農(nóng)田土壤中砷的來源及調(diào)控研究與展望 —— 文章正文2017-11-15

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:砷(As)是一種備受全球關(guān)注的有毒類金屬元素，并一度認(rèn)為可以取代磷成為生命構(gòu)成元素而受到爭論。環(huán)境中砷的形態(tài)主要分為無機(jī)與有機(jī)形態(tài)，其中無機(jī)態(tài)砷主要包括五價(jià)砷［As(Ⅴ)］和三價(jià)砷［As(Ⅲ)］，而有機(jī)態(tài)砷則主要為MMA(一甲基砷)、DMA（二甲基砷）和TMA（三甲基砷）。一般認(rèn)為無機(jī)態(tài)砷的毒性大于有機(jī)態(tài)砷，而As(Ⅲ)的毒性又高于As(Ⅴ)。

農(nóng)田中的砷可以通過溶質(zhì)運(yùn)移及排水等途徑進(jìn)入水體進(jìn)而影響飲水安全，還可以通過土壤－作物－人類的食物鏈方式威脅到人體健康。近年來的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國一些采礦區(qū)和冶煉廠周邊地區(qū)，以及廢棄物利用強(qiáng)度大的農(nóng)區(qū)，土壤和作物中砷超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)較大，是普通農(nóng)區(qū)的十倍甚至數(shù)十倍以上。而在我國的一些典型農(nóng)區(qū)的大田和蔬菜地中，雖然沒有發(fā)現(xiàn)砷超標(biāo)的現(xiàn)象，但出現(xiàn)了不同程度的砷累積現(xiàn)象。

針對日益嚴(yán)重的農(nóng)田砷超標(biāo)現(xiàn)象，國內(nèi)外眾多學(xué)者從砷污染農(nóng)田修復(fù)的角度開展了一系列研究，如利用砷超富集植物蜈蚣草、鳳眼蓮等進(jìn)行的植物修復(fù)，以及砷污染土壤的化學(xué)鈍化和易位電化學(xué)修復(fù)等，并在部分研究方面取得了可喜的進(jìn)展，但其研究角度較多集中在污染土壤的修復(fù)方面，且大多數(shù)方法存在成本較高、操作復(fù)雜和見效較慢等問題。

實(shí)際上，我國目前農(nóng)田中砷含量的情況是：部分地區(qū)潛在或輕度超標(biāo)農(nóng)田的比例較高，且多數(shù)尚在農(nóng)業(yè)利用中。對這部分農(nóng)田如何采取防范措施，使之達(dá)到“邊修復(fù)、邊利用”的目的，對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全十分重要。

本文試圖從農(nóng)田中砷的來源、砷超標(biāo)農(nóng)田中作物有效性調(diào)控等方面對已有研究結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并以此為基礎(chǔ)提出進(jìn)一步研究的重點(diǎn)，為安全有效利用砷超標(biāo)農(nóng)田提供相應(yīng)參考。

1農(nóng)田中砷的來源

土壤中砷的來源主要是自然源和人為源。前者主要是一些含砷的硫化物或氧化物巖石經(jīng)風(fēng)化或雨水沖蝕等過程將砷釋放到土壤中。比較常見的含砷礦物主要包括毒砂(FeAsS)、砷鐵礦(FeAs2)、雄黃(AsS)、雌黃(As2S3)和臭蔥石(FeAsO4˙2H2O)等。

一般來講，砷在地殼中的豐度為5×10－4%，世界土壤中砷含量值介于0.1～58.06mg/kg之間，中位值為6.0mg/kg。不同的成土母巖在物理化學(xué)特性方面的差異及各自不同的成壤條件是造成不同類型土壤中砷含量存在差別的重要原因，如我國花崗巖上發(fā)育的褐土含砷量一般為5.3～6.2mg/kg，石灰?guī)r、大理巖發(fā)育的褐土含砷量一般可達(dá)到11.60～12.08mg/kg。

人為活動是造成土壤中砷累積的最為重要的因素?？傮w來看，農(nóng)田中砷的人為來源包括：

①工業(yè)源。砷經(jīng)常以伴隨元素的方式存在于多種重金屬礦中，因此在這些重金屬礦開采與冶煉過程中均可能造成礦區(qū)周邊土壤的砷污染。如在湖南石門的雄黃礦區(qū)周邊農(nóng)田中砷的含量高達(dá)300mg/kg，而在湖南株洲、甘肅白銀等地，部分冶煉廠周邊土壤中砷的含量也達(dá)到50～100mg/kg，均超過了國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍之多。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1981－1985年間，我國每年因人類活動輸入到環(huán)境中的廢氣總量為5.44×1012～7.07×1012m3，五年合計(jì)達(dá)2.53×1013m3，其中廢氣中的砷以干濕沉降形式進(jìn)入農(nóng)田；全國廢水中砷的總排放量達(dá)到6295.18t，廢水平均含砷在0.07～0.16mg/L，而在采礦或冶煉區(qū)周邊，所排放的廢水、廢氣中砷的含量無疑更高，這些隨工業(yè)“三廢”排放到農(nóng)田的砷，是導(dǎo)致農(nóng)田砷超標(biāo)的重要原因。

②農(nóng)業(yè)源。許多含砷的化合物如洛克沙胂等常被作為飼料添加劑用于養(yǎng)殖業(yè)中，經(jīng)動物排泄物的農(nóng)用，這些含砷化合物及其代謝產(chǎn)物被釋放進(jìn)入農(nóng)田中。此外，在一些殺蟲劑、消毒液、殺菌劑和除草劑中也常含有砷，盡管這類農(nóng)用制劑已被禁止使用多年，但由于在個(gè)別地區(qū)的長期使用，已導(dǎo)致了砷在農(nóng)田中的積累。

曾希柏等對山東壽光、湖南郴州和石門的農(nóng)用化肥及有機(jī)肥中砷含量調(diào)查表明，由于大量施用含砷量高的有機(jī)肥及無機(jī)肥等原因，農(nóng)田中砷的含量有逐年升高的趨勢，且其升高趨勢與有機(jī)肥及化肥中砷的含量、肥料投入量等密切相關(guān)。

③其他來源。一些生活污水、廢棄物及醫(yī)學(xué)藥物中也常含有一定量的砷，這些物質(zhì)的隨意丟棄也在一定程度上增加了農(nóng)田中砷的累積風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，農(nóng)田中砷的來源離不開自然源和人類活動的影響，且自然源相對單一、影響也較小，而人類活動則是加速農(nóng)田中砷富集并可能引發(fā)污染的根本原因。與此同時(shí)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中砷的含量水平、分布特征、土壤地球化學(xué)特性也在很大程度上與所處的環(huán)境條件等密切相關(guān)。

2農(nóng)田中砷調(diào)控的技術(shù)和方法

在正確識別砷的來源，從源頭上對砷輸入農(nóng)田進(jìn)行阻控的同時(shí)，還要采取必要的措施對農(nóng)田中的砷進(jìn)行調(diào)控，降低作物對砷的吸收量和收獲物中砷的含量、減輕其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)環(huán)境安全。目前，國內(nèi)外針對砷超標(biāo)農(nóng)田的調(diào)控主要包括物理調(diào)控、化學(xué)調(diào)控、生物調(diào)控和農(nóng)藝調(diào)控等(圖1)。各措施在調(diào)控農(nóng)田土壤中砷有效性方面的相關(guān)機(jī)理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如表1所示。