土壤,就在我们的脚下,日日支撑着我们的衣食住行。但在社会高度发达的今天,土壤离大多数人似乎已经很远很远。但近些年来,粮食的重金属超标问题频繁出现于报端,土壤问题也渐渐走入人们的视野,土壤学也因此变成了一门“显学”。
去年春天,面对律师的质询,环保部声称土壤污染数据是个“国家秘密”而饱受非议和联想。
4月17日,环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》在经过一年多土壤污染被认为是“国家秘密”的漫长等待后终于横空而出。随后,中外媒体争相报道解读,环保业界也力图嗅出产业良机。
此次公布虽然短短数页,但饱含高度浓缩的信息和数据。此次公布宣告土壤污染不再是“国家秘密”,政府开始正视粮食安全问题,重视土壤污染问题,同时将开启土壤污染治理。
纵观这些报道,一些误解和不明之处还比较多。笔者特做简单解析,以期这一公报得到更多人的理解。
第一,样点超标率不等同于面积超标率。
公报出台后,很多媒体都以中国大陆有1/5的耕地遭受污染为题进行了醒目报道,但连卫报都难免误读,其标题为“One fifth of Chinas farmland polluted”(五分之一的中国耕地遭到污染),副标题对此做了进一步解释。事实上,公报在最后的注释中明确标注了“点位超标率是指土壤超标点位的数量占调查点位总数量的比例”。由于此次调查的网格精度为8km x 8km,其调查的精度难以换算为面积来表达。
日本和中国台湾的调查经验有助于我们理解本次土壤污染的调查。日本的土壤调查分为“概查”和“详查”。“概况调查”针对全国农田,水田按照1000公顷一个点,旱地按2000公顷一个点的比例进行以掌握农用地土壤有无污染。“详细调查”以2.5公顷(长宽约各160米)取一个点。中国台湾将土壤污染调查分为四个阶段,第一阶段以1600公顷为1单位网格,第二阶段以25公顷为1单位网格,第三阶段针对中样区(25公顷)调查结果之重金属含量偏高地区或认定有污染地区,再以1公顷为一采样单位进行更细密调查,第四阶段对第三阶段调查结果达第5级以上之地区继续定期监测及调查,并追查污染源。
本次公报公布的样点精度(8km ×8km,即64平方公里一个点)远远大于日本和中国台湾最初的调查精度,土壤污染的污染源多样,污染在时间空间上具有高度不均性的特征。因此样点超标率远远不能等同于面积超标率,理解公报必须深刻理解这一点。
第二,南方土壤污染并不重于北方。
在各种有机、无机污染物中,镉的位置特别显眼,土壤中其点位超标率为7%,远高于其他污染物质。自从2011年财新的“镉米杀机”的报道后,“镉米”一词在中国大地上成为一个热词,去年的种种镉米新闻更将“镉米”一词推到风口浪尖。
我们需要对镉有更多的了解。镉是德国科学家于1817年发现的。如果其他元素,镉在自然界中分布很广,但是其含量微小,在地壳中的含量为0.15-0.20毫克/千克。镉属于分散元素,难以独立成矿,化学性质与锌相似,同时具有亲硫特性,因此它几乎和铅锌矿伴生在一起,同时它的离子半径与钙相似,又可以在方解石和羟基磷灰石中的矿物与钙发生同晶替代,因此在磷肥中容易含有镉。此外它最显著的特性是较低的熔点和沸点。镉的熔点为321.1 °C,沸点为766.8 °C。
在中国镉的生物地球化学图上,可以很清楚看到中国地壳中的镉主要分布在西南部,以及中部(湖南)区域;而中国的五大铅锌基地有三大主要在湖南、广西、广东、四川和云贵一带,此外两个分布在辽宁和甘肃白银。在中国土壤中,通常所提到的镉的本底值为0.097毫克/公斤,很低。
以上关于镉的描述可以用来很好理解公报的一些内容。如由于沸点低,冶炼和煤炭能耗过程中如果不加以控制,镉就容易散发到大气中,比起其他重金属形成较大范围的污染,镉的本底值低,我国土壤环境治理标准的镉数值很低,耕地的镉含量为0.3毫克/千克,因此比起标准数值高的其他重金属在土壤中容易翻倍超标。基于镉的生物地球化学分布特征,加上南方矿山开发和工业化程度高,很容易理解南方土壤污染重于北方。农业耕种中有更多的农业物质投入,磷肥含镉,因此相对于其他土地利用类型如林地、草地和未利用地,耕地具有更高的污染物质的点位超标率。
第三,除了镉,其他重金属元素对土壤污染并不大。
在不同的土壤类型的污染中,耕地的土壤点位超标率最为令人关注,这不仅是因为该点位超标率数值最大,为19.4%,更因为耕地的污染超标直接影响粮食质量安全。在污染程度上轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。
这么多的污染物质,令人忧心忡忡。毕竟这个国家有65%以上的人以大米为主食,大米的安全性备受关注。
但对待这么多的污染物质,我们需要有一个食物链迁移的概念。不同重金属在食物链迁移中的能力是不同的。图1对被称为重金属的54种金属进行筛分,从工业用途上说,只有10种重金属被大量生产,而这10种重金属从毒性来说,只有5种具有较强的毒性,从食物链迁移能力来说,只有镉和硒能在食物链上较大程度影响人体健康,而硒主要受到地质过程的影响,只有局部上的意义,比如恩施地区上世纪因过度开垦和食用大量玉米造成人体硒中毒。因此在众多污染物质的迁移能力中,镉是个最危险的因素。因为其他重金属超标能力比较有限,铜、锌、砷等的毒害还主要表现在对农作物的毒害上,而只有镉会在不影响水稻等作物产量下,导致稻米超标数倍甚至十几倍。因此镉在这些污染物质中,其污染具有更高的隐蔽性。在这些污染物中,镉在人体内的半衰期最长,达17-38年,因此在影响人体健康上同样具有高隐蔽性特征。
第四,充分利用“水”的控制能力,可保证大部分的稻米的镉安全。
基于以上分析,不管从污染面积、污染程度、粮食安全和人体健康方面来看,对于农田的污染治理方面,镉污染的控制和修复无疑是重中之重。
镉也是日本和中国台湾土壤污染治理的重点。对于日本,由于1968年政府认定了由镉引起的痛痛病,其早期的措施主要有两个:一个是稻米镉含量高于1毫克/千克的土壤采取了客土方法(即将污染土壤换掉或在其上铺上干净的新土),而对于稻米镉含量1毫克/千克以下的土壤,主要采取抽穗前后各三周田面灌水的措施,到2007年,通过后者控镉的稻田面积达到29458公顷,整体上可以将糙米的镉含量从常规的水管理的0.50毫克/千克降低到0.08毫克/千克,今年来,随着土壤化学淋洗法相关的水处理仪器的开发以及高镉吸收水稻(密阳23号和长香谷)的发现,对于中度污染土壤开始采用这两种方法进行治理。对于中国台湾,最主要的土壤修复方法是化学淋洗,对于铜锌等污染的土壤主要采取上下土层混合的土壤稀释法,但其治理并不彻底,是以台湾的镉米新闻不时曝光于报端。
从本次公报给出的不同镉污染程度来看,中国土壤的镉污染轻微、轻度污染占多数(在总7%中占6%,即86%)、而中度和重度共占1%(即7%中的14%)。因此从日本和中国台湾的经验来看,中国的水稻生产如果能充分利用“水”的控制能力,可以达到大部分稻米的镉安全,从这个角度来说,中国的土壤污染表面上虽然严重,但要实现粮食安全也不是做不到的。
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