耕地土壤鎘污染現(xiàn)狀及管控策略

近年來，鎘的主要應用領域發(fā)生了改變，由電鍍用鎘轉為電池和電子工業(yè)，增加了回收難度，加劇環(huán)境中鎘污染現(xiàn)象。因此，為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，降低土壤重金屬向植物和人體轉運和富集能力，必須加強耕地土壤鎘污染管控。

目前，對耕地土壤鎘污染控制對策主要有5個方面：一是采用降低土壤鎘的有效性適宜改良劑；二是農(nóng)作物田間管理；三是種植抗鎘污染的農(nóng)作物或實施種植結構調(diào)整；四是上述技術的集成運用；五是劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)。

水稻是全球第二大主要糧食作物，僅次于小麥，在我國特別是南方地區(qū)，稻米是人們最重要的糧食來源。

但近年來，我國糧食鎘等重金屬超標的問題日益突出，長期攝入鎘會影響人體鈣和磷的代謝，引發(fā)腎和肝等器官的病變，誘發(fā)骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)軟化、腎結石等疾病。由于鎘在環(huán)境中不能降解，一旦進入環(huán)境就難以被消除，最終通過生物鏈轉移到人體。

鎘的生物半衰期長達10－30年，故在機體中長期積蓄而對人體造成危害。美國毒物管理委員會(ATSDＲ)將Cd列為第六位危害人體健康的有毒物質(zhì)。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃局(DNFP)和國際勞動衛(wèi)生重金屬委員會也把Cd列入重點研究的環(huán)境污染物，世界衛(wèi)生組織則將其作為優(yōu)先研究的食品污染物。

近年來，鎘的主要應用領域發(fā)生了改變，由電鍍用鎘轉為電池和電子工業(yè)，增加了回收難度，加劇環(huán)境中鎘污染現(xiàn)象。因此，為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，降低土壤重金屬向植物和人體轉運和富集能力，必須加強耕地土壤鎘污染管控。

1、耕地土壤鎘污染現(xiàn)狀

土壤污染狀況調(diào)查公報顯示，全國土壤環(huán)境狀況總體狀況不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人為活動以及土壤環(huán)境背景值高是造成土壤污染或超標的主要原因。

全國土壤總的超標率為為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染的點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%;鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。

其中耕地點位超標率為19.4%，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。

從無機污染物點位超標來看，鎘的超標問題最為突出。相關研究表明，對于動植物與人類來說，鎘不是必須元素，與鉛、銅、鋅、砷相比，鎘的環(huán)境容量要小很多，且鎘很容易被植物吸收，小麥和水稻等主要農(nóng)作物對鎘的富集能力很強，鎘很容易通過食物鏈進入人體，為此，必須采取有力措施對土壤鎘污染進行嚴格控制。

2、土壤中鎘的形態(tài)及生物有效性

土壤鎘污染嚴重程度不僅和土壤中鎘的總量有關，土壤中鎘的賦存形態(tài)即生物有效性是決定植物吸收與土壤中重金屬含量的關鍵參數(shù)。土壤中重金屬形態(tài)分為:

水溶交換態(tài)、鐵－錳氧化結合態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、有機物結合態(tài)和殘留態(tài)。水溶交換態(tài)的鎘生物活性高，容易被植物吸收，對毒害最大;則殘留態(tài)不易遷移、活性低、毒害小。

重金屬鎘在土壤中經(jīng)過溶解、凝聚、化學反應、吸附、絡合等各種反應后，形成了不同形態(tài)的鎘，從而影響了土壤中向植物的遷移轉化。

如英國的Shipham礦區(qū)、日本神岡鉛鋅礦下游發(fā)生痛痛病的神通川污染區(qū)、廣東大寶山鐵銅礦下游的上壩村污染區(qū)，土壤中鎘的含量分別為998mg/kg、6.65mg/kg和1mg/kg。

但Shipham礦區(qū)碳酸鈣和氫氧化物含量較高，而神通川碳酸鈣和氫氧化物含量較高，上壩村不含碳酸鈣和氫氧化物高。且神通川土壤有機質(zhì)含量在10%左右，上壩村土壤有機質(zhì)含量在1%左右。

正是由于以上差異，導致三個地區(qū)土壤中鎘的有效性分別是0.04%、4%和85%，同時也導致Shipham礦區(qū)土壤中鎘的含量雖高，但到2000年為止，尚未得出土壤中鎘對當?shù)鼐用窠】翟斐捎绊?，而神通川?ldquo;痛痛病”的公害地、上壩村被媒體稱為“癌癥村”。

以上分析可以看出，影響農(nóng)作物吸收土壤中鎘可以通過改變土壤中鎘的賦存形態(tài)，盡量減少水溶交換態(tài)的鎘，增加殘留態(tài)的鎘，從而控制土壤中鎘向農(nóng)產(chǎn)品中遷移轉化。

3、耕地土壤鎘污染阻控對策

目前，對耕地土壤鎘污染控制對策主要有5個方面:一是采用降低土壤鎘的有效性適宜改良劑;二是農(nóng)作物田間管理;三是種植抗鎘污染的農(nóng)作物或實施種植結構調(diào)整;四是上述技術的集成運用;五是劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)。

3.1科學使用改良劑

使用土壤改良劑是通過改良劑調(diào)整土壤pH以及改良劑本身與重金屬的吸附、絡合以及沉淀作用，從而達到對土壤中鎘進行固定或鈍化，減少鎘的生物有效性。

因其操作簡單、經(jīng)濟實用的特點而得到廣泛應用。目前常用的改良劑有堿性石灰類、粘土礦物、含磷礦物、工業(yè)廢渣等、硅酸鹽和促進還原作用的有機物質(zhì)等，不同改良劑對土壤鎘的作用機理不盡相同。

石灰性改良劑(主要包括生石灰、堿煤渣、高爐渣等)對土壤鎘改良效果與土壤中pH值含量呈顯著正相關性。但石灰降鎘效果不穩(wěn)定，不能作為主要治理措施，而只能作為輔助手段。

日本于上世紀70年代在20個都縣的28個區(qū)域開展石灰施用等降鎘的大田示范試驗，施用石灰15～200kg/1000m2不等，其效果是糙米鎘降低達到60%以上只有2處，40%～60%的6處，20%～40%的8處，0%～20%的8處，反而增加的有4處。

同時，相關研究表明，不同土壤鎘污染酸性稻田上，施石灰1500～1875kg/hm2，使土壤pH由6.0增至6.4，可使米中鎘的含量從1.5mg/kg以上降至0.6mg/kg以下。

如果要將米鎘含量降低至食品衛(wèi)生標準允許的范圍以內(nèi)，必須加大石灰的施用量。當施石灰量達到9000kg/，土壤pH達到8.1時，稻米鎘含量可降至0.016mg/kg，但這時水稻產(chǎn)量也會隨之降低31.2%，而且，過量施用石灰會使土壤結構受到破壞。

硅肥、硒肥、赤泥等可通過提高土壤pH，有效降低土壤中鎘等重金屬的移動性和生物有效性，且赤泥本身所含重金屬量較低，且添加用量很少，產(chǎn)生二次污染的風險很低。

綜上所述，在選擇改良劑要充分考慮土壤類型、理化性質(zhì)以及改良劑對土壤結構、農(nóng)作產(chǎn)物品質(zhì)和產(chǎn)糧的影響來確定，同時需要避免對環(huán)境造成二次污染。

3.2農(nóng)作物田間管理

水分管理措施能夠調(diào)節(jié)土壤環(huán)境的氧化還原電位，從而實現(xiàn)減輕鎘污染的目的。硫和鐵是影響水稻吸收鎘的兩個重要的元素，水稻根膜主要由鐵膠膜形成，它可以通過吸附和共沉淀作用影響鎘在土壤中的生物有效性。

當土壤處于淹水狀態(tài)時，土壤中的被還原為，而可與Cd結合形成CdS沉淀物，阻止了鎘向生物體內(nèi)的轉移。當水被排干之后，土壤處于氧化狀當土壤處于淹水狀態(tài)時，土壤處于氧化狀態(tài)，S又被重新氧化為，土壤鎘的有效性被增加，加劇了植物對鎘的吸收。

在鎘污染土壤栽培水稻，應盡量采用全生育期淹水的水分管理措施，污染程度較輕的稻田亦可考慮在灌漿期進行曬田。

但由于局部耕地鎘污染地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉基礎設施薄弱，不能滿足正常用水需求，且我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式是以家庭聯(lián)產(chǎn)承包為主，對于統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)灌溉水管理難度較大。

不同農(nóng)作物對土壤中重金屬鎘的吸收存在很大差異，通過選擇作物類型和輪作方式，同樣可以實現(xiàn)控制土壤中重金屬向農(nóng)作物遷移轉換，如在輕中度鎘污染耕地，避免種植葉菜、塊根類蔬菜而改種瓜果類蔬菜或果樹等，能有效降低農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量。

3.3實施農(nóng)作物種植品種替換或種植結構調(diào)整

相關研究發(fā)現(xiàn)，不同水稻品種或不同農(nóng)作物對土壤鎘的富集能力有顯著差異。我國水稻品種資源豐富，南方主要以秈型為主，北方主要以粳型為主。

秈稻中，常規(guī)稻、三系雜交稻、二系雜交稻以及超級稻均有較大的種植面積，而粳型水稻主要以常規(guī)稻為主。不同學者主要采用小區(qū)試驗和盆栽試驗的方式，對不同水稻品種富集鎘的情況進行研究，并發(fā)現(xiàn)不同品種稻米對鎘的富集存在著顯著差異。

為了的減少鎘污染，盡可能減少受鎘污染的產(chǎn)品進入食物鏈，可以在中、重度污染地區(qū)改種非食用植物，改種一些觀賞性作物或經(jīng)濟作物，如種植花卉、苗木、棉花、桑麻等。

王凱榮等研究表明，污染農(nóng)田種桑樹后土壤鎘的含量普遍下降，下降幅度8.1%～83.9%，平均為37.1%，同時通過農(nóng)田桑蠶生產(chǎn)模式取得了良好的經(jīng)濟、生態(tài)、和社會效益。

3.4阻控技術的集成運用

在土壤鎘污染較重的區(qū)域，上述阻控技術往往達不到相應的土壤改良或重金屬固化或鈍化效果，但為了阻斷土壤中鎘向農(nóng)產(chǎn)品遷移轉化，一般選擇以上幾種阻控技術綜合運用，如將土壤改良劑如硅肥、硒肥等與石灰一起使用;將水稻田改種玉米時，同時添加土壤改良劑，增施有機肥等，抑制土壤中重金屬向農(nóng)作物遷移轉化。

3.5劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)

1970年日本政府制定了《農(nóng)地土壤污染防治法》，規(guī)定鎘及其化合物為有害物質(zhì)，還規(guī)定食用糙米中鎘含量的衛(wèi)生標準是0.4mg/kg，凡大米含鎘量＞1mg/kg的農(nóng)田，一律劃為“封閉區(qū)”，不得再種植水稻。

我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法規(guī)定，“縣級以上地方人民政府農(nóng)業(yè)行政主管部門按照保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的要求，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品品種特性和生產(chǎn)區(qū)域大氣、土壤、水體中有毒有害物質(zhì)狀況等因素，認為不適宜特定農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的，提出禁止生產(chǎn)的區(qū)域，報本級人民政府批準后公布”。

因此，各地應根據(jù)稻米中鎘超標情況，結合土壤污染程度等因素，劃定一定區(qū)域的水稻禁止種植區(qū)，以阻控土壤中向農(nóng)產(chǎn)品遷移轉化。