我国基本农田土壤污染源分析

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由于我国人口不断增加，城市化建设逐年加大，耕地面积减小，为保障粮食供给，要通过各种技术手段来提高单位面积粮食产量，其中包括地膜覆盖栽培技术的应用、化肥施用、农作物化学药剂、植物生长调节剂及病虫草害防治等技术的应用推广。伴随着农业新技术的应用，农田主要污染正日趋加重，对目前我国农业新技术应用情况分析，基本农田土壤主要污染源为地膜、农药、化肥以及水源污染等，本文着重对地膜、农药、化肥所造成的田间污染进行分析。

1地膜发展历史及污染

日本是世界上研究、应用地膜最早的国家之一，始于20世纪50年代，首先在草莓上开展试验，并很快实现了推广应用，1977年日本全国120万hm2旱地作物中地膜覆盖面积就已超过20万hm2，保护地内地膜覆盖率达到93%以上，日本先后开发了普通透明地膜、彩虹膜、黑色膜、绿色膜、银灰色避蚜膜、除草膜、有孔膜及耐候易回收地膜等多种功能地膜，并实现了在农业上的广泛应用。1978年我国从日本引进全套塑料薄膜地面覆盖栽培技术，1979年在全国进行了44 hm2蔬菜地膜栽培试验，增产效果达30%~50%，1980年地膜覆盖栽培面积扩大到1 667 hm2，1981年随着我国国产LDPE树脂地膜面世，地膜覆盖栽培向多区域、多品种发展，由最初的蔬菜扩展到棉、麻、粮、烟草、瓜果等各类作物[1]，同时可以使一些农作物稳产、早熟，还可以使部分喜温作物的栽培极限范围纬度北移2~5°，即向北推进500～1 000 km以上，或海拔向上延伸500～1 000 m[2]，有效改善作物生长的小环境，提高产量，该技术应用后，一般增产30%左右，如地膜玉米增产1 500 kg/hm2，小麦增产1 275 kg/hm2，大豆增产600~750 kg/hm2，花生增产750 kg/hm2以上[3]，地膜应用为农业增产、农民增收做出了巨大的贡献。

但随着地膜应用面积的逐年扩大，伴随着不同地膜覆盖栽培技术的推广，同一地块地膜使用量在逐年攀升，自1987年引进至今，我国地膜覆盖面积和使用量一直居世界第1位。2008年我国地膜投入量为117.8万t，比1991年增长了4倍，年均增长率达到7.9%，地膜覆盖面积达到1 561.3万hm2，年均增长19.9%，地膜覆盖栽培正从当初的中国农业白色革命向白色污染过渡，研究表明，20多年来我国推广地膜覆盖栽培技术应用面积累计超过2 000万hm2，同时导致了近200万t地膜残留在土壤中，占使用量的25%～33%[4]。据农业部调查，所有地膜覆盖过的农田土壤均有不同程度的地膜残留污染，残留量平均为60 kg/hm2，最高达135 kg/hm2。通过对河南省部分地区花生田进行调查，耕作层土壤地膜年均残留量为66～135 kg/hm2 [5]；花生、西瓜、蔬菜采用地膜覆盖栽培技术后，田间残留地膜分别为27.45～69.00、40.65～76.35、30.00～51.60 kg/hm2，分别占总用量的40%以上、70%～90%、25%～40%[6]，新疆棉花田土壤地膜残留污染最为严重，平均残留量为265.3 kg/hm2，最高可达381.1 kg/hm2，而且随着覆盖年限的延长，污染逐年加剧，通过对新疆棉花田10、15、20年地膜覆盖栽培区残留地膜量调查，残留量分别为262、350、430 kg/hm2 [7-8]。地膜是一种由聚乙烯加抗氧化剂制成的高分子碳氢化合物，具有分子量大，性能稳定，自然条件下可长期在土壤中存留的特点，对农业生产及环境、人身健康具有极大的副作用，特别是对土壤和农作物生长发育的影响尤为严重，首先是阻碍土壤毛管水和自然水的渗透，影响土壤吸湿性，从而阻碍农田土壤水分运动，使其移动速度减慢，水分渗透量减少。其次是地膜生产过程中添加邻甲酸-2异丁酯作为增塑剂，可挥发至空气，通过植物的呼吸作用由气孔进入叶肉细胞后，破坏叶绿素并抑制其形成，危害植物生长[9]，残膜破坏了土壤的理化性状，造成作物根系生长发育困难，阻隔根系串通，影响作物正常吸收水分和养分。作物株间施肥时，大块残膜隔离，会影响肥效，致使产量下降。已有研究结果表明：在土壤中地膜残留量达到37.5 kg/hm2时，冬小麦基本苗较对照降低25%，冬前分蘖较对照降低17%，表现为出苗慢、出苗率低、根系浅[10-11]。张保民等通过控制试验发现，当2 m2耕地中埋入2、4、8 m2的地膜后，小麦产量分别较对照减少15.3%、39.8%、46.2%。另外，农民焚烧地膜产生大量有毒有害物质，仅致癌物二恶英一项大约需经历7代人，140多年都难以彻底消失。由于地膜应用的普遍性和残留分布的广泛性，给残膜回收带来极大的困难，而所有的有毒物质最终归宿地是土壤和人体，因此地膜污染已经成为一个社会公害。

2化学农药应用历史及污染

在农作物和家畜所处的环境中，大约有5万种真菌能引起1 500种病害，全球大约有3万种杂草，其中1 800种以上可造成经济损失；此外还有1万种昆虫能产生各种危害。据估算，如果不使用农药，全世界粮食总产的50%将会被各种病、虫、草害所吞噬，使用农药则可换回其损失的15%。

由于人口不断增加，耕地面积难以发展，为保证粮食供应，使用农药来防治病虫草害，以换回农作物的损失显得尤为重要。我国自20世纪70年代开始，大面积推广应用各种农药，为农业丰收做出了不可磨灭的贡献。化学农药在保护植被的同时，也给土壤造成了污染[12-14]，破坏了农田固有的生态条件，且随着农药使用年限的延长，病虫草害的抗药性不断提高，迫使农药的用量逐年增加，为提高防治效果，剧毒、高残留农药应运而生，但随着使用年限的延长，药效渐不尽如人意，随着新农药、新剂型、新品种的不断推陈出新，病虫草害的抗药、耐药性也在逐年提高，同时也使部分或全部虫草害天敌减少或灭亡，难以形成有效的生物防治链条，破坏了田间自然生态系统。人们认识到滴滴涕等有机氯农药不仅对害虫有杀伤作用，同时对害虫的天敌及授粉昆虫等益鸟益虫也有杀伤作用，因而打乱了生物界的相互制约和相互依赖的相对平衡，引起新害虫的猖獗。另外长期使用同类型农药，使害虫产生抗药性，经初步调查，目前已产生抗药性的害虫有300种左右，其中农业害虫100余种。还有一个更为严重的问题，即农药的污染问题。农药过度使用，特别是滥用，加剧了农田土壤板结，使耕种条件恶化，农产品污染，品质下降，如相继报道的“毒豇豆”、“爆炸西瓜”、“激素韭菜”等，这些只是农药污染的表面现象，更深层次的将是对人体的影响。农药进入土壤后，经过土壤的吸附而留在土壤中，通过植物或食物链对人类产生持续的影响。一些农药在喷洒后，有些直接进入植物体内，有些通过植物根系的吸收作用进入植物或者其果实中。如蔬菜中农药的残留一直是影响人类健康的很重要因素。另外，有些农药，特别是有机氯农药，降解期长，而且很容易在动植物体内富集，人类食用这些被污染的动植物后，在脂肪中富集，进而引起一系列疾病[15-16]。据报道，在喷洒滴滴涕的土壤中发现蚯蚓体内有大量的滴滴涕残留，而且还高于周围环境中的滴滴涕含量，显然是通过食物链而富集的。值得注意的是，残留在土壤中的农药通过植物的根系可进入植物体内，不同植物体内农药的残留量决定于其对农药的吸收能力。不同植物对艾氏剂的吸收能力为：花生＞大豆＞燕麦＞玉米，农药被吸收后，在植物体内分布量由大到小的顺序是根＞茎＞叶＞果实[15]。决定化学农药在土壤中残留的因素有化学农药本身的化学性质、农药浓度、土壤的吸附性能、土壤酸碱度和氧化还原条件、土壤湿度、作物的覆盖情况、土壤耕作状况以及大气的相对温度和风速等。