關于湖南省鎘污染耕地植棉修復的思考

摘要：從湖南省土壤鎘污染當前現狀人手，介紹了鎘污染對植物生長和人體健康的危害；并從可持續發展的角度出發，闡述了植棉修復土壤鎘污染的可行性；最后提出了建立替代區鎘污染監測體系，篩選耐鎘、富集鎘的新品種，完善替代種植區植棉技術，加強棉副產品的開發利用等建議。

關鍵詞：鎘污染；植棉修復；建議

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）03-0095-03

隨著工農業的快速發展，土壤重金屬污染日益嚴重。據中國水稻研究所與農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心2010年發布的《我國稻米質量安全現狀及發展對策研究》稱，我國已有1/5的耕地受到了重金屬污染，其中鎘污染耕地涉及11個省25個地區。作為全國糧食主產省之一的湖南，其耕地鎘污染狀況尤為突出，引起了社會的廣泛關注。

1湖南省土壤鎘污染現狀

據統計，湖南地區受重金屬污染的土地面積達28 000 hm²，約占全省總面積的13%。隨著重、化工業的快速發展，大量工業“三廢”的排放不斷加劇著土壤重金屬污染的程度。在衡陽常寧水口山、株洲清水塘、湘潭竹埠港等涉重金屬企業密集的地區，多熟耕地因重金屬污染而嚴重退化，導致其生產的水稻、蔬菜等農產品品質下降，一方面對人體健康造成危害，另一方面阻礙了農業的可持續發展。

農業污染是土壤重金屬污染的另一個重要來源，目前全球每年約有66萬kg的鎘進入土壤，經化肥施用進入的比例高達55%。工業磷肥含一定量鎘復合物，且湖南省磷肥已有30 a以上的施用歷史，導致耕地鎘積累不斷上升。受污染的地表或土壤經雨水沖刷使鎘向外擴散，進入河流，通過農業灌溉造成耕地的二次鎘污染，進一步加劇了重金屬鎘污染對作物和人體的危害。

歷經鎘米危機之后，治理土壤鎘污染的重要性與緊迫性日益凸顯。因此，如何降低土壤環境中的鎘含量，減少其對農作物及農產品的危害，保障生態系統的安全及人類健康已成為國家和社會關注的焦點。

2鎘污染的危害

2.1鎘對植物生長的影響

鎘含量增加對土壤中的細菌與固氮菌有明顯的抑制作用，影響土壤生態系統。當鎘進入植物體內以后，葉綠素會遭到破壞，硝酸還原酶活性顯著降低，根系對水分、養分的吸收受到影響，根系對氮的固定明顯受到抑制。

2.2鎘對人體健康的危害

鎘在體內的半衰期長達10～35 a，且不能被微生物所分解。鎘進入人體后會長期累積，對人體的腎臟、骨骼、生殖系統、免疫系統等造成持續性毒害和累積效應，導致癌癥發生，其中腎臟是鎘慢性毒作用的主要靶器官。此外，進入人體的鎘元素還會干擾體內微量元素如銅、鈷、鋅等的正常代謝，誘發各種疾病，甚至導致死亡。

3植棉生態修復的可行性

3.1修復效果良好

郭利雙等在鎘高積累棉花品種水培篩選試驗中發現，59個棉花品種（系）的苗期鎘吸收量平均值為82 mg/kg，其中鎘吸收量超過100 mg/kg的品種（系）多達10個。由此可見，棉花對生態環境中的鎘離子具有較強的吸收能力。長株潭替代種植區鎘修復結果顯示，植棉修復重金屬鎘污染土地效果顯著，其中2014年植棉拔稈后土壤中鎘含量比播種前下降了17.8%，2015年土壤鎘含量下降幅度達到30%。因此，從生態修復效益角度來看，棉花是較為理想的重金屬鎘污染耕地的修復作物之一。

連續幾年種植棉花（棉稈拔除）可顯著減輕土壤鎘污染程度，使耕地可再用于糧食生產。大米鎘含量的國家標準為0.06mg/kg，2009年嘉興秀洲區的土壤含鎘量為145 mmol/L，稻米含鎘量為0.103 mg/kg，遠遠超出了國家標準；通過種植棉花治理修復鎘污染水稻田的示范，2013年，該地區的土壤含鎘量降低至96 mmol/L，稻米鎘含量降到0.056 mg/kg，達到了國家標準要求。由此可見，棉花治理修復土壤鎘污染的效果十分顯著。

3.2經濟收益顯著

棉花是湖南省重要的經濟作物之一，在全省的農業發展中具有舉足輕重的地位。已有的研究表明，棉花是較適合種植在工業污染地區的作物之一。任秀娟等研究了鎘在棉花體內的分布規律，發現在不同濃度鎘脅迫下，棉株體內的鎘累積分布呈現較大差異，其中棉纖維的鎘富集量為各組織中最低，僅為0.277mg/kg。此外，陳悅等和Li等對鎘脅迫下棉花的產量、纖維品質的研究顯示，在土壤鎘重度污染區（鎘含量達2 mg/L），鎘脅迫對棉花產量的降幅小于5%，纖維品質無顯著差異；當土壤鎘含量低于1 mg/L時，鎘脅迫反而在一定程度上提高了棉花的產量和品質。因此，鎘脅迫對棉花經濟效益和使用價值的影響有限。

研究還發現，棉花對鎘污染耕地適應性較強。在棉花重金屬污染替代種植栽培體系的探索過程中，各參試棉花品種（系）均在鎘污染耕地上生長發育良好；并篩選出一批鎘高富集品種（系），如湘雜棉23號、FZ06、FZ09等；其中，FZ06在6萬株/hm²的種植密度下，籽棉產量達到3675 kg/hm²，折合皮棉產量約為1470kg/hm²，較2015年全省皮棉平均產量增產15.6%。以2015年湖南省子棉收購價格5.6元/kg計算，收益達到20 580元/hm²，經濟效益顯著。因此，在鎘污染區種植棉花，不僅不會影響棉花的經濟效益和使用價值，而且能夠在一定程度上修復鎘污染土壤，實現受污染土地的再利用。

3.3形勢政策支持

2014年，我國啟動重金屬污染耕地修復綜合治理項目，湖南省長株潭地區的11.3萬hm²耕地成為首批試點區域。該試點根據污染輕重程度將污染土地劃分為3類：即重度污染的“替代區”、中度污染的“管控區”和輕度污染的“達標區”，其中被劃分為“替代區”的區域，目前主要采用作物替代種植或者休耕方式治理。目前僅湖南省長株潭地區就有0.93萬hm²耕地因鎘污染超標被列入作物替代種植區，長沙、株洲和湘潭分別有0.08萬、0.63萬和0.22萬hm²。

2014年2月，《湖南省人民政府關于實施兩個“百千萬”工程加快現代農業建設的意見》發布并實施。其中明確指出，在湖南全省重金屬重度污染區選擇建設100個種植結構調整示范片，根據示范片的自然條件和農民的生產習慣，引導農民改種棉花、苧麻、蠶桑、花卉苗木等非食用性農作物，玉米、高粱等工業用糧以及生物質能源作物。

3.4植棉技術成型

針對重金屬鎘污染耕地的棉花栽培技術，郭利雙等于2015年進行了鎘高富集棉花品種的水培篩選，初步篩選出10個鎘高富集棉花品種（系），為后續的大田篩選與栽培技術研究提供了棉花資源鎘吸收水平的相關數據。

2015～2016年，對鎘污染區棉花替代種植技術的研究中，郭利雙等集成了鎘污染區稻改棉替代種植關鍵技術，即：選擇高產、優質、高富集鎘品種，在播前旋耕起壟，采用機械直播、集中施肥、棉田安全除草、調控與化學封頂、病蟲害專業化防治、棉稈集中移除等措施進行標準化生產。

利用棉花治理修復鎘污染土壤，技術相對簡單，且費用低，大面積實施的可行性較大；同時，這一技術對環境友好，對土壤破壞小，經過修復的土壤可再度利用，符合可持續發展的策略，容易得到政府支持。

4棉花生態修復的建議

4.1建立替代區鎘污染監測體系

首先，杜絕污染源，政府相關部門要加強對于工業廢水、廢氣、礦業固體廢棄物等的綜合治理和利用，要堅決杜絕鎘再被輸入到土壤中；其次，建立重金屬鎘分布監測系統，以棉花生育進程為周期，對替代種植區土壤鎘含量變化進行監測，建立系統的檔案資料；再次，控制農業污染，合理使用化肥農藥，鼓勵農民增施有機肥，減少化肥使用量，推行農作物病蟲害專業化統防統治和綠色防控，推廣高效低毒低殘留農藥和現代植保機械。

4.2篩選耐鎘、富集鎘的新品種

棉花生物量越高，生態修復效果越好，目前雖有研究初步篩選到一些耐鎘、富集鎘能力較強的棉花品種（系），但仍不足以應用于大面積鎘污染耕地的種植修復。因此，要加強耐鎘、富集鎘能力強且群體生物量高棉花新品種的篩選力度。單株生物量較高的品種，可選用雜交棉，側重優質高產；單株生物量較低的品種，可選用早熟常規棉，適宜密植，側重輕簡高效。

4.3完善替代種植區植棉技術

目前，替代種植區棉花栽培技術體系雖初步成型，但仍有一些問題待解決。首先，鎘污染替代植棉區多為稻改棉田，土質黏重，透氣性差，棉花出苗難，棉田出苗后僵苗不發；第二，棉花前中期雜草叢生且多為稗草，雨后即出且生長快，難以做到有效防除；第三，多年的水稻種植致使土壤養分與理化性質難以滿足植棉需求。因此，在鎘污染替代植棉區要以“生態修復、提質增效”為原則，重點針對出苗促早發、田間除草與平衡施肥開展研究。

4.4加強棉副產品的開發利用

目前，關于棉副產品的綜合利用，主要是針對棉籽，其用途主要是生產棉籽油、反芻動物的粗飼料以及食用菌培養基等。但重金屬鎘污染耕地生產的棉花（包括棉籽在內），各個部位均有鎘離子富集。因此，從安全角度考慮，不建議進行開發應用。同時，考慮到耕地的生態修復，棉花收獲后，為避免富集的鎘離子再次進入耕地，棉稈需要拔除另做處理。除棉籽外，棉稈的開發利用也有了長足發展，棉稈富含纖維素、木質素和多縮戊糖，可以作為木材的替代品制作刨花板、纖維板、建筑材料、造紙原料等。植棉重金屬棉稈的開發利用兼顧生態效益和經濟效益，有助于實現重金屬鎘污染耕地植棉修復模式的推廣，進一步增加植棉收益。

5結語

總之，土壤鎘污染的治理與恢復是一個長期過程。實踐證明，通過有效的科技、農藝手段對污染土壤進行“調理”，多數鎘污染土壤均可被有效修復，但土壤重金屬污染的整體防治并非僅靠技術就能達成，而是需要全社會的重視，理性應對、冷靜反思，協調聯動，形成合力，才能有效治理土壤重金屬污染。