所谓土壤污染,大体可以说是由于化学物质的侵入而损害着土壤的健全机能。那么,土壤的健全机能到底又是什么呢?自从人类历史上出现农业以来,土壤就是执行着生产粮食场所的机能。直至今天,这种机能仍然没有改变。土壤污染与大气污染或水质污染有所不同。这个问题几乎没有引起我们的关心。
一、什么叫土壤污染
生长于土壤之上的植物受到污染,而以植物为饲料的家畜也由此受污染,就是说,表现为食物的链条式污染或者使生产受到损害。
另一方面,从生态学的观点来看,土壤是作为物质分解者的栖息场所而受到重视。对太阳能进行固定的植物,以植物为能源的动物,这两种生物的遗体,均可还原于土壤,经过土壤微生物的分解作用,再度变成无机物,结果,地球上的物质循环,才能顺利地进行。近年来,由于人类活动急剧增多而造成的能量消耗、扩大物质生产或者物质的局部集中,这样便往土壤投弃了许多土壤中分解者不能分解的物质,或者是超出其分解能力的物质。再者,恰好相反,积极利用土壤作为不断增多的垃圾和废物的处理场所,这种意见也已经抬头。
土壤,与生长于其上的植被互相依存,同时也具有以气温、降水量、大气组成等为主的气象学环境因子进行缓和和调节的能力;而且作为休养场所的绿色草地的要求,今后也将越来越增多。
因此,所谓土壤污染,就广义来说,也可以认为包含着损害土壤机能的全部内容。就这种意义来说,伴随着城市化和工业化,土壤正在丧失此种机能,而最严重的,就是土壤污染所造成。因篇幅所限,本节只限于涉及化学物质引起的土壤污染。
1970年12月,日本曾经制定防止土壤污染法,但作为对象的污染物质,只是根据镉这一事实,这就可以看出,对土壤污染的调查、研究,或者采取行政步骤,与大气以及水质所取步骤相比,要迟缓得多。
二、土壤的基本性质
从环境污染的观点来看,土壤既是污染的场所,同时也是起着缓和和减少污染为害的场所。但是,更主要的是,土壤乃是地球上生命活动不可缺少的首要的生产场所,也是地球表层物质循环的重要承受者。
随着地球上生命的出现,土壤也相应出现。简单的岩石粉末,不得称为土壤。生物及其遗体以及分解物质的微生物,乃是土壤形成的本质因素。土壤是作为热量和水分条件以及与此相应的生物活动的历史产物。这种土壤的历史,可以从其剖面反映出来。根据其剖面形态,土壤可区分为若干土壤类型。
土壤是由固相(岩石碎片与无机物微细团粒以及有机物),液相(土壤水分)和气相(土壤空气)构成。土壤三相的分布、是控制着植物生长发育与微生物活动的土壤的重要性质。
土壤属微粒系统,水分、空气等流体可通过微粒孔隙,能够自由进出于土壤。微粒的团聚或者构成微粒的物质,容易由于一些微小的作用而发生变化,这种变化的结果,可更有利于贮存。为了具备这种特点,土壤既能处理来自外界的各种因素,同时又能将其积蓄于内部,因此,可以说土壤要比岩石、空气、水分等远远优越得多。另外,土壤本身作为亚系统之一,与生物圈、水圈、气圈、岩石圈等等亚系统一样,都是靠近地球表面,并且相互进行着物质交换与能量交换。这种事实,对于理解环境污染及处理环境污染,都是重要的观点。
土壤微粒每单位重量的表面积,相当巨大,而且还能形成2次、3次的团粒结构。同时对热量、水分条件、氧化还原状态、微生物基质质量与浓度等等的分布,均赋予极其多种多样的性质。处于土壤界面上时,可以观察到与液体中不同的微生物活动状况。
土壤的分解能力,是由1克土壤中具有数十亿生活着的微生物所承担。
距土壤表层15厘米深处的微生物活体重量,相当于土壤全部有机物质含量的2~3%左右。在土壤这种不均匀的系统中,多种多样的微生物以及其他小动物与植物,共同构成一种动态平衡的系统,而在这种系统之中,进行着各种各样的物质交换。
土壤污染就是近年来由于人类活动急剧增多,各种污染物质积累于土壤,结果便破坏了上述这种动态平衡。
农药、一部分工业有机合成产品、塑料、重金属物质等等,几乎没有利用土壤进行净化或处理的可能性。来自天然有机物质的废物,由于集中投弃量超过土壤自然净化的能力,因而造成土壤污染,使土壤丧失原有的机能。
三、土壤污染的历史
在日本,对土壤污染给予现代科学说明的,首推古在由直和长冈宗好两氏对渡良濑川矿害事件的研究(1892年)。他们曾经查明,渡良濑川沿岸耕地不毛的原因,是由于足尾矿山废水所含的铜所致。此外,曾经应用石灰以中和其酸性及采取其他方法。然而,为对抗各种各样的压力,站在被害者即农民一边,进行调查研究,乃是今天科学工作者的社会责任,也是对研究公害的态度采取严格批判的时刻,故必须重新加以评价。
嗣后,直至第二次世界大战期间,土壤污染的研究,曾以矿害及潮害的实际调查及其采取对策作为中心课题。
战后,由于第二类产业向着平原内陆地区深入扩展以及城市人口不断膨胀,所以土壤污染的状况也急剧发生变化,被害面积剧烈增加。矿害依然占着庞大面积,但是由工厂废水及城市污水造成的土壤污染,也是引人注意。
已经查明,水保病的起因物质是水银,而防治稻瘟病所使用的有机汞剂对土壤及大米的污染,也成为问题。这就是迄今继续发生的“农药污染”的契机。战后以来,有机合成农药大量廉价生产,而且这些农药多半使用于水田,这也成为农药导致严重而又广泛的环境污染的主要原因。
水保病及“疼痛病”事件可成为一种开端,而由水银、镉及其他重金属引起的土壤及作物的污染,也是成为研究者关心的内容,并且正在查明各种污染的实际情况。
由于有机化学工业,其中包括石油化学工业的急速发展,合成化学产品的生产量也急剧增多,许多难分解的有机物质,也在市面出卖。关于此类化学工业产品,其最终使用状况,未必明确,而且在分析方法上也有困难,只是查明一部分有机氯化物(例如氯化联苯,聚氯联苯)的污染。但是今后随着分析技术的进步,可以预测,污染物质的种类与状况,必会经历着复杂而且多方面的变化。
四、土壤的污染物质
若按土壤污染途径对污染物质进行分类,则可以分为:
1)灌溉水;
2)气溶胶及雨水;
3)农业生产资料。
直至最近,若谈及土壤污染,几乎都说其起因于灌溉水。在这种意义上,土壤污染与水质污浊便有着密切关系。经由大气的污染,除了矿山及冶炼厂附近以外,近年来,污染途径也逐渐增多,铅污染就是其代表性实例。
作为农业生产资料,可以说就是农药与肥料。这两者都是把农业转变为对土壤污染的为害者。从这种意义来看,就必须过问其使用状况,特别是其使用方法与药剂性质。
污染物质的性质,大致可区分为天然有机物质、金属等微量元素以及人工合成化合物。这些物质彼此的污染状况,对生态系统的影响以及采取的对策等,均各不同。
人粪尿、畜产废弃物等等天然有机物质,本来在土壤中可以完全分解。向土壤提供适量有机物质,以便维持土壤原有的机能,是很必要的。这里,由于投弃量超越土壤能够承担分解的能力,所以才会产生污染。
金属当然不会受到土壤分解。可是经由大气及水分的作用,金属也会逐渐积累于土壤中,从而妨碍植物的生长和发育,或者摄食这些植物的人畜,也会受到危害。具有积累性能和浓缩性能的金属投弃于土壤中,除非采取全面排除,否则别无他法。另外,金属自从形成以来,就是存在于土壤中的天然元素。因此,天然元素分布的资料,应与人为污染相区别,这是具有重大意义的。
合成化学产品,倘若属难分解性质,就不应该排弃于自然环境之中。若要利用这类化学产品,就必须采取全部回收的处理设施。关于起因于产业废水的污染物质,其污染源种类及性质。
起因于城市污水的污染物质,近年来其种类越来越繁多。除了已经查明的氨类无机态氮及磷酸等因过量造成为害以外,ABS之类的合成洗涤剂,一般属表面活化剂的污染,也应该引起注意。表面活化剂,除了以其毒性对植物生长和发育具有抑制作用以外,也能够溶解难溶性以至不溶性的各种有机物质,促进植物对其吸收等等,以及能够影响其他污染物质在土壤中的动态。凡此种种,都应该加以重视。