土壤“生病”记（上）：无处不在的土壤污染
从2013年的镉大米事件、2014年广西大新县重金属污染事件，到2015天津滨海新区爆炸事故导致的危化品泄露事件、2016年江苏常州“毒地”事件等等，这些事件不仅给人类带来了伤害，还让我们的土壤也“生病”了……
那么，土壤的“病情”有多重？它的“免疫力”有多强？“生病”的土壤会给我们带来怎样的危害？我们又该如何助力它早日“康复”？
为回答这些问题，大院特别推出《土壤“生病”记》系列文章。今天我们先从土壤污染说起。
俗话说：“万物土中生，食以土为本”。土壤是自然环境的重要组成部分, 也是生态系统的基础组成部分, 作为农业生产的基本资料, 土壤是珍贵的自然资源，是人类生存和发展的不可替代的物质基础。
然而，土壤也会生病。人们常说“病从口入”——人们吃了不洁的东西或者对身体有害的东西会生病，其实，土壤生病也与此类似，污染物就是土壤生病的罪魁祸首。
一个可怕的事实是，我们赖以生存的土壤正大面积遭受着病痛“折磨”。生病后的土壤组成、结构和功能会发生变化，进入土壤的污染物对生物、水体、空气和人体健康产生危害。
被污染的土壤
2014年4月17日,中国环境保护部、国土资源部联合发布全国土壤污染状况调查公报,简要公布了2005年4月至2013年12月开展的首次全国土壤污染状况调查的结果。
公报显示，全国土壤总的超标率为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%。污染类型以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%[1，2]。
从污染分布情况看，南方土壤污染重于北方；长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大；镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。
从数字看我国土壤污染现状（新华社记者秦迎）
注：[1] 公报中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。[2]本次调查土壤污染程度分为5级：污染物含量未超过评价标准的，为无污染；在1倍至2倍（含）之间的，为轻微污染；2倍至3倍（含）之间的，为轻度污染；3倍至5倍（含）之间的，为中度污染；5倍以上的，为重度污染。
既然土壤污染问题如此复杂多样，土壤污染都有哪些分类呢？它们都是如何形成的呢？下面就一一解答。
无处不在的土壤污染
科学上，土壤污染大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。
无机污染物主要包括，酸、碱、重金属，盐类、放射性元素及其化合物等，其中重金属污染物包括汞、镉、铅、钴、钒、锑、铊、锰、砷等，其中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石甚至癌症。此类污染物主要来源于冶炼、电镀、染料等工业排放的废水、污泥和废气。
放射性污染物包括元素铯、锶的化合物等，主要来源为核工业的废水、废气、废渣的排放，尽管放射性污染相对来说地域性比较强，但其一旦发生即是毁灭性的打击。
有机污染物主要包括，有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、苯并芘以及由城市污水、污泥及畜禽粪便、厩肥及其带来的有害微生物等。我国在20世纪60～80年代生产和使用的大多数农药品种都是属于具有持久性污染的有机氯农药，到今天在土地中还有一定的残留。
另外，根据不同的分类标准，土壤污染也可有不同的分类。比如，按污染物特性，可分为持久性污染和非持久性污染；按污染物进入土壤的途径，可分为大气污染型、水污染型、固体废物污染型、农业污染型；按污染物的来源，可分为工业污染源（工业“三废”物质排放）、农业污染源（化肥、农药、畜禽粪便等）、生活污染源（城乡生活废水、农家肥等）和其他污染源（废弃物焚烧等）等等。
土壤的“免疫系统”
其实，当污染物进入到土壤时，并不会立刻使土壤生病，土壤会通过各种作用努力保持自身性质的稳定，土壤污染物输入、输出过程及累积作用等就称为“土壤的缓冲性能”。在缓冲阶段，土壤可以依靠其自身的“免疫系统”——即土壤的自然净化作用，维持土壤的健康与稳定。
土壤的自然净化作用是指进入土壤的污染物, 在土壤微生物、土壤动物、土壤有机和无机胶体等土壤自身的作用下, 经过一系列的物理、化学和生物化学过程,使污染物在土壤环境中的数量、浓度或毒性、活性降低的过程。其影响因素主要为土壤质量、粘粒矿物、铁铝氧化物、碳酸钙、有机质、土壤的CEC、pH、Eh、土壤水分和温度等。
土壤的自净能力按其作用机理不同主要分为以下几种：
1 物理自净
污染物在土壤中的分散、稀释和转移，比如有些剧毒的有机磷农药就易于淋洗流失，但这个过程可能会产生二次污染，污染物会转移进入水体或其他土壤；
2 物理化学自净
依靠土壤颗粒表面巨大的吸附作用，吸附溶于土壤水中的气体、胶体微粒及其他物质，并将它们聚集或浓缩在土壤颗粒表面，但吸附可能是暂时的，环境发生变化时污染物还可以解析出来；重金属离子在土壤中主要运动过程就是土壤胶体颗粒的吸附与解吸。
3 化学自净
污染物进入土壤后，发生凝聚与沉淀反应、氧化还原反应、络合-螯合反应、酸碱中和反应、水解、分解化合反应，或者发生由太阳辐射能和紫外线等引起的光化学降解作用等，从而降低毒性，化学自净产生的凝聚和沉淀较稳定，一般情况下不会再释放出来。例如铜在碱性条件下生成难溶性的氢氧化铜，生物活性下降。
4 生物自净
土壤中存在大量微生物，有些病原微生物进入土壤后，在微生物间的拮抗作用、噬菌体作用，以及植物根系分泌的杀菌素等许多不利因素的作用下而死亡，从而消除污染。例如，有些农药在土壤微生物或分泌的酶系作用下，能分解成低毒或无毒的代谢产物。同时，土壤中微生物的生存需要依靠有机物，它们具有氧化分解有机物的巨大能力，有机污染物在各种土壤微生物（细菌、真菌、放线菌）的作用下，将复杂的有机物质逐步分解为无机物或腐殖质。
有机物腐殖质化后形成的腐殖质，不但无害，还可向植物提供养料，改善土壤物理性质，促进微生物活动，因此，可以说生物自净是最为彻底、真正意义上的净化。
然而，土壤对于各种污染物的自净过程有难易快慢之分，比如挥发能力强的农药，通过土壤的自净作用，可能几天就消除了，而相对来说，对重金属污染，土壤自带的“免疫力”就收效甚微，因为重金属不能被分解或消除，被土壤胶体吸附后也可能发生解吸，且重金属具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类。
同时，已受污染土壤治理难度大，代价高，修复可能需要上百年，相当一部分重金属污染地只能通过调整种植品种或者改变土地利用方式来加以回避。可以说，重金属污染是土壤的“毒药”。
土壤自净能力示意图
另外，土壤自净能力也是有限的，那到达什么程度土壤就自净不了，导致土壤功能失调，质量下降而“生病”了呢？这就要看土壤的环境容量了，土壤环境容量就是指，土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大数量或负荷量，又称土壤负载容量。简单点说，就是作物不致受害或过量积累污染物的前提下，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。四种土壤自净作用的过程相互交错, 其强度的总和构成了土壤环境容量的基础。
不同土壤其环境容量是不同的，比如粘粒和有机质含量高的土壤，环境容量就相对较高；同一土壤对不同污染物的容量也是不同的，打个比方说，就好比是人能吃盐和糖的量是不一样的。
有趣的是，土壤的“免疫力”同人的一样，也是可以在一定程度上给予提高的，比如增加土壤有机质含量、砂掺粘等土壤改良措施，以增加与改善土壤胶体的种类与数量，增加土壤对有害物质的吸附能力与吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性；发现、分离与培养新的微生物品种，以增强生物降解作用，也是提高土壤净化能力的极为重要的一招。
土壤污染与人类安全
那么，土壤污染跟人类的生命安全究竟有些什么样的千丝万缕的联系呢？
首先，人类位于食物链的顶端，而土壤又是人类食物来源的基础，且不用说直接食用从污染土壤里长出来的粮食蔬菜瓜果，由污染土壤生长的作物喂养的牲畜、污染地流域的水体中出产的水产，每一样都直指人们的餐桌；
其次，土壤中污染物的转移和扩散导致空气污染、水体污染，污染土壤区域植被破坏、环境恶化，人类生存条件恶化；
再者，病原微生物的肆虐也可以直接让土壤的“病”转移到人的身上。
虽然是土壤生病了，可确实是要人的命啊。2012年广州番禺菜地用有害物垃圾堆肥事件、2013年的镉大米事件、2014年广西大新县重金属污染事件、2015天津滨海新区爆炸事故导致的危化品泄露事件、2016年江苏常州“毒地”事件，哪一件不是触目惊心，哪一件不是性命攸关？
土壤污染与人体健康关系
特别值得注意的是，土壤资源的数量是有限的、不可再生的。土壤一旦污染, 修复难度大, 费力、费钱、费时, 有的甚至无法复原。因此, 必须重视保护土壤资源。
更重要的是, 随着时间的推移, 当地的土壤外部污染源虽然可以有所控制, 土壤中存留的污染物的清除却是一个艰难而漫长的过程，而且一些污染物还可通过长距离传输, 有可能不断地进入土壤。
关于土壤污染, 一份的预防胜过一千份的修复。
参考文献：
《全国土壤污染状况调查公报》，中华人民共和国环境保护部和国土资源部，2014.04
韩冬梅，金书秦.我国土壤污染分类、政策分析与防治建议.经济研究参考，2014，43：42-48
黄静， 靳孟贵，程天舜.论土壤环境容量及其应用.安徽农业科学，2007，35(25)：7895-7896，7953
（文章首发于科学大院，转载请联系cas@cnic.cn）
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