美國學(xué)術(shù)期刊《Science》日前發(fā)表的一篇研究論文顯示，全球14%—17%的耕地受砷、鎘、鈷等7種有毒金屬污染，并首次繪制了全球土壤中重金屬超標分布圖，揭示了一條橫跨歐亞的“重金屬富集廊道”。面對這一嚴峻形勢，我們該如何破局?
全球土壤有毒金屬污染超出農業(yè)閾值(AT)分布情況
記者就此專(zhuān)訪(fǎng)了論文第一作者、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、土壤與地下水教研所所長(cháng)侯德義。
土壤重金屬受環(huán)境社會(huì )因素影響→
聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織統計數據顯示，土壤是全球95%食物的生產(chǎn)基礎，土壤質(zhì)量直接關(guān)系人類(lèi)的生存與發(fā)展。
然而，日益嚴重的重金屬污染正對國際糧食安全及公眾健康構成重大威脅。遺憾的是，目前全球對土壤重金屬污染程度的系統性認知仍顯不足。
研究發(fā)現，在歐亞大陸中低緯度地區，有一條超大型、跨洲際的“重金屬富集廊道”，它從南歐延伸至中東、南亞和中國南部地區，與人類(lèi)文明的主要發(fā)源地存在重合。
圖為研究團隊開(kāi)展土壤采樣現場(chǎng)作業(yè)。受訪(fǎng)者供圖
除了受數千年的采礦和冶煉等人類(lèi)活動(dòng)影響之外，強烈的成土母質(zhì)風(fēng)化作用、植物的泵提作用，以及多山地形地貌等因素，均是導致這一地區重金屬富集的原因。
“由于重金屬不可降解，這一區域可以作為新地質(zhì)時(shí)代‘人類(lèi)世’的重要標志物。”侯德義說(shuō)。
通過(guò)深入分析，研究團隊揭示了環(huán)境要素與重金屬分布的關(guān)聯(lián)規律：溫度、降雨量和蒸散量等氣候因素與土壤重金屬分布呈正相關(guān)，霜降及濕潤天數則呈負相關(guān)關(guān)系。
“在亞熱帶季風(fēng)氣候區，農田土壤重金屬超標率顯著(zhù)高于全球均值;相反，濕潤大陸性氣候區的超標率相對較低。同時(shí)，地形因素也不容忽視——高海拔和陡坡地帶的污染風(fēng)險更為突出。”侯德義補充，此外，研究證實(shí)社會(huì )經(jīng)濟活動(dòng)同樣是關(guān)鍵驅動(dòng)因素，特別是受工業(yè)污染影響的灌溉用水與土壤重金屬積累存在顯著(zhù)正相關(guān)。
研究結果有力驗證了一個(gè)基本科學(xué)假設——土壤重金屬濃度在空間大尺度上的分布，取決于一系列環(huán)境與社會(huì )變量之間的相互作用。這一發(fā)現，為未來(lái)的全球土壤污染防治行動(dòng)提供了科學(xué)依據。
要真正實(shí)現精準治理，首先需要解決一個(gè)更基礎的問(wèn)題：如何在全球范圍內準確鎖定污染區域。
一場(chǎng)大會(huì )結緣和兩個(gè)難點(diǎn)突破→
2018年，聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織曾舉辦全球土壤污染研討會(huì )，旨在通過(guò)科學(xué)證據和國際合作應對土壤污染問(wèn)題，以實(shí)現可持續發(fā)展目標。
受邀參加此次會(huì )議，讓侯德義意識到，盡管過(guò)去幾十年間土壤重金屬污染問(wèn)題已得到廣泛研究，但仍然存在兩方面不足。
一方面，在全球尺度上，缺乏土壤重金屬污染空間分布基準圖，導致人們對污染格局的認知停留在碎片化狀態(tài);另一方面，對污染驅動(dòng)機制的研究長(cháng)期局限于區域尺度，全球范圍內多要素耦合的形成機理尚未明晰。
“這雙重認知缺口，制約了全球尺度系統性防治策略的制定與實(shí)施。”侯德義說(shuō)。研討會(huì )結束后，他便帶領(lǐng)團隊啟動(dòng)一項填補空白的研究。團隊的首要任務(wù)是破解土壤重金屬數據碎片化難題，開(kāi)展跨學(xué)科、跨區域的數據整合工作。
79.6萬(wàn)個(gè)采樣點(diǎn)，無(wú)數個(gè)10km×10km的柵格，勾畫(huà)出全球首張土壤重金屬超標分布圖。
這張分布圖涵蓋砷、鎘、鈷、鉻、銅、鎳、鉛7種重金屬和類(lèi)金屬。它誕生的背后，是研究團隊通過(guò)對1493套區域研究數據的系統性收集，構建起一座全球土壤重金屬污染數據庫。
數據庫的建設過(guò)程充滿(mǎn)挑戰。侯德義介紹，團隊致力于突破兩個(gè)難點(diǎn)：一是全球土壤重金屬數據分布不均，非洲、南美洲等局部地區的數據覆蓋不足，加之土壤污染本身具有高度空間異質(zhì)性，導致大尺度下連續、精細的污染空間分布刻畫(huà)極具難度。
二是土壤污染的形成機制復雜，涉及氣候條件、地質(zhì)構造等自然因素，以及農業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、采礦冶煉等人為因素的動(dòng)態(tài)耦合，這些非線(xiàn)性關(guān)系大大增加了預測難度。
“這使得土壤重金屬空間分布的高精度預測非常困難。我們花費近3年時(shí)間，構建起初始的土壤重金屬污染數據庫，并在之后的研究過(guò)程中持續對它進(jìn)行補充，最大限度地緩解土壤污染數據空間分布不均的問(wèn)題。”侯德義說(shuō)。
數據庫構建后，研究團隊利用機器學(xué)習算法，經(jīng)過(guò)數十次模型迭代優(yōu)化，最終構建出全球土壤重金屬污染空間分布反演模型。
最后，為確保結果可靠，團隊通過(guò)全面的系統性分析，量化了數據偏差等因素帶來(lái)的不確定性。
研究者呼吁多維度推進(jìn)污染防治→
一張全球性土壤重金屬污染地圖由此逐漸清晰。
研究顯示，全球14%—17%的農田土壤存在重金屬超標問(wèn)題，影響農業(yè)生產(chǎn)和糧食安全;約9億—14億人口居住在土壤重金屬污染超標區域，存在潛在健康風(fēng)險。
值得注意的是，除傳統采礦、冶煉、施肥等污染成因外，光伏、電動(dòng)汽車(chē)電池生產(chǎn)等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對土壤重金屬分布或存在潛在影響。
侯德義指出，隨著(zhù)全球碳中和進(jìn)程加速，鋰、鈷、鎳等關(guān)鍵金屬的開(kāi)采強度顯著(zhù)上升，可能在一些發(fā)展中國家形成新的污染熱點(diǎn)，需要防范綠色轉型中的土壤環(huán)境風(fēng)險。
面對這一嚴峻形勢，如何構建科學(xué)有效的風(fēng)險防控體系，成為下一階段國際社會(huì )需要共同應對的重大課題。研究團隊呼吁，各國政府及國際組織可協(xié)同開(kāi)展系統性防治工作，從多個(gè)維度著(zhù)力推進(jìn)土壤重金屬污染防治。
比如，推進(jìn)針對性土壤詳查工作，聚焦撒哈拉以南非洲等高風(fēng)險且數據稀缺區域系統開(kāi)展土壤污染評估，為科學(xué)治理提供數據支撐與決策依據。
“目前，聯(lián)合國環(huán)境規劃署與糧農組織正合力推動(dòng)全球土壤污染防治與修復工作。鑒于本研究揭示的非洲等區域數據匱乏導致的預測不確定性，我們呼吁國際社會(huì )優(yōu)先向數據稀缺地區提供土壤污染調查援助，特別是撒哈拉以南非洲，以完善全球污染監測網(wǎng)絡(luò )。”侯德義說(shuō)。
在治理策略上，推廣綠色可持續修復技術(shù)應用。針對受污染區域，優(yōu)先采用植物修復、生物修復等環(huán)境友好型技術(shù)，在有效控制土壤污染的同時(shí)實(shí)現土壤生態(tài)功能的系統恢復，促進(jìn)土壤質(zhì)量提升。
同時(shí)，健全土壤保護法律與監管體系。加快制定并嚴格實(shí)施土壤環(huán)境保護政策，通過(guò)完善土地利用規劃、規范農用化學(xué)品使用標準等措施，從制度層面降低污染風(fēng)險。同步推廣可持續農業(yè)實(shí)踐，并構建常態(tài)化監管機制。
強化土壤科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng )新，與構建多元化資金保障機制同樣重要。
侯德義指出，應持續加大科研投入力度，重點(diǎn)攻關(guān)土壤監測技術(shù)，研發(fā)經(jīng)濟高效的污染修復方法。同時(shí)完善科研成果轉化機制，推動(dòng)技術(shù)成果向實(shí)際治理場(chǎng)景的有效應用。通過(guò)政府財政補貼、國際合作援助等方式，建立穩定的資金支持渠道，重點(diǎn)保障低收入、高風(fēng)險地區土壤污染治理項目的順利實(shí)施，確保治理工作的可持續性。 |
