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轻中度污染耕地安全利用与治理修复技术措施探讨

2023-01-04徐隆华王佳盟韩研科牛文静刘慧

农业开发与装备 2022年3期
关键词:水肥耕地有机肥

徐隆华,王佳盟,韩研科,牛文静,刘慧

(济南市农业技术推广服务中心,山东济南 250002)

0 引言

当前,我国越来越重视耕地的质量,对受污染耕地的治理体系也愈发完善。耕地是粮食生产的根基,粮食生产关系到国计民生。近年来,耕地发生着越来越大的变化,我国耕地受到一定程度的污染,耕地质量呈下降趋势。主要表现为以下几个方面:一是土壤酸化严重。这是由于酸雨和长期大量施用化学肥料等因素的影响。二是土壤受到重金属污染。土壤重金属污染来源主要是工业废水、废弃及固体废弃物、肥料等。三是农药残留的污染。四是水土流失和土壤侵蚀的污染。

造成耕地污染严重,耕地质量下降的主要原因有以下几个方面:一是对耕地保护认识不足、重视不够,存在重产出轻投入、重使用轻建设、重数量轻质量等问题。二是农业技术推广不够到位,农业技术推广人员结构不合理、工作经费缺乏等因素造成技术推广难以到位。三是有些地区城市化盲目扩张,导致耕地占补不平衡。四是对耕地土壤污染防治和修复认识不够。基于以上现状和原因,我们更应该重视受污染耕地的治理,以稳定粮食生产,确保粮食质量安全。通过参考相关技术文件,针对轻中度污染耕地,提出以下技术措施,以期为有关技术推广部门提供参考。

轻中度污染耕地即全国农产品产地土壤重金属污染普查所划定的低风险、中风险农产品产地,以及全国土壤污染状况详查所划定的安全利用类耕地。对于这类耕地可以采取农艺调控类技术、土壤改良类技术和生物类技术。农艺调控类技术包括替代种植、叶面调控、深翻耕、水分调控、优化施肥等,以上属于安全利用类措施。土壤改良类技术包括钝化剂原位修复等,这是属于治理修复类措施。生物类技术包括施用微生物菌剂、使用有机肥蚯蚓粪等。对于轻中度污染耕地开展治理时,应当优先采取安全利用类措施,阻断或者减少污染物和其他有毒有害物质进入农作物可食部分,降低农产品超标风险,安全利用类措施难以奏效时,再选取不影响农业生产、不降低土壤生产功能的治理修复类措施。

1 农艺调控类技术

农艺调控是指利用农艺措施减少污染物从土壤向作物特别是可食用部分的转移,从而保障农产品安全生产、实现受污染耕地的安全利用。

1.1 替代种植

替代种植是指调整作物种植种类或品种,将原本种植的超标食用农产品改种为非超标食用农产品或非食用农产品。不同作物种类或同一种类作物的不同品种对重金属的积累有较大差异,在中、轻度重金属污染土壤上种植可食用部位重金属富集能力弱,但生长和产量基本不受影响的作物品种,可以抑制重金属进入食物链,有效降低农产品的重金属污染风险。选择当前实践中已筛选出多种单一污染源下的重金属低累积作物品种,如镉低累积小麦、玉米、小白菜、番茄、豇豆等。农作物具有较强的区域性特点,每个作物品种都有其特定的适宜种植区,只能在其适宜种植区推广。结合当地主要作物品种、种植习惯,开展对重金属低积累品种筛选和应用,重点针对不同作物品种对重金属的吸收特点,选择抗性强、重金属低积累的农作物品种,在小麦或蔬菜等的种植区域进行示范及推广应用。鼓励市场经营主体对不再适宜种植食用作物的受污染耕地进行租赁流转,替代种植棉花或苗木花卉等非食用作物。建议实施种植结构调整后续补贴政策,确保农民收益不受损失。

1.2 采用叶面调控技术

叶面调控技术是指通过叶面喷施叶面肥的一项农艺措施。叶面通过喷施氮磷钾等营养元素,可以降低甚至消除重金属对农作物的毒害作用,可以减少农作物体内重金属的吸收及积累。通过施用氮肥,可以减轻铅锌等重金属对冬小麦幼苗叶和根的生长抑制作用,而且有研究发现随着施氮量的提高,抑制作用会增强。也有研究发现在小麦叶面上施用钾肥可以明显降低植株中锌的浓度。叶面喷施营养元素,可以改善农作物的铁供应,可降低镉等重金属在农作物植株内的积累。目前应用最广的叶面肥是磷酸二氢钾,可以同前期防治杂草和后期防治病虫害结合起来,实现一喷综防。

1.3 改变耕作方式

包括深翻深耕、粮豆轮作+种植绿肥、免(少)耕播种。通过深翻耕,可以将污染物含量较高的耕地表层的土壤与犁底层甚至是母质层的洁净土壤进行充分混合,进而可以稀释耕地表层土壤污染物含量。深翻耕的实施时间一般为春耕翻地或冬闲时,不需占用农时。可以根据当地种植习惯、作物类型、土壤类型和耕作层厚度等来确定深翻耕的时间、周期和深度。由于土壤有机质与养分多集中在耕地表层,深翻耕在降低耕地表层土壤污染物含量的同时,也会降低表层土中有机质和养分含量。因此,深翻耕后应进行配套施肥,满足农作物生长需要。

粮豆轮作是指实行玉米与大豆轮作,改善土壤理化性状,提高耕地地力水平。种植绿肥,提高土壤肥力,在不同季节,选择不同绿肥品种和粮食作物轮作,可以降低化肥用量,提高肥料利用率,减少化肥造成的面源污染,还可以提高土壤有机质含量,改善土壤结构,提高土壤适耕性。

免(少)耕播种是一种新的栽培技术,利用免耕播种机播种、施肥一次完成,能够改善土壤结构,减少水蚀、风蚀和养分流失,提高水分利用效率。免(少)耕播种与秸秆还田结合效果更好。

1.4 实施水肥调控优化措施

包括增施有机肥、施用有机无机复混肥、推广水肥一体化等优化施肥措施。优化施肥要根据当地土壤环境状况以及所种植农作物的种类,优化有机肥、化肥的种类和施用量。化肥的施用要根据作物特性结合当地耕作制度、气候条件、土壤状况、水利情况,选择适宜作物的氮、磷、钾肥料品种,避免化学肥料活化重金属污染物。肥料施用应把握适度原则,防止过量施肥引起土壤盐化酸化,防治过量施肥引起土壤养分不平衡问题以及可能的二次污染。

堆肥、沤肥、饼肥、人畜粪肥等都是良好的有机肥。通过选择腐熟、质地良好的有机肥来增加土壤有机质、改良土壤。用有机肥做基肥,可配合深耕施用。另外要加强有机肥源料分类管理和有机肥质量检测,严禁重金属超标的有机肥和沼液施入农田,防范重金属污染风险。

在传统大量元素肥料中添加有机质,比如有的复合肥或者复混肥中增加腐植酸,使用这些新型的肥料,除了能供应传统的养分外,还能补充具有改良土壤作用的物质,这对土壤有机质也是一种很好的补偿。根据作物不同生育期水肥需求特征优化田间水肥施用,采用低重金属含量的化肥、碱性肥料及低重金属含量的有机肥料,降低作物可食部位对污染物的吸收累积。

实施水肥一体化技术可有效减少肥料的使用量,可防止土壤中肥料过量造成土壤盐渍化,可防止土壤板结,实现水分和肥料在空间上耦合,大大提高水和肥的利用效率利于植物对水分和养分的高效吸收。

1.5 防止秸秆还田造成二次污染

针对受污染耕地种植产生的秸秆,根据受污染程度,进行分类处置,采用秸秆能源燃料化、原料化等综合利用技术,采取秸秆移除和无害化安全处置,慎将污染耕地的秸秆还田。

1.6 农膜减量与回收利用

农膜无害化处理措施为回收再利用,在田间捡拾环节,充分发挥县乡两级政府组织发动作用,对农户和农业生产经营主体残膜捡拾提出要求,研究通过将田间残膜捡拾和农业补贴发放挂钩、农膜“以旧换新”等多种方式调动农民回收地膜积极性;在回收体系方面,结合农资生产销售、再生资源回收等体系,考虑地区差异,合理布局废弃农膜回收网点和清转运能力;在资源化利用方面,按照就近就农原则,鼓励有条件的地区结合已有废塑料资源化能力开展集中化、规范化利用。

2 土壤改良类技术

土壤改良类主要是通过施用钝化剂、土壤调理剂等,降低污染物在土壤中的活性,阻控作物对土壤污染物的吸收。

钝化剂原位修复是指通过向土壤中添加钝化材料,如坡缕石、海泡石、蒙脱土、铁锰氧化物、黏土矿物粉、泥炭等,将土壤中有毒有害重(类)金属离子由有效态转化为化学性质不活泼形态,减少其在土壤中的转移,降低植物有效性及生物毒性。钝化技术效果和稳定性与土壤类型、土壤理化性质、重金属种类及污染程度、种植农作物品种,以及当地降雨量等密切相关,在大面积应用前,必须加强该技术的适应性试验研究,做到先小规模示范,再大面积推广应用。一方面,在实际大田推广应用中,要正确选择钝化材料种类,精准把握施用剂量,避免过度钝化和造成二次污染;另一方面,要避免对土壤理化性质及环境质量等带来负面影响。要跟踪监测土壤重金属有效态含量及农产品重金属含量的变化,以及土壤质地、理化性质、微生物群落结构以及生物多样性的变化情况,评估钝化的长期效应与可能产生的负面影响。

3 生物类技术

生物类技术主要是利用天然的或人工培养的功能微生物(藻类、细菌、真菌等),通过生物代谢功能,降低污染物活性,防控生态风险。微生物修复材料包括生物有机肥、微生物菌剂和复合微生物肥料等。施用量和施用种类需要根据当地土壤类型和种植的作物类型来选用。微生物的修复费用比较低,技术比较安全,对环境的影响较小。

3.1 使用微生物菌剂

化学肥料等的大量应用导致土壤微生物区系失衡、土壤板结、土传病害发生及环境污染的程度日益加重。可通过微生物菌剂中有效微生物的生命活动增加土壤养分,从而促进作物生长,并且维持作物根际间微生物区系平衡,进而提高作物产量,改善农业生态环境。使用微生物菌剂可以减少化肥用量,降低环境污染程度,通过微生物与植物间的互作提高植物抗病、抗逆能力。

3.2 使用生物有机肥蚯蚓粪

施用蚯蚓粪有机肥后可改变土壤物理性能,促使空气流通,加速微生物繁殖,有利于植物吸收养分,可增强土壤保水、保肥性。施用蚯蚓粪有机肥养分全面,富含有机质、腐殖酸及微生物菌群,能吸着盐基成分起交换作用。施用蚯蚓粪有机肥能分解土壤中的矿物质,供植物吸收利用,抑制植物土传病害,改善作物品质。蚯蚓粪既可改良土壤又可节省化肥农药,适用性强。

对轻中度污染耕地应加强源头防控,通过实行农业投入品准入管理,严禁施用重金属超标的化学投入品及有机肥。针对安全利用类耕地中的典型作物和污染物,因地制宜优先采取推广秸秆还田、增施有机肥、农膜减量与回收利用、低积累品种替代种植、粮豆轮作、水肥综合调控等技术措施,综合施策,减少或阻断污染物及其他有毒有害物质进入农作物,降低农产品有害物质超标风险,逐步实现农作物安全生产,确保农产品质量安全。

针对当季小麦,从现在到麦收前,要因地制宜选用喷施叶面肥、使用微生物菌剂、实施水肥一体化、优化施肥等安全利用技术措施。针对下季玉米,要抓住麦收到玉米播种前的窗口期,结合当地实际,选用“低积累品种+水肥优化调控+钝化剂原位修复”“深耕深翻+微生物肥料”等安全利用模式,集中实施安全利用和治理修复技术措施;在玉米生长期,可通过采用喷施叶面肥、水肥一体化等技术措施,进一步改善土壤环境质量。针对设施蔬菜地,探索开展土壤重金属修复试点工作,推广“低积累品种替代+水肥调控+钝化剂原位修复”等安全利用模式措施。对各项安全利用措施,要紧盯关键农时,及时实施到位。

4 防治对策及建议

除了采取以上治理修复措施,针对轻中度污染耕地,也要采取一些防治对策。

4.1 大力发展农业循环经济

积极发展资源节约型、环境友好型的循环农业是解决我国耕地污染问题的有效途径:推广节约型技术,加快高效节约机械的研发,积极开发生物质资源,培育生物质产业,提高农村废弃物的综合利用率,减少农村废弃物对耕地造成的环境污染。

4.2 积极推广农业清洁生产

提高认识人们对农业清洁生产的认识,建立农业清洁生产的指标体系、政策法规体系、技术体系。建立农业清洁生产的多元化投入机制。减少农业生产对耕地的污染物,减小耕地污染。建立农业生态补偿机制。鼓励和引导农户采用清洁生产方式,对采用清洁生产方工的农业生产者进行补贴,提高他们防治耕地污染的积极性。

4.3 加强农民自我保护耕地的能力建设

加强对农民群众从事生产的指导与服务。积极开展农业新技术的培训、化肥和农药科学使用的指导、农机技能的传授、农业科技知识的普及,及时为农民群众解决在生产中所遇到的问题与困难,为他们搞好农业生产创造条件,提供周到的服务。

5 结语

“耕地保护人人有责”,耕地质量直接影响我国粮食安全,耕地污染治理与修复是当前农业与农村可持续发展迫切需要解决的重大问题,随着治理技术的创新和生物技术使用的加大投入,通过源头管控加强防控,充分利用市场手段调动社会力量,共同参与轻中度乃至重度耕地污染治理与修复,确保耕地保护的可持续。

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