我國土壤鎘污染現狀、危害及其治理方法綜述

李婧　周艷文　陳森　高小杰

摘 要：隨著工業化進程的推進，土壤鎘污染越來越受到人們的重視。該文對我國土壤鎘污染現狀、鎘污染的來源以及鎘污染對農業生產和人群健康產生的危害，以及治理方法進行了綜述，并且對我國鎘污染治理的發展方向作出了展望。

關鍵詞：土壤；鎘污染；來源；危害；治理

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）24-104-04

Abstract：As the development of industry，soil cadmium pollution have caused more and more concern.In this thesis，the pollution actualities，source，damage and management of soil cadmium pollution were briefly introducted，and the development direction of soil cadmium pollution management was discussed.

Key words：Soil；Cadmium pollution；Source；Damage；Managment

據2014年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，耕地土壤環境質量堪憂。其中，鎘污染物點位超標率達到7.0%，呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態勢，是耕地、林地、草地和未利用地的主要污染物之一[1]。鎘是眾所周知的重金屬“五毒”元素之一，具有分解周期長（半衰期超過20a）、移動性大、毒性高、難降解等特點，在生產活動中容易被作物吸收富集，不僅嚴重影響作物的產量和品質，而且可以通過食物鏈在人體的積累危害人體健康[2]，例如，20世紀60年代在日本富山縣神通川流域出現的“骨痛病”事件。針對我國鎘污染現狀，本文將從鎘污染的來源、危害、修復治理等方面進行了論述，詳細介紹鎘污染這一環境污染問題，以期為我國農業的健康發展和鎘污染土壤的治理提供科學依據，為后續研究提供參考。

1 我國土壤鎘污染現狀

我國于20世紀70年代中后期才開展有關農田土壤鎘污染調查的工作，1980年中國農業環境報告顯示，我國農田土壤中鎘污染面積為9 333hm2，到2003年我國鎘污染耕地面積為1.33×104 hm2，并有11處污灌區土壤鎘含量達到了生產“鎘米”的程度[3-4]。近年來，隨著我國工業的發展，由于化肥、農藥的大量施用，工業廢水和污泥的農業利用，以及重金屬大氣沉降的日益增加，土壤中鎘的含量明顯增加，土壤鎘污染狀況越發嚴重，目前，我國鎘污染土壤的面積已達2×105km2，占總耕地面積的1/6[5]。

從近年的有關研究來看，我國各地均存在著不同程度的鎘污染問題。目前，我國土壤鎘污染涉及11個省市的25個地區。比如，上海螞蟻浜地區污染土壤鎘的平均含量達21.48mg/kg，廣州郊區老污灌區土壤鎘的含量高達228.0mg/kg[6-7]。我國農田土壤的鎘污染多數是由于進行工業廢水污灌造成的。據統計，我國工業每年大約排放300億～400億t未經處理的污水，引用工業廢水污灌農田的面積占污灌總面積的45%[8]，至20世紀90年代初，我國污灌農田中有1.3×104hm2的農田遭受不同程度的鎘污染，污染土壤的鎘含量為2.5～23.0mg/kg，重污染區表層土壤的鎘含量高出底層土壤幾十甚至1 000多倍[9]。在大田作物中，鎘是我國農產品主要的重金屬污染物[10]。據報道，我國污灌區生產的大米鎘含量嚴重超標，例如，成都東郊污灌區生產的大米中鎘含量高達1.65mg/kg，超過WHO/FAO標準約7倍[11]。2000年農業部環境監測系統檢測了我國14個省會城市共2 110個樣品，檢測數據顯示，蔬菜中鎘等重金屬含量超標率高達23.5%；南京郊區18個檢測點的青菜葉檢測表明，鎘含量全部超過食品衛生標準，最多超過17倍[6]。潘根興研究團隊于對2007年對全國6個地區（華東、東北、華中、西南、華南和華北）縣級以上市場隨機采購的91個大米樣品檢測后，發現約有10%左右的市售大米存在重金屬鎘含量超標問題[12]。據報道，廣西某礦區生產的稻米中鎘濃度嚴重超標，當地居民因長期食用“鎘米”已經出現了“骨痛病”的癥狀，嚴重威脅當地居民的身體健康[3]。以上研究結果表明，我國土壤受鎘污染的程度已相當嚴重，土壤鎘污染造成水稻、蔬菜等農產品的質量下降、產量降低，并且嚴重威脅到當地居民的身心健康，影響我國農業的可持續發展。

2 土壤鎘污染的來源

土壤中鎘的主要有2種來源，分別為自然界的成土母質和人為活動，前者為自然界中巖石和土壤鎘含量的本底值，一般來講世界范圍內土壤鎘平均值為0.35mg/kg，我國土壤鎘背景值為0.097mg/kg，遠低于世界均值[13-14]。而后者主要指通過工農業生產活動直接或間接地將鎘排放到環境的人為活動，并且是造成土壤鎘污染的主要途徑，歸納起來污染途徑主要有如下4個方面：

2.1 大氣鎘沉降 電鍍、油漆著色劑、塑料穩定劑、電池生產以及光敏元件的制備等工業廢氣中存在一定量的鎘，它們會和粉塵一起隨風擴散到工廠周圍，一般在工業區周圍的大氣中鎘的濃度較高[15]，較高濃度的鎘可以通過降雨或沉降進入土壤。進入土壤中的鎘，一部分被植物吸收，剩余的部分則在土壤大量積累，而當土壤中鎘累積超過一定范圍時，就造成了土壤的鎘污染[16]。

2.2 施肥不當 在農業生產過程中為了獲得高產，一般都加大農藥化肥的投入，長期施用含有鎘的農藥化肥必然導致土壤的鎘污染。據統計分析，磷肥中含有較多的鎘，氮肥和鉀肥含量較少，因此含鎘磷肥的施用影響最為嚴重。我國磷肥生產所需磷礦石的鎘含量雖然較低，在世界上屬于較低水平，但我國磷礦石含磷量同樣不高，因此需要從國外進口大量的磷肥[4]。據西方國家估算，全球磷肥平均含鎘量7.0mg/kg，可給全球土壤帶來約6.6×104kg鎘[17]。韓曉日等[18]研究也發現，長期施用磷肥和高量有機肥能夠增加土壤鎘含量。由此可見，長期施用含鎘的化肥會增加土壤的鎘含量，給土壤帶來嚴重的重金屬污染問題。

2.3 污水灌溉 鍍鋅廠以及與塑料穩定劑、染料及油漆等生產有關工廠產生的工業污水中含有多種重金屬，其中就有大量的鎘，這些廢水如不經處理或者處理不達標，廢水中的鎘就會隨著污灌進入土壤，因此，在工礦和城郊區的污灌農田均存在著土壤鎘污染問題。據統計，目前我國工業、企業每年要排放約300億～400億t未經處理的污水，利用這些工業污水進行灌溉造成了嚴重的重金屬污染，污水灌溉已經是我國農田土壤鎘污染的主要原因[8]。何電源等[19]在1987-1990年間對湖南省的農田污染狀況調查也表明，農田土壤鎘污染的主要來源是工礦企業排放的廢氣和廢水。此外，大量堆積的工業固體廢棄物和農田施用的污泥，也會造成土壤的鎘污染[16]。

2.4 金屬礦山酸性廢水污染 金屬礦山的開采、冶煉以及重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣堆等，存在著大量的酸性廢水，這些酸性廢水溶出的多種重金屬離子能夠隨著礦山排水和降雨進入水環境或土壤，可以間接或直接地造成土壤重金屬污染。據報道，1989年我國有色冶金工業向環境中排放重金屬鎘多達88t[20]。

3 土壤鎘污染的危害

鎘是一種具有毒性的重金屬微量元素，是人體、動物和植物的非必需元素，但它在冶金、塑料、電子等行業非常重要，通常通過“工業三廢”等途徑進入土壤。土壤中鎘的形態有水溶態、可交換態、碳酸鹽態、有機結合態、鐵錳氧化態和硅酸態等，水溶性和交換態鎘可以被植物吸收，并通過食物鏈進入人體富集，達到一定程度時會引發各種疾病，嚴重危害植物和人體的健康，且具有長期性、隱蔽性和不可逆性等特點。

3.1 鎘對植物健康的危害 鎘是植物生長的非必需元素，當鎘在植物組織中含量達到1.0mg/kg時，會通過阻礙植物根系生長、抑制水分和養分的吸收等引起一系列生理代謝紊亂，如蛋白質、糖和葉綠素的合成受阻，光合強度下降和酶活性改變等，使植物表現出葉色減褪、植物矮化、物候期延遲等癥狀，最終導致作物品質下降和減產，甚至死亡[6，21-22]。張義賢等[23]研究表明，大麥種子在鎘脅迫下，種子的萌芽率、根生長率均呈下降趨勢，當鎘濃度達到0.01mol/L時，種子萌芽率小于45%，且根不再生長。劉國勝等[24]研究表明，當土壤含有0.43mg/kg可溶態鎘時，水稻減產10%，當含量為8.1mg/kg時，水稻減產達25%，并且，稻米的氨基酸、支鏈淀粉和直鏈淀粉比例發生改變，使水稻品質變差[4]。

3.2 鎘對人體健康的危害 鎘是人體非必需的微量元素，具有較強的致癌、致畸及致突變作用，對人體會產生較大的危害，鎘一般通過呼吸系統和消化系統進入人體，在人體內半衰期長達20～30a。鎘對人體的毒害分為急性毒害和慢性毒害2種，鎘的急性毒害主要表現為肺損害、胃腸刺激反應、全身疲乏、肌肉酸痛和虛脫等；慢性毒害主要表現為對骨骼、肝臟、腎臟、免疫系統、遺傳等的系列損傷，并誘發多種癌癥[25-27]。例如，20世紀60年代發生在日本神通川流域的“骨痛病”，原因就是當地居民食用鎘米造成的。因此，聯合國環境規劃署（UNEP）將其列為具有全球性意義的危險化學物質[28]。

4 土壤鎘污染的治理方法

為了有效利用現有的土地資源，減少鎘等重金屬人體造成的危害，需要采取有效措施治理和恢復受污染的土壤。目前，有關鎘污染土壤的治理方法有很多，主要有物理方法、化學方法和生物方法等。

4.1 物理方法 鎘污染土壤的物理修復方法主要有排土、客土、深耕翻土等傳統物理方法以及電修復技術、洗土法等。客土法就是將污染土壤鏟除，換入未污染的土壤，去表土法就是將污染的表土移去等。傳統的物理修復方法治理鎘污染效果非常明顯，如吳燕玉等[29]在張士灌區調查時發現去除表層土可使稻米中鎘含量降低50%。然而，這種方法需要耗費大量資金、人力物力，且移除的污染土壤又容易引起二次污染，因此難以在大面積治理上推廣。電修復技術，是指在土壤外加一個直流電場，土壤重金屬在電解、擴散、電滲、電泳等作用下流向土壤中的某個電極處，并通過工程收集系統收集起來進行處理的治理方法。胡宏韜等[30]研究發現，當試驗電壓為0.5W/cm時，陽極附近土壤中鎘的去除效率達到75.1%；淋濾法和洗土法是運用特定試劑與土壤重金屬離子作用，然后從提取液中回收重金屬，并循環利用提取液。據報道，美國曾應用淋濾法和洗土法成功地治理了包括鎘在內的8種重金屬，治理了2.0×104t污染的土壤，且重金屬得到了回收和利用，而且整個治理過程中沒有產生二次污染[20]。

4.2 化學方法 化學法是指通過在土壤中施用化學制劑、改良劑，增加土壤粘粒和有機質，改變土壤氧化還原電位和pH值等理化性質，使土壤鎘發生氧化還原等作用，降低鎘的生物有效性，以減輕對其它生物的危害[31-32]。目前，磷酸鹽、石灰、硅酸鹽等是化學法處理鎘污染土壤中常用物質。Gworek[33]等在研究中發現利用沸石等硅鋁酸鹽鈍化土壤重金屬能顯著降低污染土壤中鎘的濃度。總體而言，化學方法具有操作簡單、治理效果、費用適中等優點，缺點是容易再度活化重金屬。因此，該方法適用于重金屬污染不太嚴重的地區，對污染太嚴重的土壤不適用[4，20]。

4.3 生物方法 生物方法是指通過某些特定微生物、動物或植物的代謝活動，吸附降解土壤污染物質、降低土壤重金屬生物活性的治理方法，具有土壤擾動小、原位性、不產生二次污染等優點，一般分為微生物修復、動物修復、植物修復3種。

4.3.1 微生物修復 微生物修復是指利用土壤微生物固定、遷移或轉化土壤中的重金屬，從而降低重金屬毒性，主要包括生物富集和生物轉化2種作用方式。生物富集作用指微生物的積累和吸附作用；生物轉化作用指微生物對重金屬的氧化和還原作用、重金屬的溶解和有機絡合配位等[34]。例如，吳海江[35]利用分離獲得的菌株對鎘的去除率高達60%，吸附量達54mg/kg；張欣等[36]在模擬鎘輕度污染試驗中通過施入微生物菌劑使菠菜植株鎘含量平均下降14.5%。

4.3.2 動物修復 動物修復是指利用土壤中某些低等動物的代謝活動來降低污染土壤中重金屬比例的方法。例如，Ramseier等[37]研究發現蚯蚓具有強烈的鎘富集能力，當土壤鎘濃度為3mg/kg時，蚯蚓的鎘富集量可以達到120mg/kg。但由于低等動物生長受環境等因素的嚴重制約，該項技術在實際應用中受到了一定限制[20，28]。

4.3.3 植物修復 植物修復是指利用超富集植物吸附清除土壤鎘污染的原位治理方法，具有實施較簡便、投資較少、破壞小、無二次污染等優點，是一種環境友好型修復技術[20，34]。目前，全世界已發現500多種富集重金屬的植物，其中部分植物對土壤鎘具有強烈的富集作用，表現出對鎘的選擇性吸收，如蕪菁、菠菜、煙草、向日葵等[12]。近幾年來，我國在利用植物修復鎘污染土壤方面取得了不少成果，例如，蔣先軍等[38]研究發現印度芥菜、劉威等[39]發現寶山堇菜等屬于鎘超積累植物，這些發現都可以應用于鎘污染土壤的治理與恢復工作。

5 展望

2014年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤鎘污染物點位超標率達到7.0%，鎘是我國耕地、林地、草地和未利用地的主要污染物之一，土壤鎘污染日趨嚴重。因此，要積極開展切實有效的管理控制、污染防治綜合治理等，首先，從源頭上控制鎘對土壤的污染，采取清潔生產與資源循環利用措施，減少甚至避免各類鎘污染物進入土壤環境；其次，加強鎘污染土壤修復技術的研究，特別是植物修復技術和微生物技術；再次，發展聯合修復技術，將生物修復與物理化學法、工程措施和農藝措施有效結合起來，開展多學科聯合的生態修復。只有這樣，才有可能修復已經被鎘等重金屬污染的土地，保護未被污染的土地資源，實現自然與社會的健康、可持續發展。

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（責編：張宏民）