保事業的責任感。
3完善我國《農藥管理條例》農藥對土壤以及環境的危害
加油站的設備設施除罩棚、加油島、加油機以外,還有一些設施如儲油罐、輸油管線埋在地下。這些油罐、管線在環境溫度及土壤的成分及濕度的作用下,隨著時間的推移被逐漸地腐蝕,造成油品泄漏、污染土壤、水體的隱患,特別是,如果油罐埋設地點在飲用水系附近,則將對飲用水系構成重大污染隱患。2006年8月5日10時30分—8月6日18時,地處二級水源保護地的某加油站,油罐發生嚴重的漏油事故,在事故發生約30h過程中,滲入罐池油品總量超過13000L。油罐被挖開后,在油罐底部發現直徑約一分錢大小的漏油孔。經對事故原因調查分析,這是一起因技術不良、罐體腐蝕所造成的設備事故罐外防腐處理未達技術要求:油罐起出時玻璃纖維外露,最外層防腐瀝青涂抹不均勻。油罐安裝不符合技術要求:沒有設立油罐基礎、罐底緊貼罐池,油罐裝油后重量增加與罐池物質構成原電池腐蝕。穿孔初期受重量積壓和防腐層影響,沒有產生漏油,隨著腐蝕加重,在8月5日上午9時進油時,罐內油位達歷史高位2336mm,壓強增大,擊穿油罐腐蝕層造成嚴重漏油。本次事故由于搶救及時、得力,未對當地水源造成危害。除存在對土壤和水體造成污染的隱患外,由于汽油的主要成分是碳氫化合物,這種物質在常溫常壓情況下,極易在空氣中揮發。不但對大氣造成污染,還會由于汽油中輕組分的流失,造成油品數量損失、質量下降,且揮發出的油蒸汽與空氣混合后,還會構成火災隱患。GB11085─89《散裝液體石油產品損耗》,對石油產品的運輸、裝卸、儲存等各環節,按照不同地區、不同季節,給出了油品流通過程中,各環節的合理損耗,其中運輸損耗和儲存損耗主要是由于油品蒸發所致。據統計數據顯示,2013年北京地區消耗成品油超過750萬t,而《散裝液體石油產品損耗》標準中規定,散裝油品埋地罐油品損耗為0.01%,公路運輸損耗(每50km)為0.01%,在油品損耗不超標的情況下,僅儲存、運輸環節油品蒸年發量約為1500余t。由此可見,每年蒸發出的油氣對大氣的污染十分嚴重,造成的綜合經濟損失也很大。
2加油站環境污染危害控制技術
隨著整個社會安全、環保意識的不斷增強,越來越需要一些本質安全的系統,以及一些有效的措施,來減輕加油站在使用過程中帶來的負面影響。
2.1油氣回收系統加油站油氣回收是通過油氣回收裝置將加油站在卸油和加油過程中產生的油氣,通過密閉流程進行收集并集中進行處理,以達到提高加油站的安全系數、減少油品損耗、保護環境的目的。加油站油氣回收系統包括一次油氣回收系統:負責將汽油配送罐車卸油時產生的油氣,通過密閉流程,收回到罐車內。二次油氣回收系統:負責將為車輛油箱加注汽油時,所產生的油氣通過密閉流程收集進入油罐內。三次油氣回收系統:也稱后處理裝置,通過采用吸附、吸收、冷凝、膜分離等方法,對二次油氣回收系統回收的油氣及油罐內自然揮發的油氣進行回收處理,最終達到使排放氣體達到國家標準的目的。在線監控系統是實時監測加油油氣回收過程中的氣液比、油氣回收系統的密閉性和管線液阻是否正常的系統,并能記錄、儲存、處理和傳輸監測數據。油氣回收系統的應用,有效減少汽油揮發氣體的肆意排放,既減輕了對大氣的污染,又回收了油氣資源。
2.2撬裝加油設施撬裝加油設施是集儲油罐、加油機、視頻監控為一體的地面可移動加油站,是集地面防火防爆儲油罐、防爆多功能油泵管路系統、油氣回收裝置和加油機、可整體遷移的地面加油系統。具有防火防爆,安全環保,占地面積小,便于遷移等特點,產品廣泛適用于公交站點、港口、碼頭、機場、大型施工場地、企業內部加油站等。這種撬裝加油設施因為采用了具有阻隔防爆技術的儲油罐,具備防火防爆功能,因此也被稱作阻隔防爆撬裝加油站。阻隔防爆技術是近年來安全監督部門在易燃易爆化學危險品儲運過程中大力推行的一種防止易燃易爆化危品爆炸的本質安全技術。由于爆炸是當空氣中所含可燃氣體或蒸氣濃度達到爆炸極限范圍內時,遇明火即在短時間完成的劇烈的燃燒反應,并釋放出巨大的能量,導致巨大的破壞力。阻隔防爆技術是根據爆炸反應的這種特性,將盛裝汽油等危險物品的容器內部空間,按一定的密度、填滿用特種鋁合金制成的蜂窩狀的網格(僅占容器容積的0.3%~0.8%),一旦有明火出現時,這種蜂窩狀的網格阻隔防爆材料,可以迅速的吸收燃燒釋放出來的絕大部分熱量,阻隔火焰在容器內部的傳播與能量的瞬間釋放,破壞燃燒介質的爆炸條件,從而達到防爆的目的。同時這種蜂窩結構具有極好的導熱導靜電性能,可起到消除靜電、防止靜電積聚的作用,從而有效的保證了易燃易爆危險化學品的儲運安全。撬裝加油設施除選用了具有阻隔防爆技術的儲油設備外,還配套了一、二次油氣回收系統。其與常規加油站最大的不同,是其儲油罐非埋地安裝,從根本解決了土壤腐蝕罐體、穿孔、油品滲漏又污染土壤的問題。據有資料報道:美國政府為避免地埋油罐泄漏帶來的不良影響,要求相關企業對儲油罐及其附屬設備從設計、制造到安裝都必須充分考慮其防腐、防泄漏、防爆性能,同時大力推廣地面設置的輕型加油站。而撬裝加油設施正是能夠達到這一標準,既能減小環境污染,又能服務于社會的最佳系統。同時,撬裝式加油設施具有快速安裝、標準化、模塊化的特點,可適應各種加油環境,設備的可拆移性,確保了靈活使用、費用低廉的經濟適用性。因此,隨著成品油市場需求的增加,推廣撬裝式加油設施對于廣大農村鄉鎮、大型企業、城市特殊區域有著十分重要的意義。
3加油站危險廢物處理方法引起的思考
關鍵詞:環境價值 評估方法 環境評估期權定價法
2016年4月17日,央視報道了江蘇常州外國語學校搬遷新址后,許多學生先后被檢查出皮炎、血液指標異常等情況,個別學生查出被患有淋巴癌等。而學校附近正在開挖的地塊上曾是三家化工廠,學生們的身體異常情況疑與化工廠的“毒地”相關。
2014年4月,環保部和國土資源部公布了《全國土壤污染狀況調查公報》,這是中國首次公布全國土壤污染狀況的調查。根據公報,此次調查覆蓋面積為630萬平方公里,全國土壤總的超標率為16.1%,單從此次調查的范圍來看,受到污染的土壤面積就超過了100萬平方公里。
隨著環境問題的增多,人們對如何對環境污染造成的損失進行評估等問題也日益關注,這也導致了社會對環境影響評估的日益關注。
一、研究的意義
(一)有利于評估環境污染的影響
長時間、大范圍的環境污染造成的損失究竟有多大,污染對環境未來的影響有多深,這些問題的解答都需要一套比較完善的環境影響評估方法。
(二)有利于合理分配、利用、保護環境資源
從環境經濟學角度來講,環境作為一種資源,具備“稀缺”的特性,所以從經濟學角度,也需要一套比較完善的環境資源價值評估方法來對環境進行評估,從而有利于人們合理地分配、利用、保護環境資源。
(三)有利于推行“綠色經濟”
現有的經濟指標只能用來反映人的經濟活動,而對于環境資源消耗的評估則無能為力。基于對經濟更加全面評估的考慮,需要一套環境影響評估體系。聯合國于1993年推出了《綜合環境與經濟核算體系》,建立起了EDP(也稱“綠色GDP”)為核心的環境經濟估算體系。
二、國內外環境影響評估方法綜述
(一)環境的價值構成
環境影響評估(EIA)源于20世紀60年代。在美國,直到1969年《國家環境政策法案》的出臺,環境影響評估才獲得正式身份(formal status)。從作用上來說,環境影響評估是聯系環境和經濟的紐帶。在環境經濟學上為了衡量環境影響,把環境價值定義為貨幣運動影響的環境價值流,用環境價值來體現環境影響。英國著名經濟學家D ? 皮爾斯將環境資源的價值(total environmental value,簡稱為TEV)分為使用價值(use value,簡稱為UV)和非使用價值(nonuse value,簡稱為NUV),見圖1。
(二)環境影響的評估方法
1.國外環境影響評估方法的研究
這里主要介紹兩種方法。
一種方法是生命周期評估法(LCA)。生命周期評估法(life-cycle assessment,簡稱LCA),也稱生命周期分析法,是指根據產品的生命周期(即從原材料的提取到材料加工、生產、分配、使用、維修和保養,處理或回收)來確定環境影響的一種方法。由于生命周期評估法針對的是生命周期,因此該方法主要用于評估工業產品對環境的影響。生命周期評估法的優點在于可以從以下三個步驟幫助人們避免由于對環境問題考慮不周全而造成的評估錯誤:
第一步:編寫一個有關能源、材料投入和污染物排放的清單;
第二步:評估已有的投入和污染物排放的相關潛在影響;
第三步:根據對影響的分析來幫助決策者做出更加合理的決定。
另一種方法是模糊邏輯法(Fussy logic)。模糊邏輯法最早由加州大學伯克利分校的教授Lotfi Zadeh于1965年提出。在這種方法中,所有的變量取值可以是0到1之間的任何實數,從而顯得“模糊”(即取值不確定),因此被稱為模糊邏輯法。模糊邏輯的方法被用來處理變量不容易被量化的問題,比如環境領域的一些問題。環境影響評估方法需要通過測量的數據來估算影響指標的具體數值。然而,許多環境影響的因素是無法被量化的,比如景觀質量、生活質量和社會認可度。因此可以根據專家判斷和被采納的社會輿論觀點得到環境影響的結論,而不是單純從環境影響評估方法本身得到想要的結論。這種方法的優點在于解決了很多變量無法被量化的問題,但缺點是加入了主觀性,使得評估的客觀性受到了一定影響。
2.國內環境影響評估方法的研究
國內的環境價值評估研究始于20世紀80年代初,到目前為止發表了大量相關文獻。雖然文獻很多,但是總的說來評估方法可以歸納為以下幾種,見圖2。
三、我國環境影響評估方法的不足
1.環境影響評估方法的不足
我國的環境影響評估雖然取得了一定的進步,但是仍然暴露出一些問題。首先,目前我國的價值評估方法大都以1983年梅納德 ? 哈弗斯密特等著的書《環境、自然系統和發展――經濟評價指南》作為參考, 時效性顯得不足;其次,在新技術與環境影響評估方法的結合方面,還有很長的路要走;再次,雖然涌現了大批實證方面的文章,但在理論創新方面,還相對較少;最后,在產業交叉方面的環境影響評估研究不足。
2.新的改進方法――環境評估期權定價法
目前已有的環境評估方法大都對環境影響的效果進行評估,其問題在于大都是針對某一時刻環境影響的效果進行評估,是靜態的評估,而環境影響是一個動態的過程;而且目前我國處理污染責任方的主要方式是通過政府對污染企業進行金錢上的處罰,大都是“一錘子”買賣,而污染責任方在處罰之后,有的還在繼續污染環境,一次性的處罰很難在真正意義上起到遏制污染的效果,因此迫切需要一種動態的環境評估方法。
出于以上考慮,并結合對金融衍生產品的借鑒,筆者試著提出一種新的環境評估方法――環境評估期權定價法。
(1)該方法的原理
期權的定義:期權(Option),是一種選擇權,指一種能在未來某個特定時間以特定價格買入或賣出一定數量的某種特定商品的權利。
首先,政府可以將手中的優惠政策(稅收減免、土地批準使用等)提供給企業。企業要發行“環境污染賣出看漲期權”。
其次,企業作為期權的發行方,為了“誘使”民眾(不得不)進入交易,將期權的年化收益率設置在大于或等于銀行的存款利率。這樣如果到期,企業沒有污染,則民眾獲得銀行利率;如果有污染,則可以行使做空期權,獲得成倍的賠償。
民眾所獲得的期望= P*r+(1-P)*nr=[P+(1-P)n] r>r。 而民眾的風險是0,即如果不污染,企業在一段時期后,必須連本帶利回收期權;如果污染,則民眾能夠獲得更多的賠償,所以民眾會選擇進入期權市場。
這樣就建立起了三方博弈。
(2)該方法的效果
該方法是建立在企業的角度上,并且企業的虧損(只是指環境污染方面)會轉化為民眾的收益,具體盈虧情況如下:最大獲利:權利金;最大損失:無限制;環境評估效果越差,虧損越大。見圖3.
(3)該方法的優點
第一,避免了“一錘子買賣”的環境污染懲罰機制;
第二,是一個相對動態的環境影響評估方法;
第三,賦予民眾在環境影響評價中以重要角色,而不是像以前民眾只能作為環境污染的被動承受者;
第四,由于污染的虧損金跟企業對環境的影響掛鉤,因此對企業的約束性更強,從一個側面降低了政府的監督成本。
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關鍵詞:根系土壤;pH;鎘形態;農作物有效性
重金屬鎘被列為環境污染物中最危險的五種物質之一[1],據《全國土壤染污狀況調查公報》[2],鎘居鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機染污物之首,點位超標率達7.0%。重金屬的環境行為和生態效應與重金屬在土壤中存在的有效態密不可分,不同有效態的重金屬,其活性和毒性有很大差異。陳志良等[3]研究認為水溶態、交換態的重金屬活性、毒性最強,殘渣態與強有機態的重金屬活性、毒性最低,而腐殖酸態的重金屬活性、毒性居中。植物吸收或地下水滲透到土壤中的重金屬并不是重金屬的總量,而只是重金屬的某些形態,主要指重金屬的有效態[4]。20世紀70年代初發展起來的重金屬連
續提取法可以對金屬元素在土壤各固相組分中的分布進行定量測定[5],從而更好地評價和預測重金屬在土壤、水相懸浮物和沉積物中的形態、數量、移動性、生物有效性以及毒性等[6]。
在生態地球化學調查評價、農業地質調查評價項目中對土壤重金屬環境地球化學等級劃分時僅依據重金屬的總量,而未考慮重金屬的形態。土壤重金屬超標區,農作物中重金屬不一定超標,且不同類型、品種的農作物對重金屬富集程度也不相同,因此對土壤重金屬評價應考慮加入重金屬形態、種植農作物品種、土地利用類型等因子進行綜合評價。
文章將分析研究根系土壤中鎘總量、各形態含量、pH的相關性以及Cd各形態對農作物的有效性,對如何抑制本區Cd的活化,減小Cd對農作物的有效性,降低生態風險,保障農產品的安全提供依據。
1 材料與方法
樣品采集與分析:
樣品采自農業種植區,調查區面積約30km2,區內典型種植制度為水稻(玉米)-蔬菜,水稻品種主要為雜交稻、粳稻、香稻。在農作物大面積分布區,選擇較大田塊用對角線法多點采樣,共采集水稻(雜交稻11件、粳稻11件、香稻7件)及配套根系土壤各29件,玉米及配套根系土壤1件。單個農作物及根系土壤樣品重約1000g。根系土壤樣品用全新無污染布袋盛裝,并套上自封帶。
農作物樣品經自然風干,用自封帶封裝保存。土壤樣品經自然風干、用橡皮錘壓碎、并除去植物根系等異物,干燥后的樣品完全過20目尼龍篩,充分混勻后,用對角縮分法取200g正樣、500g副樣貯于聚乙烯塑料瓶中備用。
Cd形態分析樣品送國土資源部合肥礦產資源監督檢測中心,采用改進的Tessier連續提取法對鎘形態進行分析,將Cd形態分為水溶態、離子交換態、碳酸鹽態、腐殖酸態、鐵錳氧化態、強有機態、殘渣態。農作物樣品送國土資源部成都綜合巖礦測試中心,主要分析儀器為電感耦合等離子體質譜儀等。
2 結果討論
2.1 根系土壤中Cd含量特征
調查區根系土壤Cd含量范圍0.238~6.669mg/kg,pH值范圍4.91~8.05,pH值小于6.5的樣品25件,占83.3%,以酸性土壤為主(表1)。依據《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)限量值[7]對根系土壤進行級別劃分,二級樣品6件、三級樣品15件、超三級樣品9件,三級及超三級樣品占80%。
2.2 根系土壤中Cd形態分析
從根系土壤中Cd形態平均含量統計來看,Cd主要以離子交換態存在,平均含量百分比43.34%。Cd形態平均含量百分比順序為:離子交換態(43.34%)>碳酸鹽態(11.91%)>鐵錳氧化態(10.85%)>腐殖酸態(9.49%)>強有機態(7.99%)>殘渣態(4.24%)>水溶態(3.02%)。董建軍[8]研究表明,農田土壤中Cd以離子交換態為主,水溶態含量最低。王其楓等[9]研究表明,農田土壤Cd以酸提取態和可還原態為主,占到4種形態和近89%。
2.2.1 水溶態
水溶態Cd含量范圍0.001~0.267mg/kg,平均含量0.033mg/kg,含量百分比范圍0.3%~10.79%,平均含量百分比3.02%。水溶態Cd含量百分比與pH值相關系數為-0.202,隨pH值增大而減小。
2.2.2 離子交換態
離子交換態Cd含量范圍0.03~3.47mg/kg,平均含量0.479mg/kg含量百分比范圍11.99%~62.85%,平均含量百分比43.34%。離子交換態Cd含量百分比與pH值呈負相關,相關系數-0.073。離子交換態Cd含量百分比在p
對離子交換態Cd含量百分比與pH值關系用一元二次函數方程進行擬合,趨勢線呈明顯的“拱”形,離子交換態Cd含量與碳酸鹽態、強有機態Cd可謂此消彼漲。在pH值6.5時,離子交換態Cd含量隨pH值增加呈下降趨勢,與楊宗芳等[10]研究相一致。
2.2.3 碳酸鹽態
碳酸鹽態Cd含量范圍0.008~0.904mg/kg,平均含量0.132mg/kg,含量百分比范圍2.82%~30.00%,平均含量百分比11.91%。碳酸鹽態Cd含量百分比與pH值呈正相關,相關系數0.215。用一元二次函數方程對碳酸鹽態Cd含量百分比與pH值關系進行擬合,趨勢線呈明顯的“凹”形,與強有機態變化趨勢一致。楊宗芳等[10]研究認為碳酸鹽態Cd含量百分比隨pH值增大而增大,王學峰等[11]研究認為pH值7,Cd含量與pH值呈負相關。
2.2.4 腐殖酸態
腐殖酸態Cd含量范圍0.022~0.312mg/kg,平均含量0.105mg/kg,腐殖酸態Cd含量百分比范圍3.78%~51.69%,平均含量百分比9.49%。腐殖酸態Cd含量百分比與pH值呈負相關,相關系數-0.127。當pH值
劉保峰[12]研究表明由于腐殖酸組分中含有多種含氧功能團,分布在腐殖酸分子表面的羧基、酚羥基等的解離和氨基的質子化,會使腐殖酸帶電,而且是以負電荷為主,因而能吸附外界的陽離子,但被腐殖酸表面集團吸附的重金屬離子不穩定,在外界條件發生改變時(如環境的酸度增大),由于腐殖酸表面負電荷減少,從而導致被吸附的重金屬陽離子被解吸下來。華珞[13]等比較了土壤腐殖酸(HA、FA)與Cd、Zn的絡合物穩定性,結果表明在重金屬污染土壤中施用大分子腐殖酸較小分子腐殖酸更能有效地降低重金屬的植物有效性。
2.2.5 鐵錳氧化態
鐵錳氧化態Cd含量范圍0.008~0.528mg/kg,平均含量0.120mg/kg,含量百分比范圍2.79%~27.62%,平均含量百分比10.85%。鐵錳氧化態Cd含量百分比與pH值呈正相關,相關系數0.309,鐵錳氧化態Cd含量隨著pH值增大而增加趨勢,與楊宗芳等[10]研究相一致。楊元根[14]等研究表明,鐵錳氧化態重金屬在還原條件下易溶解釋放。李宇慶等[15]認為土壤中pH值和氧化還原條件變化,對鐵錳氧化態有重要影響,pH值和氧化還原電位較高時,有利于鐵錳氧化物的形成。
2.2.6 強有機態
強有機態Cd含量范圍0.004~0.248mg/kg,平均含量0.088mg/kg,含量百分比范圍1.15%~32.74%,平均含量百分比7.99%。強有機態Cd含量百分比與pH值呈正相關,相關系數0.117。用一元二次函數方程對強有機態Cd含量百分比與pH值關系進行擬合,趨勢線呈明顯的“凹”形,與碳酸鹽態Cd趨勢一致。當pH值7.5時,強有機態Cd含量百分比隨pH值增大而增大。強有機態Cd是重金屬被固化狀態,不易被植物吸收,對環境影響較小。
2.2.7 殘渣態
殘渣態Cd含量范圍0.009~0.127mg/kg,平均含量0.047mg/kg。含量百分比范圍1.36%~28.92%,平均含量百分比4.24%。殘渣態Cd含量百分比與pH值呈負相關,相關系數-0.078。劉保峰等[12]研究認為,殘渣態重金屬一般存在于硅酸鹽、原生和次生礦物等土壤晶格中,它們源于土壤礦物,性質穩定,在自然界正常條件下不易釋放,能長期穩定在沉積物中,不易為植物吸收,故在整個土壤生態系統中對食物鏈影響較小。
2.3 Cd的農作物有效性
2.3.1 農作物中Cd含量
根據表3中《食品中污染物限量》[16]Cd限量標準,農作物中玉米不超標,29件糙米樣品中有9件超標。農作物超標樣品與對應根系土壤pH值分布見圖3,pH值7.5時,10件農作物中Cd均不超標,pH值分。
布于5.5~7.5內,20件農作物有9件超標,超標率45%。根系土壤Cd有效態(水溶態+離子交換態)0.5mg/kg,8件樣品中有7件超標,超標率87.5%。
各品種水稻對鎘平均富集能力為雜交稻(0.475)>香稻(0.331)>粳稻(0.234),超標樣品中Cd平均含量雜交稻(1.95mg/kg)>香稻(1.27mg/kg)>粳稻(0.54mg/kg)。李坤全等[17]研究表明,糙米中的鎘濃度與品種類型有關,即秈型> 新株型>粳型,王凱榮等[18]研究表明,雜交稻比常規稻對鎘有較強的吸收及向籽粒運輸的能力。
GX15、GX18、GX23、GX28根系土壤樣品中Cd總量為0.333~0.920mg/kg,pH范圍7.60~8.05,根系土壤呈堿性,有效態含量0.091~0.177mg/kg,平均含量22.77%,明顯低于pH值
王凱榮[22]、林健[23]研究表明水稻籽實中重金屬主要來源于土壤。張玉秀[24]等對水稻的研究表明,植物籽粒中的Cd幾乎不能運輸到其他部分,主要通過食物鏈進入動物和人體中,Cd大量積累于糊粉層中,將糙米加工成精米時,Cd含量下降為75.9%,可降低Cd對人類健康危害。楊忠芳[10]等認為增放有機肥、保持土壤堿性環境、增加土壤鐵錳氧化物含量是減少Cd污染土壤對生態系統危害的有效手段。
2.3.2 Cd對粳稻的有效性
11件粳稻糙米Cd含量范圍0.01~0.95mg/kg,平均含量0.169mg/kg,超標樣品3件,超標率27.3%,超標樣品Cd平均含量0.54mg/kg。粳稻糙米對Cd的富集系數(糙米中Cd含量/根系土壤中Cd含量)范圍0.027~1.163,平均富集系數0.234。在p
離子交換態、碳酸鹽態、水溶態Cd對粳稻具有較強的有效性。
2.3.3 Cd對香稻的有效性
8件香稻糙米Cd含量范圍0.01~2.46mg/kg,平均含量0.574mg/kg,超標樣品3件,超標率37.5%,超標樣品Cd平均含量1.27mg/kg。香稻糙米對Cd的富集系數范圍0.009~1.251,平均富集系數0.331。在p
離子交換態、腐殖酸態、水溶態Cd對香稻具有較強的有效性。
2.3.4 Cd對雜交稻的有效性
11件雜交稻糙米Cd含量范圍0.01~2.46mg/kg,平均含量0.553mg/kg,超標樣品3件,超標率27.3%,超標樣品Cd平均含量1.95mg/kg。雜交稻糙米對Cd的富集系數范圍0.018~1.536,平均富集系數0.475。在p
腐殖酸態、離子交換態、水溶態Cd對雜交稻具有較強的有效性。
3 結束語
調查區根系土壤Cd含量主要為三級和超三級,根系土壤中Cd形態主要以離子交換態為主。離子交換態Cd含量百分比隨pH值變化呈明顯“拱”形,在pH值6.5時,隨pH值增大呈下降趨勢,且與碳酸鹽態、強有機態呈此消彼漲有關系。水溶態、腐殖酸態與殘渣態Cd含量百分比隨著pH值增加而減小,鐵錳氧化態Cd含量百分比隨著pH值增大而增大,Cd對粳稻、香稻、雜交稻有效性較強的形態主要為離子交換態和水溶態。當根系土壤中有Cd有效態(離子交換態+水溶態)含量>0.5mg/kg,pH值在5.5~7.5之間,農作物中鎘含量超標比例最高。因此控制土壤pH值>7.5,有利于降低土壤中Cd有效態(水溶態、離子交換態)的含量,提高碳酸鹽態、強有機態、鐵錳氧化態Cd含量百分比,降低Cd對農作物的有效性,從而保障農產品的安全。
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在過去的兩年,空氣質量無疑是中國人談論得最多的話題。頻繁出現的霧霾蔽天現象告訴我們,中國長期粗放型產業發展模式及城市瘋狂擴張、社會管理不完善等共同釀造的環境問題,已經到了集中爆發的階段。空氣質量問題不僅影響人們的正常生活與身體健康,而且還催生出了一個新的群體――“環境移民”,他們正在逐漸改變著中國社會的結構,影響著區域之間的發展以及生態環境。
環境惡化催生移民熱潮
據調查顯示,截至2013年,中國海外移民存量已達到934.3萬人,23年間人數增長了128.6%,中國已成為全球第四大移民輸出國。
移民本是國際社會的正常現象,但是中國與全球化研究智庫對中國移民人群的調查指出,其中近70%的人認為,環境、醫療水平等因素成為他們移民的重要原因。從現實的情況也可以看出,移民人群多數直接指向“純氧生活”。
亞洲開發銀行發表的數據也顯示,早在2010年,亞洲就有3000萬人口因氣象災害而被迫離開家園,而鑒于這個數字,到2020年,全球有5000萬人口成為環境難民將是一個樂觀的預測。國際移民組織的報告稱,到2050年,全球或將會有十億人口成為環境難民。
移民熱雖然不是中國的專利,環境惡化也不是個別國家獨有的現象,但是中國環境的日益惡化加劇了“環境移民”的產生則是不爭的事實。2013年,長三角、東北、京津冀等地區,大氣污染程度已經達到了無以復加的地步。與此同時,各種水污染事件頻頻發生,大量的癌癥村不斷出現。不久前,一份由公益人士制作的“癌癥村地圖”在網上廣為流傳,地圖上標注的中國“癌癥村”超過200個。中國疾控中心專家長期研究的《淮河流域水環境與消化道腫瘤死亡圖集》,首次證實了癌癥高發與水污染的直接關系。
土壤污染方面,環保部和國土資源部近期聯合的全國土壤污染狀況調查公報顯示,從2005年到2013年,中國16.1%的土壤受到污染,其中可耕地污染達19.4%,且污染程度明顯比1986年到1990年進行的調查結果高出很多。而近年來不斷出現的重金屬超標和鎘大米事件,也凸顯了土壤污染的形勢嚴峻。
更有甚者,曾經的一些世外桃源,也難逃被污染的厄運。在山東省萊州市,這個有著“中國長壽之鄉”美譽的地方,正在遭受著日益嚴重的化工污染,當地部分村莊已成為“癌癥村”,眾多癌癥患者用生命警示著萊州灣南岸生態環境的惡化。
長壽鄉變癌癥村,這雖然只是個例,卻未必不是環境惡化全局表現的一個縮影。環境污染和生態惡化,公眾是最直接的受害者,也最有發言權。從某種意義講,富人精英們選擇移民,其實就是在“用腳投票”,用實際行動來緩解自我心中的恐懼。而更深層次的問題還在于,有錢人及社會精英可以選擇當“環境移民”,許多沒錢的普通大眾,是否注定只能成為“環境難民”?
問蒼茫大地何處可安家
在享受都市繁華和優厚福利的同時,坐擁優美環境和新鮮空氣,這幾乎成了“環境移民”的理想生活方式。這也是為什么中國富裕階層紛紛移民美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭等移民型國家,或者其他一些環境宜人的歐洲小國的重要原因。
歐美等發達國家,較早完成了工業革命和資本原始積累,并且均在環境保護方面投入了巨大成本,這使得歐美國家擁有繁華都市的同時留住了優美環境。據研究機構對國際上主要城市PM2.5值的隨機抽查,發現在美國、加拿大、英國、日本的大城市,其PM2.5最高值均比中國東部或中部主要城市的要小得多。
而另一部分留在中國大地上的中產階層,他們擁有一定的財富和知識,雖然無法移向國外,但是由于無法忍受大城市擁擠的生存空間和糟糕的空氣,他們毅然選擇了成本較低、環境較好、人口總量相對較少的云南大理、海南三亞、山東威海、廣東珠海等宜居中小城市。
儲南濱,在深圳闖蕩商界多年的成功商人。常年高負荷、快節奏地工作,讓他身心疲憊,并最終落下了嚴重的肝病。一次偶然的機會,他來到了云南大理,很快就愛上了這里的陽光、空氣和水,這些大城市的“奢侈品”大理都擁有。一段時間之后,他發現自己虛弱的身體開始慢慢恢復。他說:“雖然不知道各項指標發生了什么變化,但精神對比從前明顯好得多。”
儲南濱每天喝的都是從蒼山頂峰峽谷蜿蜒而下的莫殘溪水,那種純凈沁人心脾,他開玩笑地說:“現在沖廁所用的都是山泉水。”他說,上帝饋贈給大理的自然資源是他愛上這里的唯一理由。
巴馬,世界有名的長壽之鄉。這里的好山好水,以及流經其中的盤陽河流光溢彩,吸引著許多大城市里的人來此定居。他們相信,逃離了大城市渾濁的空氣、不堪重負的工作壓力和被染污的食品,身體會更健康,重疾也會得到緩解。有統計者稱,如今長居在巴馬養生的人就超過3萬,他們被稱為“候鳥人”。
王繼成,土生土長的北京人。2006年退休之后,王繼成夫婦把老年生活安放在離北京直線距離2300公里之外的地方――廣西北海。在他們看來,那里有溫潤的氣候、清新的空氣、干凈的水,為了這些,故土不再難離。
通過幾年的生活比較,王繼成的老伴張世賢深刻體會到,兩地的空氣、水和飲食的差距,對身體的影響很明顯。張世賢每年做兩次體檢,五六月份的時候在北京體檢,一般膽固醇會高一些,但回到北海之后12月份做體檢,膽固醇就恢復到正常值了。這些反復而有規律的變化,讓張世賢體會到,環境對身體的影響,真的是很大。
來自北京的環保志愿者張醒生則提到,他身邊很多朋友,尤其有了孩子之后,有條件的都移民出國了。北京高企的房價,惡劣的環境,使得很多人在考慮第二代生活的時候,選擇出走。大人抗污染能力強一點,孩子的肺卻是非常脆弱的,糟糕的空氣對孩子的身體是一輩子的損害。
移民大軍不斷蠶食生態資源
當“環境移民”到了新地方,毫無疑問將對當地經濟發展起到正面推動的作用。然而,隨著蜂擁而來的人群集聚,許多往日寧靜幽雅的地方也漸漸變得喧囂起來,淳樸安詳如田園牧歌般的世外桃源紛紛陷入無序發展之中,那些曾經純凈自然的生態還能保持多久?這一問題,在中國的許多地方已經開始凸顯。
“我認為中國很多地區自然條件非常好,但因為人文環境很差,最后害得自然環境也差了。”儲南濱說。在他眼里,如今的大理變得越來越像曾經的麗江,高端社區、國際酒店、商場、酒吧……面對這個正在朝著都市化大踏步邁進的大理,儲南濱“不僅失望,而且絕望”。以前,他從大理機場出來,汽車穿過洱海濕地,道路兩旁幾乎看不到任何房子,緩緩進入下關,再進入大理古城,“那種感覺太美了”。現在他從機場開車進古城,發現道路兩旁全是別墅社區,它們占用了大片濕地,洱海在悄然萎縮。前段時間,儲南濱跟朋友聊天時,第一次提到想賣掉大理的房子,因為在他看來,大理很快就要“完蛋了”。
在巴馬,這個享譽世界的長壽之鄉,如今在許多人眼里,“這片凈土已太過擁擠太商業化。”在巴馬當地,有些農民在自家宅基地上蓋房子,為了滿足日益增多的外來人口,房子有建到22層高的。
與巴馬山水相連的鳳山縣,也是長壽之地,環境幽雅。有記者來到鳳山縣采訪,當地人就再三叮囑,“不要寫我們村子的名字。”淳樸的村民們說,不希望有人慕名而來:“但愿這個小村子能永遠寧靜悠閑。”這想法雖然有點自私,然而卻也道出了龐大的“環境移民”帶來的環境隱憂。
2013年冬天,威海這個以優質環境著稱的城市,有史以來第一次出現了霧霾。更加值得擔憂的是,隨著“環境移民”的大量涌入,威海的環境隱憂也日漸凸顯。“十年之前,我們剛來威海時,這里的海水非常干凈。但十年過后,海水的清澈程度已經沒那么明顯了。”因為環境而選擇定居威海的郭玲春痛心地說。
關鍵詞:固化劑;重金屬污染底泥;固化/穩定化修復技術
中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2016)13-0097-05
重金屬是指相對密度在4.5g/cm3以上,或比重大于5的金屬。與有機物不同,重金屬無法被微生物降解,且能夠富集在生物體內,因此重金屬污染物潛在危害性大。由泥沙、黏土、有機質及各種礦物混合形成的底泥,經過一系列物理化學、生物、水體傳輸等作用而沉積于水體底部形成。重金屬一旦進入水體,可通過吸附、絡合、沉淀等作用,富集在河床表層底泥中,其在底泥中的含量可超過上覆水體含量數個數量級,成為水體重金屬的儲存庫和歸宿[1]。當環境條件變化時,部分重金屬可能會通過解吸、溶解、氧化還原等作用,從底泥中釋放,引起水體二次污染[2]。底泥中重金屬的不斷積累不僅對水生生物、沿河居民飲用水和農田安全灌溉構成嚴重威脅,還可能通過食物鏈危害人體健康。因此,對重金屬污染底泥安全處置顯得尤為必要。
當前國內外對于底泥中污染物的修復方法主要有4種,分別是原位固定、原位處理、異位固定和異位處理[3]。原位固定或處理是指對污染的底泥不進行疏浚而直接采用固化/穩定化或者生物降解等手段消除底泥污染的行為;異位固定或處理是指將污染的底泥疏浚后再進行處理,消除污染物對水體的危害的行為。原位處理的效率一般情況下低于異位處理的效率,且工藝過程控制較困難,不能徹底消除其毒性,所以原位處理技術并未在實際工程中廣泛應用[4]。
固化主要是指向土壤或底泥中添加固化劑而形成石塊狀固體,并將污染物轉化為不易溶解、遷移能力弱和毒性小的狀態的過程[5];或投加固化劑使底泥由顆粒狀或者流體狀變為能滿足一定工程特性(如路基填料)的緊密固體,并將重金屬包裹在固化體中,減少重金屬向外界的遷移[6];穩定化是指在底泥中投加螯合劑使重金屬由不穩定態(水溶態、離子交換態)轉變成穩定態(殘渣態),顯著降低重金屬的生物活性[7]。利用固化/穩定化技術處理重金屬污染底泥,是現階段比較合理的處理方式[8-9]。本文將從當前我國底泥重金屬污染現狀及固化/穩定化修復技術發展進行綜述,為底泥重金屬污染綜合治理與修復提供科學依據。
1 我國底泥重金屬污染現狀
1.1 底泥重金屬污染物的來源 底泥中重金屬的來源包括自然源和人為源2個方面。自然源中,成土母質及成土過程對底泥中重金屬的含量影響較大;而人為源則是底泥中重金屬的最重要來源。重金屬通過各類廢水、土壤沖刷、地表徑流、大氣降塵、大氣降水及農藥施用等途徑進入水體后[10],通過復雜的物理、化學、生物和沉積過程在底泥中逐漸富集。
1.1.1 各類廢水 工業廢水和城市生活污水是造成底泥重金屬污染的重要原因。通常,河流沿岸分布著大大小小的企業,如印染廠、制衣廠、皮革廠等等。一方面,一些未經(充分)處理的廢水直接進入水體;另一方面,盡管一些廢水重金屬污染物濃度未超標,但由于廢水排放量巨大,使得水體和底泥吸納了大量污染物,呈現緩慢污染的現象。同時,很多地方的生活污水沒有連接到排污管網而直接排放入水體,當進入水體的污染物數量超過了水體的自凈能力,導致水體質量下降和惡化,進而造成水體和底泥的污染。
1.1.2 固體廢棄物 靠近城鎮的河流周邊經常隨意堆放大量的建筑垃圾、生活垃圾,自然降水(尤其是酸雨)和排水使固體廢棄物中所含的重金屬元素以廢棄堆為中心向四周環境擴散,進入水體,被底泥富集。另外,大型工礦企業的礦渣場(如馇、鋼渣等)、灰渣場、粉煤灰場等,在雨水和地表徑流的沖刷下,重金屬會通過地表徑流進入附近水體底泥中。
1.1.3 土壤沖刷 2014年國家環境保護部和國土資源部的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示,我國耕地質量堪憂,Cd成為首要污染物(點位超標率7.0%),其含量呈從西北到東南、從東北到西南逐漸增加的趨勢。2015年《中國耕地地球化學報告》顯示,我國污染或超標耕地約0.076億hm2,主要分布在湘鄂贛皖區、閩粵瓊區和西南區。土壤中的重金屬可通過降雨、地表徑流等方式轉移到底泥中。如磷肥中重金屬Cd的含量較高,長期施用磷肥,會造成土壤中重金屬Cd含量增大;規模化養殖場使用的有機肥料中大都含有重金屬添加劑(如Zn、Cu等),這些有機肥料在農田施用時,會導致Zn、Cu等重金屬元素含量增加。
1.1.4 大氣沉降 交通運輸、能源產業(發電廠)、冶金和建筑材料生產產生的氣體和粉塵,金屬礦山的開采和冶煉、電鍍等是大氣中重金屬污染物的主要來源。這類污染源中的重金屬基本上是以氣溶膠的形態進入大氣中,通過干沉降(主要是顆粒物)或濕沉降(主要是雨水)的方式進入水體、土壤,進而沉積到底泥中并最終影響人類健康[11-12]。
1.2 底泥重金屬污染現狀 滑麗萍等[13]通過搜集我國不同區域湖泊底泥重金屬含量背景值發現,我國湖泊底泥重金屬污染程度不均,臨近工礦企業及人類經濟活動區的湖泊底泥重金屬污染較重,遠離這些區域的湖泊則保持比較潔凈的水體環境。張穎等[14]采用潛在生態風險指數分析法對松花江全江段表層沉積物調查發現,松花江表層沉積物中重金屬Hg和As的空間分布離散性較大,Cd和Pb相對較均勻,整體上松花江重金屬污染處于低度風險水平,僅個別斷面處于中度風險水平。戴秀麗等[15]通過對太湖沉積物重金屬含量的分析發現,太湖Cu的污染級別高于其他污染金屬,且集中在太湖北部地區;Cr屬輕度污染,但其空間分布較廣且均衡,與周邊污染點源關系密切。李鳴等[16]通過測定鄱陽湖湖區、入湖口及出湖口水體及底泥中重金屬含量發現,鄱陽湖水體中重金屬含量較低(遠低于國家標準),但鄱陽湖底泥中重金屬積累較嚴重,Zn、Cu、Pb、Cd的含量均超過背景值。張鑫等[17]對安徽銅陵礦區水系沉積物中重金屬進行潛在生態危害評價表明,沉積物中Cu、Pb和Zn的含量變化大,Hg和Cr變化小,除Hg、Cr和Zn外,其他重金屬都為強和極強生態危害。
2 固化/穩定化修復技術
底泥重金屬污染按修復原理可分為物理、化學、生物及聯合修復技術。由于目前尚缺乏經濟高效的手段將重金屬從底泥中直接去除,因此,通過化學手段降低重金屬活性,減小污染物向食物鏈的遷移是進行底泥重金屬污染修復的重要方法。固化/穩定化的目的是封閉污染物,最大程度地減少污染物釋放到環境中,同時提高廢物的物理力學性質。相比于微生物和植物修復的低效率、長周期以及物理修復高成本的缺點,固化/穩定化技術具有操作簡單、成本低、效率高等優點。
固化劑的選擇是重金屬固化/穩定化修復技術的關鍵,固化/穩定化所用的惰性材料稱為固化劑[18],常用的固化劑類型為無機固化劑、有機固化劑和復配固化劑。無機固化劑主要有磷礦石、磷酸氫鈣、羥基磷灰石等磷酸鹽類物質以及硅藻土、膨潤土、天然沸石等礦物;有機固化劑主要有草炭、農家肥、綠肥等有機肥料[27]。固化材料有水泥、粉煤灰、石灰和石膏粉等。
水泥固化主要產生起膠結作用的水化硅酸鈣;粉煤灰與水泥混合使用產生水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣;粉煤灰主要起充填作用;石灰固化產生碳酸鈣,具有一定的脫水作用;石膏固化產生鈣礬石,具有充填作用[20],具體如表1。
2.2 磷酸鹽類固化劑 羥基磷灰石和磷酸氫鈣等磷酸鹽類固化劑效果好、性價比較高,磷酸鹽將重金屬元素吸附在其表面或與重金屬發生反應生成沉淀或礦物[19]。陳世寶[21]等為了研究含磷化合物對固化/穩定化土壤中有效態鉛的影響,向重金屬污染的土壤中施加了不同性質的含磷化合物,結果表明,在重金屬污染的土壤中加入羥基磷灰石、磷酸氫鈣和磷礦粉能明顯降低土壤表層的有效態鉛含量,并且發現有效態鉛的含量隨施入的磷含量的增加而顯著降低。
2.3 含鐵類固化劑 一些研究表明,針鐵礦、鐵砂FeSO4、Fe2(SO4)3、FeCl3和石灰對As有良好的固定作用[25-27]。在堿性和氧化條件下,鐵主要以Fe3+存在,水解生成Fe(OH)3。Fe(OH)3既能吸附不穩定擴散狀態的膠體,起到水質凈化的作用,又可以利用其自身帶有正電荷的特性,強烈地吸附磷,降低底泥磷的釋放。此外,Fe(OH)3還能與磷反應生成磷酸鐵以及絡合物(FeOOH-PO4)的形態而去除磷[28]。但含鐵類固化劑的處理效果容易受氧化還原電位和pH值的影響,通常都需結合其他的輔助措施[5]。近年來出現的復合鐵鹽與高分子聚合鐵鹽,如復合亞鐵、聚硫酸鐵等被逐漸應用于重金屬污染底泥的固化處理中且效果較好[29]。
2.4 鋁鹽類 作為底泥固化/穩定化應用最早和最廣泛的鋁鹽,主要有硫酸鋁(明礬)、氯化鋁和聚合氯化鋁等,其水解后形成的A1(OH)3絮狀體,既能去除水體中的顆粒物并吸附底泥中溶出的磷[5],又可以吸附水體中的重金屬離子,如鉻、銅、鉛、鋅等[30]。鋁鹽用于底泥鈍化效果較穩定,不受氧化還原電位影響,成本低,且有效時間長。如在美國佛蒙特州的Morey lake,投加鋁酸鈉和明礬來控制底泥磷的釋放,5年后該湖上層水體總磷濃度由20~30μg/L下降至10μg/L以下[31]。
2.5 天然礦物類固化劑 海泡石、沸石等天然礦物材料,顆粒小、比表面積大,礦物表面富集負電荷,具有較強的離子交換能力和吸附性。章萍等[32]向蘇州河的污染底泥中加入了膨潤土,結果表明,鈣基膨潤土對銅、鉛和鋅均具有較大的吸附性能,且溶液pH值升高時,對這3種重金屬的吸附效果增強。
2.6 有機物料 農家肥一類的有機質用于固化/穩定化底泥中的重金屬,作用機理主要是含有的胡敏素和胡敏酸等能夠與底泥中的重金屬離子發生絡合作用,形成難溶物,以此降低重金屬毒性及生物可利用性[19]。華珞[33]等向重金屬污染的土壤中施加了豬廄肥進行固化/穩定化研究,結果顯示,施入豬廄肥可以使土壤中的碳酸鹽態鋅和有效態鋅的含量升高,而鐵猛氧化物結合態鎘、有效態鎘及鐵猛氧化物結合態鋅的含量降低。Houben等[34]向重金屬污染底泥中施加有機肥后,可交換態的鉛、鎘和鋅的含量均有大幅度的減少,固化/穩定化效果明顯。
2.7 復配固化劑 底泥和土壤中重金屬污染多為復合污染,多種重金屬之間有相互作用,且不同固化劑對不同重金屬的固化效果存在差異。現階段,通常將多種固化劑復配后再使用,以此達到對多種重金屬污染高效修復的效果[19]。曾卉[22]等用海泡石、膨潤土、硅藻土、沸石分別與石灰石以不同的質量比進行復配,對重金屬污染的底泥進行固化試驗,結果表明,石灰石與硅藻土以質量比2∶1復配時固化效果最好。
3 展望
近年來,水體污染治理力度不斷加大,2015年2月《水污染防治行動計劃》的頒布后,與水體水質密切相關的底泥重金屬污染的治理也越來越得到人們的關注。2016年3月17日,中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要提出開展66.67萬hm2受污染耕地治理修復和266.67萬hm2受污染耕地風險管控,深入推進以湘江流域為重點的重金屬污染綜合治理。這些條例和規劃綱要的,都有助于我國大氣、土壤和水體環境質量的改善。因此,當前底泥重金屬污染治理重要的是進一步減少進入水體和底泥的污染物,達到“控源”目的,以及針對歷史遺留的重度污染底泥區進行修復和治理,減少底泥污染物的總量,實現“減存”目標。
然而,當前能夠實現底泥污染物“減存”的方法成本高,操作復雜,少有推廣應用。更多的是采用固化方法,降低污染物的活性,減少污染物對其他生物的毒性,且目前已經有一些實際應用案例。如1996年長春南湖湖區內用硫酸鋁鈍化底泥,顯著增加了底泥中可溶性磷酸鹽的去除率[35]。2006年,為了解決香港城門河水質惡臭問題,特區政府按照“生化處理為主,疏浚為輔”的原則,疏浚底泥29×104m3,采用投加硝酸鈣原位鈍化方法從根本上治理城門河淤泥,改善了城門河的生態環境[36]。
盡管如此,固化方法當前還存在很多不足。首先,對于固化劑材料本身,需要滿足高效、不產生二次污染、低成本且操作便捷;其次,由于底泥性質差異大,對于多種重金屬復合污染,既要考慮到重金屬之間的相互作用,又要考慮到不同固化劑所針對不同重金屬的固化效果的不同(如能夠較好固定Cu、Cd、Pb的堿性固化劑,往往會增加As的活性),將多種固化劑復配之后使用,以達到高效修復的效果。
當前已經有不少學者在重金屬底泥固化方面進行了大量的研究,但在實際的底泥固化中,仍存在固化效率不穩定、底泥固化速率差異大等現象,尤其是酸雨的作用可能會導致固化后底泥污染物的二次釋放,可能會危害水生生物生存,甚至導致魚類死亡。關于底泥固化修復技術的實施,國內還缺少自主生產的機械設備,如固化劑造粒設備、機械化投加固化劑設備等),需要加強研發,降低修復工程中對施工人員的健康的危害,提高可操作性。
因此,今后的一段時間內,在固化劑產品的研發上,要加強復合固化劑的研發力度,研發出高效、綠色、低成本、效果持久的新產品。同時,要加強固化機理的研究,明確固化劑產品的最佳投加環境條件,加強對固化修復技術裝備的研發投入,降低對國外機械的依賴程度。最后,結合國內底泥重金屬污染形勢(如湖南湘江流域、廣西環江流域、江西鄱陽湖流域),適當選取部分嚴重污染區,開展重金屬污染底泥的固化修復示范試點,總結好的經驗,進行更大范圍的推廣示范。
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