耕地土壤鎘污染管控對策研究

李志濤　王夏暉　劉瑞平　高彥鑫　張曉麗　馬　薇

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院土壤環(huán)境保護(hù)中心，北京　100012)

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耕地土壤鎘污染管控對策研究

李志濤王夏暉劉瑞平高彥鑫張曉麗馬薇

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院土壤環(huán)境保護(hù)中心，北京100012)

【摘要】本文系統(tǒng)分析了我國耕地土壤鎘污染現(xiàn)狀，并明確了鎘的不同賦存形態(tài)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全影響，提出耕地土壤鎘污染應(yīng)重點(diǎn)控制土壤中鎘的生物有效性，針對不同程度土壤污染分別采取使用改良劑、選種抗鎘污染農(nóng)作物、實(shí)施種植結(jié)構(gòu)調(diào)整或作物品種替換等措施；結(jié)合日本耕地土壤鎘污染控制經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，提出針對稻米鎘嚴(yán)重的地區(qū)要?jiǎng)澏ㄞr(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)的措施，切實(shí)阻斷土壤中鎘向農(nóng)產(chǎn)品傳輸，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量全。

【關(guān)鍵詞】耕地；鎘污染；管控對策

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(biāo)的問題日益突出，長期攝入鎘會(huì)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(jié)石等疾病。由于鎘在環(huán)境中不能降解，一旦進(jìn)入環(huán)境就難以被消除，最終通過生物鏈轉(zhuǎn)移到人體[1]。鎘的生物半衰期長達(dá)10-30年，故在機(jī)體中長期積蓄而對人體造成危害。美國毒物管理委員會(huì)(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(dòng)衛(wèi)生重金屬委員會(huì)也把Cd列入重點(diǎn)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(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生了改變，由電鍍用鎘轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運(yùn)和富集能力，必須加強(qiáng)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(bào)顯示，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，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(dòng)以及土壤環(huán)境背景值高是造成土壤污染或超標(biāo)的主要原因。全國土壤總的超標(biāo)率為為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染的點(diǎn)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(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)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(diǎn)位超標(biāo)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(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)來看，鎘的超標(biāo)問題最為突出[2]。

相關(guān)研究表明，對于動(dòng)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(qiáng)，鎘很容易通過食物鏈進(jìn)入人體，為此，必須采取有力措施對土壤鎘污染進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2土壤中鎘的形態(tài)及生物有效性

土壤鎘污染嚴(yán)重程度不僅和土壤中鎘的總量有關(guān)，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(guān)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(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)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(xué)反應(yīng)、吸附、絡(luò)合等各種反應(yīng)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(zhuǎn)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(jī)質(zhì)含量在10%左右，上壩村土壤有機(jī)質(zhì)含量在1%左右。正是由于以上差異，導(dǎo)致三個(gè)地區(qū)土壤中鎘的有效性分別是0.04%、4%和85%，同時(shí)也導(dǎo)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(dāng)?shù)鼐用窠】翟斐捎绊懀裢ùㄊ恰巴赐床　钡墓Φ亍⑸蠅未灞幻襟w稱為“癌癥村”[3]。

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(zhuǎn)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(gè)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?qū)嵤┓N植結(jié)構(gòu)調(diào)整；四是上述技術(shù)的集成運(yùn)用；五是劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)。

3.1科學(xué)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(luò)合以及沉淀作用，從而達(dá)到對土壤中鎘進(jìn)行固定或鈍化，減少鎘的生物有效性。因其操作簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)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(jìn)還原作用的有機(jī)物質(zhì)等，不同改良劑對土壤鎘的作用機(jī)理不盡相同[4]。

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(guān)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(jì)70年代在20個(gè)都縣的28個(gè)區(qū)域開展石灰施用等降鎘的大田示范試驗(yàn)，施用石灰15～200kg/1000m2不等，其效果是糙米鎘降低達(dá)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[5]。同時(shí)，相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)允許的范圍以內(nèi)，必須加大石灰的施用量。當(dāng)施石灰量達(dá)到9000kg/hm2，土壤pH達(dá)到8.1時(shí)，稻米鎘 含量可降至0.016mg/kg，但這時(shí)水稻產(chǎn)量也會(huì)隨之降低31.2%，而且，過量施用石灰會(huì)使土壤結(jié)構(gòu)受到破壞[6]。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(dòng)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(fēng)險(xiǎn)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(jié)構(gòu)、農(nóng)作產(chǎn)物品質(zhì)和產(chǎn)糧的影響來確定，同時(shí)需要避免對環(huán)境造成二次污染。

3.2農(nóng)作物田間管理

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(shí)現(xiàn)控制土壤中重金屬向農(nóng)作物遷移轉(zhuǎn)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(shí)施農(nóng)作物種植品種替換或種植結(jié)構(gòu)調(diào)整

相關(guān)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(xué)者主要采用小區(qū)試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)的方式，對不同水稻品種富集鎘的情況進(jìn)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[9]。

表1　不同水稻品種稻米對土壤中Cd的積累差異研究

為了的減少鎘污染，盡可能減少受鎘污染的產(chǎn)品進(jìn)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(jì)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(shí)通過農(nóng)田桑蠶生產(chǎn)模式取得了良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、和社會(huì)效益[10]。

3.4阻控技術(shù)的集成運(yùn)用

在土壤鎘污染較重的區(qū)域，上述阻控技術(shù)往往達(dá)不到相應(yīng)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(zhuǎn)化，一般選擇以上幾種阻控技術(shù)綜合運(yùn)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(shí)，同時(shí)添加土壤改良劑，增施有機(jī)肥等，抑制土壤中重金屬向農(nóng)作物遷移轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(bào)本級人民政府批準(zhǔn)后公布”。因此，各地應(yīng)根據(jù)稻米中鎘超標(biāo)情況，結(jié)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(zhuǎn)化。

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Control Strategy Research of Cadmium Pollution in Cultivated Soils

LI ZhitaoWANG xiahuiLIU RuipingGAO YanxinZHANG XiaoliMA Wei

(Center for Soil Environment Protection，Chinese Academy for Environmental Planning，Beijing 100012，China)

Abstract：This paper analyzed the status of cadmium pollution in soil of China systematically，and pinpointed the impact of cadmium occurrence states on agricultural products security. Moreover，it had been proposed that the plowland cadmium contamination control should focus on the effective reduction of Cd bioavailability in soil in this paper. According to the degree of soil pollution，different methods，such as using modifying agent，choosing Cd-resistant crops，plant structure adjustment，crop varieties replacement et al.，should be employed for soil restoration. What’s more，combined with Japan's experience soil cadmium pollution control in plowland with the relevant laws and regulations，the measure of designating forbidden tillage area had been proposed to cut off the cadmium transmission way from soil to agricultural products and ensure their quality.

Keywords：Cultivated land；Cadmium pollution；Control strategy

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)02-0021-03

作者簡介：李志濤，工程師，主任助理，研究方向?yàn)橥寥拉h(huán)境保護(hù)規(guī)劃與政策、土壤環(huán)境調(diào)查評估、土壤污染治理與修復(fù)技術(shù)

項(xiàng)目資助：環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)《農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評估與等級劃分及優(yōu)先保護(hù)區(qū)域確定技術(shù)研究》(201409044)

引用文獻(xiàn)格式：李志濤等.耕地土壤鎘污染管控對策研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(2)：21-23.