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【关键词】环境保护;发展形势;研究进展;保护措施
在21世纪,经济发展与自然环境之间的关系变得越来越密切。许多学者和专家人士、各国领导等,都开始意识到环境对社会经济和谐发展的重要性,并积极分析环境问题的形成原因,以期提出一些有效性的解决策略。事实上,能否做好环境保护工作,会直接影响到一国的综合实力水平。对于任何国家而言,都应该重视环境保护工作,维护人类共同的生存环境,以此促进人与自然的和谐、健康、可持续发展。
一、当前国内外环境保护形势分析
(一)国内外水环境保护形势
第一,国内水环境保护形势。近些年来,我国社会经济呈现快速提高趋势,水环境污染问题逐渐严重起来,对于人们的日常生产与生活产生了一定影响。早在2008年,我国政策的环境相关报告中就指出,我国存在严重的水体污染问题。综合来看,我国的水体污染问题主要如下:其一,水污染的总量没有得到有效控制,造成了地表水与地下水的严重污染。其二,重金属对于水体污染产生较大的影响。其三,我国许多江河湖水出现富营养化现象。其四,新的水体污染物正在增多。其五,水资源的开发与使用过于浪费,造成部分地区出现了用水困难问题。近几年来,我国在水资源保护方面,投入了大量的精力,但效果却不尽如人意。第二,国外水环境保护形势。在我国存在的水污染问题,也存在于其它国家,但是部分国家对水资源的污染问题进行了有效的治理。比如说美国与日本在上个世纪七十年代,就开展了水环境的治理工作,将水环境问题的解决任务,纳入国家的法律法规中,提出了全国范围内水资源保护的严格要求。虽然水环境污染问题仍然存在,但已经得到了明显的缓解。
(二)国内外土壤环境保护形势
第一,国内土壤环境保护形势。随着我国工业的快速发展,土壤污染问题在近几年来越来越严重。根据土壤环境问题相关调查显示,我国农村的土壤主要受到农药以及重金属污染,土壤污染的面积较大。矿区带来的污染以及石油污染,生活垃圾污染都加大了我国的土壤环境问题,也带来食品安全问题,给社会经济的快速发展带来了不小的挑战。我国土壤污染一般是从城市开始,逐渐发展到农村。土壤环境染污已经从原来的单一污染发展到现在的复合污染,并且对地下水资源产生了负面影响。第二,国外土壤环境保护形势。部分西方国家针对土壤环境污染问题建立了专门的治理基金。这些国家对土壤环境问题进行全面地调查,并且及时发现问题,采取措施进行治理与修复。例如,法国与英国这样的西方发达国家,利用法学修复与生物修复法等,开展土壤环境治理工作,取得了较好的效果。
(三)国内外大气环境保护形势
大气污染是一个国际性的环境问题,因而大气不属于某一个国家。一个国家的大气污染,不仅会让自己国家的环境恶化,还会影响其它国家的环境质量。目前,全球变暖以及臭氧层遭到破坏、酸雨现象都是全球面对的大气污染问题。这些大气污染问题的产生,主要原因在于工业废弃以及废物的非法排放。早在2007年,西班牙召开了针对大气污染问题的IPCC会议,对大气污染问题进行了评估,并提出了具体的解决方法。自此之后,许多国家都开始重视大气污染问题,纷纷加大了污染预防与治理力度,对本国的大气浓度进行监测,大气污染问题虽然得到了缓解,但仍然没有达到人们所期待的效果。
(四)国内外生物保护形势
生物保护工作,是保护大自然的重要内容。但是,在社会经济快速发展,人们生活水平快速提升的近些年来,物种的灭绝速度越来越快,物种多样性下降,使得生态系统遭到了破坏。大量的生物灭绝,让世界对于生物保护工作的重视度开始大幅度提高。第一,国内生物保护形势。我国的物种类型减少趋势非常严峻,物种保护工作势在必行。生态环境的恶化仍在继续,但并没有得到更多的重视。在原有生态环境问题不断加剧的过程中,又产生了许多新的问题,生态系统破坏越发严重。总体来讲,我国的区域生态环境破坏最为严重,植被被大面积破坏,土壤退化,生物物种减少,地面下沉问题多有出现。特别是在我国的西北地区,受到自然环境的影响,青藏高原以及荒漠与冰川这些地区的生物保护工作现状令人担忧。第二,国外生物保护现状分析。在十多年前,各个国家就针对生物多样性的保护工作展开了讨论,也提出了许多生物保护的措施。例如,成立生物保护组织,建立生物研究机构之类的解决策略被提出。联合国也十分重视生物保护工作,并建立了专门的项目,并从1996年开始正式实施。
(五)国内外矿物资源的环境保护形势
第一,国内矿物资源的环境保护形势。我国是一个幅原辽阔的国家,矿产资源相对比较丰富。但是受到人口数量的影响,我国的矿物资源开采量较大,使用中存在较多浪费现象。近些年来,石油与煤炭等矿产资源的大量开采,使得我国资源总量明显下降。经济的快速发展,使得社会对于矿产资源的需求量越来越大,加强破坏问题较为严重,影响了我国的原物资源保护工作效果。第二,国外矿物资源的环境保护形势。虽然国外在石油与煤炭等矿物资源的开采中,也存在一些缺点与漏洞,但总体情况要好于我国,许多国家十分重视矿物资源的保护工作,日本就是一个比较具有代表性的例子。
二、国内外环境保护工作方法分析
(一)加大环境保护工作的宣传力度
只有充分利用全员的力量,让更多的人参与到环境保护工作中来,才能够有效促进环境保护工作质量的提高。对此,需要加强多向互动与相互交流的信息平台的建立,让国家之间、人与人之间,可以顺利实现无障碍交流,给环境工作的开展,提供有效保障。环境保护工作者应当将发现的环境问题,及时反馈给社会大众,让人们意识到环境污染与治理现状,并对环境保护工作进行讨论,让全员参与其中,找到解决问题的可靠方法。只有这样,才能让环境保护工作得到更多人的支持。环境保护工作,在很大程度上影响着人类的生存,随时关注环境问题,了解环境形势,能够促进环境监督力的加强。政府部门要做好环境保护工作的宣传,让每一位社会公民都建立正确的环境监督意识,积极去发现问题,努力去保护环境。
(二)做好环境保护的合作与交流工作
地球只有一个,地球上的各类资源是有限的。做好环境保护工作的宣传,让人们建立起环境保护意识,促进人们在日常生活中节约资源,保护资源,才能促进环境保护工作效果的优化。在环境保护工作中,政府是主导力量,政府部门要积极与各个国家进行交流,了解存在的环境问题。并通过合作,调动一切可以利用技术去开发环境问题治理对策。研究新的方法,加强环境保护工作创新力度。
(三)加强环境监测的力度
环境质量控制工作较为复杂,因为环境保护工作的内容是多种多样的。环境保护相关部门要通过每一个季度或者每一年的环境保护工作计划,开展有效的环境监督工作,并对环境监督的数据结果进行详细、完整的记录。除了这些数据,更要记录环境监测的具体仪器和设备,促进环境监测工作力度的加强。
总结
综上所述,生态环境的破坏与污染,已经成为一个世界公认的问题。随着环境破坏力度的加大,人们赖以生存的环境质量下降。目前,人们不得不去面对大气污染与水体污染等环境问题,环境的恶化会让环境的稳定性下降。在经济快速发展的今天,我们应当将更多关注放在环境保护问题上。开发有效的方法保护我们生存的环境,能够改善人类的生存环境,提高生活质量,促进人与自然的共同发展。
参考文献:
[1]中国特色社会主义和中国梦宣传教育系列报告会在北京举行.周生贤部长作题为《我国环境保护形势与对策》报告[J].吉林环境,2013(04).
[2]朱江玲,岳超,王少鹏,方精云.1850—2008年中国及世界主要国家的碳排放——碳排放与社会发展Ⅰ[J].北京大学学报(自然科学版),2010(04).
2017年4月2日,国际绿色经济协会(igea)正式启动第46个世界地球日公益活动,联合《中国学生健康报》开展2017年全国中小学生“清洁土壤环境 守护绿色家园”环保绘画邀请赛, 详细内容请看下文世界地球日是几月几日。
计划在4月22日世界地球日当天举行公益盛典,盛典将联合地球日网络、国土资源部宣传教育中心、环境保护部宣传教育中心、中国腐殖酸工业协会共同主办。
“世界地球日”是一项世界性的环境保护活动,在每年的4月22日举行。旨在唤起人类爱护地球、保护家园的意识,促进资源开发与环境保护的协调发展,进而改善地球的整体环境。igea自2017年起每年都在世界地球日组织“保护地球-绿色行动”公益盛典,并根据当前形势提出相应的年度主题。igea以公益庆典与公益活动相结合的模式,邀请众多社会团体、大众媒体、公益人士一起参与,向全社会发起倡导,呼吁人们关注地球家园上的环境问题、气候问题、资源问题,用形式多样化的公益活动带动人们对环境保护和资源节约的重视与参与。
目前,我国土壤污染带来的各种风险已经凸显,食品安全、垃圾围城、污染致病等现象常见诸网络和报端,增加了公众对土壤污染的担忧。据《全国土壤污染状况调查公报》显示:全国土壤总的超标率为16.1%,耕地点位超标率为19.4%。全国土壤环境状况不容乐观,部分地区土壤污染十分严重。国家环境保护部已经将土壤污染修复列为三大环保行动专项计划之一。
关键词:畜禽养殖业;污染;连片治理
1 生态环境质量
1.1 自然地理状况
宁安市位于黑龙江省东南部,牡丹江市南陲,总面积7924km2,耕地面积1587km2。全市辖7镇5乡,宁安镇建成区面积10km2。地属“长白山熔岩高原与中心区”;境内丘陵起伏,江河纵横,是“七山一水二分田”的分布格局,主要河流55条,总流长1472km,全年平均流量13.75亿m3,常年主导风向为西风,属于中温带大陆性季风气候,土地、森林、矿产、动植物等资源丰富。
1.2 自然保护区和生态示范区建设情况
宁安市辖区共有3个自然保护区,镜泊湖省级自然保护区,小北湖省级自然保护区,桦树川县级自然保护区。镜泊湖自然保护区面积160000hm2,保护对象为自然景观、原始森林、火山口森林和水产资源,1980年省政府批准;小北湖自然保护区面积66080hm2,保护对象森林生态,2006年省政府批准;桦树川自然保护区面积2280hm2,保护对象为水域生态,1996年宁安市人民政府批准。2008年生态建设工作取得了重大突破,宁安市被命名为省级生态示范区,到目前为止,全市有4个生态乡镇,国家级生态乡镇1个,省级生态乡镇3个,25个省级生态村。
1.3 生态环境指标情况
宁安市地处山区、半山区,具有较好的气候条件,雨热同季,物种丰富,生态环境的基础好,生态评价各项指标良好(表1)。
但由于不合理的开发,致使生态环境受到不同程度的破坏,局部生态环境比较脆弱,已影响了国民经济发展和人民生活质量。由于森林过伐,结构简单,数量减少,质量下降,涵养水源和调节气候等生态功能减弱。毁林开荒,超坡耕作,导致水土流失和地力下降,影响农作物产量。能源结构不合理,一次性能源比重居高不下,造成煤烟型大气污染。由于污水处理率低,加之农药、化肥污染造成江河水质下降,不能满足功能区标准要求。过度的开荒、采掘及乱捕滥猎导致生物多样性降低。人为破坏生态环境尚未得到控制,生态环境问题仍是制约经济发展和影响居民身心健康的重要因素之一。
1.4 土壤现状监测状况
宁安市耕地面积220万亩,绿色食品种植基地面积100万亩,生态农业生产已初具规模。在生态农业基地面积不断扩大的同时,随之带来的环境问题必将对生态农业生产基地环境质量造成影响,可能导致农产品质量下降。因此,对农业生产基地土壤环境质量变化趋势进行监测评价,为政府决策和企业生产提供可靠的科学依据是十分必要的。由表2数据分析可以看出,各监测点土壤污染物严控指标(汞、镉、砷、铬、铅、铜)均小于标准值,表明该地区的土壤环境现状良好,工农业生产对该区域土壤环境质量影响很小,土壤环境未受重金属元素污染,仍然保持在自然背景值范围之内,可以作为生产绿色食品、有机食品和无公害食品的原料生产基地。
六六六和DDT虽然已经禁止使用多年,但是在土壤的监测中,仍然有6个土壤监测点能够监测出六六六超标和12个土壤监测点能够监测出DDT超标,这是由于土壤对六六六和DDT具有吸收富集作用,使该类污染物的浓度提高。由此可见,六六六和DDT很难在短时间内降解,其对土壤生态环境的污染将是长期的。
2 主要的生态环境问题及影响分析
(1)部分区域生态系统功能退化。比较明显的是森林生态系统和水生态系统功能退化,导致了生物多样性的下降,部分野生动植物和水生物物种衰减。主要因为森林资源的过度采伐,使原生态遭到破坏。虽然通过人工造林,局部地区森林有所增长,但质量与功能下降,森林类型比例向不合理方向演化,导致了部分野生动植物数量的减少或物种的灭绝。由于过度的使用农药和化肥,个别区域土壤功能退化。
(2)水环境质量较差。主要原因是沿江村屯垃圾、粪便等无组织排放,同时上游水土流失严重。致使在春季江水解冻期水的浊度增加。
(3)大气环境污染治理力度应进一步加大。在2010年前宁安市城市供热以小型供热站为主,没有大型集中供热网,大气污染以煤烟型为主且污染严重。2010年开始建设城市集中供热工程,16户小型供热站并入热网,目也好该市市区全部并入热网,大气污染趋势将逐步下降。
3 生态保护对策
要认真贯彻预防为主,保护优先的指导思想,制定生态保护发展规划坚持生态保护与生态建设并举,以济发展与生态保护相协调,走可持续发展道路。应顺应自然规律,大力推进封山育林,退耕还林、还草、还湿等措施,对现有的天然林地、天然草场、天然湿地实行严格的保护。
3.1 促进经济增长方式转变,调整产业结构
(1)种植业开发。加大陡坡地退耕还林、还草和自然封育的力度和进度;提高耕地利用水平,利用高科技手段,培育扩大高产田面积;大力发展绿色有机食品种植面积,推广生物农药、化肥,减少化肥农药投放量,提高土壤肥力,降低土壤污染。
(2)畜牧业开发。要实现数量型增长向质量型增长转变;加大天然草场的恢复改良和人工草场建设的力度,科学核定控制载畜量产,积极开发秸秆饲料,推行舍饲圈养;大力推广优良品种,提高畜产品的深加工水平。
(3)林业开发建设。要积极争取国家实施的林业六大工程资金。大力发展林业深加工,提高林产品的附加值,淘汰浪费和大量消耗资源的生产方式;加大退耕还林力度,在限定的时间内对15°以上的耕地全面退耕还林。
(4)水资源开发利用。要坚持节水优先、治污为本,综合利用的原则,对水资源实施合理分配,科学兼顾生态用水、生活用水、生产用水,保证水域功能,调整水资源利用方式,保持和恢复自然功能使之永续利用。要进一步加大综合治理的力度,尽快实现全流域水体水质达功能要求。
3.2 以创建生态市为契机,抓好全市生态环境建设
3.2.1 生物多样性保护
加大自然保护区建设力度,加强野生动植物保护;严格控制外来物种入侵,外来物种引进必须严格风险评估,维护区域生态安全。退耕还林、还草、还湿,要以当地生态条件为前提,宜乔则乔、宜草则草、宜荒则荒、宜水则水;逐步改造林种、树种单一的林分,提高森林资源的功能。生态功能保护区建设:加强江河源头区、重要水源涵养区、水土保持重点预防区、江河洪水调蓄区和重要渔业水域等重要生态功能区的保护,应建设生态功能区实施保护防止其功能退化。
关键词:土壤污染;修复技术;微生物修复
当前我国土壤污染引起公众越来越多的关注,我国土壤污染的产生可追搠到50多年前“”时期一些高污染工业企业的建设。近年来,随着城市化的不断推进,许多老工业企业因企业、搬迁遗留了大量的污染土地,这些污染土地污染物浓度非常高,污染深度甚至达到地下十几米,有些有机污染物还以非水相液体的形式在地下土层大量聚集,成为新的污染源,有些污染物甚至迁移至地下水并扩散导致更大范围的污染。这些土地因堆积储存、泄露或其他方式承载了有害物质,具有潜在风险性,会对人体健康和生态环境产生危害,因此急需对这些污染场地实施土壤修复。
一、土壤污染的危害
1.土壤污染导致严重的直接经济损失
农作物的污染、减产。对于各种土壤污染造成的经济损失,目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例,全国每年就因重金属污染而减产粮食 1000 多万吨,另外被重金属污染的粮食每年也多达 1200 万吨,合计经济损失至少 200 亿元。
2.土壤污染导致生物品质不断下降
我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。土壤污染除影响食物的卫生品质外,也明显地影响到农作物的其他品质。有些地区污灌已经使得蔬菜的味道变差,易烂,甚至出现难闻的异味;农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。
3.土壤污染危害人体健康
土壤污染会使污染物在植(作)物体中积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人畜健康,引发癌症和其他疾病等。
4.土壤污染导致其他环境问题
土地受到污染后,含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。
二、我国当前土壤污染的现状
2014年4月17日,环境保护部和国土资源部了全国土壤污染状况调查公报。调查结果显示,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。从土地利用类型看,耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。可见,我国土壤污染形势严峻。
三、土壤修复技术
到目前为止,土壤修复技术已经历四个阶段的发展:20世纪70年代:化学控制、客良;20世纪80年代:稳定与固定、微生物修复;20世纪90年代:植物修复;21世纪初:生物/物化/联合修复,并逐渐将污染治理的重点集中到污染场地修复。场地污染修复就技术门类又可分为三类:
(1)污染场地(土壤)物理修复技术
物理修复是指通过各种物理过程将污染物(特别是有机污染物)从土壤中去除或分离的技术。热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的主要物理修复技术,包括热吸附、蒸汽浸提、微波加热等热物理修复技术,还包括多相抽提等技术,已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯、二英等污染土壤的修复。
(2)污染场地(土壤)化学修复技术
相对于物理修复,污染土壤的化学修复技术发展较早,主要有土壤固化一稳定化技术、淋洗技术、氧化一还原技术、光催化降解技术、电动力学修复技术等。
(3)污染场地(土壤)生物修复技术
土壤生物修复技术包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术,进入21世纪后得到了迅速发展,成为“绿色环境修复”技术之一。
植物吸收修复技术在国内外都得到了广泛研究,已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复,并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。
近年来,我国在重金属污染农田土壤的植物吸收修复技术应用方面在一定程度上开始引领国际前沿研究方向。同时开展了植物修复多环芳烃、多氯联苯和石油烃的研究工作,但是含有机污染物土壤的植物修复技术的田间研究还较少,对炸药、放射性核素污染土壤的植物 修复研究则更少。
植物稳定修复技术被认为是一种更易接受,可大范围应用,并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术,也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术。
微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源,或者与其它有机物质进行共代谢而降解有机物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复常见的一种修复技术。在我国,微生物修复技术已在农药、石油等农田污染土壤中得到应用:
1)建立了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术;
2)筛选了大量的石油烃降解菌,复配了多种微生物复制菌剂,研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器,提出了生物修复模式;
3)开展了持久性有机物如多氯联苯、多环芳烃污染土壤的微生物修复技术工作;
4)建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复多环芳烃的技术和污染农田土壤的固氮植物一根瘤菌一菌根真菌联合生物修复技术。
微生物修复研究工作主要体现在筛选和驯化特异性高效降解微生物生物菌株,提高功能性微生物在土壤中的活性、寿命和安全性,修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控方面。正在发展微生物修复与其它现场修复工程嫁接和移植技术,以及针对性 强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备,以实现微生物修复技术的工程化应用。
四、结语
目前,在我国土壤修复刚刚起步,土壤修复理论与技术研究还较欠缺,适合我国国情的土壤修复技术发展方向不十分明朗,鉴于此,笔者综述了当前国内外各种土壤修复技术的方法,并分析了各种方法的优缺点及适用范围,以期为污染场地修复提供借鉴参考。■
参考文献
[1]骆永明.污染土壤修复技术研究现状与趋势[J].化学进展,2009,21(2).
[2]晁雷,周启星,陈苏.建立污染土壤修复标准的探讨[J].应用生态学报,2006,17(2).
关键词土壤环境因子;有机污染物;迁移转化;影响
土壤农药污染是一全球性问题。随着环境问题在全球范围的不断变化,土壤环境污染化学已成为环境化学不可缺少的重要组成部分[1]。在北美、西欧和澳洲等国家,随着各种点源污染得到有效控制,人们关注的焦点逐渐转移到多介质非点源污染,另外土壤环境污染的研究也受到人们日益关注。在我国,受农药使用历史、施药技术以及产品结构等因素影响,土壤农药污染较为严重,制约食品安全与农业可持续发展。随着土壤有机污染物的类型不断增多,大量难降解的有机污染物进入土壤,造成环境的严重污染,影响了农业的可持续发展。土壤中的各种环境因子对有机污染物降解转化有一定的影响,因此,研究这些因子的相互作用,可促进有机污染物在土壤中的消除。
1土壤污染的现状
相对于大气环境和水环境而言,土壤环境的污染源更为复杂,作为有机农药、化肥的直接作用对象,并随着社会发展需求,使得土壤污染物的种类极为繁多。目前,全球生产和使用的农药已达1 300多种,其中被广泛使用的达250多种。我国也已经迈入了世界农药生产和使用大国,现在,我国每年施用逾80万~100万t的化学农药,其中有机磷杀虫剂占40%,高毒农药达到37.4%,且有的化学性质稳定、在土壤中存留时间长[2-4]。大量的农药流失到土壤中,造成土壤环境受到严重污染,影响了农业的可持续发展。造成我国土壤农药污染的农药主要是有机氯与有机磷2类。尽管1985年起,我国就已禁用有机氯农药,但因早期大量使用及其难降解性,土壤中仍有残留,造成作物污染。目前,土壤污染物可以分为传统污染物及新型污染物。
1.1传统污染物
一是传统化学污染物。其又可分为无机污染物和有机污染物两大类,其中传统无机污染物包括汞、镉、 铅、砷、铬等,过量的氮和磷等植物营养元素以及氧化物和硫化物等,传统有机污染物包括DDT、六六六、狄氏剂、艾氏剂和氯丹等含氯化学农药以及DDT的代谢产物DDE和DDD,石油烃及其裂解产物,以及其他各类有机合成产物等。二是物理性污染物。指来自工厂、矿山的各种固体废弃物。三是生物性污染物。指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院、疗养院)排出的废水和废物以及农业废弃物、厩肥等。四是放射性污染物。主要存在于核原料开采、大气层核爆炸地区和核电站的运转,以锶和铯等在土壤环境中半衰期长的放射性元素为主。在这些众多的污染物种类中,以土壤的化学污染物最为普遍、严重和复杂[5]。
1.2新型污染物
近年来,土壤新型污染物受到关注,这类污染物的特点是在土壤环境中的浓度一般较低,但对生态系统的危害和对人体健康的影响较大。这些新型土壤污染物目前主要有四大类[6-7]:一是各种兽药和抗生素对土壤环境的污染。随着动物饲养业和畜牧业的发展,畜禽养殖污染中一个重要的问题就是这些兽药通过动物的排泄以及其他方式导致土壤环境的污染。与兽药污染相对应的是各种抗生素的土壤污染。随着医学事业的发展,各种抗生素将得到日益广泛的应用,由此导致的土壤污染可能会更加复杂。二是大部分溴化阻燃剂在土壤环境中有很高的持久性,能够通过食物链和其他途径累积在人体内,长期接触会妨碍人体大脑和骨骼的发育,并且可能致癌,因此引起人们关注。随着电子工业的不断发展以及各种电子产品的逐渐报废,各种阻燃剂将以各种方式进入土壤环境中,从而造成对土壤的污染。三是“特富龙”不粘锅中使用的化学物质“全氟辛酸铵”以及芳香族磺酸类污染物对土壤的污染。其中,全氟辛烷磺酸(PFOS)是纺织品和皮革制品等防污处理剂的主要活性成分,在民用和工业化产品生产领域用途非常广泛。尽管目前尚没有土壤环境中存在含量的数据,但由于PFOS本身的难分解性、生物高蓄积性和污染的广泛性,有关其土壤环境的污染问题势必将被暴露出来,并成为土壤环境污染化学面临的新课题。四是含有过敏源的植物及花粉对土壤的污染。在法国,近年来发现1种或许起源于北美的豚草属植物(Ambrosiaartem isiifolia)及其花粉,特别是这种花粉由于含有多种潜在的过敏源,能在夏天导致严重的干草热以及哮喘疾病,成为引起人们关注的一种新型土壤污染物。
2土壤环境因子对有机污染的影响
土壤中的微生物、温度、水分、气候、土壤机械组成、含水率、植物根际环境、pH 值、二氧化碳浓度等因素对土壤中有机物的分解与转化有很大的影响。除了有机污染物本身的难降解性以及生物迁移性会对有机物降解速率和效果产生影响外,土壤环境因子也会对有机污染物的迁移转化造成一定的影响。
2.1土壤微生物
有机污染物在土壤中的降解分为非生物降解与生物降解两大类,在生物酶作用下,农药在动植物体内或是微生物体内外的降解即生物降解。微生物降解是指利用微生物降解有机污染物的生物降解过程,降解微生物有细菌、真菌和藻类。虽然在厌氧和需氧条件下多氯化合物都可以降解,但是在厌氧条件下降解速率更快。尽管在好气条件下土壤也有很多分解菌存在,但是在好气的旱田条件下,由于有机氯污染物被土壤吸附,生物活性降低,可以长期残留[8]。微生物降解是消除有机氯农药的最佳途径,通常药剂在土壤中的分解要比在蒸馏水中的分解快得多,将土壤灭菌处理后,药剂在大部分土壤中对有机污染物的分解速率明显受到抑制。
迄今为止,已从土壤、污泥、污水、天然水体、垃圾场和厩肥中分离得到可降解不同农药的活性微生物。活性微生物主要以转化和矿化2种方式,通过胞内或胞外酶直接作用于周围环境中的农药。尽管矿化作用是消除环境中农药污染的最佳方式,但是自然界中此类微生物的种类和数目十分缺乏,而转化作用却相当普遍,某一特定属种的微生物以共代谢方式实现对农药的转化作用,并同环境中的其他微生物以共代谢的方式最终将农药完全降解。
研究显示DDT的分解菌至少涉及30个属,其中包括细菌、酵母、放线菌、真菌以及藻类等微生物。六六六的分解菌除了很早知道的生芽孢梭芽孢杆菌和大肠杆菌外,Matsu mura等人从各种环境中分离出71株有分解六六六能力的细菌、真菌菌株。这些分解菌包括好气性、基本嫌气性、嫌气性等各种细菌以及真菌[9]。
常规环境条件下能降解目标污染物的微生物数量少,且活性比较低,当添加某些营养物包括碳源与能源性物质或提供目标污染物降解过程所需因子,将促进与降解菌生长相关联的有机物的降解代谢,即微生物只能使有机污染物发生转化,而不能利用它们作为碳源和能源维持生长,必须补充其他可以利用的基质,微生物才能生长。在共代谢过程中,微生物通过酶来降解某些能维持自身生长的物质,同时也降解了某些非微生物生长必需的物质。
2.2土壤温度
气候变暖是当今全球性的环境问题,大气中CO2浓度的不断增加对全球气候变化起着极其重要的作用。土壤中CO2的排放主要来自土壤原有有机质和外源有机物(如植物的凋落物、根茬及人为的有机污染物投入)的分解过程[10]。全球气候不断增暖将改变各地的温度场、蒸发量和降水量,而这些变化又影响着土壤有机污染物的分解。
土壤温度影响土壤微生物和酶活性及土壤中溶质的运移,还影响土壤反应的速度和土壤呼吸速率,最终影响土壤中有机污染物的降解转化。在一定温度范围内,温度升高会促进土壤有机污染物的分解,但随着温度的进一步升高,土壤有机污染物对温度的响应程度降低。Miko发现,在平均温度为5 ℃时,温度每升高1 ℃将会引起全球范围内10%土壤有机污染物的丧失;而在平均温度为30 ℃时,温度每升高1 ℃将会使得有机污染物丧失3%[11]。
但是,在冷冻条件下关于土壤有机污染物的分解和微生物的活性还存在分歧。Neilson 研究了冷冻对碳和氮循环的影响,发现冷冻加快了土壤碳和氮的循环速率,但不同植被品种、土壤层次和冷冻程度所增加的幅度不同,而且在冷冻程度非常大时,会促进土壤呼吸和二氧化氮的流量和矿化。
2.3土壤pH值
土壤的pH值对有机污染物的吸附有很大的影响,一般来说,pH值越低,土壤对有机污染物的吸附能力越强。土壤酸碱性通过影响组分和污染物的电荷特性、沉淀溶解、吸附解吸和络合平衡来改变污染物的毒性,土壤酸碱性还通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。pH值对有机污染物如有机农药在土壤中的积累、转化、降解的影响主要表现为:一是土壤的pH值不同,土壤微生物群落不同,影响土壤微生物对有机污染物的降解作用,这种生物降解途径主要包括生物氧化和还原反应中的脱氯、脱氯化氢、脱烷基化、芳香烃或杂环破裂反应等。二是通过改变污染物和土壤组分的电荷特性,改变两者的吸附、络合、沉淀等特性,导致污染物浓度的改变。
2.4土壤水分
土壤水分是土壤中水溶性成分的运输载体,也是土壤反应得以正常进行的介质。王彦辉认为森林土壤有机污染物的分解速率在很大程度上受控于环境条件,其中含水量起着决定性作用,最佳含水量为被分解物饱和含水量的70%~90%,极度干旱或水分过多都会限制土壤微生物的活动,明显降低土壤中有机污染物的分解速率[12]。但是,Olivier认为在淹水条件下有机污染物料的分解速率加快,在长期的淹水条件下厌氧微生物反复利用腐解发酵的有机物料,会导致较低的净残留碳的矿化[13]。这与淹水、嫌气条件下有机物料的分解速率慢于旱地、分解量低于旱地的传统概念不同。
在非淹水条件下,温度对有机碳分解的影响随着分解时间的延长而逐步减小。淹水条件下培养7 d以后,温度对供试物料有机碳分解的影响不随培养时间的变化而变化。当土壤含水量为300、500 g/kg时,供试物料的有机碳分解最快,而土壤含水量为200 g/kg和淹水条件下的有机碳分解较慢,空白对照培养结果显示土壤有机碳的分解速率随着水分含量的提高而加快[14]。在相同的水热条件下,有机碳的分解量与土壤黏粒含量呈负相关。
不同的土壤含水量对土壤中植物残体的分解速率和土壤腐殖质组分(胡敏酸和富里酸) 数量的影响仍存在争议。由于常规研究土壤有机污染物动态变化的方法存在不足,所以可以通过同位素示踪方法(14C示踪法或13C自然丰度法)进一步定量研究。利用同位素示踪技术可以区分原有土壤有机质与外源有机物分解转化形成的土壤新有机质,从而了解土壤中植物残体分解转化的动态变化规律。
2.5土壤机械组成
土壤质地的差异形成不同的土壤结构和通透性状,因而对环境污染物的截留、迁移、转化产生不同的效应。由于黏土类富含黏粒,土壤物理性吸附、化学吸附及离子交换作用强,具有较强的保肥、保水性能,同时也把进入土壤中的污染物质的有机、无机分子、离子吸附到土粒表面保存起来,增加了污染物转移的难度。
在黏土中加入砂粒,可相对减少黏粒含量,增加土壤通气孔隙,可以减少对污染物的分子吸附,提高淋溶的强度,促进污染物的转移,但要注意到因此可能引起的地下水污染等问题。砂质土类的优点是有机污染物容易从土壤表层淋溶至下层,减轻表土污染物的数量和危害;但是有可能进一步污染地下水,造成二次污染。壤土的性质介于黏土和砂土之间,其性状差异取决于壤土中砂、壤粒含量比例,黏粒含量多,性质偏于黏土类,砂粒含量多则偏于砂土类。
一般而言,黏性土壤中的空气较砂性土壤少,好气性微生物活性受到抑制,土壤黏粒具有保持碳的能力,其含量影响外源有机物(有机化合物、植物残体)及其转化产物的分解速率。随着土壤黏粒含量的增加,土壤有机碳和土壤微生物量碳也增加,土壤有机碳与黏粒含量呈正相关,随着土壤黏粒含量的增加,碳、氮矿化量减少,但矿化部分的碳氮比并不受土壤质地的影响。
2.6气候及二氧化碳含量
气候变化通过影响土壤水分、溶质运移和温度的变化来影响微生物的活动,从而引起土壤中有机污染物含量的变化。凉爽季节向温暖季节转化会导致土壤有机碳的损失,热、湿润的气候有利于有机污染物的分解。在秋季和冬季,土壤中微生物数量增加;在春季积雪融化后,土壤中微生物数量迅速下降,这种微生物群落的动态变化与植物碳、氮的有效性相关联。
大气CO2浓度升高提高了植物的光合作用,使20%~50%光合产物通过根系分泌或死亡输入土壤,从而间接影响土壤生态系统。有些学者认为CO2浓度升高,会增加输入土壤的碳量,刺激土壤微生物的生长和活性,加强土壤的呼吸作用,增加了土壤中有机物的分解速率[15]。多数研究是在土壤—植物系统中进行的,CO2浓度升高通过增加植物同化碳来增加根系生物量,从而增加土壤中碳量输入。于水强研究了土壤外部不同O2、CO2浓度对土壤微生物的活性和土壤有机物分解及其组分的动态变化的影响,认为低CO2浓度有利于有机物的分解和胡敏酸的形成,而高CO2浓度有利于有机物的积累和富里酸的形成。
3结语
土壤是生态环境的重要组成部分,是人类赖以生存的主要资源之一,也是物质生物地球化学循环的储存库,对环境变化具有高度的敏感性。土壤的环境因子存在着不稳定性,但是通过研究最适合土壤中有机污染物降解转化的环境,可改变受污染严重的土壤中有机污染物的含量,改善环境质量,实现可持续发展。
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