土壤地球化学环境现状与污染防控—香山科学会议第477次学术讨论会综述
发布时间: 2015-04-22 浏览次数: 116

    随着我国经济的快速发展、城镇化进程的不断加速,环境问题日益凸显,尤其是土壤污染引发的生态事件频发。仅在2009年~2010年短短两年内,土壤砷、镉、铅等重金属重特大污染事故达30多起,严重影响到国家农产品的安全,影响到国民的健康水平。频繁爆发的污染事故损失惨重,由于土壤污染比大气和水体污染更具隐蔽性,土壤污染不仅增加了环境保护的治理成本,也使社会稳定成本大增。

1999年至今,国土资源部中国地质调查局组织完成170万平方千米的我国中东部平原、盆地、滩涂等主要农耕区土壤环境质量调查,基本查清了土壤As、Cd、Hg、Pb、Cr等有害元素污染现状,调查显示,我国土壤环境质量不容乐观。

为了实现我国土地资源的可持续利用,保障粮食安全生产和生态系统健康运行,迫切需要查清土壤重金属成因来源,系统研究重金属生物有效性控制因素,建立有效的生态安全性预测预警体系,提出符合我国土壤重金属污染特点的防控措施和修复治理方法技术。以“土壤地球化学环境现状与污染防控”为主题的香山科学会议第477次学术讨论会于2013年11月9~10日在北京召开。陈毓川研究员、莫宣学教授、江桂斌研究员、刘丛强研究员、李家熙研究员和张洪涛研究员担任会议执行主席。来自国土资源部、农业部、环保部、科技部、中国科学院、中国工程院、高校以及湖南、四川、辽宁、江西地质调查院的专家学者共50余人应邀参加了会议,其中16位专家作了报告。与会专家围绕我国重点地区土壤地球化学环境质量、土壤重金属来源解析与地球化学循环过程、矿山环境地球化学研究及污染防控与修复三个中心议题进行了深入交流与讨论。

一、土壤地球化学环境污染现状与对策

李金发高级工程师做了题为“土壤地球化学环境污染现状与对策”的主题评述报告,他在报告中介绍了“多目标区域地球化学调查评价工作”开展的背景、时间以及到目前所取得的成果。调查以土壤地球化学测量方法为主,表层土壤采样深度为0-20cm,采样密度为1个点/km2;深层土壤采样深度为150-180cm,采样密度为1个点/4km2。一般分析测试54项元素指标。根据需要,选测其他稀散元素及有机氯、多氯联苯类和多环芳烃等。截至2012年底,共完成调查面积170万平方千米,基本覆盖了我国中东部平原、盆地、滩涂等主要农耕区。目前完成数据分析的面积约150万平方千米。调查结果显示我国土壤环境质量总体良好,但局部地区污染状况不容乐观。进一步研究表明我国土壤有害元素来源复杂。土壤中元素的富集贫化程度与成土母质化学成分、气候条件与地形地貌等多种因素密切相关,区域地质背景与成土风化作用控制了土壤重金属的区域分布。同时人类活动影响的叠加,加剧了经济发达地区土壤重金属的富集。下一步工作中应加强元素在地球表层系统中岩石-土壤-水-大气-生物中的表生地球化学循环过程及其环境效应,开展矿山环境地球化学研究,针对我国农田土壤重金属连片复合污染的特点加强土壤污染修复技术的攻关,完善土壤环境质量调查、监测方法技术与土地质量评价标准建设,为土壤环境保护和综合治理提供科学依据。

与会专家充分肯定了中国地质调查局组织的“多目标区域地球化学调查和评价”取得的丰硕成果,对反映出的我国土壤地球化学环境现状存在的问题给予了高度的关注,同时也为下一步研究工作奠定了坚实的基础,希望这些资料尽早与国家管理决策部门和地方政府衔接,发挥数据和资料的实质性作用。

与会专家强调了机理研究工作的重要性,如污染源的判别、污染物的释放过程、迁移形式、赋存形态、活化机理,影响污染物转化的环境条件,如微生物、生物的种类和作用、有机质含量等研究都是生态地球化学评价的科学支撑。应当重视表生地球化学循环过程中元素在时间轴的变化,定期对控制点或区域开展复测复评工作,防止“地球化学炸弹”的爆炸。大家认为1995年制定的《我国土壤环境质量标准》已经不能满足当前土壤生态地球化学环境研究的需要,希望国家有关部门尽快出台科学性、实用性强的土壤环境标准,以满足相关行业和领域工作的需求。

二、我国重点地区土壤地球化学环境质量

题为“我国重点地区土壤环境质量现状”中心议题评述报告重点分析了我国西南碳酸盐岩地区、成渝经济区、两湖地区、长三角、珠三角地区和辽河流域的多目标区域地球化学调查结果,根据我国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995),土壤环境质量总体良好,但南方土壤重金属含量较高,与地质背景、成土风化作用及人类活动的叠加影响密切相关。

题为“城市土壤与湖泊沉积物污染现状”的专题报告指出,我国城市土壤、湖泊沉积物污染元素种类多,多属于复合污染。题为“我国土壤环境监管能力现状及展望”的专题报告指出,我国土壤重金属污染面积较大,呈现出无机有机污染混合、新老污染物并存的局面;许多农田土壤污染地块已超过土壤的自净能力,因土壤污染导致的粮食及食品安全事件频繁爆发。

与会专家围绕中心议题对我国不同地区土壤元素异常成因展开了热烈的讨论,分析了地质背景、不同岩石类型、强烈人为作用的影响,探讨了有害元素进入人体造成危害的机制。在地球化学元素对人体健康的营养和毒害讨论中,专家们表述了不同的观点,希望通过研究能更科学、更准确地表述元素的存在状况和生物作用。同时对性状目前还不清楚的元素,我们还会有很大的空间开展深入的研究。专家们还希望在今后的工作中引入目前国际上先进的技术方法,已经开展土壤有机污染物调查和评价的省急需快速、价廉的测试方法,以解决制约这项工作向前推进的瓶颈问题。

三、土壤重金属来源解析与地球化学循环过程

题为“土壤重金属来源解析与地球化学循环”中心议题评述报告指出,我国土壤As、Cd、Pb、Hg等有害元素来源复杂,从区域上看,主要受地质体和矿业活动影响,但不同元素由于其地球化学行为不同,在空间分布上表现出明显的差异性。通过同位素示踪、元素形态分布特征和惰性元素校正等方法可有效地识别出成土过程中重金属元素的不同来源;通过数理统计方法可剔除外源输入的重金属含量获得土壤中元素的自然含量范围,从而得到元素的背景值。通过对不同区域大量调查数据的分析,阐明了地质、气候、人为活动等多种因素对土壤中有害元素的迁移和富集规律的影响。

与会专家讨论中重点关注了元素从原生状态到表生环境的继承性和变异性,地质作用对土壤的制约作用、气候条件对土壤深层、表层元素分异和区域性分布规律的影响。讨论焦点在污染源的判别和地球化学循环过程的研究,专家们针对多目标区域地球化学调查和评价的成果反映出的土壤地球化学异常,提出土壤环境污染的来源复杂,是大气、水、人为输入共同作用的结果。土壤酸化和有机质降低同样存在多种复杂的影响因素,应当开展进一步的研究。建议加强元素的地球化学行为与循环规律研究,包括土壤和农作物中元素来源的识别方法;研究建立适合我国国情的生态风险评价与健康风险评估的方法体系;元素时空分布的宏观规律与微观过程机理研究等,科学、准确地判断元素异常的成因是今后研究工作的重点,也是调查评价工作的延续和深入。

专家们特别提到对我国西南重金属高背景地区土壤重金属来源研究应组织攻关,从地质背景和地球化学背景的角度说明元素从岩石-成土母质-土壤的过程、变化条件,判别土壤中元素自然来源、人为污染的份额和叠加程度。重金属高背景区是个特殊的区域,有特定的土壤空间格局和分异性,应制定相应的土壤环境质量标准。 四、矿山环境地球化学研究及污染防控与修复 题为“矿山环境地球化学研究及污染防控与修复”的中心议题评述报告指出,我国矿山开发与环境污染主要体现在:矿山环境灾害演化的速度,远大于灾害治理的速度。人类工程活动对环境的影响远超过环境的自然恢复和治理能力,它已成为危及人类生存、阻碍社会进步和稳定、影响经济持续并协调发展的重要因素。报告强调,基于地学原理基础的地球化学工程技术示范研究取得了突出的进展,非金属矿物在重金属污染土壤和水体的控制和修复中的作用潜力巨大,地球化学工程技术可以有效地控制和修复矿山酸性废水造成的污染,阻断污染物进入生态链的循环,同时使酸性矿山废水达到《国家农田灌溉水标准》。特别是当地球化学工程技术与其它技术相结合时,对土壤和水体重金属污染的修复能力更强。

围绕本中心议题的讨论极其热烈,由于矿山开采造成的流域性、区域性的生态环境污染,对人民生活质量造成的威胁已是不争的事实。矿山污染已经影响到长江水系的质量,矿集区本身地质背景的重金属含量高,大量的污水排放是导致农田污染的关键因素。土壤污染还涉及到水、土、生物,是一个系统问题,它不仅仅涉及到矿山本身,包括流域、土地、农业、人群,是一个整体。矿山环境问题还是层圈之间的问题,岩石圈涉及到矿产地球化学、矿物学、岩石学,还有地下水的问题,大气的问题,生物圈的问题,这些圈层之间是相互影响的,要总体考虑。因此站在地球系统科学的高度,从区域性的角度出发研究矿山环境问题已是当前生态地球化学环境研究中最重要、最紧迫、难度最大的科学问题,是国家的重大需求。要注重多学科、多部门的结合、交叉和渗透,形成联合攻关的队伍。

与会专家指出,在重点污染区域实现源头污染控制还有相当的难度,使得污染物仍在蔓延,环境仍在恶化,人民的健康安全还在受到威胁。专家们强调应在修复机理研究的基础上,建立有翔实科学依据支撑、经过时间考验、易于操作、实用经济、可供政府部门推荐的组合环境污染控制和修复技术。

五、会议共识

会议通过多学科学术思想的交叉、交流、渗透和碰撞,结合国家重大需求和科学发展前沿,凝练、聚焦重大科学问题,形成生态地球化学发展战略、重点创新及措施建议的若干共识。

(一)高度关注我国局部地区土壤重金属富集。

我国土壤环境质量总体良好,但由于地质背景、风化成土作用和矿业活动等人为作用造成了局部地区的土壤重金属富集。尤其在人口密集、经济发达和矿业活动强烈地区,土壤污染已形成了多种有害元素和有机污染物复合污染和连片分布的态势,严重威胁粮食安全和人居环境。

(二)应重点聚焦的若干重大科学问题。

1.元素地球化学行为机理研究。以元素在地球表层系统的迁移转化作为一个有机整体,充分认识土壤重金属宏观分布规律的控制因素,加强元素岩石-土壤-水-大气-生物体间的地球化学循环过程和微观机理研究。重视镉、铜、锌等稳定同位素示踪和微区原位探测等地质地球化学新技术的开发和应用。

2.土壤重金属污染生态风险评估。我国地域广阔、土壤类型众多、土地利用方式多样、气候条件和地形地貌复杂,土壤重金属来源不同、土壤中重金属的赋存形式不同,其生物有效性也不同,生态风险差异很大。在系统调查的基础上,加强研究,针对我国不同地区建立不同土地利用方式下污染土壤风险识别和风险预测的土壤环境质量标准值和污染风险评估方法技术。

3.矿山生态地球化学研究。矿山环境问题是人与自然共同作用的结果。矿山环境问题已经影响到生态系统,研究地球化学元素在地球表层系统各层圈间的相互作用及其物理、化学、生物过程,形成、演化的机制;研究区域水系统对矿山环境污染的响应机制;区域矿山地球化学环境未来格局预测和对生态系统和人体健康的影响。

4.土壤污染调控与修复。应充分吸收国外土壤污染修复技术的先进经验,针对我国耕地资源紧缺但土壤重金属污染存在范围大、元素特别复杂的特点,开展农用地污染土壤调控与修复研究,提出适应我国国情的、针对不同土地使用功能的经济有效的控制修复方法技术,实现重金属污染土壤的无害化安全利用。

(三)土壤环境保护与土地资源管理的对策与建议。

1.建立部门间合作协调机制。土壤环境恶化关系土地资源利用、粮食安全保障、人居环境安全等多个方面。因此,应建立国土、环保、农业、水利、卫生、中科院、工程院等跨部门的协作机制,进一步发挥不同部门、不同学科的技术优势,将土壤污染问题提到国家高度,积极有效地合作和沟通,共同促进土壤环境保护与土地资源的合理利用。

2.加强法律法规、标准体系的建设。依据我国土壤环境质量的具体国情尽快完善土壤环境质量标准、土壤污染风险评估、土地质量评价等系列标准,加强我国土壤环境保护与土地资源利用相关法律法规的建设。

3.推进调查和监测,联合科技攻关。加快土壤调查和监测工作,全面掌握我国土壤环境质量家底。围绕生态环境保护和土地资源管理的需求,针对关键科学问题进行科技攻关,加强不同学科的融会贯通和不同领域科学家的通力合作,为土壤环境保护和土地资源管理提供技术支撑。


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