城镇化要改变大量土地资源的利用形式或途径,而由此引起的地表生态地质环境变化也十分正常。如何针对类似地区的土地环境质量变化开展有效的生态地质环境监测与研究?国土资源公益性行业科研专项研究项目“长江三角洲典型地面沉降区水土污染监测与防治技术研发与示范”通过两年的攻关,结合对有关监测数据的分析,在苏锡常典型地区土地重金属污染监测与防治研究上新获得了部分成果与认识,为应对城镇化发展中的生态地质环境变化及其调控提供了有关线索。 局部地区土地重金属污染有扩展趋势,大气降尘中铅含量显著增加,监测土地重金属污染变化有新办法。 持续监测的数据资料显示,自 2004 年以来苏锡常地区部分土壤的镉、汞等重金属污染范围在逐步扩展,有连点成面的趋势。如某地 2004 年调查时其土壤镉含量≥ 0.4 毫克 / 千克的范围主要集中在城区周边一些孤立的点上,基本未涉及到耕地, 2010 年时其土壤镉含量≥ 0.4 毫克 / 千克的地段已经扩展附近耕地、多连成一片,部分稻米、小麦也出现了镉含量的超标。苏锡常地区自 2005 年至 2011 年期间,其地表土壤中有 37.5% 的样点镉含量处于增长状态,一般增幅为平均每年 0.03 毫克 / 千克左右,最大达到平均每年 0.2 毫克 / 千克。另外,当地大气降尘中铅含量增长明显,从 2005 年的 142 — 383 毫克 / 千克增加至 2012 年的 163 — 3189 毫克 / 千克,铅平均含量增加了 72% 。上述现象可以部分地说明苏锡常地区大米中镉、汞含量超标比例为什么逐渐增加的原因。 为了掌控苏锡常地区土地重金属污染的时空变化,逐步优化并构建了苏锡常地区水土污染监测网,实地部署水土地质环境同步监测点约 160 对、大气降尘监测点 40 个,对代表性污染区进行稻米、小麦等大宗农产品的元素含量分布特征的不定期抽查。新建了苏锡常地区水土地质环境监测数据持续开发利用与标准化管理的信息平台,采用 Google Earth 等技术,考虑水土地质环境长期监测的技术要求,开发了苏锡常地区水土地质环境监测集数据存储、标准化转换、成果发布、信息查询等于一体的数据管理系统,为利用水土地质环境监测数据评价土地环境质量及其演化奠定了数据基础。不同年份的监测数据对比发现,土壤镉、汞等重金属元素严重污染区域吻合程度很高。用尽可能少的监测点监控城镇化发展中的土地重金属污染变化趋势,代表了土地重金属污染监测的新方向,也为类似地区的水土地质环境监测积累了技术资料。 分散小企业的不合理排污对形成局部重金属污染有很大影响,污水灌溉是形成局地“镉米”的直接原因。 典型地区土地重金属污染源解析发现,凡是有稻米镉、汞含量超标的地段,几乎都能找到小企业不合理排污的线索,河泥中聚集了大量重金属,通过携带了重金属的河水灌溉稻田是形成局部地区“镉米”现象的罪魁祸首。如离太湖不远处有一乡镇企业聚集地,当地有多家企业直接将排污口对准其厂外的河道,导致一条河流中河泥的 Cd 含量高达 1500 毫克 / 千克以上,使用该河水灌溉的稻田中土壤 Cd 含量一般在 2.5 毫克 / 千克左右,是当地正常耕地土壤的 Cd 含量的 10 倍,该地稻米的 Cd 含量一般大于 0.5 毫克 / 千克,比当地正常稻米的 Cd 含量至少高出 2 倍。因使用该河水作为灌溉水,导致在该河流附近出现了上百亩的“镉米”产地。 将几年来所掌握的有关镉、铅含量超标的稻米样点标注在近期发布的遥感影像图上,可清晰看出超标样点大多沿固定河道所控制的范围分布,而这些河道沿岸通常都有小企业或工厂分布。类似这种相关厂家的不合理排污导致局部土地重金属污染,在苏锡常乃至整个长江三角洲地区都有一定代表性,如何确保其清洁生产、实行资源最大化利用与环境最优化保障值得深思。城镇化的过程必然是一个人、地互动的过程,在这个过程中出现局部土地的重金属污染并不可怕,关键是要有效控制一些分散式企业的不合理排污,类似上述列举的靠近河道就地排污而污染一大片粮田的做法实为不智之举,务必在未来一些类似地区的城镇化发展中坚决避免这种短视行为。 Cd 、 Se 、 S 、 Hg 、 Pb 等 13 个元素是示踪人为活动因素影响土地环境质量变化的最有效因子。 人为活动因素已经对苏锡常地区土壤环境质量变化产生了极为显著的影响, Cd 、 Se 、 S 、 Hg 、 Sn 、 N 、 C 等元素均呈现了显著的地表富集。对江苏全省多目标地球化学调查数据进行深入研究发现,苏锡常地区土壤环境受人为活动影响的强度要更高于江苏其它地区,以 Hg 、 Pb 这两个重金属元素最为明显。另外,对江苏现行 13 个省辖市的人口密度与其各自土壤的 Se 、 Cd 、 Hg 人为环境平均增量进行相关分析后发现,人口越密集的地区,这些元素在土壤中呈现人为环境富集的程度越高。 综合分析江苏境内多年来所收集到的大量土壤元素地球化学调查数据后认为, Cd 、 Hg 、 Se 、 Br 、 N 、 S 、 C 、 Sn 、 P 、 Pb 、 Zn 、 TOC 、 pH 等 13 个元素是反映人为活动因素对土壤环境质量影响程度的最灵敏指标。通常情况下,人为活动因素可使地表土壤酸化,使地表土壤的有机碳含量( TOC )及上述 11 个元素的含量增加。城镇化进程中人为活动因素对土地生态环境的作用不可避免,如何合理调控人为活动因素对土地生态环境的作用向可持续发展演进,这对于国土资源保护利用、推行有利于生态文明的生产生活方式是一大考验。 植物修复与矿物调控是恢复重金属污染土地生态功能的有效手段,防治土地重金属污染可望找到经济实用的技术方法。 国内外都有利用植物修复技术成功修复重金属污染土地的先例,但在长三角地区通过种植大生物量植物除去土地重金属污染的经验并不多。本项目通过多年的摸索与实地修复试验对比,在借助植物修复手段恢复重金属污染土地生态功能和矿物调控技术控制土壤污染物危害农产品质量方面取得了显著成效。 室内盆栽试验和现场修复试验数据显示,栽种苏柳 795 和苏柳 172 这两个品种的柳树能有效吸收土壤中聚集的重金属镉,植物修复有望成为当地防治土地重金属污染的支撑技术。实地种植柳树修复镉污染土地的试验结果显示,柳树生长半年后,其树叶中的镉含量已经远超过土壤,意味着柳树叶可以吸收比污染土地中高出至少 4 倍的镉。实地种柳约 8 个月后,镉含量分别从 10 毫克 / 千克、 6 毫克 / 千克降为 5-6 毫克 / 千克、 2.6-3.8 毫克 / 千克。另外,这两个品种的柳树很容易成活、生物量很大, 1 平方米柳树每年可至少吸收 0.2 千克污染土地中的镉,预计能除去污染土地中所积累的镉总量的 15% 以上。在切断污染源的前提下,类似污染土地只要栽种 3-5 年柳树,基本就能将当地土壤中的镉恢复到未污染前的正常状况。柳树长成后本身还可以作为木材使用,这意味着栽种吸收重金属效果明显的柳树具有更高的实用前景。 在另一个试验场地中添加天然凹凸棒石粘土调控稻米的重金属含量也收到了显著效果。在添加了天然凹凸棒石粘土的耕地中所产出的稻米,其镉含量小于 0.85 毫克 / 千克,而未添加天然凹凸棒石的稻米镉含量大于 1.05 毫克 / 千克。江苏是非金属矿产资源丰富的一个省区,若能在利用天然凹凸棒石粘土防治土地重金属污染上取得新的突破,对于进一步有效开发利用省内非金属矿产资源也多了一个新的选项。 如何有效防治城镇化发展中新出现的局地重金属污染,实行城镇化发展与资源节约型、环境友好型社会建设同步推进,有关产业结构合理布局及土地资源的科学保护利用有诸多课题值得总结与深入探索。土地一旦被污染了,要彻底修复总得有一个过程,防治土地重金属污染也非一日之功。生态地质环境在城镇化过程中会出现各种意料之中又意想之外的变化,加强有关生态地质环境变化的监测与研究对于我国全面推进城镇化建设具有不可估量的积极意义。

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