美國學術期刊《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
記者就此專訪了論文第一作者、清華大學環(huán)境學院教授、土壤與地下水教研所所長侯德義。
聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，土壤是全球95%食物的生產基礎，土壤質量直接關系人類的生存與發(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(tǒng)性認知仍顯不足。
研究發(fā)現(xiàn)，在歐亞大陸中低緯度地區(qū)，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(qū)，與人類文明的主要發(fā)源地存在重合。
圖為研究團隊開展土壤采樣現(xiàn)場作業(yè)。受訪者供圖
除了受數(shù)千年的采礦和冶煉等人類活動影響之外，強烈的成土母質風化作用、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(qū)重金屬富集的原因。
“由于重金屬不可降解，這一區(qū)域可以作為新地質時代‘人類世’的重要標志物。”侯德義說。
通過深入分析，研究團隊揭示了環(huán)境要素與重金屬分布的關聯(lián)規(guī)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，霜降及濕潤天數(shù)則呈負相關關系。
“在亞熱帶季風氣候區(qū)，農田土壤重金屬超標率顯著高于全球均值；相反，濕潤大陸性氣候區(qū)的超標率相對較低。同時，地形因素也不容忽視——高海拔和陡坡地帶的污染風險更為突出。”侯德義補充，此外，研究證實社會經(jīng)濟活動同樣是關鍵驅動因素，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正相關。
研究結果有力驗證了一個基本科學假設——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)境與社會變量之間的相互作用。這一發(fā)現(xiàn)，為未來的全球土壤污染防治行動提供了科學依據(jù)。
要真正實現(xiàn)精準治理，首先需要解決一個更基礎的問題：如何在全球范圍內準確鎖定污染區(qū)域。
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，旨在通過科學證據(jù)和國際合作應對土壤污染問題，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。
受邀參加此次會議，讓侯德義意識到，盡管過去幾十年間土壤重金屬污染問題已得到廣泛研究，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，對污染驅動機制的研究長期局限于區(qū)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(tǒng)性防治策略的制定與實施。”侯德義說。研討會結束后，他便帶領團隊啟動一項填補空白的研究。團隊的首要任務是破解土壤重金屬數(shù)據(jù)碎片化難題，開展跨學科、跨區(qū)域的數(shù)據(jù)整合工作。
79.6萬個采樣點，無數(shù)個10km×10km的柵格，勾畫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種重金屬和類金屬。它誕生的背后，是研究團隊通過對1493套區(qū)域研究數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性收集，構建起一座全球土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫。
數(shù)據(jù)庫的建設過程充滿挑戰(zhàn)。侯德義介紹，團隊致力于突破兩個難點：一是全球土壤重金屬數(shù)據(jù)分布不均，非洲、南美洲等局部地區(qū)的數(shù)據(jù)覆蓋不足，加之土壤污染本身具有高度空間異質性，導致大尺度下連續(xù)、精細的污染空間分布刻畫極具難度。
二是土壤污染的形成機制復雜，涉及氣候條件、地質構造等自然因素，以及農業(yè)生產活動、采礦冶煉等人為因素的動態(tài)耦合，這些非線性關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年時間，構建起初始的土壤重金屬污染數(shù)據(jù)庫，并在之后的研究過程中持續(xù)對它進行補充，最大限度地緩解土壤污染數(shù)據(jù)空間分布不均的問題。”侯德義說。
數(shù)據(jù)庫構建后，研究團隊利用機器學習算法，經(jīng)過數(shù)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，團隊通過全面的系統(tǒng)性分析，量化了數(shù)據(jù)偏差等因素帶來的不確定性。
研究顯示，全球14%—17%的農田土壤存在重金屬超標問題，影響農業(yè)生產和糧食安全；約9億—14億人口居住在土壤重金屬污染超標區(qū)域，存在潛在健康風險。
值得注意的是，除傳統(tǒng)采礦、冶煉、施肥等污染成因外，光伏、電動汽車電池生產等新興產業(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，隨著全球碳中和進程加速，鋰、鈷、鎳等關鍵金屬的開采強度顯著上升，可能在一些發(fā)展中國家形成新的污染熱點，需要防范綠色轉型中的土壤環(huán)境風險。
面對這一嚴峻形勢，如何構建科學有效的風險防控體系，成為下一階段國際社會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)同開展系統(tǒng)性防治工作，從多個維度著力推進土壤重金屬污染防治。
比如，推進針對性土壤詳查工作，聚焦撒哈拉以南非洲等高風險且數(shù)據(jù)稀缺區(qū)域系統(tǒng)開展土壤污染評估，為科學治理提供數(shù)據(jù)支撐與決策依據(jù)。
“目前，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署與糧農組織正合力推動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(qū)域數(shù)據(jù)匱乏導致的預測不確定性，我們呼吁國際社會優(yōu)先向數(shù)據(jù)稀缺地區(qū)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(jiān)測網(wǎng)絡。”侯德義說。
在治理策略上，推廣綠色可持續(xù)修復技術應用。針對受污染區(qū)域，優(yōu)先采用植物修復、生物修復等環(huán)境友好型技術，在有效控制土壤污染的同時實現(xiàn)土壤生態(tài)功能的系統(tǒng)恢復，促進土壤質量提升。
同時，健全土壤保護法律與監(jiān)管體系。加快制定并嚴格實施土壤環(huán)境保護政策，通過完善土地利用規(guī)劃、規(guī)范農用化學品使用標準等措施，從制度層面降低污染風險。同步推廣可持續(xù)農業(yè)實踐，并構建常態(tài)化監(jiān)管機制。
強化土壤科學研究與技術創(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(xù)加大科研投入力度，重點攻關土壤監(jiān)測技術，研發(fā)經(jīng)濟高效的污染修復方法。同時完善科研成果轉化機制，推動技術成果向實際治理場景的有效應用。通過政府財政補貼、國際合作援助等方式，建立穩(wěn)定的資金支持渠道，重點保障低收入、高風險地區(qū)土壤污染治理項目的順利實施，確保治理工作的可持續(xù)性。
