农田土壤重金属超标怎么解决 “出污泥而不染”的大米

2018年08月08日 10:28生态环境来源:中国青年报

7月上旬,中国科学院亚热带农业生态研究所研究员黄道友带着团队的研究成果飞赴云南,在一个学术交流会议上讲解如何利用“VIP+N技术模式”,实现在重金属超标农田里安全生产大米的愿景。

土壤重金属|重金属超标|土壤污染

这个自上世纪90年代就开始执著于农田污染与粮食安全的团队,在湖南等地,以10多年的技术集成,慢慢地让上百万亩的污染农田生产出放心的粮食。

受污染的土地

2014年4月,当时的环境保护部和国土资源部联合发布了《全国土壤污染状况调查公报》(以下简称《公报》)。

这份历经8年调查才公之于众的《公报》说,实地调查的630万平方公里土壤显示,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%,耕地、林地土壤点位超标率都上了两位数。

湖南多位高校和企业界环保专家指出,镉、汞、砷三类重金属的污染,在长江以南地带较为严重,湖南概莫能外。广东省生态环境技术研究所研究员陈能场认为,我国土壤镉含量从1990年算术平均值0.097mg/kg,上升到2014年的0.3mg/kg,这表明有大量的污染物镉进入土壤。

那土壤镉污染来源于哪里?陈能场撰文指出,多年来我国作为“世界工厂”,金属冶炼地区广泛、数量庞大,煤为主要能源,加之污染防控的法律和措施执行不力,导致镉在整个土壤污染的超标率变得突出。从空间角度来看,我国年排放到大气中的镉高达2186吨,估算每年进入农田的镉高达1417吨,其中,每年通过各种途径带走的镉为178吨,而剩余的87%都滞留在农田土壤中。

据了解,当环境受到镉污染后,镉可在生物体内富集,通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉损伤后患者易出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。而镉的吸收,会使骨骼的代谢受阻,造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状,进而导致骨软化症,周身疼痛,称为“痛痛病”。此外,慢性镉中毒对人体生育能力也有所影响。它会严重损伤Y因子,使出生的婴儿多为女性。

探求解决之道

国家科技支撑计划“重金属超标农田安全利用”项目首席专家黄道友告诉中国青年报˙中青在线记者,早在上世纪90年代,农田重金属污染已有征兆。但因为问题不是很突出,而且国内当时关注的是粮食是否够吃,污染的问题没有提上议事日程。

进入新世纪,株洲马家河镉污染事件,凤凰铅锌矿区镉铅污染事件,郴州陶家河流域镉铅砷污染事件,浏阳镇头镉污染事件……湖南境内系列环保事件的发生,让耕地重金属污染引发的一系列农产品质量安全问题,成为公众和政府关注的焦点。而在全国范围内,每年仅因重金属污染的粮食就达1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。

湖南省微生物研究院研究员郭照辉介绍说,湖南省重金属中镉、砷较多,国家对此十分重视,连续3年在长株潭地区投入40多亿元进行研究,希望能找出治理之道,并在全国范围推广。

他指出,在农业领域对于重金属污染的治理,由于土地耕种频率高,粮食生产压力大,土壤无法长时间空闲以供治理,因此,重点是在一定的可控程度下,减少对金属的吸附。国内现有耕地中,分为重点保护区、安全利用区和严格管控区。前者是安全可靠的粮食主产区,严格管控区只能采取调整种植物品种来治理。而安全利用区,则是国家期望突破的方向。

据悉,这一计划的要求,是必须在“保持当前农作物种植制度不发生改变、保证农民种植习惯不发生改变、保障耕地用途不发生改变”的“三不变”条件下,通过优先采取农艺调控、钝化治理等技术措施,降低土壤重金属的有效性和削减食用农产品中的重金属含量,保障食用农产品的达标生产。

为此,湖南省农业部门组织国内外企业和科研院所,建立了数十个试验区。“大家都各显其能,关键是把稻米中镉含量降下来。”郭照辉说,最终的结果是,VIP+N的综合技术模式,从中脱颖而出。

VIP+N

这一技术的首席专家黄道友介绍,所谓VIP+N技术就是:由中国科学院亚热带农业生态研究所、湖南农业大学、湖南省农业科学院、湖南省农业资源与环境保护管理站等单位,联合研究了污染稻田镉形态变化的特点,构建了“低镉品种(Variety)+全生育期淹水灌溉(Irrigation)+施加生石灰调节土壤酸碱度(pH)+辅助措施(N)”的稻米镉污染控制技术体系。

最开始,研究者的注意力放在确定生物控制方法上——即利用农作物吸收和积累重金属的种类或品种间的差异,采用对重金属具有低量积累的农作物,在重金属轻中度污染的土壤进行农业生产。

有了低镉积累的水稻品种,但面对受镉污染的土壤,研究者们进一步考虑在灌溉和土壤的酸碱度上试验,期望探索出有效的经验参数。

“要尽可能少吸附,一个是钝化重金属的活性。就像给耕牛牵绳子一样,让它跑不动或者慢行,丧失活力。另一个是做好农艺调控,在灌溉、调控PH等方面入手,让镉的运动环境变差。”黄道友说,水稻全生育期淹水灌溉,可以使得镉反应成硫化镉的沉淀物。他们选择了早稻嘉育948号品种和晚稻中优218号品种,分别以常规处理、全生育期淹水、晒田后孕穗中期再淹水的组合试验,发现不同田地的水分管理措施对水稻米镉积累影响很大。

研究人员也发现,土壤PH<6.5时,每提高1个土壤PH单位,土壤有效态镉含量可以降低0.1mg/kg。土壤PH也与稻米镉积累呈显著负相关,即每提高1个土壤PH单位,稻米镉含量可降低0.12mg/kg。

而通过叶面喷施某种物质(铁、锌、硅等),来提高作物对重金属的抗性,减少甚至阻断重金属向食物链转移的叶面控制技术,也在实践中被证明,可减少镉向稻米的籽粒部分转移。

据介绍,VIP+N技术可使稻米镉含量降低到国家标准规定0.2mg/kg以下。

黄道友说,以前研究者多在低积累农作物品种选育技术、农艺调控、原位钝化等方面奔跑,但这套技术模式并没有系统提炼出来。

2013年的一次研究会上,湖南农业大学一名专家截取各项技术的头个英文字母,浓缩成“VIP+N” ,这一技术就此定名。

农田广泛实施取决于农民的能力和积极性

记者了解到,由农业部、财政部启动的“长株潭重金属污染耕地修复与产业结构调整试点”项目,从2014年开始正式实施。当年湖南省内各地都建立VIP+N试验区。

“最开始是小区试验,我们这些专家自己下田去做,管控效果。”黄道友说,2015年,这一项目开始推广到长株潭的19个县区,建立50个百亩示范田;总面积超过60万亩。2016年,湖南省农业委员会、湖南省财政厅发文全省推广该类标准化示范片,26个县市区共安排180万亩,其中26个千亩示范片+1个万亩示范片。

他表示,多年实践效果表明:使用该技术可以使得米镉含量平均降低60%以上,尤其在酸性轻度镉污染稻田上的应用效果较为理想,稻米达标率到90%以上。

承担了长株潭地区19个项目县及湘江上中下游7个项目县区重金属污染耕地修复治理项目的泰谷集团总裁郭帅告诉中国青年报˙中青在线记者,2016年5月国务院正式发布的《土壤污染防治行动计划》中,提出了污染耕地的安全利用,要求在2017年年底前,出台受污染耕地安全利用技术指南;到2020年完成4000万亩轻度和中度污染耕地的安全利用。从他们多年的经验来看,这套技术模式在准确明晰土壤污染状况和农产品超标情况的基础上施用,实战成绩上佳。如辅以土壤调理剂和有机肥,则能进一步提升效果。但运行中,也受到低镉积累品种数量少、农田降水时间不均、季节性干旱严重等因素的影响。

郭照辉研究员指出,国家标准中稻米含镉小于0.2mg/kg,其要求远高于欧盟标准0.4mg/kg,也强于邻国日本。

据悉,在2015年的长株潭地区推广中,百亩示范田采取了政府购买服务的方式——即由企业运用技术来组织农业生产,政府检测效果后支付费用。

郭照辉则提出,VIP+N的技术模式,对于水稻镉污染治理,相对成熟有效。但在农田广泛实施,大的实验样本显示,效果如何还要取决于“责任主体”农民的能力和积极性。

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