長江三角洲地區農用地土壤重金屬污染狀況與防治建議
摘要：長江三角洲地區（簡稱長三角地區）是我國重要的工農業生產基地，關注該地區農用地土壤重金屬污染狀況對促進地區經濟社會良性發展、保障生態環境安全具有重要意義。本文根據近20年發表的長三角地區農用地土壤重金屬相關文獻中的重金屬含量數據，全面分析長三角不同區域農用地土壤典型重金屬累積情況與污染狀況，系統探究導致長三角地區農用地土壤重金屬累積與污染的主要原因。分析發現，工業“三廢”排放、交通運輸、化肥、農藥、農膜等的大量施用（使用），使得長三角地區農用地土壤中重金屬Cd累積與污染情況最為嚴重，其次是Cu、Hg和Pb，而浙江臺州和安徽銅陵分別存在Cd、Hg、Cu，Cd、Pb、Cu多種重金屬復合污染問題。針對長三角地區農用地土壤重金屬污染防治的迫切需求和主要污染成因，在農用地土壤重金屬污染源頭控制、農用地土壤重金屬快速動態監測、農用地土壤分級管理、重金屬污染農用地土壤修復新技術研發、農用地土壤污染防治立法等方面提出了相關防治建議，以期為改善長三角地區農用地土壤生態環境、促進優質高效農業的可持續發展提供參考。
一、前言
長江三角洲地區（簡稱長三角地區）包括上海市、江蘇省、浙江省和安徽省（三省一市），作為我國重要的農產品生產基地和著名的商品糧基地，年均農業總產值和糧食總產量均占全國的12%以上 [1]。然而近年來，長三角地區農用地土壤環境不容樂觀，《全國土壤污染狀況調查公報》指出本地區的耕地土壤環境污染問題較為突出，且以無機重金屬污染為主 [2]。農用地土壤重金屬污染對農產品的品質和產量具有重要影響，對人體健康乃至生態環境構成嚴重威脅，制約了農業經濟的可持續發展。
針對長三角地區農用地土壤重金屬污染狀況的調查研究，主要以小范圍區域采樣的實驗室分析為主 [3～5]；受采樣點位土壤環境及采樣數量的限制，所獲得的少量重金屬數據在綜合全面反映長三角地區重金屬污染狀況方面缺乏代表性。為全面了解長三角地區農用地土壤重金屬污染狀況、主要污染來源以指導有效防治，本文根據近20年發表的與長三角地區農用地土壤重金屬相關文獻中的重金屬含量數據，依據區域劃分，相對全面地分析長三角地區農用地土壤中典型重金屬的累積情況與污染狀況，系統探究導致長三角地區農用地土壤重金屬累積與污染的主要原因。針對污染成因提出長三角地區農用地土壤重金屬污染防治建議，以期為改善長三角地區土壤生態環境、促進優質高效農業的可持續發展提供參考。
二、長三角地區農用地土壤典型重金屬污染狀況
課題組搜集了近20年發表的與長三角地區農用地土壤重金屬相關文獻，對不同區域的典型重金屬 Cd、Ni、Cu、As、Hg、Pb、Cr和 Zn含量數據進行匯總；將重金屬平均含量與當地省市的土壤背景值 [6]進行對比，根據重金屬累積系數，分析不同區域農用地土壤典型重金屬的累積情況。以《土壤環境質量標準（修訂）（GB 15618—2008）》 [7]中的農業用地土壤無機污染物環境質量二級標準值（5.5＜pH＜6.5）為評價依據，根據《全國土壤污染狀況評價技術規定》 [8]列出的單項污染指數法及相應分級標準，完成了不同區域農用地土壤典型重金屬的污染狀況評價。
（一）上海市農用地土壤典型重金屬污染狀況
相比于上海市的土壤背景值，整個上海市農用地土壤中重金屬Hg的累積程度最高。嘉定區、閔行區、青浦區、金山區、松江區、寶山區和浦東新區重金屬Hg均有較高的累積系數，嘉定區重金屬Pb的累積程度也較高；其他區域重金屬Cd、Cu、As、Hg、Pb、Cr和 Zn的累積程度較低，重金屬平均含量接近于上海市土壤背景值（見圖1）。根據上海市不同區域農用地土壤典型重金屬的單項污染指數（見圖2），各個區域農用地土壤均未發生重金屬Cd、Cu、As、Cr和Zn的污染情況；但是嘉定區農用地土壤出現了重金屬Hg和Pb的輕微污染，閔行區、青浦區、金山區農用地土壤中重金屬Hg也處于輕微污染水平。應重視嘉定區、閔行區、青浦區、金山區農用地土壤中重金屬Hg，嘉定區農用地土壤中重金屬Pb的污染防治。
（二）江蘇省農用地土壤典型重金屬污染狀況
相比于江蘇省的土壤背景值，南京市農用地土壤中重金屬Cd的累積程度最高，其次是重金屬Cu、Zn和Pb；蘇州市農用地土壤中重金屬Cd也有一定程度的累積，而其他區域農用地土壤中重金屬Cd、Ni、Cu、As、Hg、Pb、Cr和 Zn的累積程度并不高（見圖3）。根據江蘇省不同區域農用地土壤典型重金屬的單項污染指數（見圖4），江蘇省各區域農用地土壤中均未發生重金屬Ni、Cu、As、Pb、Cr和Zn的污染情況，但是南京市農用地土壤中重金屬Cd、蘇州市農用地土壤中重金屬Hg均處于Ⅱ級輕微污染水平。應注意這兩個區域農用地土壤中重金屬Cd和Hg的污染防治，以避免重金屬Cd和Hg持續累積而致使更為嚴重的重金屬污染問題。
圖1 上海市不同區域農用地土壤重金屬累積系數
圖2 上海市不同區域農用地土壤重金屬單項污染指數
圖3 江蘇省不同區域農用地土壤重金屬累積系數
圖4 江蘇省不同區域農用地土壤重金屬單項污染指數
（三）浙江省農用地土壤典型重金屬污染狀況
相比于浙江省的土壤背景值，整個浙江省農用地土壤中重金屬Cd的累積最為嚴重，其次為重金屬Hg。從區域分布來看，臺州市重金屬Cu、As和Zn，嘉興市和紹興市重金屬Cu，金華市重金屬Cu和Pb以及杭州市重金屬Zn均有較高程度的累積。然而浙江省其他區域農用地土壤中重金屬Ni、Cu、As、Pb、Cr和Zn的累積情況并不明顯（見圖5）。根據浙江省不同區域農用地土壤典型重金屬的單項污染指數（見圖6），浙江省各區域農用地土壤中均未發生重金屬Ni、As、Pb、Cr和Zn的污染情況；但是杭州市、寧波市、金華市農用地土壤中重金屬Cd，臺州市農用地土壤中重金屬Cu，杭州市、臺州市和紹興市農用地土壤中重金屬Hg均處于Ⅱ級輕微污染水平；臺州市農用地土壤中重金屬Cd達到Ⅳ級中度污染水平。臺州市農用地土壤重金屬污染較為嚴重，同時存在重金屬Cd、Cu和Hg的復合污染問題；杭州市農用地土壤也同時存在重金屬Cd和Hg的復合污染問題。應重視臺州市、杭州市、紹興市、嘉興市和金華市農用地土壤重金屬污染的防治。
圖5 浙江省不同區域農用地土壤重金屬累積系數
圖6 浙江省不同區域農用地土壤重金屬單項污染指數
（四）安徽省農用地土壤典型重金屬污染狀況
相比于安徽省的土壤背景，整個安徽省農用地土壤中重金屬Cd的累積程度最為嚴重，其次為重金屬Cu和Hg。從區域分布來看，銅陵市農用地土壤中存在嚴重的重金屬Cd和Cu的累積情況，也存在一定程度的重金屬Hg、Pb和Zn的累積；蕪湖市農用地土壤存在較高程度的重金屬Cu、Cd、Hg和As累積情況；巢湖市農用地土壤中重金屬Cd和As、合肥市農用地土壤中重金屬Cd的累積程度也較高；而其他區域農用地土壤中重金屬累積情況并不明顯（見圖7）。根據安徽省不同區域農用地土壤典型重金屬的單項污染指數（見圖8），安徽省各區域農用地土壤中均未發生重金屬Ni、As、Hg、Cr和Zn的污染情況；但是銅陵市農用地土壤中重金屬Pb處于Ⅱ級輕微污染水平，重金屬Cd和Cu達到Ⅳ級中度污染水平；蕪湖市農用地土壤中重金屬Cu處于Ⅲ級輕度污染水平；滁州市農用地土壤中重金屬Cd達到Ⅴ級重度污染水平。安徽省銅陵市農用地土壤重金屬污染最為嚴重，且存在著重金屬Cd、Cu和Pb的復合污染問題，應針對性加強農用地土壤重金屬的污染防治力度；還應重視滁州市和蕪湖市農用地土壤中單項重金屬Cd和Cu的污染問題。
圖7 安徽省不同地區農用地土壤重金屬累積系數
圖8 安徽省不同地區農用地土壤重金屬單項污染指數
三、長三角地區農用地土壤重金屬污染的來源分析
課題組搜集了近20年發表的長三角地區農用地土壤重金屬相關文獻，對典型重金屬Cd、Ni、Cu、As、Hg、Pb、Cr和Zn的變異系數（VC）進行匯總，據此獲得不同重金屬元素變異系數的平均值（見圖9）。從區域分布來看，江蘇省重金屬Cd和Pb以及上海市重金屬Hg的變異系數均超過100%，江蘇省重金屬Hg、浙江省重金屬Cd和Hg以及安徽省重金屬Cd、Cu和Hg的變異系數也均超過50%。這表明，長三角地區農用地土壤中重金屬Cd、Pb、Hg和Cu都具有極強的空間分異性，不同區域的重金屬含量差異較大；整個長三角地區的農用地土壤重金屬受人為活動因素影響顯著。工業“三廢”（廢氣、廢水、固體廢棄物）排放，交通運輸污染，化肥、農藥、糞肥、農用膜等的大量使用，這些人為污染源構成了重金屬進入長三角地區農用地土壤的主要途徑。
（一）工業“三廢”排放
長三角地區是我國重要的工業生產基地，擁有鋼鐵、冶煉、電鍍、化工、采礦、電子、紡織、印染、汽車制造等眾多產業，2018年工業生產總值達104 369.51億元（占全國的34.2%），規模以上工業企業有近11.38萬家（占全國的30.03%） [1]，工業制造業主要產品產量（見表1）具有優勢。
長三角地區雄厚的工業生產實力伴生了較為嚴峻的環境重金屬污染問題，可能的原因有：工業生產不乏使用眾多含有重金屬Cd、Cr、Hg、Cu、As、Pb和Zn的原材料，火力發電廠、金屬冶煉廠、水泥廠等燃煤產生的煙塵及工業粉塵中含有大量重金屬Hg、As、Cd、Cu和Pb等，金屬礦山的開采、冶煉及尾砂、廢渣的堆積也會釋放重金屬Cd、Pb和Zn等。
根據《中國統計年鑒2019》，2017年長三角地區廢氣中煙（粉）塵排放量為8.72×105t，工業固體廢棄物產生量為3.012×108t；廢水排放總量為1.475×1010t，其中含重金屬Pb的廢水排放量為1.867×107t、含重金屬 Hg 的廢水排放量為 6.97×105t、含重金屬Cd的廢水排放量為2.121×106t、含重金屬Cr的廢水排放量為4.268×108t、含重金屬As的廢水排放量為8.729×106t [1]。因此，長三角地區工業“三廢”的大量排放成為重金屬進入農用地土壤的最主要途徑。
（二）交通運輸污染
我國是世界上汽車保有量最大的國家。汽車涂料、防腐材料、制動器、輪胎中通常含有Cd、Cu、Pb、Zn和Ni等重金屬，汽車燃油和潤滑油中通常含有Pb和Cu等重金屬 [9]，因此汽車燃油與潤滑油的泄漏、汽車尾氣的排放、車輛剎車時輪胎、制動系統的機械磨損、輪胎的老化等都會向周圍環境中釋放重金屬，進而通過大氣沉降在土壤中并逐漸累積。即使這些重金屬含量較低，但與日俱增的汽車數量以及燃油的大量使用，仍然會導致土壤存在重金屬污染的風險。研究表明 [10]，汽車剎車片磨損釋放的重金屬Cu污染負荷最大，其次是Zn、Pb、Cr和Cd；汽車輪胎磨損釋放的重金屬Zn污染負荷最大，其次是Pb、Cr、Cu、Ni和Cd。
圖9 長三角不同區域農用地土壤典型重金屬變異系數
表1 2018年長三角地區工業產品產量
注：數據來源于《中國統計年鑒2019》。
長三角地區的汽車保有量和車輛燃油消耗量均呈逐年上升趨勢，2018年汽車保有量為8.405×107輛，交通運輸消耗汽油和柴油為3.252×107t（見圖10）。交通運輸污染是該地區農用地土壤重金屬污染的重要成因。2013年對南京市八卦洲公路兩側農田土壤重金屬含量和空間差異性進行的分析表明 [11]，橫跨公路兩側農田土壤中的重金屬Ni、Pb、Cr和Zn含量平均值，顯著高于八卦洲土壤重金屬背景值。對滬寧高速句容、丹陽和蘇州路段公路兩側農田土壤重金屬Pb、Cd、Cr和Zn的空間分布特征研究發現 [12]，公路兩側農田土壤中這4種重金屬都存在不同程度的累積以及較大的空間變異；隨著車流量的增加，公路兩側農田土壤中Pb和Cd含量顯著增加，說明道路交通是導致長三角地區公路兩側農田土壤重金屬累積的主要原因。
（三）化肥、農藥、糞肥的大量施用與農膜的使用
化肥、農藥、糞肥和農膜是農業生產中不可或缺的農業投入品，但長期大量甚至過量施用（使用）將帶來嚴重的農用地土壤重金屬污染問題，主要原因有：磷肥、氮肥和復合肥等化肥中含有較高含量的As、Cd、Pb、Zn、Cr和Hg等重金屬，豬糞、雞糞、牛糞、羊糞等畜禽糞肥中含Cu、Zn、As、Cd、Cr和Ni等重金屬，殺蟲劑和殺菌劑等農藥中含有Hg、Cu、Cd和As等重金屬，農用薄膜在加工中會添加含有重金屬Cd的熱穩定劑。
根據《中國統計年鑒2019》，長三角地區2018 年農業生產中的化肥施用量達6.904×106t，其中氮肥和復合肥施用量最高，其次是磷肥和鉀肥；農業生產中農藥的使用量為2.11×105t，農用薄膜的使用量為2.985×105t（見表2） [1]。化肥、農藥和農膜的高強度施用（使用）導致長三角地區農用地土壤出現了重金屬累積甚至污染問題。對蕪湖市三山區菜地土壤重金屬污染特征分析表明 [13]，農藥、化肥和雞糞的長期施用是當地菜地中重金屬As和Zn富集的主要原因。對富陽地區不同類型農田土壤重金屬變異特征研究表明 [14]，有機肥的施用是導致土壤中Cu和Zn含量較高的重要原因之一。
四、長三角地區農用地土壤重金屬污染的防治建議
（一）控制農用地土壤重金屬污染源頭
2011年《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》指出，僅依靠末端治理這種單一方式無法從根本上解決重金屬污染問題。應注重“預防為主、防治源頭、重視過程、末端治理”的綜合防控理念，對導致長三角地區農用地土壤重金屬污染的源頭實施強化控制。
嚴控工業“三廢”源頭污染
圖10 不同年份長三角地區的汽車保有量及燃油消耗量
注：數據來源于《中國統計年鑒》（2011—2019）。
表2 2018年長三角地區農用品使用量
注：數據來源于《中國統計年鑒2019》。
長三角地區工業生產中的“三廢”排放是農用地土壤中重金屬的主要污染來源。2018年《關于打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》發布后，三省一市分別提出了“加快城市建成區重污染企業搬遷改造或關閉退出實施方案”，要求市、縣行政區范圍內實際建成或正在建設、相對集中分布的地區，對水泥、平板玻璃、化工、焦化、鋼鐵5個行業領域重污染企業進行搬遷改造或關閉退出。
①加快推進廢氣、廢水凈化處理新工藝以及固體廢棄物回收再利用新工藝的開發與推廣應用，減控工業“三廢”排放的數量和濃度。②加強工業“三廢”污染排放管控，督促各工業企業嚴格執行污染排放國家標準，杜絕工業“三廢”超標排放現象；及時完善相關行業污染物排放標準和污染防治技術規范，為工業“三廢”排放監管提供重要依據。③鼓勵發展清潔能源，開發環保型原材料，制定涉重金屬重點工業行業清潔生產技術推行方案，推進工業企業對清潔能源、環保型原材料、清潔生產技術、先進生產工藝和設備的使用；全面整治尾礦、煤矸石、冶煉渣等固體廢物的堆放場所，加強電子廢物、廢輪胎等工業廢物的處理處置。
2. 嚴控交通運輸源頭污染
①鼓勵開展車用涂料、防腐材料、制動器、輪胎固化劑和促進劑等無污染新型材料的研發與應用推廣，實現汽車制造過程中含重金屬原材料的減量使用，降低汽車行駛過程中剎車磨損、輪胎老化磨損帶來的重金屬污染強度。②加快升級燃油品質，推廣使用無鉛汽油等清潔燃料；升級汽車尾氣污染物排放標準，逐步開展汽車尾氣凈化裝置的強制安裝，降低汽車燃油與尾氣排放帶來的農用地土壤重金屬污染風險。③研發汽車尾氣污染防治配套設施，提高汽車尾氣污染物的過濾、凈化和防治能力。
3. 嚴控化肥、農藥、農膜等農業源頭污染
農業生產應合理安排農藥化肥施用的時間和次數，提高利用率、減少使用量；妥善處理好農藥化肥的廢棄包裝物，推廣使用高效、低毒、低殘留農藥和生態有機肥。加強植物病蟲害預警系統防治體系的研發和應用，推廣測土配方施肥技術和緩控釋肥技術，做到農業施肥、用藥有據可依。嚴格規范含重金屬獸藥、飼料添加劑的使用，減少畜禽糞便施用帶來的農用地土壤重金屬污染。鼓勵農業生產者提高科學施肥、用藥和環保的意識，規模化開展化肥農藥科學使用技術培訓。
在農膜使用方面，提高農業生產者對廢舊農膜污染長遠性和嚴重性的認識，提高廢舊農膜回收意識和主動性。推廣適期揭膜技術，運用農作物倒茬輪作制度，減少農膜使用量、提高農膜回收利用率。支持無污染可降解綠色生物地膜的研發和推廣使用，實行不可降解農膜的減量使用，逐步消除農膜殘留帶來的農用地土壤重金屬污染。
（二）監控與治理農用地土壤重金屬污染
1. 加強農用地土壤重金屬快速動態監測
土壤污染物監測為土壤環境監管與污染防治提供支持數據，是土壤環境質量評價與土壤環境污染治理的重要基礎和前提。應深入開展長三角地區農用地土壤重金屬監測與調查，革新傳統的“現場采樣-實驗室分析”的重金屬檢測分析模式；重點研發非入侵式、高精度、小型化、智能化的土壤重金屬現場快速監測和應急監測技術與儀器設備，避免繁瑣費時的現場采樣及前處理過程來消除對被測土壤環境的擾動。通過新技術應用，降低土壤重金屬污染調查研究的成本，提高污染快速篩查和應急監測的時效性，實現大面積農田的土壤重金屬濃度數據的快速準確獲取。
①為了掌握長三角地區農用地土壤重金屬污染的時間和空間分布變化情況，應實施基于地理信息系統和高光譜遙感技術的土壤重金屬污染大面積立體動態高精度監測技術應用，建立長三角地區農用地土壤重金屬污染的快速、大面積、立體動態監測系統。②引入互聯網技術和信息技術，發揮大數據在環境監測方面的基礎性作用，建立長三角地區農用地土壤環境質量自動監測網絡體系、農用地土壤環境質量監測數據庫。③形成長三角地區農用地土壤環境信息化管理平臺，注重環境監測數據的合理共享與科學管理，全面掌握農用地土壤環境質量動態變化信息，為土壤重金屬污染水平和演變趨勢的判斷與評估提供數據支持。
2. 加強農用地分級管理
根據長三角地區農用地土壤重金屬的實際污染程度，對農用地進行分級管理。①對于未受到重金屬污染的清潔農用地，加強監控與管理，建立永久性保護制度，維護農用地的正常生產功能，確保農產品質量安全。②對于重金屬輕度和中度污染的農用地，針對性調整農作物種植布局，篩選適合種植的農作物品種，可采取邊種植邊修復的技術方案來實現農用地的安全利用。③對于重金屬重度污染的農用地，實行嚴格管控（如禁止種植食用性農作物），調整農作物種植結構，采用相應的重金屬污染土壤修復和整治方案來實施土壤保護與修復治理，力爭盡快恢復區域內的農田生態環境質量。
3. 研發重金屬污染農用地土壤修復新技術
對遭受重金屬污染的農用地土壤開展治理，目前較多采用的農用地土壤修復技術分為物理技術、化學技術和生物技術。①物理技術，如客土法、熱脫附技術和電動修復技術等，因其成本高、修復效率較低、僅適用于小面積污染區域，應用與推廣具有一定的局限性。②化學修復技術，如淋洗技術、固定-穩定化技術、化學氧化技術等，由于使用化學試劑而具有農用地土壤修復的二次污染風險。③生物修復技術，如植物修復技術、微生物修復技術等，因其不改變土壤原始功能，具有成本低、效率高、操作簡單、不產生環境二次污染等諸多優點而獲得推廣和應用；但受限于生物體自身吸附重金屬的固有特性，難以快速修復與治理重金屬污染農用地。
針對現有物理、化學、生物類修復技術的優缺點，長三角地區農用地土壤環境及其重金屬污染特性，重點開展農用地土壤重金屬修復新技術、多技術復合的農用地土壤聯合修復技術的研發工作。注重修復新技術在長三角地區農業生產中的推廣應用，為長三角地區農用地土壤環境質量安全提供科技支撐。
（三）推進農用地土壤污染防治立法，健全法規標準體系
在長三角地區乃至全國農用地土壤污染形勢依然嚴峻、土壤環境甚至有所惡化的現狀下，針對我國農用地土壤污染防治相關法律法規較為分散、不夠系統等突出問題，建議在現行《土壤污染防治行動計劃》《中華人民共和國土壤污染防治法》的基礎上，及時開展具有針對性且操作性強的“農用地土壤污染防治法”專項立法，制定農用地土壤環境保護、監管、污染防治等方面的實施細則，明確防治監管行政責任主體和各級政府的屬地職責。
根據長三角地區農用地土壤特性、生產功能和農產品質量安全的要求，在現有《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）國家標準的基礎上，細化制定農用地土壤污染調查和監測、類別劃分、風險評估、種植業結構調整、修復與治理等行業性、地方性標準與技術規范，及時出臺地方性的農用地土壤環境管理辦法，適時優化有關化肥、農藥、畜禽養殖、灌溉用水等農業生產活動的地方專項管理規定。通過立法，為長三角地區農用地土壤環境有效監管與污染防治提供依據和保障。
五、結語
在長三角地區，農用地土壤中的重金屬Cd累積與污染情況最為嚴重，多個區域內存在重金屬Cd污染問題；重金屬Hg的累積與污染問題次之，而重金屬Pb和Cu在部分區域也有一定程度的累積和輕微污染。導致長三角地區農用地土壤重金屬Cd、Hg、Pb和Cu等累積甚至污染的主要原因有：工業“三廢”排放、交通運輸污染，化肥、農藥、糞肥、農膜等的大量施用（使用）。
針對長三角地區農用地土壤重金屬污染狀況以及具體的污染來源，建議從農用地土壤重金屬污染源頭控制、農用地土壤重金屬快速動態監測、農用地土壤分級管理、重金屬污染農用地土壤修復新技術研發、農用地土壤污染防治立法等方面著手，加強污染防治，改善生態環境，保障農業用地安全生產，促進地區農業的優質、高效和可持續發展。
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