浙江省土壤鎘污染現狀及修復技術

王蘊，李　波，施麗莉，應佳薇，盧　寧，葉旭紅（杭州市環境監測中心站，浙江　杭州　310007）

環保技術

浙江省土壤鎘污染現狀及修復技術

概述了浙江省土壤鎘污染現狀、來源與分布,綜述了近期國內外鎘污染土壤修復技術的研究進展，對土壤鎘污染的化學法、物理法、植物法和生物法等主要修復方法進行了總結，以期能為相關科研和管理人員系統深入地研究和實踐鎘污染土壤修復提供參考。

土壤；鎘污染；現狀；修復

鎘是一種銀白色有光澤的金屬，具有韌性和延展性，廣泛應用于電池制造、電鍍、顏料生產等行業，但對生物而言，鎘并非必要元素，土壤中的鎘是一種典型的有毒有害重金屬污染物，國際癌癥研究局（IARC）將鎘及其化合物劃為第Ⅰ類“對人體致癌”物質［1］。研究表明，含鎘廢水排入稻田使稻秧枯死，人通過食物鏈攝入鎘并累積于肝腎等器官中，造成急性或慢性中毒［2-4］。土壤鎘污染不僅危害農產品質量安全，而且危害生態環境和人體健康。浙江省是我國經濟發達省份，城鎮化水平高，中小企業數量多，但省域面積小，人口眾多，土壤安全和治理是不可忽視的問題。

1　浙江省土壤鎘污染的現狀與來源

《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國土壤總的超標率為16.1%，長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業基地等部分區域土壤污染問題較為突出，西南、中南地區土壤重金屬超標范圍較大；鎘污染物超標率為7%，在無機污染物中超標率最高，含量分布呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態勢。

目前，對浙江全省范圍土壤鎘污染的調查研究主要以耕地土壤、優勢農產品土壤為主，表1顯示了朱有為等對浙江省9個地市主要優勢農產品產地土壤農作物鎘含量空間分布的研究成果［5］，其研究發現，全省主要優勢農產品產地的土壤中，衢州市鎘含量的平均值最高，達0.28 mg/kg；溫州市鎘含量的平均值最低，為0.10 mg/kg；各監測點的最大值出現在衢州市為 2.80 mg/kg，最小值為寧波市的0.05 mg/kg，最大值最小值相差 56倍。可見浙江省各地區土壤的鎘含量相差較大，鎘來源較為復雜，局部地區存在鎘污染。

表1　各地區土壤鎘含量統計結果/（mg/kg）［5］Table 1 The statistic results of soil Cd content in different counties/（mg/kg）［5］

土壤中的鎘可以被農作物根系吸收，富集在可食用部分，因此農作物的鎘含量水平也是表征土壤鎘污染的重要指標。有研究顯示，浙江遂昌縣和溫州地區兩地的糙米鎘含量分別為1.17 mg/kg、1.30 mg/kg，遠遠超過FAO（聯合國糧農組織）/WHO（世界衛生組織）推薦的最高限額（0.1 mg/kg）［6］。李志博［7］等調查了有許多小型冶煉廠的浙江省富陽市某鄉土壤鎘污染狀況，分析結果表明，該研究區稻米中鎘含量平均范圍值為0.03～2.92 mg/kg，超過GB 2762—2012《食品中污染物限量》鎘限量值（0.2 mg/kg）。焦荔［8］等對杭州市區蔬菜基地蔬菜重金屬含量調查研究發現，根莖類蔬菜中鎘有所超標。

土壤中的鎘來源較廣，主要可分為自然來源和人為來源。自然來源主要是指成土的母質，如自礦物和巖石中的本底值，如硫鎘礦、方硫鎘礦等。汪慶華［9］等對浙江省土壤地球化學基準值與環境背景值研究發現，鎘元素在表層土壤富集，不同地區土壤中重金屬元素背景值不盡相同，位于浙江中部的金衢地區土壤鎘背景值高于其他地區。以浙江平原地區土壤環境背景上限值與《土壤環境質量標準》（GB 15618-1995）一級標準值相比較，浙江平原土壤鎘普遍較高。

表2　浙江省主要平原區重金屬元素土壤環境背景上限值對比/（mg/kg）［9］Table2　Highest background values of Cd in major plains of Zhejiang/（mg/kg）［9］

人為來源主要包括采礦、冶煉、化肥施用、污水灌溉、大氣沉降、城市垃圾等，采礦冶煉是鎘排放的主要工業源，并以“三廢”的形式影響周圍環境，工業廢氣中的鎘伴隨著粉塵擴散，以降雨和自然沉降的形式進入土壤，工業廢水中的鎘通過污水灌溉農田或城市居民用水處理不達標等形式進入土壤，長期使用磷肥和高量有機肥會增加土壤鎘的含量，含鎘肥料主要是磷肥和一些含鎘生活垃圾，磷肥的生產原料磷礦石中除含有營養元素外，也含有鎘、鉻、氟等元素，其中鎘含量最高。此外，機動車尾氣排放能引起公路兩側土壤的重金屬污染，汽車汽油、發動機、輪胎、潤滑油等汽車材料和用品都能燃燒或磨損而釋放出鎘。

2　土壤鎘污染的治理與修復技術

保護土壤不受鎘污染的最佳途徑是以預防為主，控制和消除鎘污染源，減少鎘污染物排放，對已受鎘污染的土壤，必須根據實際情況采取對應措施進行修復。目前，對于鎘污染土壤的治理和修復，主要有以下四種技術措施。

2.1化學修復

化學修復法即在土壤中施用化學修復劑，與鎘污染物發生一定的化學反應，以降低土壤鎘污染物的水溶性、擴散性和生物有效性的修復技術。化學修復法是一項技術發展較早，也相對成熟有效的方法，主要包括：化學淋洗技術、化學氧化修復技術、土壤性能改良技術等等。目前，廣泛應用的方法是施用改良劑，如磷酸鹽、硅酸鹽、沸石、膨潤土，通過改變土壤pH、沉淀、吸附、離子交換和絡合等化學反應等顯著降低鎘在土壤中的生物有效性。有研究發現，施用磷酸二氫銨對礦區鎘污染土壤進行修復，鎘的有效濃度下降達94.6%［10］。呂高明［11］等研究表明，膨潤土可以降低土壤中交換態Cd的含量，比對照試驗降低了7.75%。對沈陽張士灌區嚴重和中度污染區進行的大面積石灰改良試驗表明，每公頃施石灰1500～1875 kg，籽實含鎘量下降50%［12］。

2.2物理修復

物理修復方法包括改土法、土壤淋洗法、熱力學修復法、電動力學修復法等，目前應用最廣泛的是改土法，改土法包括客土、換土、去表土和深耕翻土等。客土是在土壤中加入一定量的未被污染的土壤，覆蓋在表層或混勻，從而降低污染土壤中鎘的含量，這種方法也應用于日本富士縣神通川流域的鎘污染土壤修復。換土是將已經污染的土壤移走，換上干凈土壤；去表土是將被污染的表層土壤移去；深耕翻土是將受污染的表土翻至下層，使表層土壤的鎘含量下降。研究發現，張士灌區土壤中77%～86.6%土壤鎘積累在 30 cm以上的土層，尤其在 0～5 cm，5～10 cm內含量很高，去表土 15～30 cm可使稻米中鎘含量降低50%［13］。土壤淋洗法是利用淋洗液將土壤固相中的鎘轉移至液相中，再把富含鎘的廢水進一步回收處理，目前土壤淋洗液包括有機或無機酸、堿、鹽和螯合劑等。熱力學修復法是利用高頻電壓產生電磁波，產生熱能對土壤加熱，使污染物從土壤顆粒內解吸出來。而電動力學修復法則是指在污染土壤中插入電極對，并通以低強度的直流電，使土壤中的鎘離子在電場作用下定向移動，在電極附近富集，從而達到清除鎘的目的。

2.3植物修復

植物修復是指利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發和轉化、降解作用，清除土壤中污染物質，主要包括兩個方面：一是利用一些超積累植物對污染物進行吸收、固定、轉化和積累；世界各地已發現的超積累植物共400多種，但鎘超積累植物卻比較少見，公認的鎘超積累植物只有遏藍菜屬的少數幾種植物。更具有實際應用價值的是鎘富集植物，劉云國［14］等研究表明，月季等花卉植物對重金屬鎘具有很強的富集作用，在試驗觀測期間，植物平均每天吸收鎘1.7576 mg/L，且生長發育良好。印度芥菜是近年來篩選出的一種生長快、生物量大的鎘富集植物，溫室栽培試驗結果表明，印度芥菜根和葉中的最高鎘含量可達300 mg/kg、160 mg/kg［15］。此外，對鎘耐性和富集能力較強的植物還有小犬蕨、向日葵等。二是為微生物修復提供有利于修復進行的條件，促進生物降解和無害化。嚴理［16］等研究發現，鎘污染土壤種植苧麻后，土壤微生物活菌量明顯增加，土壤細菌活菌量增加幅度最大的為1.33倍，土壤真菌增加幅度最大的達2.42倍；鎘污染土壤種植苧麻可提高土壤有機質含量，明顯減少土壤中鎘含量，起到修復土壤鎘污染的作用。

2.4生物修復

生物修復是利用微生物去除土壤中鎘污染物的技術，機理包括細胞代謝、吸收、沉淀和氧化還原反應等。劉紅娟［17］等發現，其所研究的蠟狀芽孢桿菌RC可以在鎘濃度為200 mg/L的固體培養基平板上生長良好，表明菌株具有強抗鎘的能力。該菌株在液體培養基中Cd2+、Cr3+、Pb2+濃度均為75 mg/L和Mn2+濃度為100 mg/L培養時，菌株生長正常。周芳如［18］等分離到一株對鎘耐受能力強的新月彎孢霉菌（Curvularialunata），該菌株能在含32 mmol/L Cd2+的PDA培養基上正常生長。

3　小結

浙江省綜合經濟實力強，家庭作坊式企業眾多，各地土壤的鎘含量相差大，來源復雜，局部地區存在鎘污染。當前浙江省正以全面落實國家“土壤污染防治行動計劃”為引領，布局推進土壤污染防治。土壤鎘污染應當引起高度重視，鎘污染防治，最重要的是以防為主，嚴格控制污染源，禁用污水灌溉，減少農田使用污泥等固體垃圾，控制和降低磷肥中的鎘含量。對于已被鎘污染的土壤，應選用合理有效的措施進行治理。目前鎘污染土壤修復主要有化學、物理、植物、生物等四種技術，有些技術已經得到了廣泛應用并取得了較好的治理效果。浙江省應立足實際，結合治水治氣的成功經驗，科學開展土壤鎘污染防治，為率先建成全國生態文明示范區和美麗中國先行區再添新彩。

［1]IARC（Internatio nal Agency for Research on Cancer）．Beryllium，Cadmium，Mercury，and Exposures in the Glass Manufacturing Industry．IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans．Volume 58［M］．Lyon，France:International Agency for Research on Cancer，1993．

［2］朱禮學.成都平原西部土壤中鎘的分布與鎘污染 ［J］.成都理工學院學報，2000,27（S1）：94-97.

［3］朱鳳鳴，劉芳，鄒學賢.昆明西郊鎘污染對人體健康的影響［J］.中國衛生檢疫雜志，2002，12（5）:602-603.

［4］EA（Environment Agency）．Contaminants in Soil:Updated Collation of Toxicological Data and Intake Values for Humans Cadmium［R］．Science Report:SC050021/TOX3．Bristol，UK:Environment Agency，Rio House，2009．

［5］朱有為，段麗麗，周銀，等.浙江省主要優勢農產品產地土壤-農作物鎘含量空間分布及相關性研究［J］.農業資源與環境學報，2014，31（1）:79-84.

［6］劉莉，錢瓊秋.影響作物對鎘吸收的因素分析及土壤鎘污染的防治對策［J］.浙江農業學報，2005，17（2）:111-116.

［7］李志博，駱永明，宋靜，等．基于稻米攝入風險的稻田土壤鎘臨界值研究:個案研究［J］．土壤學報，2008，45（1）:76-81．

［8］焦荔，葉旭紅，胡勤海，等．杭州市區蔬菜基地蔬菜重金屬含量研究［J］．環境污染與防治，2003，25（4）:247-248．

［9］汪慶華，董巖翔，周國華，等.浙江省土壤地球化學基準值與環境背景值［J］.生態與農村環境學報，2007，23（2）: 81-88.

［10］Basta n t，Mcgowen S L．Evaluation of chemical immobilization treatments for reducing heavy metal transport in a smelter-contaminated soil［J］．Environment Pollution，2004，127（1）:73-82．

［11］呂高明，陳炳睿，徐超，等.兩種改良劑對礦區重金屬污染土壤中Pb、Cd、Zn的固定效果［J］.中南林業科技大學學報，2011，31（7）:140-144.

［12］陳懷滿，鄭春榮，涂從，等.中國土壤重金屬污染現狀與防治對策［J］.AMBl0：人類環境雜志，1999，28（2）：130-134.

［13］吳燕玉，周啟星，田均良.制定我國土壤環境標準 （汞，鎘，鉛和砷）的探討［J］.應用生態學報，1991，2（4）: 344-349.

［14］劉云國，尹志平.土壤鎘污染生物整治研究［J］.湖南大學學報，2000，27（3）:34-38.

［15］蘇德純，黃煥忠.油菜作為超積累植物修復鎘污染土壤的潛力［J］.中國環境科學，2002，22（1）:48-51.

［16］嚴理，彭源德，楊喜愛，等.苧麻對鎘污染土壤功能修復的初步研究［J］.湖南農業科學，2007，（6）:125-127，130.

［17］劉紅娟，黨志，張慧，等.蠟狀芽孢桿菌抗重金屬性能及對鎘的累積［J］.農業環境科學學報，2010，29（1）:25-29.

［18］周芳如，楊友才，蘭時樂.高效去除鎘污染真菌的篩選與鑒定［J］.浙江農業學報，2015，27（4）:636-641.

Progress of Status and Remediation of Soil Cadmium Pollution in Zhejiang Province

WANG Yun-yun，LI Bo，SHI Li-li，YING Jia-wei，LU Ning，YE Xu-hong
（Hangzhou Environmental Monitoring Center，Hangzhou，Zhejiang 310007，China）

The article has expounded the status，the sourse and distribution of soil cadmium pollution in Zhejiang Province，and summarized the study on and control over the cadmium pollution at home and abroad.The physical remediation，the chemical remediation，the phytoremediation and the bioremediation technologies were discussed，expecting to provide the reference for relevant the scientific research personnel and the management staff to deeply and systematically comprehend and practice the soil cadmium pollution.

soil；cadmium pollution；status；remediation

1006-4184（2016）7-0042-03

2016-05-12

王蘊（1985-），女，工程師，主要從事環境監測與分析工作。E-mail:boo99@qq.com。