土壤污染防治在行动

　　随着《土壤污染防治行动计划》（即“土十条”）的发布，我国将开展大规模的土壤污染调查、防治和修复工作。“土十条”列出了土壤污染防治的时间表和路线图，其中提出的开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况；开展耕地土壤和农产品协同监测与评价；开展污染治理与修复，改善区域土壤环境质量等，都需要地质调查工作提供基础支撑。

　　作为土壤污染调查、防治和修复的重要专业力量，中国地质调查局的多支队伍不仅为《土壤污染防治行动计划》的制定、发布提供了基础数据，而且将继续发挥专业优势，全面支撑《土壤污染防治行动计划》的实施。


　　
　　“土十条”中第一条即提出要开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况。旨在摸清全国耕地质量状况的中国地质调查局“土地地球化学调查工程”，将如何支撑“土十条”的落地实施，记者近日采访了“土地地球化学调查工程”首席专家、中国地质科学院物化探研究所成杭新研究员。

　　我国勘查地球化学专家，较早意识并预测到土壤污染危害

　　谈起土壤污染，成杭新表示，我国的勘查地球化学专家在上世纪90年代就意识并预测到了土壤污染的极端重要性。

　　20世纪90年代，环境污染、全球变化与可持续发展之间的矛盾已成为全球的重大科学命题。勘查地球化学专家意识到，利用在查明自然界元素分散、分布规律研究中积累的丰富经验和知识，来解决公众对环境问题的关切应是勘查地球化学的重要发展方向。1995年前后西方国家的勘查地球化学专家开始全面介入环境评价。

　　我国工业化、城镇化快速发展的同时，也向自然环境释放大量污染物，影响自然环境质量。1993年，中国科学院院士谢学锦就曾指出：我国改革开放以来对工业化的过分追求及对环境问题的忽视，可能引发危及国家与民族存亡的区域性化学定时炸弹的形成与爆发，并提出从全国尺度上对土壤污染进行地球化学监测。

　　这不是危言耸听。1992年，原地矿部科技司设置了《全国环境地球化学监测网络及全国动态地球化学图》重大基础研究项目。1999年根据该项目成果形成的《化学定时炸弹: 中国陆地环境面临的新问题》一文中预测，中国东部、中南部的部分地区可能出现铝的化学定时炸弹；由于该地区也是钍、铜、镉、钛等28 种元素的地球化学高背景分布区, 有可能在不同的时间阶段及不同地区的大面积范围内出现不同元素的化学定时炸弹。近几年湘江流域发现的土壤重金属污染及部分作物重金属超标也证实了上述预测。

　　针对这一现状，我国的勘查地球化学专家提出进行平原区的区域性地球化学调查。调查的重点是系统测量地球表层不同自然介质（岩石、土壤、水系沉积物、水、植物及气体）中元素及化合物的地球化学分布和分配特征，确定生态系统的地球化学背景，评价人类活动对生态系统安全的潜在影响，为自然资源的开发、利用和保护提供基础信息，建立生态系统的立体监控网络，监控地球表层化学元素的变化趋势，防止化学定时炸弹的全面爆发。1999年，中国地质调查局正式启动“土地质量地球化学调查计划”，又称多目标区域地球化学调查计划。

　　土地质量地球化学计划，促使土壤污染问题引起国家重视

　　“在某种程度上说，土壤污染问题的发现和土壤污染现状的科学判断，以及推动决策层高度关注土壤污染问题，均是“土地质量地球化学计划”实施的直接结果。没有该计划的实施，“土十条”的制定和出台或许不会这样快。”成杭新说。

　　2000年以前，我国对土壤污染的研究一直停留在科学层面。由于土壤污染不易为公众察觉，也最不被管理部门所重视，全国甚至没有一个专门的机构来管理土壤污染问题。2003年，中国地质调查局根据1999～2001年在广州、武汉、成都三个地区的调查结果，形成专报，引起党和国家领导人的高度重视，促使“全国土壤现状调查与污染防治”专项的提出和批准实施。

　　正是在该专项调查成果的基础上，2014年环境保护部和国土资源部联合发布了《全国土壤污染调查公报》，2015年中国地质调查局发布了《中国耕地地球化学调查报告（2015年）》。在2005～2014年间，中国地质调查局曾以不同的形式多次向国家有关部门反映我国土壤污染形势不容乐观的基本判断，这也是 “土十条”出台的主要依据。事实上，在土地质量地球化学调查由点到面、迅速推广到全国的16年中，据不完全统计，先后有30余位时任或现任党和国家领导人及省、部级领导对该项工作给予批示和高度评价，表明了各级政府部门对土壤环境问题的高度关注。

　　16年耕地地球化学调查成果，为“土十条”制定提供借鉴

　　2014年，中国地质调查局调整业务布局，提出九大计划、50项工程，其中“国土开发与保护基础地质支撑计划”中专门设置了“土地地球化学调查工程”，目标就是全面摸清我国耕地质量状况，构建国家土地质量监测网络和预警体系，建立全国耕地质量动态档案和数据库，为国家提供土地质量国情数据，为保护耕地红线划定、科学制定土地利用规划，实现土地质量和生态综合管护提供依据。以保障粮食安全为目标，查明土壤重金属污染或超标的规模、强度、成因和生态风险，提出全国土地资源安全利用区划和农产品安全生产建议。

　　作为土地地球化学调查工程的首席专家，成杭新介绍，根据16年的调查成果，中国地质调查局发布了《中国耕地地球化学调查报告（2015年）》。该报告依据土壤中有益元素和有害元素的含量，对我国耕地地球化学状况形成4个重大判断，即在已调查的13.86亿亩耕地中，绿色富硒耕地面积5244万亩、无重金属污染耕地面积为12.72亿亩、重金属中—重度污染耕地面积3488万亩，同时东北黑土地有机质明显下降，南方耕地酸化和北方耕地碱化趋势加剧。

　　报告中所形成的无污染耕地判断，已在土地利用规划修编、永久基本农田划定、后备耕地资源验收、土地整治规划、耕地质量等级监测评价等土地资源管理中得到有效应用；所发现的富硒耕地资源已成为地方政府实施精准扶贫、帮助贫困地区农民脱贫的重要抓手；形成的重金属污染耕地判断已为《土壤污染防治法》、《土壤污染防治行动计划》等国家重大政策法规的制定所借鉴。

　　上述成果不仅彰显了地质调查工作在农业发展、土壤污染防治、精准扶贫和土地资源管理中的关键作用，持续提升了公益性地质调查工作在经济社会发展领域中的基础性地位，同时也引领了勘查地球化学的发展方向。

　　掌握土壤环境质量状况，全面支撑“土十条”实施

　　土地质量地球化学调查工作实施16年来，形成了系列调查、评价、监测预警的方法技术规范；形成了全球最为严格的分析质量监控方案；形成了一支数千人、具有丰富经验的专业调查队伍和20余家大型分析测试实验室或分析测试中心，累积了海量调查数据。“土十条”中的第一条即提出要开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况。成杭新表示，土地地球化学调查工程将推动国土资源部门的专业调查技术、专业调查队伍、专业实验室全面参与土壤污染调查；围绕土壤污染状况详查中的具体要求，全面分析已有的调查数据，圈定重金属超标区域，为土壤污染状况详查中的污染耕地地块清单调查提供选区提供依据，全面支撑《土壤污染防治行动计划》实施。

　　“土十条”中还提出建设土壤环境质量监测网络。早在1992年，国土资源部已初步建设了全国土壤环境地球化学监控网络。该监控网络中设置的监测点不但是国家土壤环境质量监测网络的重要组成部分，也将为判断我国土壤环境质量变化趋势提供基础数据。

　　成杭新说：“已有的调查成果显示，我国部分地区的土壤重金属超标与地质高背景密切相关，我们将充分利用地球化学的专业优势，对典型地质高背景地区土壤重金属来源和土壤污染成因进行调查研究，为实施农用地分类管理，保障农业生产环境安全提供依据。”

　　“总之，随着土地地球化学调查工程的不断推进和土壤污染状况详查的实施，将全面查明我国土壤污染的总体概貌和污染耕地的地块分布清单，掌握土壤环境质量状况，为‘土十条’的全面实施和工作目标的实现提供最翔实的数据信息支撑。”


　　分析测试服务需求贯穿土壤污染防治始终。对于拥有丰富地质分析测试经验和完备分析测试能力的中国地质调查局国家地质实验测试中心而言，“土十条”的出台，是机遇，也是挑战。

　　近几年，测试中心坚持“源头治理，控制增量；污染治理，减少存量”的思路，利用地球化学工程技术在全国多个地区开展了土壤污染治理和修复的研究，取得了显著成效。

　　测试中心的研究团队在江西德兴建立了日处理水量1000立方米酸性矿山废水重金属污染处理示范工程。该系统不仅对水中重金属离子去除率高达90%以上，而且河水pH由酸性升至近中性，浑浊度大幅降低，完全满足我国综合污水排放一级标准，处理后的河水达到GB5084-92农田灌溉水质标准要求，且适宜鱼类生存和繁殖。在江西龙南足洞稀土矿区，通过向矿区污染土壤中添加天然修复材料，改良后土壤装入生态袋中，筑成稳固的生态护坡，成功实现矿区土壤改良和植被恢复。

　　在江西大余黄龙、湖南株洲霞湾、安徽铜陵和沈阳细河流域等重金属污染地区，测试中心的科研人员采用地球化学工程—生物土壤修复技术，阻断了镉、铅、砷、汞等重金属进入农作物，修复后的农田土壤种植出来的农产品产量和质量明显提升。

　　在发挥专业技术优势进行土壤污染防治工作的同时，还要转变思路，从地球化学的角度正确认知土壤污染问题。尤其是区域性多种金属复合污染地区的土壤有害元素主要受地质背景控制，需要采用生态地球化学的理论与方法开展污染元素成因来源、迁移转化、污染机理和风险评价等研究，在此基础上再进行污染修复与治理。为此，要加快分析测试从元素全量分析向元素形态分析、微区定量方面的深化，这对分析测试工作提出了更高的要求。

　　国家地质实验测试中心可以在以下方面推动和支撑“土十条”的实施：

　　一是提出永久基本农田划定方法。永久基本农田的划定不仅要依据耕地的产量、设施等条件，还要结合耕地的质量，包括土壤中重金属和有机污染的含量水平及其对农作物、地表水与地下水的污染程度。提出重金属污染地区永久基本农田划定和土地资源安全区划方法，尤为重要。

　　二是不断完善土地质量地球化学调查评价体系。目前，我们已经在湖北仙桃和湖南益阳等地开展了1∶5万土地地球化学调查和生态风险评价试点工作。

　　三是开展土壤修复与治理。在土地质量地球化学调查与生态风险评价基础上，在重点污染地块开展土壤治理与修复。预期在“十三五”期间，提出一套区域性农田重金属污染防控措施技术。

　　四是建立土壤污染监测体系。对矿山工业影响区域、高重金属背景区域建立土壤污染监测体系，及时掌握污染土壤的信息，包括污染物成分、浓度等，以便及时研究制定对策，控制土壤污染面积的增加和污染程度的加剧。


　　中国地质调查局水环中心地下水与土壤污染调查团队自2006年开始在蔡五田博士的带领下，开始石油类、污灌类、钢铁类、农药类、铬渣类土壤污染场地调查，目前已完成石油类、污灌类、钢铁类等5类土壤污染场地的调查，积累了大量调查数据，形成了不同类型污染场地地质调查技术方法体系。

　　在石油化工场地调查时，项目组人员为了最大限度的发挥仪器的功能，探索出便携式挥发性有机物（VOCs）仪土层测气方法。在污灌类场地调查时，项目组技术人员利用便携式水质分析仪分析污水水质，为污水灌溉区水土污染范围的圈定提供了快速、准确的判断依据。

　　结合我国国情和行业特色，该团队牵头编写了《中国地质调查局污染场地土壤和地下水调查与风险评价技术标准》。该技术突破了国际惯用的三阶段调查模式，提炼为初步与详细调查两个阶段；贯穿了土壤与地下水一体化调查及污染源—途径—受体系统调查的理念；以全季节污染信息捕获、现场快速检测技术为特点，联合运用遥感、物探、钻探、成井、监测等多种技术，实现了对场地水土污染快速、有效、完整诊断，具有鲜明的地质特色，成为我国污染场地调查与风险评价重要技术文件。

　　目前，水环中心地下水与土壤污染调查防治技术团队正在开展我国豫北平原冲洪积扇的水土污染调查。未来，水环中心将开展我国不同岩土结构类型、不同污染类型场地的地质调查，建立污染场地调查信息数据库；依托典型污染场地、污染水文地质试验基地和地下水与土壤污染防控实验室，开展修复技术试验研究及地下水污染动态监测；编制我国污染场地调查、风险评价与修复控制的行业技术标准，建立典型污染物的科学观测技术方法体系；积极参与国家污染场地调查以及相关技术标准的制定，为全面治理我国土壤与地下水污染提供技术支撑。


　　在国土资源部，有一支队伍常年专注于土壤修复技术的研发，这就是由陈明研究员和张佳文教授级高级工程师领导的中国地质科学院矿产资源研究所的土壤修复科研团队。

　　“土壤污染调查成果发现了很多令人震惊的污染问题。因此我们提前布局，进行土壤修复技术的研究，其成果就是要提供解决问题的方案。” 陈明如是说。

　　建立土壤修复基础理论——

　　缓变型地球化学灾害理论

　　“缓变型地球化学灾害”理论是在国外“化学定时炸弹”的概念基础上发展起来的。在谢学锦、吴传璧和李家熙等老一辈科学家的关怀指导下，与严光生研究员、刘晓端研究员等合作，陈明等人首先着手研究了“缓变型地球化学灾害”理论。2002年，国土资源部“十五”规划中设置了《缓变型地球化学灾害研究》项目。

　　缓变型地球化学灾害研究的主要内容包括物质来源，迁移转化途径、规律和影响因素，灾害链的组成与阻断途径，灾害发生发展的定量模型和预测，灾害的检测监控和信息处理技术等。

　　2004年，陈明在执行科技部重点国际合作项目《大型城市水土环境污染机理与综合修复技术研究》中，基于缓变型地球化学灾害理论提出了炭石灰与其他矿物材料相结合进行重金属污染土壤修复的思路，取得了较好的修复效果。

　　2012年，在《海西经济区缓变型地球化学灾害研究》课题中，陈明等人根据缓变型地球化学灾害的基本理论，探索了汞元素缓变型地球化学灾害链的组成与阻断途径，将天然矿物的改性与纳米技术结合起来，研发了土壤汞稳定化剂。

　　深化地球化学工程学理论——

　　用于水—土重金属污染综合修复

　　地球化学工程学的概念在本世纪初开始引入国内，其原理是应用地球化学知识，通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。

　　地球化学工程技术用于修复重金属污染土壤有三大优势：一是可以根据不同的土壤条件和污染物质，选择不同的非金属矿物材料；其次有些非金属矿物自身的重金属含量微乎其微，进入土壤后可以在自然条件下与土壤中的组分结合，不会对环境造成二次污染，可以认为是一种清洁材料；第三，由于非金属矿物价格低，低成本的修复剂具有天然的优势。

　　陈明等提出的“沙漠沙丘系统”是以地球化学工程学原理为指导的特殊水处理系统。该系统利用沙漠沙作为滤料，通过“机械过滤”、“化学作用”和“生物作用”净化污染水，一方面可使沙丘变得湿润而不再移动，以固定移动沙漠；另一方面又能净化污染水，最终起到“以害克害、固沙治水、一举多得”的良好综合生态环境效应。“沙漠沙丘系统”是一种绿色的水处理系统，所需的原料和生成物都属于自然界存在的物质，无二次污染的发生。该系统可以把官厅水库水由五类和超五类处理成二～三类水。其原理同样适用于水—土重金属的“断源、截流和末端治理”综合修复。

　　研发长效土壤修复剂——

　　降低农产品中重金属含量

　　目前，国内不少土壤修复剂存在以下问题：一是修复后由于生成物容易被氧化、中和或溶解而导致失败，重金属重新释放出来，还容易造成土壤板结；二是使用的材料在土壤环境中不稳定，容易分解或降解。尽管有学者配合以纳米和微生物等新技术，但依然不能避免修复效率低和长期稳定性差的弊端。

　　为了避免上述问题，资源所土壤修复科研团队充分发挥岩石学、矿物学和元素地球化学等的学科优势，利用不同天然矿物材料对重金属的专属吸附性，研发高效土壤重金属稳定化剂。经过进一步的物理、化学和纳米的改性，形成特殊微观结构可将重金属禁锢在土壤微粒中，不易被氧化、分解和重溶，从而使得修复效果具有长期稳定性。在北京、天津、福建和河南等地的现场小试、中试和或典型示范，均证明了这些修复剂具有效率高和长期稳定的特点。新型修复剂可降低65%以上的土壤活动态重金属，并降低70%~95%的农产品中的重金属。

　　高效低成本重金属提取技术——

　　永久性修复重金属污染土壤

　　陈明带领研究团队将土壤系统看作成矿系统，用电动力模拟多期次脉动热液成矿作用过程，人工模拟地球化学障研发重金属捕获器，形成了具有地学特色的“原地异位”的EK-SS电动修复技术，可以在48~72小时内将土壤中重金属去除60%~90% ，而且成本接近于美国环保局最为推崇的稳定化法，具有巨大发展前景。

　　该技术可以实现重金属污染土壤的永久性修复，而且低成本，速度快，目前已经具有阳离子重金属污染土壤修复和有机污染土壤修复两大功能，可应用于城市污染场地、矿山周边重污染土壤、工矿固废、放射性污染废渣等处理。由于电动修复属于永久性修复技术，是2014年环保部颁布的《污染土壤修复导则》中规定、在相同条件下优先使用的技术。

　　随着“土十条”的实施，课题组今后将重点解决常规技术不能或难以解决的矿山环境、选冶企业、城市高价值污染地块和重金属企业废水、固体废弃物的处理问题，目标是永久性去除目标物中的重金属及重金属的回收，切断土地重金属的污染源。同时，发挥电动修复和土壤重金属固定稳定化技术方面的特长，将现有的修复技术应用于工矿、有色金属选矿与冶炼、石油加工、化工、焦化、电镀、制革等污染土壤（废渣）的修复，尽快将已有技术和产品产业化、市场化。