我国土壤污染防治形势严峻。 目前,农用地污染范围广泛、数量巨大。 工矿企业场地土壤、地下水污染问题突出。 流域或区域土壤污染问题日益突出。 土壤污染风险加大,威胁我国农产品质量安全、人居安全、生态环境。 安全[-]。 习近平总书记多次强调“加强土壤污染治理和修复,有效防范风险,让人民群众吃得安心、住得安心”。 开展土壤污染过程和风险基础研究,推动土壤污染控制与修复共性关键技术研发,加强土壤环境监管,保障土壤环境安全。 这既是加大《土壤污染防治行动计划》科技支撑的现实需要,也是对美丽中国的支撑和生态文明建设的长远需要。 本文简要分析了我国土壤污染现状,介绍了国内外土壤污染及修复技术的研究现状和发展趋势,指出了我国土壤污染防治技术研发中存在的几个问题。我国土壤污染与修复技术的未来研究与发展。 总体策略和主要方向等对策建议。

 

一、我国耕地和工矿场地土壤环境污染状况

我国土壤污染区域涉及西南、华中、华南、华东、华北、西北、东北七省市,空间分布于城市、郊区、农村和自然环境(如地质背景高的地区)。 从利用方式看,包括农用地、建设用地、矿区、油田和军事用地[-]。 从污染物种类来看,农田土壤以重金属为主,包括镉、砷、汞、铬、铅、铊、锑等; 在工矿场所,除了重金属外,还经常出现有机污染物,包括苯系物和卤代烃。 、石油碳氢化合物、持久性有机污染物等。有些土壤还含有病原菌和病毒等生物污染,而另一些土壤则含有爆炸物、化学武器残留物、放射性核素、抗生素和抗性基因、塑料和微塑料[-]。 上述污染物在土壤中以不同的形态、含量、污染方式和污染程度存在,具有不同的释放特性、迁移特性、有效性和风险[-]。 人们对土壤环境污染物的来源、路径、汇和过程、内容、影响和风险的研究和认识还相当有限。

2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,调查点位总体超标率为16.1%,中度和重度污染点位分别为1.5%和1.1%。 耕地土壤超标率高达19.4%,范围广、数量大,危害农产品质量安全和生物生态有机体安全。 工矿企业土壤污染问题突出,超标率达36.3%。 有色金属开采及加工、有色金属冶炼、石油开采、石油加工、化工、焦化、电镀、制革、造纸、废物处理、电子废品拆解等。 溶液等重点行业用地及周边土壤污染风险较高,危及人居安全和生态系统健康。

2 国内外土壤污染及修复技术研究现状及发展趋势

近20年来,我国农用地、工矿用地土壤污染过程及修复技术发展迅速。 据全球文献计量分析,近20年来我国发表的英文(SCI)论文数量逐年增长,2010年超过美国,位居第一; 我国土壤修复技术专利在全球的比例直线上升,占比60%以上,远高于世界其他国家或地区,其中美国排名第二。 ①

①罗永明,等。 国家中长期科学和技术发展规划、社会发展领域战略研究、环境专题、土壤污染防治战略报告。 2020.

2.1 土壤污染成因及过程研究进展

近40年来,欧美国家针对土壤污染的来源、过程、机制、影响、风险、预测等开展了一系列基础理论和方法研究。 污染物在土壤-植物、土壤-地下水系统中的迁移转化机制,特别是微观分子机制、多介质传输机制、多界面分布机制、多尺度预测模型等方面的研究取得了较大进展[]。 分析多尺度污染物源-路径-汇和形态/剂量-受体关系,建立污染源数据库、生物毒性数据库和环境基准体系。 基于土壤环境背景和基准研究,建立污染物数据库。 迁移风险、生态风险和健康风险评估方法; 形成了土壤污染防治的基本理论、方法和技术原理,发展了基于界面行为调控的土壤-植物、土壤-地下水污染物有效性调控方法; 为污染土壤环境提供解决方案,为质量标准的制定和新型修复技术的设计奠定了理论和方法基础。

在中国,40年来,通过20世纪80年代第二次土壤普查和21世纪初第一次全国土壤污染普查,积累了大量基础数据,建立了全国土壤背景值图集。分析土壤污染特征,评价土壤环境质量状况,提出土壤污染防治策略。 20年来,在国家“973”计划项目的支持下,围绕农业生产、环境保护和生态文明建设,我们在京津冀地区、长三角(长三角)地区开展了项目建设。江三角洲)、珠江三角洲(珠江三角洲)、东北老工业基地、西南矿区和高地质背景地区等地区,开展了一系列多尺度土壤污染特征、污染物迁移和迁移研究。开展转化机制、界面过程和环境风险研究,了解污染物在土壤中的迁移转化规律、生物有效性和污染风险。 初步明确了重金属和持久性有机污染物的复合污染和生态效应,建立了部分土壤环境基准和标准,制定了土壤污染风险管理、控制和修复的技术原则,为土壤污染防治提供理论和方法指导。控制 []。 “十三五”期间,在国家重点研发计划项目的支持下,土壤污染成因、过程和风险研究进入新阶段。 未来五年,在土壤污染源汇关系与源分析、污染物积累与转化机制、污染物质扩散与驱动机制、污染风险评估方法等方面取得系统性、创新性的研究进展。指标系统。

2.2 土壤污染控制与修复技术研发现状

20年来,在国家“863”计划项目等项目的支持下,我国土壤污染修复技术研究起步于“十五”,进展于“十一五”, “十二五”发展,“十三五”跨越; 二十年的进步带动了土壤修复技术的应用和绿色修复产业化的发展。 在修复技术、装备和规模应用方面与先进国家的距离正在拉大。 技术支撑方面,初步建立了原位土壤修复技术体系,开展了快速原位土壤修复技术的研究和应用; 在技​​术装备方面,研发了多种能够支撑土壤快速修复的装备; 在技​​术和产业方面,以研发为技术支撑,实现了规模化应用和产业化运营。 总体来看,在农用地土壤污染控制与修复技术方面,我国与欧美国家并驾齐驱,有的已处于领先地位; 就建设用地而言,我国土壤污染控制与修复技术水平仍远远落后于欧美国家[-]。

(1)农用地方面,根据国际技术研发历程、产业化程度和应用推广情况分析,重点发展农用地土壤重金属污染控制与修复技术,可实现农用地土壤重金属污染防治。概括为三类:一类技术(植物提取和资源化技术)相对成熟并已产业化,仍是研究热点; II类技术(重金属钝化和替代种植技术)逐渐成熟,开始进入产业化阶段,发展缓慢; III类技术(植物屏障与稳定技术)已具备研究基础,正在加速产业化进程,发展迅速。 与发达国家相比,我国农用地土壤污染治理技术研究起步较晚,但进展较快。 我国植物屏障/稳定技术的研发早于国际,植物提取和资源利用技术已处于国际领先地位。 我国相关论文和专利数量大幅增长,但每篇文章的平均引用频率远远落后于美国等发达国家①,表明研究质量和学术影响力还需持续提升。 我们正在努力丰富恢复植物种质资源[],提高恢复功能材料[]的效率[],开发资源-材料-技术-效率评价体系[],并持续加大投入,形成高效、廉价、安全、和普及农用地土壤污染控制与修复技术模型。

①罗永明,等。 国家中长期科学和技术发展规划、社会发展领域战略研究、环境专题、土壤污染防治战略报告。 2020.

(2)在工矿用地方面,欧美国家已形成场地土壤污染调查、风险评估、标准制定、管理控制、修复技术和法规体系[-]; 他们正在努力开发高效、安全、低能耗、低成本、低碳的一系列生物修复技术和多技术耦合的智能系统。 近20年来,我国发表场地-地下水污染风险管理、控制与修复技术发展的英文(SCI)论文数量快速增长,超过美国。 虽然在各项新技术的发明时间上平均落后美国十年左右,但我国的发明专利却占全球的近三分之二②。 但我国相关技术转化率较低,总体仍处于跟踪阶段。 在重金属污染修复方面,国内外共同热点有植物修复、固化/稳定剂及设备、浸出设备、电修复电极材料研发、微生物修复微生物药剂研发等。 。 有机污染修复方面,发表论文数量明显少于重金属; 我国的大部分工作集中在有机污染物热脱附设备和微生物修复剂的研发上。 热脱附及相关技术国际上已进入产业化阶段。 在中国,异位和原位热脱附技术广泛应用于难降解或持久性有机物污染的土壤修复。 近年来,国内外生物修复技术的研究和发展迅速。 近10年来,我国相关技术研发显着增加[]。 国内已开发出微生物转化技术、生物质碳复合纳米技术、强化氧化/还原技术、多相萃取技术、深层垂直屏障技术、渗透反应屏障技术等,并应用于场地土壤和地下水管理、控制和修复。 我们现正努力创新开发绿色高效环保功能材料,开发智能化、模块化装备,完善绿色可持续的土壤污染控制与修复技术、产品和装备,致力于土壤污染综合防治与安全利用技术体系土壤环境管理与风险监管能力形成和土壤污染协同管理水平。

2.3 土壤污染及修复技术研究发展趋势

纵观国内外土壤污染及修复技术的研究发展,总体趋势如下:(1)从过程和效果来看,关注点从传统污染物、单一污染过程和生态效应转向新兴污染物。其复合污染过程和健康影响已从单一的物理、化学或生物过程和机制发展到多介质、多界面、多过程耦合机制。 (2)分析监测方面,从单一污染物含量分析到多种监测共存分析,从微观点源分析到宏观多源、多尺度土壤三维智能监测。 (三)风险与管理方面,从健康风险到生态风险,从污染源隔离到过程控制,融合遥感、物联网、大数据的智能风险管理。 (4)在修复技术和利用方面,单一修复技术向多技术耦合系统发展,从源头控制、过程阻断、净化修复、安全利用到生态发展一体化治理和再开发模式。 (5)抢修材料装备方面,发展方向由单一功能单目标向多功能、多目标定向抢修材料发展,由服务于异地异地抢修的固定式装备向移动式、驻场式维修发展。 – 现场维修支持。 模块化设备发展方向。 (6)在工程应用方面,发展方向是场地土壤污染从单一修复向协同智能修复发展。 从近五年污染修复技术热点和趋势分析来看,国际社会更加关注生物修复、植物修复、固化/稳定化等原位技术的研究。 例如,重点研究生物群落结构对污染物去除的作用[]、植物生长状态对重金属的富集作用[]、长期固化/稳定材料(如生物质炭)等[] 。 总体而言,我国的研究热点与国际一致。

三、我国土壤污染及治理技术研发存在的若干问题

近年来,国家高度重视土壤污染防治技术投入。 科技部、国家自然科学基金委、生态环境部、农业农村部、中科院等部委先后启动了多项土壤污染过程重大专项、控制和恢复。 极大地促进了土壤污染防治技术的发展。 但我国土壤污染控制与修复技术研发还存在以下重要问题:

(一)土壤环境基准是制定土壤环境质量标准的基础,能够科学反映土壤污染物的环境行为对相关受体的影响和风险。 我国土壤环境背景值和环境基准严重不足,不能满足科学制定土壤环境质量标准的需要; 现有土壤环境质量标准与国家土壤类型和土壤利用方式基本脱钩,难以支撑国家和区域土壤环境标准化和差异化。 管理。

(二)风险评估和风险管理存在明显局限性。 场地土壤和地下水健康风险评估模型的计算缺乏我国土壤污染物的毒性和毒理学参数,局部化参数严重缺失,导致风险控制值或修复目标值过高保守或过于宽松,都难以有效、有力地支撑科学的风险管控。 迄今为止,我国尚缺乏大量研究支持的、能够有效保护土壤生物安全和生态系统健康的生态风险评估方法,也缺乏能够有效保护地下水安全的环境迁移风险评估方法。

(3)基于风险管控的稳定化技术推广应用难以降低土壤污染物超标率,无法体现土壤环境质量的改善。 特别是农田土壤,在缺乏长期稳定调理和调控材料的情况下,需要反复施用土壤稳定剂,这将严重影响肥沃土地的土壤肥力质量和健康质量。

上述问题关系到国家《土壤污染防治行动计划》确定目标的实现。 比如,到2030年,全国土壤环境质量稳定改善,农用地、建设用地土壤环境安全得到有效保障,土壤环境风险得到全面管控; 主要指标是到2030年,污染耕地安全利用率达到95%以上,污染土地安全利用率达到95%以上。

4 我国土壤污染、控制与修复技术研发前景

土壤环境安全是支撑美丽健康中国建设的重要基础。 防治土壤污染,保障农产品质量安全、人居环境和生态环境安全,是我国乡村振兴和生态文明建设的重大战略需求。 我国土壤污染防治战略要立足我国社会经济发展面临的重点领域、重点行业、重点污染物的土壤污染问题。 要把“保护优先、综合防治、质量提升、安全利用”作为土壤污染防治的抓手。 以“基准监管”和“土壤净化修复”为基础,建立多学科融合、多部门的土壤污染防治理论与技术创新、工程应用与管理支撑、产业发展的全链条科技创新体系建立国际合作、产学研结合、自主创新机制,培育具有市场开拓能力和国际竞争力的土壤修复企业,全面提高土壤污染防治科技水平,支撑和引领土壤污染防治攻坚战。 ,抢占土壤污染防治领域国际战略制高点,形成中国土壤污染治理体系,以安全健康的土壤支撑美丽中国和生态文明建设。 《中华人民共和国土壤污染防治法》明确规定,国家支持土壤环境背景值和环境基准研究,修复活动应当优先采用不影响农业生产或不影响农业生产的生物修复措施。降低土壤生产功能。 建议未来重点研究方向如下:

(一)土壤污染过程、影响及生态健康风险。 包括土壤环境污染物的多尺度效应及其转化新方法、新技术; 土壤环境污染物多介质、多界面、多过程耦合动力机制及气候变化影响预测; 区域土壤复合污染物生物地球化学过程及环境质量演化; 重大工程活动和自然灾害和人为灾害对土壤环境的影响; 土壤污染物与生物体之间的相互作用、毒理学机制和调节机制; 土壤污染的食品安全、生物安全和健康风险; 原位强化生物修复技术原理等科学问题。

(二)土壤污染监测技术、风险评估方法和环境基准。 包括新型土壤污染物及环境暴露分析方法; 基于人工智能和物联网的区域土壤污染快速识别及环境信息传输和处理方法; 高精度土壤污染调查及智能监测系统; 土壤污染的生态风险、健康风险和迁移风险评价方法及其在土壤环境基准中的应用; 区域土壤环境背景值、风险评估定位参数和土壤环境安全利用指标; 基于土壤类型和利用方法的农用地土壤-农作物系统污染过程-影响-风险。 安全评估方法; 区域土壤污染物的生物有效性和环境基准/标准的建立等科学问题。

(三)土壤污染修复功能材料、绿色技术与智能装备。 包括土壤污染长期稳定/转化/去除和可生物降解功能材料; 土壤复合污染控制与修复针对性技术; 土壤污染植物、微生物及其原位协同自净修复技术; 土壤、地下水污染场地原位修复大型智能装备; 修复土壤安全利用、评价及空间生态开发技术; 绿色可持续 农用地、建设用地、矿山油田、军事用地等污染土壤的定向仿生、协同精准、智能修复等绿色可持续方法净土科技问题。

(4)土壤环境信息管理系统和智能服务平台。 在长江经济带、黄河流域、京津冀、长三角、粤港澳大湾区等重点区域,建立区域土壤污染与治理长期定位研究基地。环境质量演变与多区域、多要素观测网络系统; 建立全国土壤环境信息综合管理系统和智能服务平台等基于多源数据的区域土壤环境精准管理和安全保障等科技问题。

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