工業化、城市化規模不斷擴大農地污染已成為中國嚴重的環境問題之一
作者分析了中國現行農地整理技術特點,認為現行的土地整理技術不同于國外先修復后整理的實施流程,對于在中國廣泛存在的輕微、輕度污染土地,應用現行污染農地整理時,會引起污染面積擴大、污染類型復雜、污染方式多元化等環境問題。
文章以土壤修復技術與土壤整理技術兼容性為出發點,提出通過構建污染農地的整理技術途徑有效地解決此類問題。作者強調,所提出的技術體系只適用于輕微、輕度污染農地的整理。中度、重度污染的農地,應先修復,后整理。文章為中國輕微、輕度污染農地整理提供了科學的思路和技術框架。
現行的土地整理技術實施可能會對生態環境帶來直接或間接的正面或負面影響逐漸引起人們的關注
中國人口持續增長和經濟高速發展,導致耕地持續減少。1998年至 2007 年,耕地面積從1.30 億 hm2 下降到 1.217 億 hm2,10 a 間下降了 0.08 億 hm2,直逼 120億 hm2 紅線。中國為緩解耕地供需矛盾,啟動了土地整理工程項目。通過多年的努力,中國共補充耕地 270 多萬 hm2,整治后農地利用率提高 5%~10%,農業生產成本下降 10%,生產能力提高了 10%~15%。這些在實現土地資源的合理配置,提高土地利用率、緩解耕地供需矛盾和改善生態環境方面發揮了不可低估作用。
隨著中國土地整理項目的推進,現行的土地整理技術實施可能會對生態環境帶來直接或間接的正面或負面影響逐漸引起人們的關注。大多數研究者已注意到土地整理對區域生態環境的負面影響,關注的領域多涉及水土流失、水文過程、生物多樣性減少、氣候變化、水、土、氣質量惡化等宏觀生態學問題,并對土地整理中生態環境保護技術方案、生態環境影響評價和生態補償問題進行了探討。這無疑為中國土地整理良性發展提出了深層次的問題思考和技術途徑探究。
但是,隨著中國經濟日益增長,工業化、城市化規模不斷擴大,耕地污染已成為中國污染面積最廣、危害最大的環境問題之一。據《全國土壤污染狀況調查公報》數據,中國部分地區土壤污染較重,耕地土壤環境質量堪憂,工礦業廢棄地土壤環境問題突出。全國土壤總超標率為 16.1%,其中重度污染點位占 1.1%。耕地土壤點位超標率為 19.4%,其中輕微、輕度、中度和重度污染超標點位分別為 13.7%、2.8%、1.8%和 1.1%,主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環芳烴?？梢钥闯?中國耕地土壤以輕微、輕度重金屬污染為主。針對以上特點,若利用中國現行的土地整理技術體系和工程措施對污染農地進行整理,勢必給大氣、水、土壤環境質量帶來一定的影響。而中國土地整理研究中鮮見涉及該領域的報道。
因此,本文在分析中國現行農地整理技術特點的基礎上,重點剖析污染農地整理過程中可能存在的環境污染問題,提出解決的技術途徑和對策。為中國污染農田土地整理技術提供科學的思路和技術框架。
中國農村土地整理概述
土地整理的內涵
土地整理是指在一定區域內,依據土地利用總體規劃,結合土地利用現狀,采取行政、經濟、工程、技術、法律等手段,通過對土地利用結構進行調整,對土地資源進行重新配置,以達到協調人地關系,提高土地利用效率,改善和保護生態環境,促進土地資源可持續利用與社會經濟可持續發展目的的措施。土地整理包括農地整理和非農地整理。農地整理包括農田整理、荒地開發、中低產田治理、劃定地界、確定權屬及改善環境,維護生態平衡等。非農地整理包括農村建設用地整理、城鎮建設用地的整理、大型建設項目用地的整理、各級各類開發區用地整理和鄉鎮企業用地整理等?，F階段土地整理的重點在農村地區。
土地整理模式
中國有綜合整理和專項整理兩種土地整理基本模式:綜合整理是在一定區域內對田、水、路、林、村等實行綜合整治,建筑物搬遷、廢棄地復墾、農田建設等統一規劃,同步實施;專項整理是本著先易后難,重點突破的原則,對田、水、路、林、村的某一項或幾項進行整治,待發展到一定階段后,逐步向綜合整治完善。一般而言,經濟發達地區,由于耕地相對短缺,土地后備資源不足、經濟水平較高,多采用“綜合整理”模式。而經濟欠發達地區,人地矛盾不明顯,土地利用率不高,農村社會化程度低,一般采用“專項整理”模式。
土地整理運作程序
土地整理是一項系統工程,不僅需要依據科學的規劃和有效地經濟措施和法律手段,還需要借助一系列生物、工程措施對水、田、路、林、村進行綜合整治。由于中國幅員遼闊,自然條件十分復雜,且社會經濟發展很不平衡,導致土地利用現狀存在較大的區域性差異。不同的學者結合整理區的實際情況,提出了不同的農地整理的運作模式。但歸納大多數研究與實踐發現,中國現行的土地整理運作模式分為:準備工作和確定整理區域、土地整理規劃設計、審批和組織實施、檢查驗收等 4 個階段(圖 1)。
從 4 個階段看,準備工作和整理區域確定階段注重項目區土地整理的潛力分析和目標確定等;項目區土地整理規劃階段強調結構優化、權屬問題、工程方案設計等;審批和組織實施階段關注主管部門審批、組織施工、登記造冊等;檢查驗收階段主要是資料匯總、歸檔和項目驗收等。
污染農地整理可能引發的環境問題
農地整理工程包括農田平整工程、農田水利工程、田間道路工程、農田防護林工程等。土地平整是農地整理工程的核心內容之一。土地平整工程占項目總投資的 70%~80%,這就意味著土方工程的量非常大。而對已經受到污染的農地,進行土地整理時,除了關注現行農地整理工程可能引起的土壤的侵蝕、生物多樣性減少、生態結構簡單化、水土流失等潛在的生態環境問題外,還要考慮工程實施過程中,大量的土方工程可能引發的環境問題。
引起污染面積擴大
在農地整理工程中避免不了土方的翻動、搬運、填土等。由于某些農地已經受到污染,工程土方的搬運、填土,不可避免地引起污染的擴散、轉移,最終導致污染面積擴大。污染土壤的上下翻動可能會因稀釋作用,使土壤中污染物濃度降低,但土壤污染深度往往加深,甚至會對地下水造成潛在的污染威脅。
引起污染問題復雜化
地處污染企業周邊的農村土地常因企業不同而導致土壤中污染物不同。如土壤中有機污染物大多來自石化企業;重金屬大多來自有色金屬開采和冶煉過程;放射核素大多來自核試驗、原子工業;病原菌多來自醫院廢水、生物制品、屠宰加工企業等。農地整理工程中土方的翻動、搬運、填土,可能由原來的單一污染轉為土壤復合污染,使土壤污染復雜化。
引起污染問題多元化
首先,污染農地整理施工過程中,會因風沙揚塵影響大氣環境。尤其是農地整理施工季節一般是在秋收后或春播前,正值干旱少雨,植被稀少季節,因風沙揚塵引起的大氣環境問題更為突出。其次,土地整理工程實施后短時間內土壤疏松、植被單一且覆蓋率低、土壤有機質缺乏等,土壤對污染物的固持能力降低,容易通過地表徑流污染水體,也可通過風蝕污染大氣。再者,污染農地整理過程中,會給施工人員身體健康帶來一定的危害。因此,污染農地整理會引起多元化的污染問題。
污染農地整理的技術途徑
污染農地整理的運作程序
中國現行的土地整理技術體系分為:準備工作和確定整理區域;土地整理規劃設計;審批和組織實施;檢查驗收等 4 個階段(圖 2)。而對于可能有污染風險的農地進行整理時,應在現有運作程序中增加工作內容。在準備工作和確定整理區域階段要增加農田污染現狀調查內容,以確定待整理的農地是否污染?什么污染物污染?污染程度？
重金屬污染農地整理的技術體系
本文根據課題組近年來的研究與實踐,就重金屬污染農地整理的技術體系進行分析探討,提出解決的思路和技術途徑。
重金屬污染農地整理技術體系的核心分為 3 部分:基于農地整理的農田污染調查技術,污染農田綜合防治及修復方案的篩選技術和污染農田綜合防治及修復工程技術(圖 3)。
基于農地整理的農田污染調查技術,是通過對待整理農地的自然概況、社會經濟概況、污染現狀、污染源等的調查,明確待整理農地是否污染?何種污染物污染?污染程度?這是污染農地整理工程方案設計的基礎。污染農田綜合防治和修復方案的篩選技術,是通過設計方案的技術可行性和經濟可行性分析,方案的情景分析和效果評價比選等,確定待整理農地污染綜合防治方案。污染農田綜合防治和修復的工程技術,是通過污染土壤修復技術、土地整理技術、農田污染源控制技術等的耦合,確定待整理農地污染綜合防治技術。
重金屬污染農地整理的工程體系實施
基于污染農地整理的農田污染調查與評價
農田污染調查包括帶整理農地基本情況調查、污染源調查、土壤污染調查等三方面。明確待整理農地污染來源、污染現狀,為農地整理方案設計和修復技術選擇提供依據。首先要通過收集整理與研究內容相關的各種圖件和統計文獻等資料,確定調查研究的區域位置和自然、經濟和社會概況,運用“3S”技術軟件制作研究區調查單元圖。然后依據研究區調查單元圖,按照有關國家規定和標準進行研究區的農田土壤污染源調查和土地質量調查與評價,調查流程圖如圖 4 所示。
由于調查目的不同,該技術與傳統農田污染調查與評價本質區別在于:傳統的調查更側重于按污染區域土壤類型、土地利用方式進行,而基于農地整理技術的調查,更強調以整理田塊為調查單元。調查的結果可為田塊土方供求關系、修復與否、采取何種修復技術等提供依據。
基于污染農田綜合防治的農地整理方案篩選
多方案篩選是一個復雜的系統工程,涉及到許多的因素,這些因素不僅包括經濟因素,而且還包括諸如項目本身以及項目內、外部的其他相關因素。針對污染農田綜合防治的農地整理項目而言,所涉及方案包括:農地整理方案、污染修復方案、污染防治方案等多方案篩選。首先,依據國家標準和行業標準進行方案的初選,通過技術經濟評價和社會環境評價對各方案進行組合,最后結合當地發展規劃進行綜合評價,比選出最優方案。具體內容和比選方法見表 1。
污染農地整理方案的篩選應遵循以下原則:
優先性原則
污染源控制方案和污染修復方案優先于農地整理方案;對生態環境影響小的方案優先于影響大的方案;對農民經濟效益影響小的方案優先于影響大的方案;整體規劃,統籌安排的方案優先于個體方案。
差異性原則
對于清潔區田塊,可直接進行土地整理,不需要污染修復;對于警戒區、輕微污染和輕污染區田塊,可采用土地整理與污染修復相結合的方法同步進行;對于中度和重度污染區田塊,則必須采用先修復,后整理。
逐級性原則
在污染農地整理時,土方的轉移要逐級進行,即不足的土方盡量按輕微和輕污染區、警戒區、清潔區逐級利用,多余的土方盡量按清潔區、警戒區、輕微和輕污染區逐級轉移。最大限度的防止土壤污染轉移和擴散,利用稀釋、自凈作用改善土壤環境質量。
兼容性原則
在選取污染修復技術時,除應考慮其自身的適用范圍和經濟技術可行性外,還要充分考慮到其與土地整理工程兼容性,確保提高土地利用率和改善農田質量的雙重目的。
污染農地整理工程技術集成
綜合防治工程技術分為 3 個方面:污染土壤修復技術、土地整理技術、污染源控制技術。調查發現,農田污染大多來自污水灌溉,因此污染源控制技術主要為灌溉水污染控制技術。本文以灌溉水污染控制技術為例,介紹污染農地修復技術、土地整理技術、污染源控制技術在污染農地整理工程中的集成,最終達到污染綜合防治的目的。
例如在表 2 中,根據污染程度的不同污染土壤修復工程技術分為原位修復和異位修復兩大類技術。對于輕微、輕污染農田,客土、換土、翻耕等工程措施均能達到降低污染物濃度的目的。而土地整理技術中土地整平、溝渠路整理和生態建設技術,均有一定量的土方翻動、轉移。這樣污染土壤修復技術可以和土地整理技術耦合。再如,灌溉水污染控制技術由生態阻隔技術和工程阻隔技術。生態阻隔技術主要是控制對環境長遠影響小的二類污染物進入灌溉水。主要利用人工濕地的土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用,通過吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化、植物遮蔽等作用,除去水中二類污染物,尤其是水中有機污染物,確保農田灌溉水水質。工程阻隔技術主要是通過在上游建攔蓄壩控制第一類污染物,包括總汞、烷基汞、總鎘、總鉻、六價鉻、總砷、總鉛、總鎳、苯并(a)芘、總鈹、總銀、總 a 放射性、總 β 放射性 13種。原則上不分行業和污水排放方式,不分受納水體的功能類別,一類污染物一律控制在車間或車間處理設施內,不得外排。只有當企業突發性污染事故發生時,一類污染物可能進入水體。上游建攔蓄壩的目的就是阻止進入水體的一類污染物通過灌溉水污染農田。這些工程也有土方的翻動與轉移,這樣污染土壤修復技術、土地整理技術、污染源控制技術可以耦合。表 2 中最后一欄給出了三大技術中各項技術耦合的可能性。
值得注意的是,并非所有有土方翻動、轉移的技術都能耦合。例如針對中度、嚴重污染農田,往往采取異位修復技術,先修復后整理。盡管修復過程中有大量的土方翻動和向污染處理設備轉移,但不能與土地整理技術和灌溉水污染控制技術耦合,以防污染面積擴大化和、污染問題復雜化。同時在工程實施過程中還應防止引起大氣、水體污染和對人體健康影響。總之,在實際應用中各項技術既有獨立的適用范圍和技術體系,又相互聯系。將三項技術有機結合,取長補短,事半功倍,才能最大限度的確保污染農地整理的經濟效益、社會效益、環境效益。
結論
農地整理是一項關系到國計民生的系統工程,尤其是面臨中國土壤污染形勢堪憂的現狀,農地整理工程更為復雜。因此,要求我們以整體觀念、全局觀念、系統觀念、環保觀念,對整理規劃和實施的各個環節、工程建設系統的內部和外部的各種相互關系充分考慮。
1)農地整理工程實施前,在現行的土地整理運作程序中“準備工作和整理區域確定階段”,增加農地污染狀況調查內容。通過對自然概況、社會經濟概況、污染現狀、污染源等的調查,明確待整理農地污染與否、污染類型、污染程度等。為污染農地整理工程方案設計提供依據。
2)污染農地整理工程方案設計中,在現行土地整理運作程序中“項目區土地整理規劃設計階段”,增加污染農地整理方案篩選和設計。遵循優先性原則、差異性原則、逐級性原則和兼容性原則,進行污染土壤修復技術、土地整理技術、污染源控制技術集成。通過對方案的技術可行性和經濟可行性分析確定初選方案,通過情景分析和效果評價優化方案,結合當地經濟社會發展目標最終確定農地整理方案。最大限度地防止污染問題擴大化、復雜化、多元化,確保污染農地整理的經濟效益、社會效益、環境效益。
3)在污染農地整理工程后,在現行土地整理運作程序中“審批和組織實施階段”,增加組織施工過程中大氣、水污染監測,目的是監控農地污染綜合防治方案和技術實施的效果。在現行土地整理運作程序中“檢查驗收階段”,增加農地整理后土壤環境質量評估,加強對整理后農田的評估、管理,達到協調人地關系,提高土地利用效率,改善和保護生態環境,促進土地資源可持續利用與社會經濟可持續發展的目的。
中國鄉村發現網轉自：《農業工程學報》 2016年第16期
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