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1、江西耕地重金属污染研究进展刘增兵 国家红壤改良工程技术研究中心 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所目 录一、背景二、江西省耕地重金属污染的特征三、不同利用方式土壤重金属元素污染情况四、长期施用畜禽粪便土壤重金属积累五、国家红壤改良工程技术研究中心简介一、背景土壤重金属污染作为环境污染中的一种，目前已成为国内外土壤生态学、农业生态学、污染生态学和环境保护科学等学科研究的重点、热点和难点。土壤重金属 污染特点 隐蔽性强 危害性大 难以修复 我国是土壤重金属污染比较严重的国家之一， 尤其是近年来经济快速发展， 由此带来的土壤重金属污染，越来越成为经济发展和环境保护面临的突出问题。江西省具有丰富
2、的矿产资源，其中铜矿和钨矿等储量居全国首位；粮食和农产品生产发展迅速，业已成为我国重要粮食和农产品供应基地。 江西省拥有较好的生态环境，具备发展绿色农业的潜力，但随着经济的发展，工业崛起必将成为经济发展的重要内容。可以预料，随着我省经济的不断发展，由此带来的矿山开发、资源消耗、农用化学品投入必将有增无减，工业“三废”与日俱增，这些都有可能导致土壤重金属污染不断加剧，所以防治重金属污染形势严峻，我们必须有清醒认识，并尽早做好应对策略。二、耕地重金属污染特征江西省土壤重金属元素背景值1、含量高：2004年江西省农业环境监测站对全省优势水稻区域土壤环境进行了监测，结果显示： 全省Cd污染最严重，样本
3、超标率3.7%，最大超标64倍； 全省As污染超标率3.7%，最大超标4倍； 全省Cu污染超标率3.7%，最大超标10倍； 全省Hg污染最严重，样本超标率1.5%，最大超标2倍； 全省Pb污染超标率0.1%，最大超标0.2倍； 全省Zn污染超标率0.3%，最大超标0.07倍；耕地重金属污染特征表2 江西优势水稻区域土壤环境质量监测结果 2、污染面广：据调查资料显示，江西省受到工业污染的耕地面积32.7万公顷，占总耕地面积的14.2%；2005年我所对全省961个土壤样品进行了环境监测，土壤各点污染物监测平均值占各项污染物浓度限值27.661.5%，存在不同程度污染。表3 江西土壤重金属污染限值
4、及测定值 mg/kg 江西省污染区的土壤重金属污染物超标率大大超过一般农区，污染区的主要污染物为Cd、Cu、As、Pb和Zn；一般农 区则主要为Hg。表4 江西土壤重金属污染超标率调查 3、区域性强：江西土壤重金属污染重要的原因是矿山开发导致的“三废”排放，所以就出现了土壤重金属污染“区域性”分布的特点，主要包括：赣南钨矿、稀土开发区、赣西北铜金矿开发区、萍乡丰城煤、铁、盐开发区，赣东北铜业及多金属开发区，景德镇煤矿、瓷土矿开发区。土壤重金属污染程度由大到小排列顺序为：矿区厂区郊区农区。4、危害性大：江西省每年因土壤重金属污染而减产粮食80多万t, 另外直接被重金属污染的粮食也多达10万t ,
5、 二者合计共造成年经济缺失至少2 亿元。生态破坏，影响环境质量 影响作物生长，降低产量 影响农产品品质 威胁人类身体健康 造成经济损失，阻碍地方发展 5、存在加重趋势：据赵其国院士等研究发现，20世纪50年代江西几乎不存在土壤重金属污染等问题，综合污染指数为0，到5070年代，综合污染指数为上升为0.18，到7090年代，综合污染指数飙升为6.29，显然随着江西经济社会发展的进一步加快，由此带来的矿业、资源、农用化学投入品开发不断增加爱，废弃物排放持续增加，进一步加剧土壤重金属污染。三、不同利用方式土壤重金属元素污染情况1、水稻生产区：土壤环境质量总体较好，少量土壤样品重金属超标。其中Cu 超
6、标样本数38 个、最大超标10.1 倍，Cd 超标37 个、最大超标64.6 倍，As 超标37 个、最大超标3.8 倍，Hg 超标18 个、最大超标2.1倍，Cr、Ni 均未超标；土壤污染综合评价指数为0.57。南昌、永修、 丰城、泰和 土壤污染综合评价指数平均值为0.42，存在Hg 轻度、零散超标，并不造成污染乐平、贵溪 土壤污染综合评价指数平均值为0.5，局部地区存在一定程度的Cu、Cd、As 污染和潜在污染；于都 土壤污染综合评价指数为0.85，属轻度污染，铜矿 开采 、冶炼 钨矿 开采 重金属元素来源：经过调查，上述区域土壤重金属的来源主要是肥料、农药和农膜。农田在非污灌条件下，灌溉
7、水中重金属污染物总体上没有超标，灌溉水质符合国家标准。2、赣南茶园：赣南茶园土壤中，Cu、Mn 等含量丰富，Zn 含量较低；土壤Hg、Cr、Pb 均明显偏高，已达到污染标准。Hg、Pb 在土体中显著积累，可能主要与农药和化学除草剂的使用有关。（廖万琪等，2001）表5 赣南茶园土壤剖面重金属质量分数的分布 3、果园：江西农科院土肥所对全省9 个不同水果产区，38 个果园取土检测，结果表明：土壤重金属的含量均未超过无公害农产品的土壤环境要求，需要指出的是个别重金属元素含量已涉及轻度污染的边缘，有的果园Cd、As 的评价指数达到0.9，达到预警状态。（徐昌旭等，2006年）表6 江西果园土壤重金属
8、含量与评价 mg/kg 4、城市近郊蔬菜地土壤重金属含量：南昌市近郊的蒋巷镇和杨子洲镇采集蔬菜地土壤分析其重金属含量并进行污染评价，结果表明：蒋巷镇蔬菜地土壤综合污染指数为0.40，属于安全等级；而杨子洲镇综合污染指数为0.79，已到警戒程度。（朱英美等，2005年）表7 南昌近郊蔬菜基地土壤重金属含量与污染评价 mg/kg 5、矿区土壤重金属含量：江西矿产资源丰富，居全国储量前十位的矿产有51种，已建有各类大中小型矿山6790 个。其中铜矿和钨矿是江西的主要矿产，在全国有重要的地位。调查显示德兴铜矿区土壤中Cu 平均高达186.5 mg/kg，尾矿中Cu 平均含量为450.6mg/kg。取大
9、圬河和乐安河水样和底泥分析，结果表明：大圬河河水铜离子含量高达15-30mg/l ，底泥达500-10000mg/l，乐安河底泥达500 mg/l；大圬河和乐安河水严重偏酸，pH2.5-4.5，重金属污染严重。（黄长干等， 2005）6、典型山区土壤重金属含量与评价：我所对江西省宜丰县水田、旱地和园土设立监测点56个，并进行了样品土壤重金属含量的测定，结果显示：水田、旱地、园地土壤均有不同比例样重金属含量超标，但各参数的单项污染指数和综合污染指数均小于1.0，土壤清洁。（采用NY/T391-2000 中的绿色食品产地环境技术条件的标准值进行评价） 表8 宜丰县耕地土壤监测与评价 mg/kg 7
10、、耕地土壤重金属形态：鄱阳湖湿地土壤中Cu、Pb、Zn、Cd 主要是以有机态和残渣态，分别占总量的92.88%、89.88%、91.15和30.8%；水溶态和交换态等生物有效性含量很少，只占1.82%、1.32%、1.13%和3.7%。（弓晓峰等2006）贵溪市污灌水田土壤中Cu 以有机态为主、Zn、Pb 主要是残渣态、Cd 的水溶态高达86.06%；Cu、Zn、Cd、Pb 土壤中的可利用态和潜在可利用态的比例较大，可利用态比例CdCuZnPb。说明冶炼厂废水排放是周边农田土壤重金属主要来源，尤其是土壤中的Cd 和Cu。四、长期施用畜禽粪便 土壤重金属积累及承载能力近年江西畜牧业迅猛发展，规模
11、养殖逐渐扩大，据统计资料显示：全省2010年肉猪4600万头、牛455万头、羊153万只、兔472万只、禽2.3亿羽，年产生粪便1.3亿吨，资源量巨大，若不能正确处理，必将增加环境重金属污染风险。（一）畜禽有机肥长期施用重金属积累有机肥直接施用是畜禽有机肥的重要利用途径，我所在1983年开始设置长期定位试验，研究不同畜禽有机肥替代比例对水稻的生长及土壤元素变化规律的影响情况。长期定位试验设置：不施肥（CK）；磷钾肥(PK)，氮磷肥(NP)， 氮钾肥(NK)，氮磷钾肥(NPK)，化肥50%+有机肥50%（50F50M），化肥30%+有机肥70%（30F70M），化肥70%+有机肥30%（70F3
12、0M）。目前已进行29年。2006年2007年，晚稻后我们采取土样进行了重金属元素积累情况分析发现：图1 长期定位试验不同有机肥替代比例重金属变化趋势(020cm)图2 长期定位试验不同有机肥替代比例重金属变化趋势(2040cm)我所研究了育肥猪、母猪的日采食量和日排泄量以及稻田土壤猪粪利用效率和残留率，结合定位试验得出单位农田猪粪重金属承载能力。（李祖章等，2010年）（二）农田土壤承载畜禽粪便能力1、农田土壤承载畜禽粪便能力每季每公顷稻田15t猪粪+50%化肥 一般不会造成 重金属元素积累 30t猪粪 可能会造成有害 重金属元素铬、镉 的积累 45t猪粪 明显造成重金属元素 铜、铬、镉、锌
13、的积累 表9 水稻不同施肥处理各元素在土壤中的残留 每年每公顷脐橙（690株）22.5t猪粪+50%化肥 一般不会造成 重金属元素积累 45t猪粪 明显会造成有害 重金属元素铬、镉 的积累 67.5t猪粪 显著造成重金属元素 铜、铬、镉、锌的积累 2、果园土壤承载畜禽粪便能力表10 脐橙不同施肥处理各元素在土壤中的残留 农田土壤承载畜禽粪便能力综合试验数据，得到农田畜禽有机肥承载能力：农田每公顷承载母猪粪便能力为15头、果园为30头，承载存栏育肥猪粪便能力为45头、果园为60头。五、国家红壤改良工程技术 研究中心简介国家红壤改良工程技术研究中心，是以江西省农业科学院为依托单位，整合江西省红壤研
14、究力量，联合组建的红壤改良技术及物化产品研发、中试示范、成果转化、分析检测和人才培训等国际一流水平的技术创新平台。“中心” 于2011年1月正式获得科技部批准组建，主要参与单位包括：中国科学院红壤生态实验站和江西省红壤研究所。（一）总体目标：构建一个市场化、产业化、工程化的开放式研发平台，形成技术聚集和孵化推广基地，高端研发人才培养基地。国家红壤改良工程技术研究中心 开放式研发平台 研发人才培养基地 技术聚集与孵化推广基地 决策层咨询管理层执行层国家红壤改良工程技术研究中心管理委员会 中心主任 工程技术委员会 综合办公室研发部 市场部 合作部 中心组织架构1、开展四个方向的研发（1）红壤生态修
15、复工程技术研发研发利用碱性工业废弃物生产土壤调理剂；研发有机无机调理剂；研发利用作物秸秆及畜禽粪便为原料制备具有调酸功能的有机肥。(二）主要内容（2）新型肥料工程技术研发研发适合红壤的缓控释肥、有机无机复合肥以及多功能复合肥，开发针对性强的作物专用肥配方，提高肥料施用效益。（3）水土保持工程技术研发研发集保护性耕作、水土保持植物与工程化措施为一体的综合治理技术体系；引进、筛选适合不同条件的水土保持植物和牧草品种；研发经济有效的工程集雨技术和节水灌溉技术；开发作物抗旱剂和土壤保水剂。（4）生物资源利用工程技术研发采用现代手段，培育耐酸、耐旱、耐瘠适合机械化耕作的作物品种，提升土壤质量和适耕性。2
16、、开展三项综合性工程技术示范（1）丘陵红壤生态高值关键技术研究与集成示范研究通过资源高效循环利用，种养结合生态模式，绿色高效栽培等关键技术进行组装，进行工程化模式大面积示范。（2）红壤中低产田快速培肥技术集成与示范研究开辟肥源途径及增量施用配套技术，探索不同有机肥源转化规律，寻求有机质提升效果好的培肥措施。（3）红壤区绿色农业技术集成与示范选择红壤区已形成产业规模的特色作物，采取适宜技术，组装形成各种作物绿色生产技术规程。（三）建设研究进展2011年，“中心”在研项目有52项，项目研究进展顺利，已取得阶段性成果。2011年新立项项目18项，其中国家级7项，省部级8项，市厅级3项。成果鉴定2项2011年3月，参与的中国科学院知识创新工程重大项目“耕地保育与持续高效现代农业试点工程”-“江西省耕地保育与持续高效现代农业技术研究与示范”课题通过鹰潭市
