論土壤修復(fù)的突破點(diǎn)
2016年5月28日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，簡(jiǎn)稱(chēng)“土十條”，土壤污染與修復(fù)成為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)課題。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，部分業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，未來(lái)數(shù)年，全國(guó)將迎來(lái)土壤修復(fù)高峰。這對(duì)于深受“毒地”危害的農(nóng)民，特別是經(jīng)濟(jì)作物種植者和土地流轉(zhuǎn)大戶(hù)而言，無(wú)疑是利好消息。
雖然土壤修復(fù)是利國(guó)利民的好事，但是土壤污染有水質(zhì)污染、大氣污染、固體污染和農(nóng)業(yè)污染等多種類(lèi)，解決方法各異，見(jiàn)效甚慢，在發(fā)達(dá)國(guó)家尚且進(jìn)展緩慢，何況我國(guó)的土壤修復(fù)治理工作剛剛起步。所以我們面對(duì)現(xiàn)實(shí)情況，筆者科研小組提出：“預(yù)防再污染，控制已污染。聚焦突破點(diǎn)，循序全修復(fù)”的二十字指導(dǎo)方針。“預(yù)防再污染和控制已污染”，現(xiàn)在政府在積極行動(dòng)，全國(guó)人民在積極配合，土地保衛(wèi)戰(zhàn)已經(jīng)打響;“聚焦突破點(diǎn)，循序全修復(fù)”，由于修復(fù)土壤技術(shù)要求高，工程量浩大，見(jiàn)效慢，因此我們不能全線出擊，必須聚焦突破點(diǎn)，才能帶動(dòng)土壤修復(fù)工作的全面勝利。那么突破點(diǎn)在哪里呢?
根據(jù)國(guó)土資源部與環(huán)保部2014年聯(lián)合公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，全國(guó)土壤耕地污染超標(biāo)率高達(dá)19.4%。輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別是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(huán)芳烴。尤其是重金屬鎘污染加重，全國(guó)土地鎘含量增幅最多超50%。從污染分布狀況來(lái)看，南方土壤污染重于北方，長(zhǎng)三角、珠三角、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問(wèn)題較為突出，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大。特別是經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)，土壤酸化更為嚴(yán)重。公報(bào)顯示，重金屬污染超標(biāo)區(qū)域，基本都是土壤酸化板結(jié)的區(qū)域。
綜上所述，可以看出：
1、改良土壤應(yīng)該從修復(fù)酸性土壤開(kāi)始。經(jīng)筆者科研小組整理國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)專(zhuān)家的理論論證，和所做的有關(guān)研究證明：土壤中重金屬離子的生物有效性隨pH值的升高而下降。土壤中重金屬的溶解度與土壤溶液pH值的高低有很大關(guān)系，土壤pH值越高，重金屬越容易轉(zhuǎn)化為難溶性的化合物，重金屬的溶解度越低、活性就越低。研究還表明，每提高一個(gè)土壤pH值，不但顯著降低污染土壤中重金屬的活性，減少作物對(duì)重金屬的吸收，并且還抑制了重金屬向植物地上部分的遷移。因此只要我們將輕微和輕度污染的酸性土壤進(jìn)行改良，重金屬的污染就會(huì)顯著降低甚至消除。而且酸性土壤還能造成土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的流失、拮抗和微生物菌群失調(diào)，以及作物抗逆性衰減等現(xiàn)象。
2、改良土壤從占面積比例最大的輕微和輕度區(qū)域開(kāi)始治理，循序向中度和重度污染區(qū)發(fā)展。改良輕微和輕度污染區(qū)域，難度系數(shù)相對(duì)較小，更容易積累經(jīng)驗(yàn)，也能更快、更大限度的減少耕地污染帶來(lái)的損失。只要能夠改良輕微和輕度土壤污染區(qū)域，即可解決我國(guó)85%以上的土壤污染區(qū)域，剩下約15%的土壤污染區(qū)域，在已經(jīng)掌握相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，就相對(duì)容易修復(fù)了。
既然我們找到改良酸化板結(jié)土壤是解決土壤污染的突破點(diǎn)，那么我們就應(yīng)該研究酸化板結(jié)土壤。
請(qǐng)問(wèn)大家，作物和土壤最大的成分是什么?是我們主要向土壤中使用最多的氮磷鉀嗎?錯(cuò)了，是被大家忽略的碳元素，碳元素在植物和土壤中所占的比例高達(dá)55%-58%。由于多年來(lái)的誤導(dǎo)，都認(rèn)為是植物能夠從空氣中吸收足量的碳元素，土壤和作物根系沒(méi)有碳的需求。
其實(shí)這是嚴(yán)重的錯(cuò)誤，空氣中的碳元素是嚴(yán)重不足的，根本不能夠滿(mǎn)足作物的生長(zhǎng)需求，土壤和作物根系也需要大量的碳元素。(關(guān)于碳元素的相關(guān)研究闡述，另文奉告。)試想，空氣中含有大量的氮?dú)�，為何還要補(bǔ)氮?因此，根據(jù)“最小養(yǎng)分律---木桶理論”，碳元素是土壤和作物營(yíng)養(yǎng)需求的“最寬短板”。
筆者科研小組經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在所有酸化板結(jié)土壤中的有機(jī)碳含量非常低，但是隨著有機(jī)碳含量的提高，土壤酸化癥狀明顯減低，作物的抗逆性和長(zhǎng)勢(shì)明顯提高。補(bǔ)充碳元素一般通過(guò)有機(jī)肥來(lái)得到，但是一般的有機(jī)肥雖然含有大量的碳元素，但絕大部分是惰性和不可水溶的，有效水溶性的有機(jī)碳含量非常低，有的甚至不到1%，需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的分解轉(zhuǎn)化才能逐漸被利用，因此普通有機(jī)肥很難有明顯的肥效，所以為土壤補(bǔ)充高含量水溶性的有機(jī)碳是當(dāng)務(wù)之急。
那么酸性土壤是怎么形成的呢?(我們只探討土壤正常酸化的原因，關(guān)于排污或其他意外污染不在本探討范圍)
一、 雨水(環(huán)境)：
一般雨水pH值約為 5.6，而近些年隨著企業(yè)和車(chē)輛等人類(lèi)活動(dòng)的增多，空氣污染越發(fā)嚴(yán)重，雨水的pH值常常到達(dá)4.8或以下。導(dǎo)致我國(guó)大部分地區(qū)的土地，都遭受著酸雨的危害。特別是酸性紅壤土的南方區(qū)域，受雨水的數(shù)量多、溫度高和持續(xù)期長(zhǎng)等因素影響，土壤的酸化速率加劇。進(jìn)而嚴(yán)重危害到作物的生長(zhǎng)和土壤的性能。
二、自毒：
根據(jù)“植物酸生長(zhǎng)理論”研究,植物在生長(zhǎng)過(guò)程中,根系會(huì)分泌大量的能夠酸化土壤的H+離子，而且植物生長(zhǎng)越旺盛，產(chǎn)量越高生長(zhǎng)量就越大,分泌的酸性物質(zhì)越多,土壤酸化的速率就越快。而且土壤中微生物的繁殖和有機(jī)物分解過(guò)程中，都產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，因此土壤自毒現(xiàn)象也加快了土壤酸化癥狀。
三、不合理的耕作模式：
1、常年單一種植一到兩種作物�，F(xiàn)在北方大田作物主要種植小麥和玉米，南方主要是水稻輪種或水稻油菜輪種等，種植結(jié)構(gòu)極為單一。經(jīng)濟(jì)作物區(qū)也是由于種植技術(shù)和收購(gòu)原因，每個(gè)區(qū)域主要種植單一品種作物，如西瓜之鄉(xiāng)、辣椒之鄉(xiāng)、大蒜之鄉(xiāng)、葡萄之鄉(xiāng)、蘋(píng)果之鄉(xiāng)、柑橘之鄉(xiāng)、香蕉之鄉(xiāng)、菠蘿之鄉(xiāng)等等，幾乎一個(gè)作物品種一個(gè)種植之鄉(xiāng)，這種單一的種植模式，焉能不出現(xiàn)作物重茬和土壤退化現(xiàn)象?這都是在人為的禍害土地啊!
筆者是北方人，還記得在生產(chǎn)隊(duì)時(shí)，都有一個(gè)“茬口安排”，將玉米、春玉米、小麥、高粱、花生、大豆、地瓜、芝麻和蔬菜以及瓜果等各品種作物輪番種植，試想這樣的地塊能出現(xiàn)問(wèn)題嗎?
2、土地沒(méi)有輪休時(shí)間。土地使用者為了增加收入，最大限度的追求高產(chǎn)，最大限度的利用土地種植作物，根本就沒(méi)有留給土壤自我修復(fù)的時(shí)間。造成土壤養(yǎng)分失衡再失衡，菌群失調(diào)再失調(diào)，嚴(yán)重透支土壤的生理機(jī)能。如果有“茬口安排”，即便是有半季的農(nóng)田休息時(shí)間，土壤能夠進(jìn)行自我修復(fù)，也能極大的減輕土壤惡化現(xiàn)象。
3、土壤耕作層太淺。據(jù)本科研小組調(diào)查，近一二十年，大部分土地的耕作層在18厘米以?xún)?nèi)，更有甚者耕作層只有不到15厘米。要知道大部分須根系作物根系多集中于15-25厘米的耕作層內(nèi)，主根系作物可達(dá)五六十厘米，甚至更深。因此造成作物根系上移，減少根系吸收更多營(yíng)養(yǎng)的機(jī)會(huì)，抗高溫或低溫等抗逆性下降，局部土壤養(yǎng)分嚴(yán)重失衡，酸化加速等現(xiàn)象。
筆者還記得，以前生產(chǎn)隊(duì)的耕地都有計(jì)劃，有“耙地”和“耕地”之分。“耙地”比較淺，作業(yè)速度快，深度只有25厘米以?xún)?nèi)，一般連續(xù)兩年“耙地”。“耕地”是犁鏵深耕，深度大約40厘米，一般每隔兩到三年“耕地”一次。這樣的土壤疏松效果好，上下土壤混合后，能夠稀釋或補(bǔ)充某些物質(zhì)，這樣的土壤性能能不好嗎?
4、用肥方式錯(cuò)誤。偏重氮磷鉀等幾種化學(xué)元素的補(bǔ)充，造成土壤土壤電位“陽(yáng)盛陰衰”和元素失衡。地面撒施肥料，造成作物根系上移和局部土壤養(yǎng)分嚴(yán)重失衡，以及養(yǎng)分的大量揮發(fā)或固定浪費(fèi)，不能被有效的吸收。這都加重了土壤酸化板結(jié)。
順便為化肥正名，近些年夸大事實(shí)的不合理宣傳，將化肥描述為“連續(xù)大量施用化肥不僅浪費(fèi)資源、增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,也帶來(lái)水體富營(yíng)養(yǎng)化、溫室氣體排放、土壤酸化和病蟲(chóng)害加重等一系列問(wèn)題。”
第一，這個(gè)描述本身就是錯(cuò)誤的，前提是什么?“連續(xù)”和“大量”，那么我們連續(xù)和大量的吃米飯或饅頭，造成人員撐死，是米飯或饅頭的罪過(guò)?
第二，化肥并不是土壤污染物，是營(yíng)養(yǎng)元素的提供者，即便是化肥里面有輔料，也是無(wú)毒無(wú)害的天然物質(zhì)，如高嶺土等。(假冒偽劣肥料不在本討論范疇);
第三，過(guò)量使用化肥造成土壤性能和農(nóng)作物生理機(jī)能的危害等，這是個(gè)事實(shí)問(wèn)題，可這不是肥料的罪過(guò)，是我們“連續(xù)”“大量”和“單一”的在使用化肥。就如我們只吃米飯或饅頭，不吃肉魚(yú)和蔬菜水果等，造成身體病變等問(wèn)題，你就說(shuō)是米飯或者饅頭的責(zé)任?
所以我們應(yīng)該正確使用化肥，要做到“五合適”：品種合適、養(yǎng)分合適、用量合適、時(shí)機(jī)合適、施法合適。而且農(nóng)業(yè)部2015年印發(fā)的是“化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案”，并不是被歪傳的“化肥零使用方案”。零增長(zhǎng)或減少化肥使用量，其目的是鼓勵(lì)正確施用化肥。
四、掠奪養(yǎng)分卻不補(bǔ)充：每季農(nóng)田在收獲農(nóng)產(chǎn)品時(shí)，都帶走大量的有機(jī)碳和其他各種營(yíng)養(yǎng)成分，按照“元素歸還學(xué)說(shuō)”，作物產(chǎn)出多少，就應(yīng)向土壤補(bǔ)充多少營(yíng)養(yǎng)，其中歸還最多的也是碳元素。但在實(shí)際生產(chǎn)中，土壤卻得不到及時(shí)的全面補(bǔ)充，特別是占土壤和作物最大比例的碳元素，土壤補(bǔ)充的極其稀少，造成土壤中缺乏的更缺乏，多余的更多余，失衡的更失衡，失調(diào)的更失調(diào)，形成惡性循環(huán)，土壤逐步喪失自我修復(fù)的能量，從而加重土壤酸化。
筆者還是回憶生產(chǎn)隊(duì)的時(shí)候，每年都有聲勢(shì)浩大的“漚糞積肥”和家庭土雜肥的施用，源源不斷的向土壤補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)和大中微量元素以及其他物質(zhì)，這樣的土壤能不健康嗎?農(nóng)作物能不健康嗎?或許也是以前癌癥發(fā)病幾率很低的原因吧。
當(dāng)然，現(xiàn)在的我們不可能回到以前，面對(duì)現(xiàn)實(shí)狀況，我們已經(jīng)知道造成土壤酸化板結(jié)的原因，就可以制定針對(duì)性的酸化板結(jié)土壤改良方案。本科研小組經(jīng)過(guò)多年研究，也獲得了一定的研究成果，我們總結(jié)了五大原則與大家分享：
第一，方案必須是系統(tǒng)的，全面的多種技術(shù)組合。不能只解決一個(gè)點(diǎn)的問(wèn)題，要充分對(duì)環(huán)境，土壤、作物和社會(huì)負(fù)責(zé)，要做到長(zhǎng)治久安。
第二，必須是安全無(wú)毒無(wú)副作用，不能因?yàn)楦牧纪寥涝僖鹌渌麊?wèn)題。比如使用石灰改良酸性土壤，引起土壤更加板結(jié)和對(duì)微生物群的傷害等問(wèn)題。我們更反對(duì)施用化學(xué)藥物處理土壤，造成土壤的更大損害。
第三，必須是純生物源的堿性肥料、切實(shí)提高土壤的ph值。
第四，盡快向土壤中補(bǔ)充“最寬短板”的碳元素和適量補(bǔ)充其他多種物質(zhì)，加快土壤修復(fù)進(jìn)程。
第五，盡快疏松已經(jīng)板結(jié)的酸化土壤，提高土壤生物活性，增強(qiáng)土壤自我修復(fù)能力。
本科研小組受托對(duì)安徽省國(guó)壬農(nóng)業(yè)科技有限公司的邁德森生物菌劑，做了一組土壤理化指標(biāo)和產(chǎn)量對(duì)比，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：
試驗(yàn)作物：小麥、玉米。試驗(yàn)面積;3畝。對(duì)比面積：3畝。產(chǎn)品指標(biāo)：有機(jī)碳13%;PH值8.5;有效硅1.2%;活性鈣3.5%;碳酸鉀4.5%;中微量元素2%;生物菌2億/克等。
土壤理化指標(biāo)和產(chǎn)量對(duì)比數(shù)據(jù)：(安徽省宿州市)
注：2013年因?yàn)楫?dāng)?shù)靥鞖庠颍←溤诩磳⑹斋@時(shí)遇到持續(xù)56天的梅雨季節(jié)，小麥在穗上開(kāi)始發(fā)芽或霉變，故放棄測(cè)產(chǎn)。
由此可見(jiàn)生理堿性的高含量有機(jī)碳產(chǎn)品，在改良酸性土壤理化指標(biāo)和提高產(chǎn)量確實(shí)效果顯著。
綜上所述，本科研小組認(rèn)為目前土壤修復(fù)的突破點(diǎn)在于：
第一：從面積占最大比例的輕微和輕度污染的酸性土壤開(kāi)始。
第二：從綜合補(bǔ)充有機(jī)碳和中微量元素以及其他活性物質(zhì)開(kāi)始。
第三：從改變不合理的耕作模式開(kāi)始。
第四：從使用安全無(wú)毒副作用的生理堿性的肥料開(kāi)始。
