論土壤修復(fù)的突破點
2016年5月28日，國務(wù)院印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》，簡稱“土十條”，土壤污染與修復(fù)成為國家級重點課題。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，部分業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，未來數(shù)年，全國將迎來土壤修復(fù)高峰。這對于深受“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)大戶而言，無疑是利好消息。
雖然土壤修復(fù)是利國利民的好事，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，解決方法各異，見效甚慢，在發(fā)達(dá)國家尚且進(jìn)展緩慢，何況我國的土壤修復(fù)治理工作剛剛起步。所以我們面對現(xiàn)實情況，筆者科研小組提出：“預(yù)防再污染，控制已污染。聚焦突破點，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，全國人民在積極配合，土地保衛(wèi)戰(zhàn)已經(jīng)打響;“聚焦突破點，循序全修復(fù)”，由于修復(fù)土壤技術(shù)要求高，工程量浩大，見效慢，因此我們不能全線出擊，必須聚焦突破點，才能帶動土壤修復(fù)工作的全面勝利。那么突破點在哪里呢?
根據(jù)國土資源部與環(huán)保部2014年聯(lián)合公布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，全國土壤耕地污染超標(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，全國土地鎘含量增幅最多超50%。從污染分布狀況來看，南方土壤污染重于北方，長三角、珠三角、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問題較為突出，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)酸性土壤開始。經(jīng)筆者科研小組整理國內(nèi)外農(nóng)業(yè)專家的理論論證，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，重金屬的污染就會顯著降低甚至消除。而且酸性土壤還能造成土壤中營養(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)相對較小，更容易積累經(jīng)驗，也能更快、更大限度的減少耕地污染帶來的損失。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，那么我們就應(yīng)該研究酸化板結(jié)土壤。
請問大家，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，土壤和作物根系沒有碳的需求。
其實這是嚴(yán)重的錯誤，空氣中的碳元素是嚴(yán)重不足的，根本不能夠滿足作物的生長需求，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氣，為何還要補氮?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養(yǎng)需求的“最寬短板”。
筆者科研小組經(jīng)過研究發(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，作物的抗逆性和長勢明顯提高。補充碳元素一般通過有機(jī)肥來得到，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)過長時間的分解轉(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)和車輛等人類活動的增多，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和土壤的性能。
二、自毒：
根據(jù)“植物酸生長理論”研究,植物在生長過程中,根系會分泌大量的能夠酸化土壤的H+離子，而且植物生長越旺盛，產(chǎn)量越高生長量就越大,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)和收購原因，每個區(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，幾乎一個作物品種一個種植之鄉(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)隊時，都有一個“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)問題嗎?
2、土地沒有輪休時間。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，根本就沒有留給土壤自我修復(fù)的時間。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厘米以內(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養(yǎng)的機(jī)會，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)隊的耕地都有計劃，有“耙地”和“耕地”之分。“耙地”比較淺，作業(yè)速度快，深度只有25厘米以內(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，能夠稀釋或補充某些物質(zhì)，這樣的土壤性能能不好嗎?
4、用肥方式錯誤。偏重氮磷鉀等幾種化學(xué)元素的補充，造成土壤土壤電位“陽盛陰衰”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，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資源、增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,也帶來水體富營養(yǎng)化、溫室氣體排放、土壤酸化和病蟲害加重等一系列問題。”
第一，這個描述本身就是錯誤的，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?
第二，化肥并不是土壤污染物，是營養(yǎng)元素的提供者，即便是化肥里面有輔料，也是無毒無害的天然物質(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，這是個事實問題，可這不是肥料的罪過，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，不吃肉魚和蔬菜水果等，造成身體病變等問題，你就說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“化肥使用量零增長行動方案”，并不是被歪傳的“化肥零使用方案”。零增長或減少化肥使用量，其目的是鼓勵正確施用化肥。
四、掠奪養(yǎng)分卻不補充：每季農(nóng)田在收獲農(nóng)產(chǎn)品時，都帶走大量的有機(jī)碳和其他各種營養(yǎng)成分，按照“元素歸還學(xué)說”，作物產(chǎn)出多少，就應(yīng)向土壤補充多少營養(yǎng)，其中歸還最多的也是碳元素。但在實際生產(chǎn)中，土壤卻得不到及時的全面補充，特別是占土壤和作物最大比例的碳元素，土壤補充的極其稀少，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)隊的時候，每年都有聲勢浩大的“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，面對現(xiàn)實狀況，我們已經(jīng)知道造成土壤酸化板結(jié)的原因，就可以制定針對性的酸化板結(jié)土壤改良方案。本科研小組經(jīng)過多年研究，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。不能只解決一個點的問題，要充分對環(huán)境，土壤、作物和社會負(fù)責(zé)，要做到長治久安。
第二，必須是安全無毒無副作用，不能因為改良土壤再引起其他問題。比如使用石灰改良酸性土壤，引起土壤更加板結(jié)和對微生物群的傷害等問題。我們更反對施用化學(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、切實提高土壤的ph值。
第四，盡快向土壤中補充“最寬短板”的碳元素和適量補充其他多種物質(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。
本科研小組受托對安徽省國壬農(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)量對比，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：
試驗作物：小麥、玉米。試驗面積;3畝。對比面積：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)量對比數(shù)據(jù)：(安徽省宿州市)
注：2013年因為當(dāng)?shù)靥鞖庠�，小麥在即將收獲時遇到持續(xù)56天的梅雨季節(jié)，小麥在穗上開始發(fā)芽或霉變，故放棄測產(chǎn)。
由此可見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始。
第二：從綜合補充有機(jī)碳和中微量元素以及其他活性物質(zhì)開始。
第三：從改變不合理的耕作模式開始。
第四：從使用安全無毒副作用的生理堿性的肥料開始。