东北农田土壤报告.docx

1、东北农田土壤报告我国东北主要农田土壤污染物分析研究董 瑜 袁建霞 张 薇1. 引 言绿色农业是充分运用当代先进的科学技术，加强对自然资源的合理开发利用，提高资源利用效率，减少污染排放，保护和改善农业生态环境，倡导农产品生产标准化，全面推动协调、可持续的农业发展模式。发展绿色农业必须减少环境污染，保护与改善农业生态环境，保障食品安全。我国主要农业地区因过量施用农药、化肥和其他人为的污染排放，导致土壤污染加剧，农业生态环境恶化。本项目将针对东北地区的农田土壤污染问题，确定东北地区主要的农田土壤污染物和污染水平，确定主要的农业土壤污染物的地理分布和污染态势，为改善东北地区农业土壤的环境质量、发展绿色

2、农业提供决策依据。2. 研究区域概况东北地区的行政范围曾包括黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古东部的三市一盟（以前是三盟一市），但“十一五”规划重新将大陆地区划分为东部地区、东北地区、中部地区和西部地区四大经济板块，旨在解决区域协调发展问题，其中东北地区包括黑龙江、吉林和辽宁三省。本文研究的东北地区与国家“十一五”规划中的东北地区范围相同，亦即包括黑龙江、吉林和辽宁三省。2.1 自然基础（1）自然条件东北地区全境位于东经1153213510和北纬38435335之间，呈三面环山、平原中开的地表结构。其南北跨越17个纬度，分布着寒温带、中温带和暖温带三个温度带，东西横贯20个经度，分为湿润、半湿润和

3、半干旱三个干湿地区，气温、水分和地貌三大自然要素的交互作用，使东北地区内部形成了不同的生态地理系统，自东而西分别为东部山区林地、中部平原和西部草地，各自发挥着相应的功能和作用。东北地区是我国森林面积最大的区域，自然景观以冷湿性的森林和草甸草原景观为主，黑土为代表性土壤，是世界著名的三大黑土分布区之一。（2）资源禀赋东北地区资源禀赋条件优越，且地域组合良好，各类资源在质和量方面居于各大经济区前列。东北地区土地资源总面积约占全国总面积的8.3%，2007年全区耕地面积为2145.9万公顷，占全国耕地总面积的17.63%；人均耕地面积0.20公顷，是全国人均耕地面积0.09公顷的2.2倍。耕地面积大

4、且集中连片分布，集中分布于松嫩平原、辽河平原和三江平原，其次分布于山前台地及山间盆谷地。耕地土壤比较肥沃，尤其是黑土、黑钙土、草甸黑土和草甸土，有机质和氮素含量丰富，是我国耕层有机质含量和氮素含量最高的土壤。肥沃的耕地集中连片分使东北地区成为我国最好的一熟制作物种植区和商品粮基地。根据中国1：100万土地资源图量算，东北地区无限制、质量好的一等耕地面积所占耕地总面的比例超过60%；有一定限制、质量中等的二等耕地面积约占耕地总面积的比超过31%；有较大限制、质量差的三等耕地约占耕地总面积的3.19%；不宜农耕种的耕地仅占总耕地面积的0.54%。此外，东北地区还有丰富的后备耕地源，约占全国总后备耕

5、地资源的23.1%，仅次于西北地区和内蒙古自治区。东北地区是全国重点林区，现有林地面积3466.5万公顷，占全国有林地积的12.2%，森林总蓄积量为23.7亿立方米，人均森林资源占有量约为全国平水平的2.2倍。东北林区木材品种齐全，林质优良，树的种类有100多种。野动植物资源也相当丰富，据不完全统计，森林野生植物共有2400多种，其中用植物800多种，可食用植物1000多种；已查明的野生经济植物有800余种堪称我国的“生物资源宝库”。东北地区矿产资源分布广，种类繁多，已探明储量的矿种有84种，占全已探明矿种的64%，其中有近60种为大中型矿床。累计探明储量占全国首位有石油、铁、金、镍、锰、钼、

6、菱镁、金刚石、石墨、膨润土等；居全国前的有铜、镁、铅、锡、石膏、大理石等。其中，铁矿石的基础储量占全国32.1石油占33.1%，天然气和煤炭储量约占6.8%。新一轮全国油气资源评价（2年12月2004年12月）常规油气资源评价成果汇编中的数据显示，黑龙江相关盆地的石油量为88.79990.105亿吨，天然气量为11805.7412103.9m3；吉林省相关盆地的石油量为31.733亿吨，天然气量为3707亿m3；辽宁相关盆地的石油量为0.41亿吨。64尽管经过建国以来的高强度开发，东北地区一些资源出现枯竭的迹象，资保障程度有所下降，但人均耕地、人均自然资源、人均生物资源等人均自然资仍高于全国平

7、均水平，具有比较大的开发潜力。但东北地区水资源相对短缺。全区多年平均水资源总量为1987亿m3，年人均水资源量1022.6m3，耕地亩均水资源量341.6 m3，均低于全国平均水平，2007年，全区水资源开发利用率为27.5%，其中，松花江区水资源开发利用率24%，仍具有一定开发潜力，但为了保证松花江的生态和环境及航运等要求，松花江流域经济社会净耗水量不能超过水资源总量的40%；辽河区水资源开发利率为39%，其中的辽河水系和浑太河水系均处于过度开发状态，缺水污染问题分严重，目前该区社会经济缺水量为20亿m3。东北地区水资源空间分布极不匀，周边水多，中西部缺水，有2/3水流入界河，呈现出“边缘多

8、、腹地少“北丰南欠，东多西少”的局面。而且丰水期和枯水期呈现一定周期性，年年际变化十分明显。这样的水资源特性加剧了水资源供需矛盾，增大了未来水源开发利用、水资源配置的难度。2.2 面临的主要问题东北地区凭借其良好的资源禀赋成为全国最大的商品粮生产基地，最大的林区和木材生产基地以及重要的能源、重化工基地，为中国经济的发展做出了重大贡献，在未来的现代化建设中仍具有十分重要的战略地位。但我们应该清醒地看到，东北地区在做出这些重大贡献的同时，也付出了沉重的生态环境代价。伴随多年的开发开采，近年来东北地区的生态环境遭到了严重破坏，生态质量已达到临界点，而且生态环境的继续恶化并没有停止。资源的开发与浪费已

9、经严重影响东北地区的可持续发展，并在很大程度上抑制了经济发展。东北地区是中国近百年来以耗竭大量自然资源和严重破坏生态环境为代价的外延型经济发展的典型地区。66（1）土壤退化污染严重东北地区土壤侵蚀面积约有18万2，占土地总面积的22.7%。其中，水蚀面积154047km2，风蚀面积25518km2。严重的水土流失导致黑土层厚度明显变薄，至少已有4.47万km2的黑土流失。据估算，东北黑土地正以每年0.71cm的速度流失，而形成1cm厚的黑土则需要300500年时间。据1979年的第二次普查统计，黑土层厚度在16-72cm之间，平均约为44cm。但2003年以后，黑土层厚度在40cm以下的约有5

10、0%，许多地方的黑土层已经消失，土壤有机质也从开垦前的8%10%下降到3%左右。专家认为东北黑土区严重的水土流失正在流失着黑土区作为国家重要商品粮基地的基础，也正在流失着人类赖以生存的基础。严重的水土流失导致土地贫瘠，河湖水库淤积，生态与环境恶化，加剧了洪涝干旱和风沙灾害。据统计，50年间东北地区沙化面积扩大了1.2倍，平均每年扩展57 km2。其中，以辽河流域沙化面积增加最多，达1918km2。盐碱化主要发生在松嫩平原，其碱化面积已占1/3，并以每年1.4%2.5%的速度发展。草原退化更为严重，碱化面积已达2/3，而且已有1/3的碱化草原地沦为弃地。科尔沁草原的70%80%面积发生了不同程度

11、的碱化。吉林省西部的大安一带，是苏打盐渍土的集中分布区，由于气候的连续干旱，过度放牧，近年来苏打盐渍土有加重发展趋势。东北地区土壤污染情况日益严重。黑土区的土壤污染主要来自以下三个方面：一是农药、化肥等引起的污染。由于土地的流失现象日益严重以及地力的不断下降，人们将农业增产寄希望于化肥，农药等石化产品的大量投入。据黑龙江省环境检测部门调查，1995年典型黑土区耕地平均农药用量为1.5千克/2，化肥用量为426千克/2。这些化肥、农药只有30%被利用，其余部分不仅直接污染了施用地，还通过地表径流或污水灌溉污染了非施用地。二是农用地膜等白色污染。近年来农用地膜使用面积逐年增加，没有及时回收，大量残

12、留在耕地中。由于地膜难以腐烂分解，因此对黑土造成很大的伤害。三是工业的“三废”排放量增加，土壤金属污染严重，使滞留于土壤中地有害物质急剧增多。（2）河流污染、断流现象及地下水超采严重水环境污染是当前东北地区面临的最大环境问题。东北地区重化工为主的工业结构、密集分布的城市、相对发达的工农业及脆弱的自然环境，导致污染物排放总童超过环境自净能力，全区河流普遍受到不同程度污染，辽河、浑河、图们江、第二松花江、松花江等污染均已很严重，城市地下水污染也很普遍。据统计，辽宁省年污水排放量在20亿吨以上，其中未经处理不符合排放标准的污水约8亿吨；黑龙江省年污水排放量在60亿吨以上，其中大部分未经处理即行排放。

13、河流水质呈不断恶化趋势，2000年全流域地表水IIII类水质不足评价河段的40%，超标河长达60%以上的地下水已不能饮用。按功能区水质达标分析，河流水功能一级区达标率仅为26.5%，二级区达标率也只有37.5%，全区水质达标率不足一半。地下水资源中，优于和等于类地下水的资源量所占比例为37.8%。其中，松花江区劣于类地下水的资源量占52.6%，辽河区劣于III类地下水资源量的比例高达81.1%。污染区主要分布在松嫩平原的齐齐哈尔、大庆、松原和辽河平原的通辽、沈阳、辽阳等地。另外广大农村的面源污染也日趋严重。严重的水环境污染进一步加剧了东北地区水资源的供需矛盾，使有限的水资源丧失了开发利用价值，

14、破坏了水生生态系统的平衡，既影响城市居民集中饮用水源的质量，也影响河流两岸的地下水，甚至一些流城的土壤以及近海海域。随着东北地区气候变化及全区用水量的增加，辽河流域的西辽河及其支流、辽河干流的上游段均出现过断流情况。其中，辽河干流1980-2000年断流达8次，累计123天，最大长度达60km，最长断流时间为60天。松花江水系的断流河流发生在流域中部，霍林河、乌裕尔河、双阳河均发生过断流，1980-2000年，有6条支流断流。最为严重的是嫩江右岸的支流霍林河，累计断流30次，共3391天。地下水利用程度偏高，尤其是辽河区达73.5%。地下水超采以城区最为严重，几乎所有的大中型城市地下水均存在严

15、重超采现象，致使地下水水位下降，地面下沉，形成大面积的地下水降落漏斗，对水资源的正常循环产生不利影响。2000年，黑龙江省大庆地区地下水下降漏斗区面积达5560 km2，哈尔滨市为430km2；辽宁省沈阳市地下水漏斗区面积为513 km2，辽阳市为310 km2；吉林省四平市地下水漏斗区面积为109 km2。（三）矿业地区的环境问题严重一些资源型城市，由于不合理的开采方式和治理滞后，诱发了一系列生态破坏及环境污染问题，而且有逐年加重的趋势。生态退化主要表现在地表植被覆盖率降低、土壤沙化、盐碱化、草场退化、地下水位降低等。以典型的石油型地区大庆市为例，目前该市森林覆盖率仅为9.1%，比全国平均水

16、平低7.45个百分点；草原退化、沙化和盐碱化面积已达84%，特别是油田开采区草原荒漠化程度已达95%。72在矿区，由于地质作用和人为作用的地质灾害也比较频繁，主要表现形式有：开采地的地面塌陷沉降、矿山固体废弃物的占地、瓦斯爆炸、崩塌、矿坑突水、污染、边坡不稳定以及矿山排水的出路等。此外，还普遍存有地质环境恶化，破坏土地资源，水均衡失调等生态灾害。如辽宁省中部城市群的10个大中型铁矿区，占地总面积达119 km2，破坏土地面积81.67 km2，采场面积22.84 km2，排土场、尾矿库占地面积58.83 km2。73在矿区，东北地区采煤沉陷区面积达到1000 km2以上，受影响居民25万户、7

17、0多万人。以辽宁抚顺本溪地区为例，由于长期采用冒落法大面积开采煤炭，抚顺市现已形成一个大的塌陷区，塌陷面积总计30 km2，最大陷坑深28m，本溪城区由采煤引起的塌陷面积达93.5 km2。塌陷导致抚顺、本溪地区大面积土地资源遭到破坏，很多房屋被破坏，部分铁路、公路被迫停运，地下运输管线严重破坏。矿山地质灾害已经严重影响到当地人民的日常生活，并频繁发生危及人民群众的生命和财产安全的严重事件。鸡西矿区地下采空面积已达214 km2，地面沉陷面积达156 km2。几乎所有的东北矿业地区都存在废弃物污染问题。在葫芦岛市杨家杖子矿区内，长期开采所伴生的矿砂，已经形成一个面积7.75 km2的汇集区，不

18、仅耗费大量土地资源，还严重地污染地表及地下水资源，导致当地居民日常生活用水极端困难，生存环境异常恶劣。矿砂还具有很强的放射性，对当地居民健康存在潜在影响。黑龙江东部4个煤城（鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河）的煤矸石每年以700万吨左右的速度增加，总堆集量已超过2亿吨，不仅占用土地、堵塞河道，每年还排放甲烷2.96亿m3。3. 研究目的与方法3.1 研究目的与意义土壤是一个国家最重要的自然资源，是农业发展的物质基础，农田的土壤品质也直接影响着农产品的产量与质量。近20年来，我国伴随着工业化、城市化、农村集约化进程的不断加快，土壤污染问题日益突出，对农业安全生产构成了威胁。东北作为我国最重要的粮食生产

19、基地，提供着占全国总量30%的商品粮、40%的大豆和50% 的玉米，对整个国家的粮食供给和粮食安全起着重要作用。但是，由于粮食产量需求的日益增大造成的一味追求产量的商品粮生产模式，导致大量化肥和农药在农业生产中使用，再加上工业化发展等其他人为因素，使得农田土壤污染不断加重。因此，为持续利用和保护我国东北地区的土壤资源，改善土壤环境质量，保障农业生产与食物质量安全，需要关注和重视其农田土壤保护和污染修复问题，摸清土壤环境质量状况，分析污染源和污染物，并采取有效的预防控制和修复措施和技术。3.2 研究方法报告采用的研究方法主要包括定性调研、定量分析、专家咨询等。（1）定性调研包括文献调研、网站及其

20、他开源资料调研。其中文献调研是在维普、知网、重要会议、SCI-E数据库中检索东北地区土壤污染相关论文，对文献中的农田土壤污染信息包括污染位点空间分布、污染物种类、污染来源等进行调研分析。网站调研主要是调研世界主要发达国家和地区的土壤保护与修复该领域的相关法律、政策举措、科研计划与布局等进行系统调研和分析。（2）定量分析包括文献计量分析和专利分析。文献计量分析以SCI-E为数据源，利用关键词检索，获得国际土壤污染修复研究相关论文数据集，利用汤森数据分析家（Thomson Data Analyzer，TDA）对论文的数量、重要国家和机构，及研究主题等进行挖掘和分析，以揭示当前土壤污染修复的研发趋势

21、、热点、重点等。（3）综合分析在综合上述定性调研和定量分析及其他方法（如专家咨询）所获得的分析结果的基础上，结合我国东北土壤环境质量状况，提出适合东北地区土壤保护和修复技术体系与工程应用的科技策略与实施对策。4. 从文献计量学角度分析东北农田土壤污染研究状况以维普资讯-中文科技期刊数据库和中国知识资源总库的中国期刊全文数据库、中国博士学位论文全文数据库及中国优秀硕士学位论文全文数据库为数据源，利用关键词检索2000年以来发表的东北农田土壤污染研究论文（检索日期是2011年11月11日），并对检索到的论文进行人工判读，最终确定有88篇为研究东北农田土壤污染状况的相关论文。然后以这88篇论文作为数

22、据集，对论文发表年、论文类型、发文机构、所研究的目标地区及污染物种类和类型等进行了分析。4.1 论文数量的年度分布2000年以来发表的有关东北农田土壤污染状况的研究论文数量在各年度的分布如图1所示，呈现两个波峰，第一个是2004年，从2001年的2篇增加到了2004年的11篇，之后显著下降，然后从2006年又开始上升，并在2009年达到第二个峰值，17篇，2009年后又呈下降趋势（由于数据入库的滞后性，2011年数据仅供参考）。20062009年间是东北农田土壤污染研究论文的高发期。图1 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文的年度分布4.2 论文类型分布在研究东北农田土壤污染状况的这

23、88篇论文中，以期刊论文居多，有71篇，约占论文总量的82%，其次是学位论文（其中9篇硕士学位论文，5篇博士学位论文），有14篇，约占论文总量的14%，另有会议论文和博士后出站工作报告各1篇，分别约占论文总量的1%（图2）。图2 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文的发表类型分布4.3 发文机构分析从论文第一发表机构的性质来看，大学发表的相关论文最多，有47篇，约占论文总量的53%，其次是研究机构，有25篇（其中中国科学院所属机构发表了21篇），约占论文总量的28%，排在第三位的是环保部门，发表了13篇，约占论文总量的15%。此外，还有其他机构，包括绿色食品部门和农村经济发展部门，共

24、发表了3篇（图3）。图3 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文数量在各类发文机构的分布从论文第一发表机构的所在地来看（图4），辽宁省所属机构发表的论文数量最多，有44篇，占论文总量的50%，其次是吉林省所属的机构，发表了22篇，占论文总量的25%，排在第三位的是黑龙江省，发表了12篇，约占论文总量的14%，三省所属机构共计发表78篇，约占论文总量的89%。此外，由其他省市所属机构作为第一机构发表的论文也多与当地机构进行了合作。这表明，土壤污染状况研究具有区域性，相关研究多由当地机构开展。图4 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文发文机构的所在地分布4.4 论文的研究主题分析

25、4.4.1所研究的目标污染地分析（1）污染地的行政区划分布在这88篇研究论文中，专门研究辽宁省所属地区土壤污染状况的论文数量最多，有51篇，约占总发文量的58%，专门研究吉林省或黑龙江省所属地区土壤污染状况的论文数量相当，分别有15篇和14篇。另有3篇研究的污染地同时涉及吉林省和黑龙江省，还有5篇论文研究的区域同时涉及三个省（图5）。图5 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文所研究的污染地的行政区划分布进一步分析具体研究的各省污染区域表明，在研究辽宁省所属地区土壤污染状况的56篇论文（其中5篇同时研究了东三省）中，研究最多的地区是沈阳，有24篇，约占43%，其次是葫芦岛，有9篇，盘锦

26、和阜新分别有5篇和4篇；在研究吉林省污染的23篇论文中（其中8篇同时研究了两省或三省），研究最多的地区是长春，有15篇，约占65%；在研究黑龙江省污染的22篇论文（其中8篇同时研究了两省或三省）中，被研究最多的地区是哈尔滨，有13篇，约占59%。（2）污染地的功能类型分布通过对研究论文中明确的采样地的功能类型进行分析，发现所研究的污染田地主要依次分布在矿区、郊区、污染企业、垃圾处理场及工业园区等周边（表1）。另外，针对污灌区和黑土区农田土壤污染研究的论文也较多，分别有11篇和6篇。表1 20012011年东北农田土壤污染相关研究论文所研究的污染地的主要功能类型及相关论文数量污染地的功能类型相关

27、论文数量（篇）矿区18郊区10污染企业周边7垃圾处理场周边5工业园区周边3城乡结合部2畜禽养殖场周边14.4.2 所研究的污染物分析根据86篇污染物类型明确的论文，研究最多的是重金属污染，其次是有机物污染。其中有72篇专门进行重金属污染研究，约占该论文总量（86篇）的84%，有10篇专门研究有机物污染，约占该论文总量的12%。另有4篇论文同时研究这两种污染（图6）。图6 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文数量的污染物分布对于重金属污染，根据重金属污染物种类明确的74篇论文（其中2篇既研究了重金属又研究了有机物），被研究较多的重金属污染依次有铅、镉、铜、锌、砷、铬、镍、锰、钼、铁、锡

28、和钒污染（图7）。其中，研究铅污染的论文最多，有61篇，约占论文总量（84篇）的82%,其次是重金属镉，有58篇论文研究镉污染，约占论文总量的78%，排在第三位的是铜，有56篇论文研究铜污染，约占论文总量的76%。图7 20012011年东北农田土壤污染研究相关论文中研究各种重金属的论文数对于有机物污染，根据有机污染物种类比较明确的12篇论文（其中2篇既研究了有机物又研究了重金属），研究的主要有机物污染种类有三种，即多环芳烃、石油烃和有机氯农药（主要是六六六和滴滴涕），各种类分别都有4篇论文开展了研究。5. 东北主要农田土壤污染状况5.1 重金属污染土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量

29、有害元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高等，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。本部分在上述文献计量学分析的基础上，遴选出研究较系统全面且具有地域代表性的东北农田土壤重金属污染状况相关研究论文，进行人工阅读，从中分析总结东三省有关地区的重金属污染状况，包括污染区域、污染物、污染程

30、度及污染来源等。5.1.1辽宁省辽宁省是东三省中相对污染最严重的一个省，所以有关辽宁省农田土壤重金属污染的研究论文也最多（见上述文献计量学分析部分）。通过文献阅读，归纳分析出如下地区的重金属污染状况。（1）沈阳根据沈阳市环境监测中心站20052008 年对沈阳市66.5万hm2 农田土壤和污灌区土壤进行的监测，沈阳市土壤环境质量整体状况良好，砷、铜、总铬含量均值低于沈阳市土壤背景值；镉、铅含量均值接近于背景值；总汞含量均值为0.09 mg/kg，超过背景值0.8 倍。有92.5%的监测点位达到土壤环境质量标准（GB 15618-1995）规定的二级标准，主要分布在新民、法库、康平、新城子等远郊

31、地区；超标点位仅占7.5%，主要分布在于洪、辽中细河沿岸部分地区。所有点位铅、铜、总铬含量都达标；但镉、汞出现超标现象，超标率分别为3.8%和2.5%。沈阳市农田土壤监测结果和背景值见表2。表2 沈阳市农田土壤重金属监测结果和背景值项目镉汞铅砷铜总铬结果范围（mg/kg）未检出-2.67未检出-1.668.6-84.12.7-21.633.5-66.84.06-113均值（mg/kg）0.140.0922.006.4015.1037.81超标率（%）3.82.5背景值（mg/kg）0.160.050.058.7924.5757.69鉴于土壤重金属污染最严重的地区主要分布在细河沿岸的污灌区，所以

32、沈阳市环境监测中心站于2007 年进一步对细河沿岸的农田土壤进行了加密监测。监测结果显示，细河沿岸农田土壤铅含量范围为16.7340.6 mg/kg，均值77.2 mg/kg；镉含量范围1.288.23 mg/kg，均值2.95 mg/kg。按照国家土壤环境质量二级标准衡量，土壤铅超标率12.5%；镉超标率100%，平均超标8.8 倍，最大超标倍数达26.4 倍。由此可见，细河沿岸土壤全部处于重污染水平，而且污染分布呈现上游污染较重，距细河越近污染越重及025 cm 的土壤表面耕层污染物含量最高的规律。沈阳地区重金属污染的主要原因是，沈阳市是重工业城市，铁西老工业基地原有金属冶炼、化工、纺织、机械加工等行业。过去由于生产工艺落后，每年有大量含重金属的工业“三废”排放。同时，沈阳市郊区过去普遍采用未经有效处理的城市污水灌溉农田，污水灌溉长达30