隨著工業(yè)化、城市化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn),各種化學(xué)品、農(nóng)藥和化肥被廣泛使用,以重金屬為代表的污染物進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),使耕地質(zhì)量持續(xù)下降。目前我國(guó)耕地受重金屬污染面積達(dá)2000多萬(wàn)公頃,約占耕地總面積的20%。受重金屬污染的影響,我國(guó)每年糧食減產(chǎn)達(dá)1000萬(wàn)噸,由此直接造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。而且農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬可以沿食物鏈傳遞,危害人體健康。因此,對(duì)農(nóng)田重金屬的監(jiān)測(cè)、修復(fù)及治理迫在眉睫。
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農(nóng)田土壤重金屬污染的影響因素
(1)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)污染:大量采礦、石油、鋼鐵、化學(xué)制藥、紡織、金屬處理與加工等工業(yè)活動(dòng)制造的大量的廢氣、廢渣、廢水,在重力作用下以沉降方式和隨雨水降落到地面,進(jìn)入土壤。這在我國(guó)南方地區(qū)表現(xiàn)的尤為突出。
(2)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的污染:化肥和農(nóng)藥長(zhǎng)期不合理和過量使用,導(dǎo)致土壤重金屬污染,絕大多數(shù)的農(nóng)藥含有砷、汞等重金屬,化肥中也含有鎘等金屬,在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中為了高產(chǎn),化肥的大量施用、地膜的大面積推廣使用以及農(nóng)藥的不合理使用,增加了土壤的重金屬污染。
(3)城市生活垃圾的污染:現(xiàn)階段我國(guó)有大部分城市的一部分生活垃圾不能處理,而是采取直接運(yùn)送到城郊野地堆積填埋處理,其中還有大量的廢舊電器、電池等含有重金屬的廢棄物,因?yàn)殚L(zhǎng)期日曬雨淋漸溶析出,使大量重金屬滲透到土壤中,形成污染。
(4)交通污染:主要指公路和鐵路交通。在公路交通中,隨著我國(guó)汽車的增多,以及汽車運(yùn)輸在我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的主導(dǎo)地位,汽車尾氣的鉛污染已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。
(5)污水灌溉:由于我國(guó)北方干旱、缺水嚴(yán)重,因此污水灌溉比較嚴(yán)重。污水雖然經(jīng)過一定處理,但卻含有許多重金屬離子,隨著污水灌溉進(jìn)入土壤之中,工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)大量使用地下水,影響農(nóng)業(yè)灌溉用水,只能用處理后的污水灌溉,直接污染了土壤。
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農(nóng)田土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)技術(shù)
(1)光譜技術(shù)
光譜技術(shù)是當(dāng)前檢測(cè)土壤中是否含有重金屬的重要技術(shù)之一,其優(yōu)勢(shì)是具有較強(qiáng)的靈敏性。其缺點(diǎn)是檢測(cè)成本較高,具體表現(xiàn)為檢測(cè)操作流程復(fù)雜堯檢測(cè)設(shè)備要求較高與檢測(cè)過程耗時(shí)較長(zhǎng)等。此外,運(yùn)用光譜技術(shù)必須應(yīng)用X射線,由于X射線具有較強(qiáng)的電離性,在使用過程中會(huì)對(duì)人體造成一定傷害。因此,在應(yīng)用光譜技術(shù)時(shí),相關(guān)工作人員必須預(yù)先配備防護(hù)設(shè)備,并掌握一定的專業(yè)操作技能,以避免受到X射線的傷害。光譜技術(shù)不能在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行快速有效的檢測(cè)。其中,紫外可見光光度法是當(dāng)前土壤重金屬技術(shù)中使用最為廣泛的一種方法。
(2)電化學(xué)分析技術(shù)
相較于光譜技術(shù)而言,電化學(xué)分析技術(shù)主要指通過運(yùn)用電化學(xué)傳感器檢測(cè)土壤重金屬。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是有助于自動(dòng)化檢測(cè)工作,因而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)土壤重金屬含量。需要注意的是,這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的準(zhǔn)確性極易受大分子顆粒堯有機(jī)物堯表面活性劑等土壤污染物影響,主要體現(xiàn)在對(duì)普通漿料檢測(cè)過程的影響。因此,未來(lái)相關(guān)科研人員應(yīng)以電化學(xué)傳感器研發(fā)為工作重點(diǎn),特別是具有更高靈敏度和更強(qiáng)抗干擾能力的電化學(xué)傳感器。
(3)生物傳感器技術(shù)
生物傳感器技術(shù)主要通過對(duì)綜合金屬離子與固定于電極材料中特異性蛋白的合理應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)的有效改變,并借助靈敏的電容信號(hào)傳感器對(duì)土壤重金屬進(jìn)行定量化檢測(cè),以便工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬含量變化情況的檢測(cè),F(xiàn)階段,工作人員已利用生物傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)水溶液中毒性化合物含量的準(zhǔn)確檢測(cè)。但是,生物傳感器技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的限制性,具體表現(xiàn)在對(duì)生物活性與環(huán)境的要求較高。因此,這種技術(shù)不能被廣泛應(yīng)用。
(4)酶抑制技術(shù)
酶抑制技術(shù)主要指通過重金屬離子與酶活性因子間發(fā)生的甲硫基反應(yīng),改變酶活性因子結(jié)構(gòu)與性質(zhì),并降低酶活力,再借助相應(yīng)儀器完成對(duì)土壤重金屬的檢測(cè)。酶抑制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中,工作人員能夠直接觀察顯色劑顏色堯吸光度堯電導(dǎo)率等變化情況,并通過放大光電信號(hào)顯示土壤重金屬含量與酶系統(tǒng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。當(dāng)前,酶抑制技術(shù)主要被工作人員應(yīng)用于環(huán)境堯食品等重金屬定性檢測(cè)工作。
(5)免疫分析技術(shù)
免疫分析技術(shù)主要指通過免疫分析法檢測(cè)土壤重金屬離子。這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的靈敏性與特別性,在應(yīng)用時(shí)還應(yīng)注意以下兩點(diǎn):一是通過合理應(yīng)用絡(luò)合物實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的有效綜合,并為其預(yù)留一定的空間結(jié)構(gòu),以便其能夠順利進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。二是確保載體蛋白能夠接收綜合金屬離子化合物,進(jìn)而產(chǎn)生免疫原。此外,工作人員還須注意選擇相應(yīng)具有特異性抗體對(duì)金屬離子化合物進(jìn)行綜合,以確保免疫分析技術(shù)的準(zhǔn)確性。
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農(nóng)田土壤重金屬污染防治措施
(1)完善土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)制度
污染狀況不明確是我國(guó)土壤重金屬防治與修復(fù)工作基礎(chǔ)薄弱的主要問題。上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái),政府相關(guān)部門在部分區(qū)域內(nèi)陸續(xù)開展了土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)工作,但是并未向社會(huì)公布具體結(jié)果。而目前的眾多文獻(xiàn)資料都充分說明,我國(guó)耕地土壤重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻。所以建立和完善耕地土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)制度成為了當(dāng)前的重點(diǎn),設(shè)立以縣為單位的農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)土壤和農(nóng)作物中重金屬含量進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。將無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù),以土壤中重金屬有效態(tài)測(cè)定值與其臨界值來(lái)評(píng)估該區(qū)域內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境的適應(yīng)程度。
(2)合理選擇修復(fù)與治理技術(shù)
①物理治理方法。客土法、換土法、翻土法、電解法、熱處理法等不失為土壤重金屬污染物理治理的有效措施。其中電解法通過在電解、電遷移、電滲與電泳的作用下將陽(yáng)極、陰極的重金屬移走。熱處理法是通過對(duì)被污染的土壤進(jìn)行加熱,將土壤之中容易揮發(fā)的污染物收集起來(lái)并進(jìn)行回收與處理。雖然以上治理措施效果較好,但是實(shí)施有一定的難度且費(fèi)用較高,極易降低土壤的肥力。
②生物治理方法。主要利用生物的某些習(xí)性來(lái)適應(yīng)、抑制和改良重金屬污染。如利用蚯蚓、鼠類等吸收土壤中的重金屬,或者利用某些植物積累和吸收某些重金屬的特性來(lái)清除土壤中的重金屬。生物治理實(shí)施比較簡(jiǎn)便、投資較少對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)破壞,但治理效果不明顯。以后應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究發(fā)展。
③化學(xué)治理方法。是向污染土壤中加入改良劑、抑制劑,改變土壤性質(zhì),使其中重金屬發(fā)生氧化、還原、抑制、吸附、沉淀作用,以降低土壤重金屬的污染。化學(xué)治理效果、費(fèi)用適中,但是很容易再度活化。
(3)倡導(dǎo)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)種植理念
我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染形勢(shì)如此嚴(yán)峻,還有一部分原因是因?yàn)槲覈?guó)廣大的農(nóng)民缺乏對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)。所以,應(yīng)該采用各種方式加強(qiáng)這些方面的宣傳,引導(dǎo)農(nóng)民在種植農(nóng)作物的過程中如何安全地使用化肥和農(nóng)藥以及其他一些動(dòng)植物生長(zhǎng)激素,組織專業(yè)的清潔生產(chǎn)培訓(xùn),從源頭上預(yù)防耕地土壤重金屬污染。除此之外,電子廢棄物隨意丟棄也會(huì)對(duì)土壤造成污染,應(yīng)在全社會(huì)范圍內(nèi)大力提倡垃圾分類以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念,合理處置電子廢棄物。
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,農(nóng)業(yè)技術(shù)、化學(xué)肥料等不斷被利用到農(nóng)業(yè)土壤中,再加上工業(yè)企業(yè)三廢的不合理排放,都使得農(nóng)田土壤面臨嚴(yán)重的重金屬污染問題。土壤重金屬污染對(duì)人類的危害很大,它的來(lái)源復(fù)雜,后期影響嚴(yán)重,做好重金屬污染監(jiān)測(cè)及治理已經(jīng)是迫在眉睫的問題。土壤重金屬污染首先應(yīng)從來(lái)源抓起,嚴(yán)控工礦污染,加快推進(jìn)土壤污染防治立法,建立健全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系,建設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),全面強(qiáng)化監(jiān)管執(zhí)法。