论文部分内容阅读
摘要 以黑河市张地营子乡土壤为研究对象，先主要对当地土地利用背景下的土壤因素含量进行了初步研究，发现黑河市张地营子乡土壤中重金属汞和砷超标的原因是不合理使用农药造成，在此对农药污染对土壤的影响、农药污染土壤的主要途径和原因进行了分析，并针对农药污染提出了相应的修复措施及农药污染防治对策。建议黑河市加强对当地农地的环境监测，坚决取缔销售国家明令禁止销售的剧毒农药，净化农药市场，为建立一批农药减量控制示范区和无公害、绿色、有机农产品基地提供环境保障。
关键词 重金属；农药污染；修复措施；防治对策
中图分类号 S156 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）11-03356-02
Abstract With soil of Zhangdi Yingzi Village of Heihe City as study object， the soil factors content under the background of land use was analyzed. It was found that unreasonable excessive use of pesticides causes the excessive mercury and arsenic in soil. Effects of pesticide pollution on soil， main pollution way and causes were analyzed， the corresponding restoration measures were put forward. This paper puts forward the corresponding pesticide pollution measures and restoration of pesticide pollution control strategy. It was suggested that strengthen the local farmland environmental monitoring， resolutely ban sales of state banned highly toxic pesticides， purify pesticide market， so as to provide environmental protection for establishment of pesticide reduction demonstration area and pollutionfree， green， organic agricultural products bases.
Key words Heavy metals； Pesticide contamination； Restoration measure； Countermeasures
土壤是人类赖以生存和发展的一种重要资源，土壤为人类生存与发展提供了根本的物质基础。地球可耕种土地资源是有限的，为了满足人类对食物的需求，化肥、农药和生长调节剂等被广泛且大量使用，而这些物质过量和不正确的使用均会导致土壤被污染。土壤中的污染物沿食物链不断富集，最终高浓度进入人体内，进而危害人类身体健康，可能造成极其严重的后果。笔者以黑河市张地营子乡土壤为研究对象，前期工作主要对当地不同土地利用背景下的重金属元素含量和相同土地利用背景下重金属元素含量分别进行了初步的研究，研究发现当地土壤中重金属汞和砷超标与当地不合理使用农药有关，在此对农药污染土壤的主要途径和原因进行了分析，就农药污染对土壤的影响进行了阐述，并针对农药污染提出了相应的修复措施及农药污染防治对策。
1 农药污染土壤的主要途径及原因
1.1 主要途径
农民在实际生产活动中主要是通过以下途径使农药污染土壤：①使用农药拌种或浸种等方式施药，使农药进入土壤中；②为了消灭土壤中的一些害虫及病菌等，直接将农药撒入土壤中[1]；③对植物进行叶面喷洒农药时，大部分农药随雨水、露水等进入土壤中[2]；④大面积喷洒农药作业时，大部分农药落入土壤中[3]。通过以上途径进入土壤中的农药，在微生物的作用下，将会发生降解，但农药组成中的重金属如Hg、As、Cu、Zn 等将富集在土壤中，导致土壤表面相应的重金属超标。
1.2 主要原因
农药大致发展历程是无机化学农药、有机合成农药和植物性农药。在无机化学农药阶段主要使用砷、铅、汞剂农药，该类农药残留期长达10～30 年，对土壤中重金属超标贡献大。有机合成农药阶段大量有机氯农药被合成并广泛使用，该类农药具有毒性高、性质稳定、在土壤中残留时间长等特点[4]。如六六六、滴滴涕等已经禁用接近30年，但在很多生物体内仍能检测出。植物性农药阶段，该类农药高效、低毒、低残留、易降解，如氨基甲酸酯类农药的半衰期一般为 1～4 周。因此，农药污染土壤的原因与农药的种类存在较大的关系。
2 农药污染对土壤的影响
前期研究成果发现，黑河市张地营子乡所研究土壤中Hg的单项综合指数I值最大，达0.51，非常接近警戒级别，其次是As接近0.27。从单一功能区的I值来看，表层土壤中的Hg值均在0.90左右，属于警戒级别，As的含量在各采样地块的所有样品中均高于土壤背景区含量而低于安全区含量，说明张地营子乡表层土壤重金属Hg和As已有一定程度的积累[5]。通过走访及调查发现Hg和As的I值偏高可能与当地农民过量和不合理使用化学农药有关。走访发现当地老百姓一方面使用升汞（氯化汞）、甘汞（氯化亚汞）等进行种子消毒和土壤消毒等，另一方面使用砒霜（As2O3）、退菌特、稻宁、田宏、稻脚青和甲胂钠等含砷农药作为杀虫剂、杀菌剂和灭鼠剂等。汞制剂和砷制剂性质稳定、毒性大，且易在土壤和生物体内残留及富集等，进而造成相应重金属在土壤中超标。自然环境中的土壤具有一定的净化能力，此时，土壤能够将进入土壤的农药完全降解而不影响自身性质，但当进入到土壤中的农药量超过了其阈值，即土壤环境容量，就会产生对土壤的污染，其对土壤的影响主要表现在以下几个方面。 2.1 对土壤中微生物的影响
微生物是土壤不可或缺的组成部分，其在土壤生化过程中扮演着无可替代的角色。大量农药残留到土壤中，必将导致土壤中微生物的耐药性不断增强，而这些微生物可能通过食物链最终进入人体内，一方面使人体内毒素增加，另一方面使人体耐药性及抗药性也增强等。这就能解释为什么现代人身体平时看起来健康，但一旦感冒、腹泻、发烧、头痛等一些常见病出现的时候，仅仅像过去吃几片药、打几针就好的情况不多见了，现在的情况是动不动打点滴，挂吊瓶。
2.2 农药破坏土壤的酶系统
酶主要来自于植物根部的分泌或土壤中微生物生化产物，酶的存在有利于土壤中的各种生化历程，有利于土壤中养分的有效化过程等。在一定的阈值范围内，酶的存在能促使残留农药的降解，但在阈值范围之外，土壤中的酶系统会被浓度过高的残留农药钝化或摧毁。酶系统一旦失活，必将导致土壤进一步板结，土地生产力下降。
2.3 农药残留危害有益动物
依附于土壤表层生长的小型动物种群，在生存活动过程中会通过吸收和富集作用降低土壤中农药残留，但在降低土壤农药残留的同时会导致该类动物的生命安全及种群的繁衍。如人类大规模使用农药后，一些害虫的天敌也日渐消失，农田生态系统中青蛙和蛇等数量越来越少，而害虫的抗药性和耐药性越来越强。这导致人类为了获得粮食的丰收，增加农药使用剂量，农残问题更加严峻，产生恶性循环。
2.4 农药残留改变土壤的结构和功能
农药残留会引起土壤的理化性质发生改变，如pH、孔隙度、氧化还原电位等变化。理化性质的变化会作用于土壤中微生物的活性，两者产生相互作用，导致土壤加速板结和重金属超标等，不再适合耕种。
3 农药污染的修复技术
鉴于农药残留会对人类健康造成巨大危害，因此，有必要对被农药污染的土壤进行修复。当前治理农药污染的方法可分为2种：①彻底将其从土壤中清除掉；②改变农药在土壤中存在的状态，使其降解为无毒无害物质，从而降低其环境风险性。为了降低或消除农药对生物体的危害，在此从以下几个方面探究农药污染修复。
3.1 农业生态工程措施 农业生态工程主要包括客土法、换土翻土法和去表土法及水洗法等措施。客土法是将未污染的土壤覆盖到被污染的土壤上；换土法和去表土法是将污染土壤部分或全部挖除后用非污染土壤填充满；水洗法是采用清水将农药稀释或迁移到深层土壤中，但易造成地下水污染。这些方法所需工程量较大，花费大，并有污土处理的问题，大面积推广应用受到限制[6]。
3.2 物理措施
热解吸附法、电动修复和土壤淋洗等物理措施现在常用于农药污染后的土壤修复[7]。热解吸附法就是针对那些挥发性强的有机物采用加热的方式，使之从土壤中解吸出来，然后加以回收处理。电动修复是一种原位修复技术，不搅动土壤，并能缩短土壤修复时间，是一种经济可行的补救措施；其原理就是在外加电场下通过电流的作用，土壤中的农药有害物以电透渗和电迁移的方式向电极移动，然后进行集中收集处理。土壤淋洗是利用提取剂提取土壤中残留农药，即将农药残留物转移到液相中，被提取及经清水洗涤后的土壤需归还原位再利用，而富含农药的废液则需进一步的处理，防止二次污染。
3.3 化学措施
化学方法主要是通过向土壤中施加特定的化学物质，用以改变土壤的化学性质，目的是降低农药的活性和促使土壤微生物分解农药，从而降低农作物对农药的富集程度。目前常用的化学方法有添加土壤改良剂、表面活性清洗剂等，但该类方法存在成本高、不确定因素多、易产生二次污染等，不建议大规模推广应用等。
3.4 植物修复技术
新出现的植物修复技术，具有费用低廉、不破坏土壤结构、美化环境等优点，该技术很有发展前景。其原理是指将某种特定的植物种植在受农药污染的土壤上，该类植物对残留农药具有特殊吸收富集能力，植物吸收后将其降解[8]。
该技术与传统的物理、化学等技术相比，具有技术和经济上的双重优势。首先，植物能够对环境起到净化和美化等作用，人们从心理上更容易广泛接受该技术；其次，农药残留物在原地被去除，成本较其他方法大大降低；再次，植物修复过程中可以增加土壤中有机质含量，且被修复过的土壤适合多种农作物的生长。此外，该技术作用范围广，在消除土壤中农药污染物的同时，也顺带消除土壤周围大气及水体中的其他污染物，如重金属。
4 土壤农药污染的预防措施
4.1 安全合理的使用农药
在农业生产过程中，应该对症下药，并掌握不同农作物的用药的关键时期及用药量和使用方法，这样才能在预防植物病虫害的同时，减轻土壤中农药残留造成的污染。同时建议国家补贴使用具有高效、低毒、低残留、易降解的新型生态农药，这样才能为各地建设绿色蔬菜基地奠定坚实的基础。
4.2 采取其他措施
加强农业育种，培育出具有抵抗病虫害的植物，减少农药的使用量及类型。也可以在小范围内推广生物防治技术等，如在大棚种植中应用“以螨治螨”技术，杜绝农药的使用。
黑河市应加强对农地的环境监测和评估，通过多种手段，积极防治土壤污染。同时加大对假冒伪劣化肥农药的检查打击力度，坚决取缔销售国家明令禁止销售的剧毒农药，净化农药市场，为建立一批农药减量控制示范区和无公害、绿色、有机农产品基地提供环境保障。
参考文献
[1]
周杜挺.7种杀虫剂及其混用对稻田水生动物和土壤动物影响的研究[D].长沙：湖南农业大学，2006.
[2] 郭东梅.吡虫啉的蔬菜吸收及土壤降解、吸附特性研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2006.
[3] 蒲慧晓.农药环境污染及防治措施[J].北方环境，2012（3）：48-50.
[4] 郭睿莉.甲胺磷降解菌的筛选及有机磷农药降解酶基因的克隆与表达[D].天津：天津科技大学，2009.
[5] 孙晶.土壤中Hg、Cd、Cr、Pb、Cu和As含量的测试及其污染状况的研究[D].哈尔滨：黑龙江大学，2011.
[6] 夏来坤，郭天财，康国章，等.土壤重金属污染与修复技术研究进展[J].河南农业科学，2005（5）：88-91.
[7] 王红新.矿区土壤重金属污染的修复技术研究[J].池州学院学报，2006（5）：32-34.
[8] 吴大付，张莉，任秀娟，等. 超富集植物研究新进展[J].河南科技学院学报：自然科学版，2011（3）：55-59.
关键词 重金属；农药污染；修复措施；防治对策
中图分类号 S156 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）11-03356-02
Abstract With soil of Zhangdi Yingzi Village of Heihe City as study object， the soil factors content under the background of land use was analyzed. It was found that unreasonable excessive use of pesticides causes the excessive mercury and arsenic in soil. Effects of pesticide pollution on soil， main pollution way and causes were analyzed， the corresponding restoration measures were put forward. This paper puts forward the corresponding pesticide pollution measures and restoration of pesticide pollution control strategy. It was suggested that strengthen the local farmland environmental monitoring， resolutely ban sales of state banned highly toxic pesticides， purify pesticide market， so as to provide environmental protection for establishment of pesticide reduction demonstration area and pollutionfree， green， organic agricultural products bases.
Key words Heavy metals； Pesticide contamination； Restoration measure； Countermeasures
土壤是人类赖以生存和发展的一种重要资源，土壤为人类生存与发展提供了根本的物质基础。地球可耕种土地资源是有限的，为了满足人类对食物的需求，化肥、农药和生长调节剂等被广泛且大量使用，而这些物质过量和不正确的使用均会导致土壤被污染。土壤中的污染物沿食物链不断富集，最终高浓度进入人体内，进而危害人类身体健康，可能造成极其严重的后果。笔者以黑河市张地营子乡土壤为研究对象，前期工作主要对当地不同土地利用背景下的重金属元素含量和相同土地利用背景下重金属元素含量分别进行了初步的研究，研究发现当地土壤中重金属汞和砷超标与当地不合理使用农药有关，在此对农药污染土壤的主要途径和原因进行了分析，就农药污染对土壤的影响进行了阐述，并针对农药污染提出了相应的修复措施及农药污染防治对策。
1 农药污染土壤的主要途径及原因
1.1 主要途径
农民在实际生产活动中主要是通过以下途径使农药污染土壤：①使用农药拌种或浸种等方式施药，使农药进入土壤中；②为了消灭土壤中的一些害虫及病菌等，直接将农药撒入土壤中[1]；③对植物进行叶面喷洒农药时，大部分农药随雨水、露水等进入土壤中[2]；④大面积喷洒农药作业时，大部分农药落入土壤中[3]。通过以上途径进入土壤中的农药，在微生物的作用下，将会发生降解，但农药组成中的重金属如Hg、As、Cu、Zn 等将富集在土壤中，导致土壤表面相应的重金属超标。
1.2 主要原因
农药大致发展历程是无机化学农药、有机合成农药和植物性农药。在无机化学农药阶段主要使用砷、铅、汞剂农药，该类农药残留期长达10～30 年，对土壤中重金属超标贡献大。有机合成农药阶段大量有机氯农药被合成并广泛使用，该类农药具有毒性高、性质稳定、在土壤中残留时间长等特点[4]。如六六六、滴滴涕等已经禁用接近30年，但在很多生物体内仍能检测出。植物性农药阶段，该类农药高效、低毒、低残留、易降解，如氨基甲酸酯类农药的半衰期一般为 1～4 周。因此，农药污染土壤的原因与农药的种类存在较大的关系。
2 农药污染对土壤的影响
前期研究成果发现，黑河市张地营子乡所研究土壤中Hg的单项综合指数I值最大，达0.51，非常接近警戒级别，其次是As接近0.27。从单一功能区的I值来看，表层土壤中的Hg值均在0.90左右，属于警戒级别，As的含量在各采样地块的所有样品中均高于土壤背景区含量而低于安全区含量，说明张地营子乡表层土壤重金属Hg和As已有一定程度的积累[5]。通过走访及调查发现Hg和As的I值偏高可能与当地农民过量和不合理使用化学农药有关。走访发现当地老百姓一方面使用升汞（氯化汞）、甘汞（氯化亚汞）等进行种子消毒和土壤消毒等，另一方面使用砒霜（As2O3）、退菌特、稻宁、田宏、稻脚青和甲胂钠等含砷农药作为杀虫剂、杀菌剂和灭鼠剂等。汞制剂和砷制剂性质稳定、毒性大，且易在土壤和生物体内残留及富集等，进而造成相应重金属在土壤中超标。自然环境中的土壤具有一定的净化能力，此时，土壤能够将进入土壤的农药完全降解而不影响自身性质，但当进入到土壤中的农药量超过了其阈值，即土壤环境容量，就会产生对土壤的污染，其对土壤的影响主要表现在以下几个方面。 2.1 对土壤中微生物的影响
微生物是土壤不可或缺的组成部分，其在土壤生化过程中扮演着无可替代的角色。大量农药残留到土壤中，必将导致土壤中微生物的耐药性不断增强，而这些微生物可能通过食物链最终进入人体内，一方面使人体内毒素增加，另一方面使人体耐药性及抗药性也增强等。这就能解释为什么现代人身体平时看起来健康，但一旦感冒、腹泻、发烧、头痛等一些常见病出现的时候，仅仅像过去吃几片药、打几针就好的情况不多见了，现在的情况是动不动打点滴，挂吊瓶。
2.2 农药破坏土壤的酶系统
酶主要来自于植物根部的分泌或土壤中微生物生化产物，酶的存在有利于土壤中的各种生化历程，有利于土壤中养分的有效化过程等。在一定的阈值范围内，酶的存在能促使残留农药的降解，但在阈值范围之外，土壤中的酶系统会被浓度过高的残留农药钝化或摧毁。酶系统一旦失活，必将导致土壤进一步板结，土地生产力下降。
2.3 农药残留危害有益动物
依附于土壤表层生长的小型动物种群，在生存活动过程中会通过吸收和富集作用降低土壤中农药残留，但在降低土壤农药残留的同时会导致该类动物的生命安全及种群的繁衍。如人类大规模使用农药后，一些害虫的天敌也日渐消失，农田生态系统中青蛙和蛇等数量越来越少，而害虫的抗药性和耐药性越来越强。这导致人类为了获得粮食的丰收，增加农药使用剂量，农残问题更加严峻，产生恶性循环。
2.4 农药残留改变土壤的结构和功能
农药残留会引起土壤的理化性质发生改变，如pH、孔隙度、氧化还原电位等变化。理化性质的变化会作用于土壤中微生物的活性，两者产生相互作用，导致土壤加速板结和重金属超标等，不再适合耕种。
3 农药污染的修复技术
鉴于农药残留会对人类健康造成巨大危害，因此，有必要对被农药污染的土壤进行修复。当前治理农药污染的方法可分为2种：①彻底将其从土壤中清除掉；②改变农药在土壤中存在的状态，使其降解为无毒无害物质，从而降低其环境风险性。为了降低或消除农药对生物体的危害，在此从以下几个方面探究农药污染修复。
3.1 农业生态工程措施 农业生态工程主要包括客土法、换土翻土法和去表土法及水洗法等措施。客土法是将未污染的土壤覆盖到被污染的土壤上；换土法和去表土法是将污染土壤部分或全部挖除后用非污染土壤填充满；水洗法是采用清水将农药稀释或迁移到深层土壤中，但易造成地下水污染。这些方法所需工程量较大，花费大，并有污土处理的问题，大面积推广应用受到限制[6]。
3.2 物理措施
热解吸附法、电动修复和土壤淋洗等物理措施现在常用于农药污染后的土壤修复[7]。热解吸附法就是针对那些挥发性强的有机物采用加热的方式，使之从土壤中解吸出来，然后加以回收处理。电动修复是一种原位修复技术，不搅动土壤，并能缩短土壤修复时间，是一种经济可行的补救措施；其原理就是在外加电场下通过电流的作用，土壤中的农药有害物以电透渗和电迁移的方式向电极移动，然后进行集中收集处理。土壤淋洗是利用提取剂提取土壤中残留农药，即将农药残留物转移到液相中，被提取及经清水洗涤后的土壤需归还原位再利用，而富含农药的废液则需进一步的处理，防止二次污染。
3.3 化学措施
化学方法主要是通过向土壤中施加特定的化学物质，用以改变土壤的化学性质，目的是降低农药的活性和促使土壤微生物分解农药，从而降低农作物对农药的富集程度。目前常用的化学方法有添加土壤改良剂、表面活性清洗剂等，但该类方法存在成本高、不确定因素多、易产生二次污染等，不建议大规模推广应用等。
3.4 植物修复技术
新出现的植物修复技术，具有费用低廉、不破坏土壤结构、美化环境等优点，该技术很有发展前景。其原理是指将某种特定的植物种植在受农药污染的土壤上，该类植物对残留农药具有特殊吸收富集能力，植物吸收后将其降解[8]。
该技术与传统的物理、化学等技术相比，具有技术和经济上的双重优势。首先，植物能够对环境起到净化和美化等作用，人们从心理上更容易广泛接受该技术；其次，农药残留物在原地被去除，成本较其他方法大大降低；再次，植物修复过程中可以增加土壤中有机质含量，且被修复过的土壤适合多种农作物的生长。此外，该技术作用范围广，在消除土壤中农药污染物的同时，也顺带消除土壤周围大气及水体中的其他污染物，如重金属。
4 土壤农药污染的预防措施
4.1 安全合理的使用农药
在农业生产过程中，应该对症下药，并掌握不同农作物的用药的关键时期及用药量和使用方法，这样才能在预防植物病虫害的同时，减轻土壤中农药残留造成的污染。同时建议国家补贴使用具有高效、低毒、低残留、易降解的新型生态农药，这样才能为各地建设绿色蔬菜基地奠定坚实的基础。
4.2 采取其他措施
加强农业育种，培育出具有抵抗病虫害的植物，减少农药的使用量及类型。也可以在小范围内推广生物防治技术等，如在大棚种植中应用“以螨治螨”技术，杜绝农药的使用。
黑河市应加强对农地的环境监测和评估，通过多种手段，积极防治土壤污染。同时加大对假冒伪劣化肥农药的检查打击力度，坚决取缔销售国家明令禁止销售的剧毒农药，净化农药市场，为建立一批农药减量控制示范区和无公害、绿色、有机农产品基地提供环境保障。
参考文献
[1]
周杜挺.7种杀虫剂及其混用对稻田水生动物和土壤动物影响的研究[D].长沙：湖南农业大学，2006.
[2] 郭东梅.吡虫啉的蔬菜吸收及土壤降解、吸附特性研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2006.
[3] 蒲慧晓.农药环境污染及防治措施[J].北方环境，2012（3）：48-50.
[4] 郭睿莉.甲胺磷降解菌的筛选及有机磷农药降解酶基因的克隆与表达[D].天津：天津科技大学，2009.
[5] 孙晶.土壤中Hg、Cd、Cr、Pb、Cu和As含量的测试及其污染状况的研究[D].哈尔滨：黑龙江大学，2011.
[6] 夏来坤，郭天财，康国章，等.土壤重金属污染与修复技术研究进展[J].河南农业科学，2005（5）：88-91.
[7] 王红新.矿区土壤重金属污染的修复技术研究[J].池州学院学报，2006（5）：32-34.
[8] 吴大付，张莉，任秀娟，等. 超富集植物研究新进展[J].河南科技学院学报：自然科学版，2011（3）：55-59.