土壤重金属污染原位钝化修复技术专家徐应明教授访谈录
中国生(sheng)态修复(fu)网:您好,据有关报道,我国现在受重金属污染的耕地多达3亿亩,约(yue)占全(quan)国耕地总面(mian)积(ji)的1/5。我们(men)赖以生存的(de)(de)土地(di)受(shou)到了重(zhong)(zhong)金属(shu)的(de)(de)污(wu)染,但土壤污(wu)染究竟有多严重(zhong)(zhong),它(ta)给人们(men)的(de)(de)食品(pin)安全造成了怎样(yang)的(de)(de)严重(zhong)(zhong)影响,这是人们(men)迫切所要知道的(de)(de)?
徐应明(ming)教授(shou):2014年4月17日国家环(huan)境保护部(bu)和(he)国土资源部(bu)发布了全国土壤镉、汞、砷、铜(tong)、铅、铬、锌、镍8种无机污染(ran)物点(dian)位超标率(lv)分(fen)别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。从(cong)公(gong)布(bu)的(de)数(shu)据来看,尽管环境保护(hu)部(bu)(bu)和国(guo)土资源部(bu)(bu)都已经开展了全国(guo)土壤(rang)重(zhong)金属污染(ran)状况调查,但有(you)关农田土壤(rang)重(zhong)金属污染(ran)面积究(jiu)竟多少目前(qian)尚无确切统(tong)计的(de)公(gong)开数(shu)据。2012年农(nong)业部在财政部专(zhuan)项经费(fei)支持下,在全(quan)国(guo)开(kai)展了农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地土(tu)壤重金属污(wu)染状况(kuang)普(pu)查、监测预警、修(xiu)复示(shi)范及禁产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)区(qu)(qu)划(hua)分等(deng)工作,重点摸清全(quan)国(guo)工矿企业区(qu)(qu)、大中城市郊区(qu)(qu)、污(wu)水灌区(qu)(qu)等(deng)重点区(qu)(qu)域(yu)农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地重金属污(wu)染底(di)数,完(wan)善农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地土(tu)壤环境质量档案,建立农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地分级管理制(zhi)度,建立农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地土(tu)壤重金属监测预警机(ji)制(zhi),开(kai)展修(xiu)复示(shi)范试点及农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地禁产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)区(qu)(qu)划(hua)分试点等(deng)工作。希望通过这(zhei)次普(pu)查能够比(bi)较准确地获得全(quan)国(guo)农(nong)产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)品产(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)地土(tu)壤重金属污(wu)染状况(kuang),但由于(yu)本(ben)次大规模普(pu)查仅采集土(tu)壤样(yang)品,而(er)未实行土(tu)壤-农(nong)(nong)产(chan)品(pin)一(yi)(yi)对一(yi)(yi)采样形式(shi)进行(xing)调查,因(yin)此(ci),最终获得的结(jie)果(guo)也将与环(huan)境(jing)保护部和国(guo)(guo)土(tu)资(zi)源部获得的结(jie)果(guo)一(yi)(yi)样,仅(jin)(jin)仅(jin)(jin)是(shi)(shi)农(nong)(nong)田土(tu)壤(rang)(rang)(rang)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属污(wu)染状况数(shu)据,而(er)并(bing)不能真实全(quan)面地反映农(nong)(nong)产(chan)品(pin)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属污(wu)染状况。这(zhei)(zhei)是(shi)(shi)因(yin)为全(quan)国(guo)(guo)各地农(nong)(nong)田土(tu)壤(rang)(rang)(rang)类型、酸碱性、有机质含(han)量(liang)、耕作制度、降雨等各种因(yin)素差异很大,目前的土(tu)壤(rang)(rang)(rang)环(huan)境(jing)质量(liang)标准重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属限量(liang)值全(quan)国(guo)(guo)是(shi)(shi)统一(yi)(yi)的,这(zhei)(zhei)就导(dao)致(zhi)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属超(chao)(chao)标的土(tu)壤(rang)(rang)(rang)农(nong)(nong)产(chan)品(pin)不一(yi)(yi)定(ding)超(chao)(chao)标,如(ru)对重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属镉(ge)污(wu)染,在(zai)北(bei)方(fang)(fang)碱性土(tu)壤(rang)(rang)(rang)区(qu)域(yu)或土(tu)壤(rang)(rang)(rang)有机质含(han)量(liang)高的区(qu)域(yu)或南方(fang)(fang)春季多雨季节采样,土(tu)壤(rang)(rang)(rang)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属镉(ge)超(chao)(chao)标,但(dan)农(nong)(nong)产(chan)品(pin)却不一(yi)(yi)定(ding)超(chao)(chao)标,特别是(shi)(shi)在(zai)北(bei)方(fang)(fang)碱性土(tu)壤(rang)(rang)(rang)区(qu)域(yu),在(zai)土(tu)壤(rang)(rang)(rang)重(zhong)(zhong)金(jin)(jin)属镉(ge)超(chao)(chao)标1-2倍(bei)时,种植(zhi)的蔬菜等(deng)农产品不一定(ding)超标;在广西等(deng)地水稻(dao)(dao)田土壤轻度(du)镉(ge)污染情况下,由于春季多(duo)雨(yu),种植早稻(dao)(dao)的稻(dao)(dao)米镉(ge)超标就(jiu)(jiu)不(bu)(bu)明(ming)显(xian)(xian),而同样稻(dao)(dao)田种植晚(wan)稻(dao)(dao)稻(dao)(dao)米镉(ge)超标就(jiu)(jiu)很明(ming)显(xian)(xian)。因此,这(zhei)时采用土壤环(huan)境质量标准来判断农产(chan)品重(zhong)金属污染状况就(jiu)(jiu)存(cun)在很大的不(bu)(bu)确定性。
所以,农(nong)田土壤重金属污染(ran)普查的结果,能否真正反映(ying)实际情(qing)况是受到(dao)(dao)诸多因素(su)干扰和(he)影(ying)响的,好的、准确的普查结果,需要有一个科学合(he)理(li)(li)的普查设计方案、严(yan)格和(he)规范(fan)的操作规程、严(yan)格按照(zhao)要求的执行力、高水平(ping)的实验室分析检(jian)测能力、普查成员(yuan)培训和(he)管理(li)(li)严(yan)格到(dao)(dao)位等等措施的保障。就目前我国农田土壤重金属污染状况来看,湖南、江西、云南、贵州、四川、广西等有色金属矿区土壤重金属污染尤为严重。我国西南地区(云南(nan)、贵州、广(guang)西等)土(tu)(tu)壤(rang)重金(jin)属背景(jing)值远高于全国(guo)土(tu)(tu)壤(rang)背景(jing)值,如镉(ge)、铅、锌、铜、砷等。这(zhei)主要是由于重金(jin)属含量高的岩石(石灰岩(yan)类(lei))在风化成土(tu)过程中(zhong)释放重(zhong)金(jin)属(shu)而富集土(tu)壤中(zhong)的缘故。大中(zhong)城市(shi)郊区以污水灌溉农田土(tu)壤重(zhong)金(jin)属(shu)污染(ran)(ran)为(wei)主,其(qi)中(zhong)蔬菜,特别(bie)是叶类(lei)蔬菜超标(biao)比较(jiao)(jiao)明显,部分地区,玉米和小(xiao)麦的镉、铅、汞等重(zhong)金(jin)属(shu)污染(ran)(ran)超标(biao)也比较(jiao)(jiao)明显,但应(ying)该注意到对玉米、小(xiao)麦重(zhong)金(jin)属(shu)超标(biao)现(xian)象仍然需要考虑大气污染(ran)(ran)源的输入,而不一(yi)定全部来自土(tu)壤污染(ran)(ran)。
中国(guo)生态修复网:土壤重金属污染钝化修复技术主要是通过添加外源物质,将重金属转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式,以降低其对农田生态系统的危害风险,那这种外源物质具体是什么,它会对土壤造成什么影响?
徐应(ying)明(ming)教授:目前,国内外在农田土壤重金属污染钝化修复中,使用的钝化剂材料主要包括:(1)粘土(tu)矿物(wu),如海泡石、蒙脱土(tu)、膨(peng)润土(tu)、凹土(tu)、高岭土(tu)等;(2)碳材料,如秸秆(gan)炭(tan)(tan)(tan)、黑炭(tan)(tan)(tan)、果壳(qiao)炭(tan)(tan)(tan)、骨炭(tan)(tan)(tan)等;(3)含磷(lin)材(cai)料,如(ru)钙镁磷(lin)肥、羟基磷(lin)灰石(shi)、磷(lin)矿粉、磷(lin)酸(suan)盐等;(4)硅(gui)钙材料(liao),如(ru)石灰、石灰石、碳酸(suan)钙镁(mei)、硅(gui)酸(suan)钠、硅(gui)酸(suan)钙、硅(gui)肥等;(5)金属(shu)氧化(hua)物,如氧化(hua)铁(tie)、硫酸亚铁(tie)、硫酸铁(tie)、针(zhen)铁(tie)矿(kuang)、氧化(hua)锰、锰钾矿(kuang)等;(6)有(you)机物料,如畜禽粪便、腐(fu)殖酸、泥炭、有(you)机堆肥等;(7)工(gong)业废弃(qi)物,如(ru)粉煤灰(hui)、钢(gang)渣、赤泥、污(wu)泥等。但(dan)在实际(ji)农(nong)(nong)田(tian)(tian)使用(yong)中,应尽可(ke)能(neng)避免(mian)使用(yong)工(gong)业废弃(qi)物作为钝化(hua)修(xiu)复剂,以免(mian)给(ji)农(nong)(nong)田(tian)(tian)土壤带来(lai)新的(de)(de)二次污(wu)染或破坏土壤结构(gou)和(he)理化(hua)性(xing)质及环(huan)境质量,对农(nong)(nong)田(tian)(tian)长期环(huan)境质量带来(lai)不可(ke)预测的(de)(de)不利影响。
当前农田土壤重金属污染钝化修复中使用的材料种类繁多,性能和价格差别均较大,大部分使用的钝化剂原材料价格一般在1000元/吨~3000元/吨,钝(dun)化剂(ji)使用(yong)量在500kg/亩~1000kg/亩左右。从目前(qian)使用(yong)效果(guo)来(lai)看(kan),农田(tian)土壤重金属污染钝化修(xiu)复(fu)后(hou),重金属Cd、Pb等(deng)有(you)效态降低率可达10%~30%,农作物(wu)(稻(dao)米、蔬(shu)菜地上部)中Cd、Pb等含量降低率可达30%~70%,结(jie)合农艺(yi)调控措施(shi),修复效率最高可以达到90%,一般(ban)土壤中Cd、Pb等钝化(hua)修复稳定(ding)性可以(yi)达到(dao)3年以上(shang),而且,很多情况下,随着(zhe)修(xiu)(xiu)复时(shi)(shi)间(jian)的延(yan)长,土(tu)壤中(zhong)重金属钝化(hua)(hua)(hua)修(xiu)(xiu)复稳定性效(xiao)果(guo)明显增强。说明,钝化(hua)(hua)(hua)剂(ji)在土(tu)壤中(zhong)老化(hua)(hua)(hua)时(shi)(shi)间(jian)的延(yan)长,有利于修(xiu)(xiu)复效(xiao)果(guo)的提高。因此,钝化(hua)(hua)(hua)剂(ji)究(jiu)(jiu)竟(jing)什么(me)时(shi)(shi)间(jian)施(shi)用(yong)到农田土(tu)壤中(zhong),修(xiu)(xiu)复效(xiao)果(guo)最佳,需要进(jin)一步扩展(zhan)大田试验研究(jiu)(jiu)。
在农田土壤重金属污染钝化修复中,特别要注意钝化剂大量施用有可能对土壤环境质量造成的不利影响,具体在钝化剂使用后需要加强对钝化剂自身稳定性、钝化/稳定(ding)化(hua)(hua)后的(de)重(zhong)金(jin)属(shu)长(zhang)期(qi)稳定(ding)性(xing)(xing)、钝化(hua)(hua)剂对土壤质地和理化(hua)(hua)性(xing)(xing)质及(ji)环境质量(liang)的(de)长(zhang)期(qi)影响,以及(ji)钝化(hua)(hua)修复对农(nong)作(zuo)(zuo)物生长(zhang)、产量(liang)及(ji)品(pin)质等影响进行综合跟踪(zong)监测评估(gu)。总之,一个好(hao)的(de)钝化(hua)(hua)剂材料,不仅需要(yao)具有良好(hao)钝化(hua)(hua)修复效果(guo),而且需要(yao)对吸附(fu)固(gu)定(ding)重(zhong)金(jin)属(shu)离(li)子具有良好(hao)选择性(xing)(xing),对吸附(fu)固(gu)定(ding)重(zhong)金(jin)属(shu)离(li)子具有高度固(gu)定(ding)稳定(ding)性(xing)(xing),以及(ji)价格适(shi)中、环境友好(hao)和易于操作(zuo)(zuo)。
中国生态修复网:目前土壤重金属污染钝化修复技术已经运用到实践中,有了典型示范区,具体推广到其他的污染区时,又有哪些因素是必须要注意的?
徐(xu)应明教授(shou):目前,我们团队正在根据农业部、财政部《农产品产地土壤重金属污染防治实施方案》要求,在湖南、广西、天津等地开展南方酸性水稻田土壤重金属镉污染,以及北方污水灌区重金属镉、铅等污染修复治理示范工作,示范面积均较大,修复区土壤和农产品检测结果表明,修复效果非常明显,在南方酸性水稻田土壤镉污染下,超标3倍(bei)以(yi)下的稻米经修(xiu)复后完全(quan)可以(yi)降低到食品(pin)(pin)安(an)全(quan)国家标(biao)准食品(pin)(pin)中(zhong)污(wu)染物限量标(biao)准值以(yi)下,可以(yi)满足(zu)中(zhong)轻度重金(jin)属镉污(wu)染农田土壤修(xiu)复治理(li)要求。
但任何一项技术都有其适应性,技术的好与不好也有其环境条件和人为因素的限制,只有技术与环境及人为良好操作的匹配,才能发挥出技术最佳的性能。就农田土壤重金属污染钝化修复技术而言,在异地复制应用时,必须考虑到修复技术的适应性问题。具体应关注技术所应用的土壤类型和土壤酸碱性,同时需要关注修复区农田种植农作物品种,修复地域的气候(主(zhu)要为(wei)降雨)、农艺制度(du)(du)及耕作制度(du)(du)等,这些因素都会在不(bu)(bu)(bu)同程度(du)(du)上对钝(dun)化(hua)修(xiu)复效果产生一定的影(ying)响,导(dao)致钝(dun)化(hua)修(xiu)复技术(shu)在异(yi)地复制应用时(shi)效果产生变化(hua),甚至导(dao)致钝(dun)化(hua)修(xiu)复效果不(bu)(bu)(bu)明(ming)显。如(ru)某些钝(dun)化(hua)剂在南方(fang)酸性水稻田镉(ge)污染(ran)土壤修(xiu)复中效果非常(chang)显著,但当(dang)应用到北(bei)方(fang)污灌菜地碱(jian)性土壤上时(shi),修(xiu)复效果却并(bing)不(bu)(bu)(bu)明(ming)显;部分钝化修(xiu)复技术(shu)在南(nan)方酸性水稻田镉污染土(tu)壤(rang)修(xiu)复应用中,春季(ji)和夏秋季(ji)修(xiu)复效果(guo)可能(neng)存(cun)在很大差异(yi),这与春季(ji)南(nan)方多雨(yu),水稻田土(tu)壤(rang)长(zhang)期处于淹水还原状态有(you)关,而夏秋季(ji)南(nan)方雨(yu)水相对较少,水稻田土(tu)壤(rang)大部分时(shi)间处于氧化状态有(you)关。
所以(yi),农田土(tu)壤(rang)重金属(shu)污染钝化(hua)修(xiu)复(fu)(fu)效果在(zai)某种程度上与修(xiu)复(fu)(fu)地土(tu)壤(rang)类型(xing)、酸碱性及降雨、水肥(fei)管理、作(zuo)物品种和(he)耕(geng)作(zuo)制(zhi)度等均存在(zai)很(hen)大相关性,在(zai)异地复(fu)(fu)制(zhi)应用时必须考虑(lv)到这些因素对修(xiu)复(fu)(fu)技(ji)术效果的影响。
总之,任何(he)一项(xiang)好的(de)修复(fu)技术(shu)都(dou)需(xu)要与适应的(de)环(huan)境条件、良(liang)好的(de)操作方式(shi)相(xiang)结合,才能发(fa)挥出其最大效能,还农民(min)一片(pian)安全(quan)健(jian)康(kang)的(de)耕作土(tu)壤。我国受重金属(shu)(shu)污染严重,在污染治(zhi)理(li)方面也有(you)很多(duo)方法,各有(you)所长(zhang),又不(bu)能面面俱(ju)到。不(bu)同的(de)(de)(de)土(tu)壤(rang)类型(xing),不(bu)同的(de)(de)(de)污染程度(du)合理(li)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)治(zhi)污方案很有(you)必(bi)要(yao)。其中特别是(shi)(shi)农业土(tu)壤(rang),治(zhi)理(li)重金属(shu)(shu)污染的(de)(de)(de)同时还要(yao)进行(xing)作物的(de)(de)(de)生(sheng)产,使(shi)用(yong)原(yuan)位钝化修复技术就(jiu)是(shi)(shi)行(xing)之有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)方案。