首張全球土壤有毒金屬污染風險地圖出爐，記者專訪論文第一作者
【谷騰環保網訊】美國學術期刊《Science》日前發表的一則研究論文顯示，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？
記者就此專訪論文第一作者、清華大學環境學院教授、土壤與地下水教研所所長侯德義。
圖為研究團隊開展土壤采樣現場作業 受訪者供圖
土壤重金屬受環境社會因素影響
聯合國糧食及農業組織統計數據顯示，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，與人類文明的主要發源地存在重合。
除了數千年的采礦和冶煉等人類活動之外，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，研究團隊揭示了環境要素與重金屬分布的關聯規律：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，霜降及濕潤天數則呈負相關關系。
“在亞熱帶季風氣候區，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。”侯德義補充說。此外，研究證實社會經濟活動同樣是關鍵驅動因素，特別是受工業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，取決于一系列環境與社會變量之間的相互作用。這一發現，為未來的全球土壤污染防治行動提供了科學依據。
而要真正實現精準治理，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域？
一場大會結緣和兩個難點突破
2018年，聯合國糧食及農業組織曾舉辦全球土壤污染研討會，旨在通過科學證據和國際合作應對土壤污染問題，以實現可持續發展目標。
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；另一方面，對污染驅動機制的研究長期局限于區域尺度，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據碎片化難題，開展跨學科、跨區域的數據整合工作。
79.6萬個采樣點，無數個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。
數據庫的建設過程充滿挑戰。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性，導致大尺度下連續、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，以及農業生產活動、采礦冶煉等人為因素的動態耦合，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據庫，并在之后的研究過程中持續對它進行補充，最大限度緩解土壤污染數據空間分布不均的問題。”侯德義說。
數據庫構建后，研究團隊利用機器學習算法，經過數十次模型迭代優化，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性分析，量化了數據偏差等因素帶來的不確定性。
研究者呼吁多維度推進污染防治
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題，影響農業生產和糧食安全；約9億—14億人口居住在土壤重金屬污染超標區域，存在潛在健康風險。
值得注意的是，除傳統采礦、冶煉、施肥等污染成因外，光伏、電動汽車電池生產等新興產業的發展，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同開展系統性防治工作，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據稀缺區域系統開展土壤污染評估，為科學治理提供數據支撐與決策依據。
“目前，聯合國環境規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域數據匱乏導致的預測不確定性，我們呼吁國際社會優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絡。”侯德義說。
在治理策略上，推廣綠色可持續修復技術應用。針對受污染區域，優先采用植物修復、生物修復等環境友好型技術，在有效控制土壤污染的同時實現土壤生態功能的系統恢復，促進土壤質量提升。
同時，健全土壤保護法律與監管體系。加快制定并嚴格實施土壤環境保護政策，通過完善土地利用規劃、規范農用化學品使用標準等措施，從制度層面限制污染風險。同步推廣可持續農業實踐，并構建常態化監管機制。
強化土壤科學研究與技術創新，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，重點攻關土壤監測技術，研發經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，建立穩定的資金支持渠道，重點保障低收入、高風險地區土壤污染治理項目的順利實施，確保治理工作的可持續性。
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