据《全国土壤污染状况调查公报》数据,中国部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。利用现行的土地整理技术对污染农地进行整理,势必给大气、水、土壤环境质量带来一定的影响。
工业化、城市化规模不断扩大
农地污染已成为中国严重的环境问题之一
作者分析了中国现行农地整理技术特点,认为现行的土地整理技术不同于国外先修复后整理的实施流程,对于在中国广泛存在的轻微、轻度污染土地,应用现行污染农地整理时,会引起污染面积扩大、污染类型复杂、污染方式多元化等环境问题。
文章以土壤修复技术与土壤整理技术兼容性为出发点,提出通过构建污染农地的整理技术途径有效地解决此类问题。作者强调,所提出的技术体系只适用于轻微、轻度污染农地的整理。中度、重度污染的农地,应先修复,后整理。文章为中国轻微、轻度污染农地整理提供了科学的思路和技术框架。
现行的土地整理技术实施
可能会对生态环境带来直接或间接的
正面或负面影响逐渐引起人们的关注
中国人口持续增长和经济高速发展,导致耕地持续减少。1998年至2007年,耕地面积从1.30亿hm2下降到1.217亿hm2,10a间下降了0.08亿hm2,直逼120亿hm2红线。中国为缓解耕地供需矛盾,启动了土地整理工程项目。通过多年的努力,中国共补充耕地270多万hm2,整治后农地利用率提高5%~10%,农业生产成本下降10%,生产能力提高了10%~15%。这些在实现土地资源的合理配置,提高土地利用率、缓解耕地供需矛盾和改善生态环境方面发挥了不可低估作用。
随着中国土地整理项目的推进,现行的土地整理技术实施可能会对生态环境带来直接或间接的正面或负面影响逐渐引起人们的关注。大多数研究者已注意到土地整理对区域生态环境的负面影响,关注的领域多涉及水土流失、水文过程、生物多样性减少、气候变化、水、土、气质量恶化等宏观生态学问题,并对土地整理中生态环境保护技术方案、生态环境影响评价和生态补偿问题进行了探讨。这无疑为中国土地整理良性发展提出了深层次的问题思考和技术途径探究。
但是,随着中国经济日益增长,工业化、城市化规模不断扩大,耕地污染已成为中国污染面积最广、危害最大的环境问题之一。据《全国土壤污染状况调查公报》数据,中国部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总超标率为16.1%,其中重度污染点位占1.1%。耕地土壤点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染超标点位分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。可以看出,中国耕地土壤以轻微、轻度重金属污染为主。针对以上特点,若利用中国现行的土地整理技术体系和工程措施对污染农地进行整理,势必给大气、水、土壤环境质量带来一定的影响。而中国土地整理研究中鲜见涉及该领域的报道。
因此,本文在分析中国现行农地整理技术特点的基础上,重点剖析污染农地整理过程中可能存在的环境污染问题,提出解决的技术途径和对策。为中国污染农田土地整理技术提供科学的思路和技术框架。
中国农村土地整理概述
土地整理的内涵
土地整理是指在一定区域内,依据土地利用总体规划,结合土地利用现状,采取行政、经济、工程、技术、法律等手段,通过对土地利用结构进行调整,对土地资源进行重新配置,以达到协调人地关系,提高土地利用效率,改善和保护生态环境,促进土地资源可持续利用与社会经济可持续发展目的的措施。土地整理包括农地整理和非农地整理。农地整理包括农田整理、荒地开发、中低产田治理、划定地界、确定权属及改善环境,维护生态平衡等。非农地整理包括农村建设用地整理、城镇建设用地的整理、大型建设项目用地的整理、各级各类开发区用地整理和乡镇企业用地整理等。现阶段土地整理的重点在农村地区。
土地整理模式
中国有综合整理和专项整理两种土地整理基本模式:综合整理是在一定区域内对田、水、路、林、村等实行综合整治,建筑物搬迁、废弃地复垦、农田建设等统一规划,同步实施;专项整理是本着先易后难,重点突破的原则,对田、水、路、林、村的某一项或几项进行整治,待发展到一定阶段后,逐步向综合整治完善。一般而言,经济发达地区,由于耕地相对短缺,土地后备资源不足、经济水平较高,多采用“综合整理”模式。而经济欠发达地区,人地矛盾不明显,土地利用率不高,农村社会化程度低,一般采用“专项整理”模式。
土地整理运作程序
土地整理是一项系统工程,不仅需要依据科学的规划和有效地经济措施和法律手段,还需要借助一系列生物、工程措施对水、田、路、林、村进行综合整治。由于中国幅员辽阔,自然条件十分复杂,且社会经济发展很不平衡,导致土地利用现状存在较大的区域性差异。不同的学者结合整理区的实际情况,提出了不同的农地整理的运作模式。但归纳大多数研究与实践发现,中国现行的土地整理运作模式分为:准备工作和确定整理区域、土地整理规划设计、审批和组织实施、检查验收等4个阶段(图1)。
从4个阶段看,准备工作和整理区域确定阶段注重项目区土地整理的潜力分析和目标确定等;项目区土地整理规划阶段强调结构优化、权属问题、工程方案设计等;审批和组织实施阶段关注主管部门审批、组织施工、登记造册等;检查验收阶段主要是资料汇总、归档和项目验收等。
污染农地整理可能引发的环境问题
农地整理工程包括农田平整工程、农田水利工程、田间道路工程、农田防护林工程等。土地平整是农地整理工程的核心内容之一。土地平整工程占项目总投资的70%~80%,这就意味着土方工程的量非常大。而对已经受到污染的农地,进行土地整理时,除了关注现行农地整理工程可能引起的土壤的侵蚀、生物多样性减少、生态结构简单化、水土流失等潜在的生态环境问题外,还要考虑工程实施过程中,大量的土方工程可能引发的环境问题。
引起污染面积扩大
在农地整理工程中避免不了土方的翻动、搬运、填土等。由于某些农地已经受到污染,工程土方的搬运、填土,不可避免地引起污染的扩散、转移,最终导致污染面积扩大。污染土壤的上下翻动可能会因稀释作用,使土壤中污染物浓度降低,但土壤污染深度往往加深,甚至会对地下水造成潜在的污染威胁。
引起污染问题复杂化
地处污染企业周边的农村土地常因企业不同而导致土壤中污染物不同。如土壤中有机污染物大多来自石化企业;重金属大多来自有色金属开采和冶炼过程;放射核素大多来自核试验、原子工业;病原菌多来自医院废水、生物制品、屠宰加工企业等。农地整理工程中土方的翻动、搬运、填土,可能由原来的单一污染转为土壤复合污染,使土壤污染复杂化。
引起污染问题多元化
首先,污染农地整理施工过程中,会因风沙扬尘影响大气环境。尤其是农地整理施工季节一般是在秋收后或春播前,正值干旱少雨,植被稀少季节,因风沙扬尘引起的大气环境问题更为突出。其次,土地整理工程实施后短时间内土壤疏松、植被单一且覆盖率低、土壤有机质缺乏等,土壤对污染物的固持能力降低,容易通过地表径流污染水体,也可通过风蚀污染大气。再者,污染农地整理过程中,会给施工人员身体健康带来一定的危害。因此,污染农地整理会引起多元化的污染问题。
污染农地整理的技术途径
污染农地整理的运作程序
中国现行的土地整理技术体系分为:准备工作和确定整理区域;土地整理规划设计;审批和组织实施;检查验收等4个阶段(图2)。而对于可能有污染风险的农地进行整理时,应在现有运作程序中增加工作内容。在准备工作和确定整理区域阶段要增加农田污染现状调查内容,以确定待整理的农地是否污染?什么污染物污染?污染程度？
重金属污染农地整理的技术体系
本文根据课题组近年来的研究与实践,就重金属污染农地整理的技术体系进行分析探讨,提出解决的思路和技术途径。
重金属污染农地整理技术体系的核心分为3部分:基于农地整理的农田污染调查技术,污染农田综合防治及修复方案的筛选技术和污染农田综合防治及修复工程技术(图3)。
基于农地整理的农田污染调查技术,是通过对待整理农地的自然概况、社会经济概况、污染现状、污染源等的调查,明确待整理农地是否污染?何种污染物污染?污染程度?这是污染农地整理工程方案设计的基础。污染农田综合防治和修复方案的筛选技术,是通过设计方案的技术可行性和经济可行性分析,方案的情景分析和效果评价比选等,确定待整理农地污染综合防治方案。污染农田综合防治和修复的工程技术,是通过污染土壤修复技术、土地整理技术、农田污染源控制技术等的耦合,确定待整理农地污染综合防治技术。
重金属污染农地整理的工程体系实施
基于污染农地整理的农田污染调查与评价
农田污染调查包括带整理农地基本情况调查、污染源调查、土壤污染调查等三方面。明确待整理农地污染来源、污染现状,为农地整理方案设计和修复技术选择提供依据。首先要通过收集整理与研究内容相关的各种图件和统计文献等资料,确定调查研究的区域位置和自然、经济和社会概况,运用“3S”技术软件制作研究区调查单元图。然后依据研究区调查单元图,按照有关国家规定和标准进行研究区的农田土壤污染源调查和土地质量调查与评价,调查流程图如图4所示。
由于调查目的不同,该技术与传统农田污染调查与评价本质区别在于:传统的调查更侧重于按污染区域土壤类型、土地利用方式进行,而基于农地整理技术的调查,更强调以整理田块为调查单元。调查的结果可为田块土方供求关系、修复与否、采取何种修复技术等提供依据。
基于污染农田综合防治的农地整理方案筛选
多方案筛选是一个复杂的系统工程,涉及到许多的因素,这些因素不仅包括经济因素,而且还包括诸如项目本身以及项目内、外部的其他相关因素。针对污染农田综合防治的农地整理项目而言,所涉及方案包括:农地整理方案、污染修复方案、污染防治方案等多方案筛选。首先,依据国家标准和行业标准进行方案的初选,通过技术经济评价和社会环境评价对各方案进行组合,最后结合当地发展规划进行综合评价,比选出最优方案。具体内容和比选方法见表1。
污染农地整理方案的筛选应遵循以下原则
优先性原则
污染源控制方案和污染修复方案优先于农地整理方案;对生态环境影响小的方案优先于影响大的方案;对农民经济效益影响小的方案优先于影响大的方案;整体规划,统筹安排的方案优先于个体方案。
差异性原则
对于清洁区田块,可直接进行土地整理,不需要污染修复;对于警戒区、轻微污染和轻污染区田块,可采用土地整理与污染修复相结合的方法同步进行;对于中度和重度污染区田块,则必须采用先修复,后整理。
逐级性原则
在污染农地整理时,土方的转移要逐级进行,即不足的土方尽量按轻微和轻污染区、警戒区、清洁区逐级利用,多余的土方尽量按清洁区、警戒区、轻微和轻污染区逐级转移。最大限度的防止土壤污染转移和扩散,利用稀释、自净作用改善土壤环境质量。
兼容性原则
在选取污染修复技术时,除应考虑其自身的适用范围和经济技术可行性外,还要充分考虑到其与土地整理工程兼容性,确保提高土地利用率和改善农田质量的双重目的。
污染农地整理工程技术集成
综合防治工程技术分为3个方面:污染土壤修复技术、土地整理技术、污染源控制技术。调查发现,农田污染大多来自污水灌溉,因此污染源控制技术主要为灌溉水污染控制技术。本文以灌溉水污染控制技术为例,介绍污染农地修复技术、土地整理技术、污染源控制技术在污染农地整理工程中的集成,最终达到污染综合防治的目的。
例如在表2中,根据污染程度的不同污染土壤修复工程技术分为原位修复和异位修复两大类技术。对于轻微、轻污染农田,客土、换土、翻耕等工程措施均能达到降低污染物浓度的目的。而土地整理技术中土地整平、沟渠路整理和生态建设技术,均有一定量的土方翻动、转移。这样污染土壤修复技术可以和土地整理技术耦合。再如,灌溉水污染控制技术由生态阻隔技术和工程阻隔技术。生态阻隔技术主要是控制对环境长远影响小的二类污染物进入灌溉水。主要利用人工湿地的土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,通过吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽等作用,除去水中二类污染物,尤其是水中有机污染物,确保农田灌溉水水质。工程阻隔技术主要是通过在上游建拦蓄坝控制第一类污染物,包括总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并(a)芘、总铍、总银、总a放射性、总β放射性13种。原则上不分行业和污水排放方式,不分受纳水体的功能类别,一类污染物一律控制在车间或车间处理设施内,不得外排。只有当企业突发性污染事故发生时,一类污染物可能进入水体。上游建拦蓄坝的目的就是阻止进入水体的一类污染物通过灌溉水污染农田。这些工程也有土方的翻动与转移,这样污染土壤修复技术、土地整理技术、污染源控制技术可以耦合。表2中最后一栏给出了三大技术中各项技术耦合的可能性。
值得注意的是,并非所有有土方翻动、转移的技术都能耦合。例如针对中度、严重污染农田,往往采取异位修复技术,先修复后整理。尽管修复过程中有大量的土方翻动和向污染处理设备转移,但不能与土地整理技术和灌溉水污染控制技术耦合,以防污染面积扩大化和、污染问题复杂化。同时在工程实施过程中还应防止引起大气、水体污染和对人体健康影响。总之,在实际应用中各项技术既有独立的适用范围和技术体系,又相互联系。将三项技术有机结合,取长补短,事半功倍,才能最大限度的确保污染农地整理的经济效益、社会效益、环境效益。
结论
农地整理是一项关系到国计民生的系统工程,尤其是面临中国土壤污染形势堪忧的现状,农地整理工程更为复杂。因此,要求我们以整体观念、全局观念、系统观念、环保观念,对整理规划和实施的各个环节、工程建设系统的内部和外部的各种相互关系充分考虑。
1)农地整理工程实施前,在现行的土地整理运作程序中“准备工作和整理区域确定阶段”,增加农地污染状况调查内容。通过对自然概况、社会经济概况、污染现状、污染源等的调查,明确待整理农地污染与否、污染类型、污染程度等。为污染农地整理工程方案设计提供依据。
2)污染农地整理工程方案设计中,在现行土地整理运作程序中“项目区土地整理规划设计阶段”,增加污染农地整理方案筛选和设计。遵循优先性原则、差异性原则、逐级性原则和兼容性原则,进行污染土壤修复技术、土地整理技术、污染源控制技术集成。通过对方案的技术可行性和经济可行性分析确定初选方案,通过情景分析和效果评价优化方案,结合当地经济社会发展目标最终确定农地整理方案。最大限度地防止污染问题扩大化、复杂化、多元化,确保污染农地整理的经济效益、社会效益、环境效益。
3)在污染农地整理工程后,在现行土地整理运作程序中“审批和组织实施阶段”,增加组织施工过程中大气、水污染监测,目的是监控农地污染综合防治方案和技术实施的效果。在现行土地整理运作程序中“检查验收阶段”,增加农地整理后土壤环境质量评估,加强对整理后农田的评估、管理,达到协调人地关系,提高土地利用效率,改善和保护生态环境,促进土地资源可持续利用与社会经济可持续发展的目的。
来源:《农业工程学报》 作者:成杰民 张英等
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