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【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”

发布日期:2019-04-28 09:13:24 浏览次数:214

土壤是人类赖以生存和发展的基石,农田土壤是关系国计民生的重要资源,现阶段人民对膳食结构优化和营养水平提升的期望值越来越高。良好生态环境是最公平的公共产品,是最普惠的民生福祉。农产品产地环境质量安全是农产品质量安全的第一道关口,防治土壤污染直接关系到农产品质量安全、人民群众身体健康和经济社会可持续发展。土壤污染防控与治理修复是实施乡村振兴和美丽中国战略的重要任务,事关国家生态文明建设、农业绿色可持续和高质量发展。我国要用世界7%的耕地养活世界22%的人口,保护耕地、修复被污染的耕地是艰巨的历史使命。


4月22日,农业农村部、生态环境部联合发布关于进一步做好受污染耕地安全利用工作的通知。通知指出,各级农业农村部门和生态环境部门要统筹农产品产地环境质量安全、粮食安全和农产品质量安全,对标“土十条”目标任务,确保到2020年底,完成“土十条”规定的“421”任务,轻中度污染耕地实现安全利用面积达到4000万亩,治理修复面积达到1000万亩;重度污染耕地种植结构调整或退耕还林还草面积力争达到2000万亩,受污染耕地安全利用率达到90%左右。


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图1)


我国的土壤学也正在经历从聚焦土壤肥力、追求作物产量,到关注土壤安全和土壤健康、保证农产品质量安全,到更加突出土壤质量、支撑农业高质量发展的变化历程。土壤污染防治作为重大环境保护工程和民生工程,已纳入国家环境治理体系,《中华人民共和国土壤污染防治法》已颁布实施。如何结合我国国情、农情、民情,适应新时代发展需求,科学有效地开展土壤污染防控与治理修复,从农产品质量安全的源头上保证产地环境安全,已日益成为政府、科学界、企业界和社会公众共同关注的热点。


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图2)


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图3)

一、农用地土壤污染

 

农用地土壤污染主要来自于人类的生产生活,如工业生产中的“三废”排放,农药化肥过量使用,不可降解农膜的大量使用等,都有可能使污染物在农用地土壤中长期累积。农用地土壤污染主要包括以下几方面:


(1)工业生产活动的污染物排放


近年来,我国工业迅猛发展。金属矿采选、金属冶炼、石油开采、石油加工、化工、焦化、电镀、制革等行业生产都会导致重金属和有机污染物排放的增加。重金属污染物导致的农用地污染问题尤为严重,特别是镉、铅、汞等有毒有害重金属可能被农作物吸收,经食用在人体中累积,严重危害人体健康。同时由于工业污染气体的排放,会导致酸雨现象,而酸雨可能会增强农用地土壤中重金属的活性和迁移性,加剧土壤污染的危害。


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图4)



(2)农业投入品过度使用


随着我国小城镇建设步伐和农业产业化进程的加快,农业生产中使用化肥、农药、农膜及畜禽粪便等造成的农业面源污染日益突出。如2015-2017年,我国农药使用总量为53.2(有效成分)万吨左右,而利用率仅为36.6%。化肥、农药利用率低、流失率高,不仅会导致农田土壤污染,还会通过农田径流导致地表水体有机污染、富营养化,甚至会污染地下水。更为严重的是,农业投入品中的污染物可能通过植物生长吸收聚集到农作物中,出现食品安全问题。


(3)污水灌溉导致的农用地污染


我国农田污水灌溉可分为两种情形。一种是主动式的,20世纪60年代,由于缺乏环保意识,我国北方部分省市采用工业污水灌溉农田,在污水资源化的同时,造成了大量农田成块、成片、成区域的污染。这种情况主要分布在我国北方水资源严重缺乏的海河、辽河、黄河、淮河四大流域。另一种是被动式的,即由于工矿企业生产导致周边的河流污染。下游地区的农民在不知情或被迫(无其他水可用)的情况下,抽取污染的河水进行农田灌溉,从而导致农用地土壤的污染,这种情况在全国各地均有可能发生。目前我国污水灌溉农田面积约为330万公顷,占总灌溉面积的7.3%。


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图5)

二、国家高度关注农业生产,形成了一系列的理论,技术和政策法规体系


  1、 农用地污染防治与农产品质量安全


监管工作进展长期以来,国家高度关注农业生产与资源环境保护之间的关系,推动形成了一系列水土资源和产地环境综合管理与生态农业和循环农业的理论、模式及技术和政策法规体系,走出了一条具有中国特色的农业资源环境保护与现代农业发展及生态文明建设之路。尤其是近年来,围绕生态文明建设,谋划推进了一系列开创性、长远性的工作,制定了《关于加快推进生态文明建设的意见》、《生态文明体制改革总体方案》、《生态环境损害赔偿制度改革试点方案》,以及大气、水、土壤等三个污染防治行动计划(即三个“十条”)和新的环境保护法、土壤污染防治法等大政方针,并逐步落实主体功能区制度,划定并严守生态保护红线,优化国土空间开发格局。就耕地保护和粮食安全及农业可持续发展方面而言,近年来相继发布了《全国农业可持续发展规划(2015—2030年)》、《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》、《国家质量兴农战略规划(2018—2022年)》等,将农用地尤其是耕地土壤污染防控与治理修复融入农业绿色发展、高质量发展中统筹推进。

【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图6)


  2、 耕地质量保护和污染防治


近年来,国家开展了一系列农产品产地土壤重金属污染普查、动态监测和土壤污染治理修复研究与试点示范,相关政策措施出台的频次和强度、资金支持力度,堪称前所未有。


1)全面提升耕地质量。初步构建了国家、省、市、县四级耕地质量长期定位监测网络;实行最严格的耕地保护制度,加大旱涝保收高标准农田建设力度,推广土壤改良保育技术,推进中低产田改造,全面提升耕地质量。根据监测分析结果,近30年来,我国耕地肥力状况总体向好。


2)加强农业产地环境监测与保护。原国家环境保护部、国土资源部和农业部均分别开展了有关全国土壤污染状况调查工作,虽然由于各自调查目的和方法及采样点布局、采样密度等不同,结果不尽相同,但总的状况格局和趋势是一致的。为落实2016年出台的“土十条”,2017年起三部门又联合开展土壤污染详查,旨在进一步摸清农用地土壤污染总体状况及分布。前不久,生态环境部和农业农村部围绕打好污染防治攻坚战,进一步对农业面源污染防治工作作了部署,联合印发了《农业农村污染防治攻坚战行动计划》,提出了“一保两治三减四提升”的目标,即加大农村饮用水水源保护力度;治理农村生活污水、垃圾等农村人居环境最为突出的问题,减少化肥、农药使用量和农业用水总量;提升主要由农业面源污染造成的超标水体水质、农业废弃物综合利用率、环境监管能力和农村居民参与度。最近,农业农村部又会同生态环境部印发了《国家土壤环境监测网农产品产地土壤环境监测工作方案(试行)》,按照“说清现状,兼顾风险”的目标,新布设了4万多个国控监测点位,整合优化相关行业土壤环境监测点位近8万个,统筹开展覆盖全部耕地和主要土壤类型的长期例行监测,为构建我国耕地土壤环境监测体系、保障农产品质量安全提供支持。此外,自然资源部正在部署开展“三调”(即第三次全国国土调查)工作,其中包括了耕地质量调查内容。


3)推进耕地污染防治试点示范。原农业部自2012年起在全国建立了9个重金属污染治理示范区,开展重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点,同时建成4个特定农产品产地禁产区划分示范点,开展特定农产品禁止生产区划分和种植结构调整示范。在此基础上,原农业部、财政部于2014年在湖南长株潭地区11.3万hm2耕地(2015年扩展为18万hm2)启动了重金属污染修复及农作物种植结构调整试点,这是我国耕地污染治理的一次大规模尝试,在世界范围内也不多见。以“因地制宜、政府引导、农民自愿、收益不减”为原则,按照“分类管理、预防为主、农用优先、治用结合、综合施策”的治理思路,对未污染产地加大保护力度,严格控制外源污染;对轻中度污染产地,采取农艺、生物、化学、物理等措施实施治理;对严重污染的产地,调整种植结构,划定特定农产品禁止生产区,实施限制性生产,初步探索、总结了一套重金属污染耕地治理“VIP+n”技术模式,培育筛选了一批镉低积累水稻品种,研发了一批钝化剂、阻控剂、功能性肥料等土壤治理修复新产品。近年来,国家启动了农田土壤污染防控与修复技术国家工程实验室、农业部产地环境污染防控重点实验室、国家环境保护土壤环境管理与污染控制重点实验等重点实验室、工程实验室或工程中心建设,支撑农用地土壤污染防治技术研发与产业化发展。2015年以来,在原国家科技支撑计划项目“重金属超标农田安全利用技术研究与示范”和国家重点研发计划专项“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”等支持下,各地方、各单位不断研发新技术、新产品和新模式,糙米降镉效果显著提升,试点示范取得重要进展。2017年以来,结合实施“土十条”,农业农村部在江苏、河南、湖南3省6县启动耕地土壤环境类别划分试点,进一步探索完善耕地土壤环境质量分类方法,建立耕地分类清单。


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图7)

三、土壤修复常用技术


目前在土壤修复行业,已有的土壤修复技术达到一百多种,常用技术也有十多种,根据修复原理可为:物理技术、化学技术、生物技术、自然衰减和其它技术等。


1、物理修复技术


根据污染物的物理性状及其在环境中的行为,通过机械分离、挥发、电解和解吸等物理过程,消除、降低、稳定或转化土壤中的污染物。包括:挖掘-处置/处理、抽出-处理、电动分离、土壤气相抽提、热处理/玻璃化、空气吹脱、空气注入、循环井技术、填埋、土壤水洗等技术。


(1)电动分离技术在土壤上施加低强度直流电,通过电渗析、电迁移和电泳等作用使土壤孔隙中的水和荷电离子或粒子发生迁移运动,从而去除污染物的技术。


(2)土壤气相抽提通过专门的地下抽提系统,利用抽真空或注入空气产生的压力迫使非饱和区土壤中的气体发生流动,从而将其中挥发和半挥发性有机污染物脱除,达到清洁土壤的目的。


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图8)

【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图9)

(3)渗透反应墙通过在受污染地下水流经的方向建造由反应材料组成的反应墙,通过反应材料的吸附、沉淀、化学降解或生物降解等,降低污染物的浓度、数量、体积、毒性、和可移动性。

【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图10)


2、化学修复技术


利用化学处理技术,通过化学物质或制剂与污染物发生氧化、还原、吸附、沉淀、聚合、络合等反应,使污染物从土壤或地下水中分离、降解、转化、或稳定成低毒、无毒、无害等形式(形态),或形成沉淀除去。包括:溶剂萃取、多项萃取、土壤淋洗、化学氧化还原、超临界水氧化、固化/稳定化、可渗透反应墙等技术。


(1)土壤淋洗将可促进土壤污染物溶解或迁移的化学溶剂注入受污染土壤中,从而将污染物从土壤中溶解、分离出来并进行处理的技术。

【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图11)


(2)化学氧化还原根据土壤或地下水中污染物的类型和属性选择适当的氧化或还原剂,将制剂注入到土壤或地下水中,利用氧化或还原剂与污染物之间的氧化-还原反应将污染物转化为无毒无害物质或毒性低、稳定性强、移动性弱的惰性化合物,从而达到对土壤净化的目的。


(3)固化/稳定化将污染土壤与能聚合成固体的材料(如水泥、沥青、化学制剂等)相混合,通过形成晶格结构或化学键,将土壤或危险废物捕获或者固定在固定结构中,从而降低有害组分的移动性或浸出性。固化是将废物中有害成分用惰性材料加以束缚的过程,通过采用具有高度结构完整性的整块固体将污染物密封起来以降低其物理有效性。稳定化是将废物中的有害成分进行化学该性或将其导入某种稳定的晶格结构中的过程,降低了污染物的化学有效性。


3、生物修复技术

 

广义的生物修复,是指一切以利用生物为主体的土壤或地下水污染治理技术,包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和地下水中的污染物,使污染物的浓度降低到可接受的水平,或将有毒的污染物转化为无毒无害物质,也包括将污染物固定或稳定,以减少其向周边环境的扩散。狭义的生物修复,是指通过酵母菌、真菌、细菌等微生物的作用清除土壤和地下水中的污染物,或是使污染物无害化的过程。包括生物曝气、生物通风、生物抽除、生物反应器、自然衰减、土耕法、堆肥、生物堆、植物修复等技术。


根据植物可耐受或吸收某些特定化合物的特性,利用植物及其共生微生物提取、转移、吸收、分解、转化或固定场地土壤或地下水中的有机无机污染物,从而达到移除、削减或稳定污染物,或降低污染物毒性等目的。

【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图12)


【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图13)

四、最新“面源专项”标志性成果


在科技部、农业农村部、生态环境部等主管部门的携手领导下,“面源专项”始终坚持面向现代农业主战场,以解决实际科技问题为出发点和落脚点,到2018年底,国家重点研发计划——“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术研发”专项(简称“面源专项”)紧密围绕产业发展需求和总体目标,构建了一批重要防控理论体系和方法原理,研发出一批关键性新技术、新工艺和新产品,集成落地了一批创新修复模式,并取得一批标志性成果,部分成果已经达到国际先进水平。

【三棱环境·行业观察】打起耕地防治的“保护伞”(图14)



“面源专项”在基础理论、关键技术、重要产品及设备、修复模式与集成等方面都取得了阶段性突破,形成了一批阶段性成果,其中标志性成果主要有以下六个方面:


 (一)揭示和丰富了氮磷淋溶损失和径流损失阻控机理,研发了北方玉米小麦农田、南方稻田、设施农田氮磷流失阻控系列技术、产品和装备。


 (二)揭示了农田重金属源解析和污染特征,5种重金属迁移转化规律和安全阈值。研发出系列重金属污染阻隔、钝化技术和材料。


 (三)筛选出一批高富集植物和低积累作物品种;构建了重金属污染农田的风险管控体系。


 (四)形成重金属污染农田安全生产技术体系,并大规模应用。研发了系列农田氮磷和重金属污染快速检测仪器和标准物质。


(五)筛选了一批低温发酵起爆菌和高温发酵菌,研制了系列农业废弃物好氧发酵和厌氧发酵智能一体化设备,并产业化、工程化应用。


(六)制定了42种农田有毒有害化学和生物污染物优先控制名单,建立了农田有毒有害化学和生物污染微生物复合修复技术体系。


当前,公众和监管部门对土壤中污染物的迁移、转化、归趋等规律认识不足,缺乏污染物的致病机理或生态毒理机制等基础知识,对污染链中的暴露途径、暴露方式以及污染物的生物过程和在食物链中的富集放大等认识存在片面性。所以尽快创新针对不同行业、污染类型、场地类别和利用方式的污染场地土壤及含水层的高效、实用、低成本修复工程技术与装备。在选择修复技术时,根据污染物性质、土地的再利用方式、执行的难易程度和运行维护成本等各方面需求,筛选和组合适合不同污染场地的修复技术手段。制定农用地土壤污染防治措施,坚决打好污染防治攻坚战。保护耕地质量,保障粮食安全,以有限的土地资源解决好十几亿人口的吃饭问题,让千万家庭幸福生活。



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