我國土壤鎘污染現狀及防治技術研究

陳佳 包蓉

摘 要：該文論述了土壤鎘的污染現狀以及鎘來源和污染特點，提出了土壤鎘防治的必要性和緊迫性，通過防治技術的研究，尤其是優點和缺點的分析，為土壤鎘污染的進一步治理提供依據。

關鍵詞：土壤;鎘污染;防治技術

中圖分類號 X833 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2020）24-0135-03

鎘（Cd）是生物毒性最強的重金屬元素，具有化學活性強、移動性大和毒性持久的特點，而且極易通過食物鏈的富集作用危及人類健康，對人體具有致病、致癌和致突變作用。本文對鎘污染現狀、來源、污染途徑、污染特點、危害以及防治技術進行了論述，以期推動鎘污染防治的進一步發展，提高農產品質量安全水平，保障人民群眾的身體健康。

1 鎘污染現狀

工業“三廢”的肆意排放，農業投入品尤其是農藥、化肥的大量施用，使得重金屬通過各種途徑進入土壤[1]。2011年，我國鎘污染的土壤面積達130萬hm2，占總耕地面積的1/6[2]，按照工業發展的速度，鎘污染將呈擴大化趨勢，受污染土壤面積也在不斷增加，當前土壤鎘污染涉及11個省市的25個地區[2，4]。農田土壤鎘污染主要是由于引用工業污水灌溉造成的。目前，我國工業企業年排放的未經處理的污水高達300～400億t，工業污水灌溉農用田地面積占污灌總面積的45%，造成了嚴重的土壤鎘污染[3]。

重金屬鎘在土壤中很難消除，當其在土壤中累積到一定程度時，就會對土壤-植物系統產生危害，造成土壤質量下降、農作物產量和內在品質降低等問題，以及土壤中一些常見的昆蟲數量發生變化，并隨著食物鏈最終進入動植物體和人體，進而危及人類健康[4-8]。因此，對鎘的防控和污染治理迫在眉睫，也勢在必行。

2 鎘污染途徑和污染特點

目前，自然界的鎘主要分為自然形成和人為帶入2種。自然形成的鎘是指來自大自然中的礦物和巖石，鎘的含量因類型不同而有所差異，其中土壤中的含量為5×10-8mg/kg，地殼中的含量為5×10-7mg/kg，生物體中為1×10-8mg/kg。人為帶入則是指由于人類活動直接或間接地將鎘排放到大自然中。

2.1 污染途徑 鎘的污染除成土母質自身因素以外，主要是人為因素造成的。鎘的污染途徑概括起來有以下4個方面：工業“三廢”中鎘的擴散、沉降和積累，通過降雨和灌溉滲透進土壤;機動車尾氣排放;農業投入品的濫施濫用，包括化肥、農藥和地膜等[9];生活垃圾被隨意丟棄。農業投入品的污染中，化學肥料是最容易被忽視的。但據西方國家估算[10]，人類活動對土壤污染的貢獻中磷肥占54%～58%，全球磷肥中平均鎘含量為7mg/kg，每年會給全球帶來66000kg的鎘。

2.2 污染特點 研究報道稱，鎘在人體的代謝很慢，需要10%～30年才能排出50%，而且鎘污染只有通過儀器才能檢測出來。鎘污染具有相當大的不可逆性，土壤一旦被污染，即便經過多年，所產農作物中的鎘含量也僅會有細微變化。土壤中鎘污染具有隱蔽性、潛伏性、累積性、不可逆性和長期性、后果嚴重性等特點[9]。鎘比其他重金屬更容易被農作物吸附，重金屬在水稻植物遷移能力的大小依次為：Cd、Cr>Zn、Cu>Pb。

3 鎘污染防治技術

目前，重金屬土壤的修復技術主要有物理、化學、電動法、生物和農業生態修復等。

3.1 物理法 物理法主要有翻耕、客土和淋洗3種。翻耕法主要是將污染重的表層翻到下層，污染輕的翻到表層。客土法是與沒有污染的土壤進行交換。淋洗法是通過處理將土壤中的表層鎘去除掉。這3種方法快速穩定，但是需要大量的資金和人力，且不適合面積大的污染區域，而且一旦處理不好，將造成土壤二次污染。林匡飛[11]研究表明，鏟除表土5～10cm可以使大米中的鎘含量降低25%～30%，鏟土15～30cm大米中的鎘含量降低50%。但這種方法也存在實施復雜，治理費用高，容易引起土壤肥力下降等缺點。

3.2 化學法 化學法是茲土壤中加入一些化學改良劑，如堿性改良劑、黏土礦物、拮抗物質、有機質等，將重金屬進行固定轉換、提取分離和溶解抽提，從而改變鎘的形態，將其活性鈍化。近年來，國內外一些學者將有機質[12-13]、石灰[14-15]、磷肥[16]等材料運用于重金屬污染土壤的原位鈍化修復中，取得了較好的成果。該方法治理效果和費用適中，但是一旦環境發生變化，鎘將再次活化。有研究報道，該方法還可能導致土壤中微量元素的損失和土壤復合污染。通過該方法可以發現，改變生產方式和農業投入品的使用習慣對于土壤重金屬鎘污染是有效的，未來農業也必定是以減少化學品的使用和增強有機肥的使用為趨勢。

3.3 電動法 電動法將電極插入污染土壤，營造一個外電場，讓重金屬鎘在外電場作用下發生帶電離子遷移，聚集在電極附近，從而清潔土壤。Marceau等[18]研究了小規模的鎘污染土壤電動修復試驗，經過超過3000h，最終98.5%的鎘被清除掉。該方法具有化學試劑少、消耗低、修復完善等優點，但局限性也很大，這是因為不同土壤的類型、電流的大小、不同電極材料和結構對土壤的修復效率和速度都有影響。在科技和科學的帶動下，電動法也有可能會因新型材料和技術的問世而大放光彩，改變目前鎘污染治理的困境。

3.4 生物修復法 生物修復法是指利用生物的某些特征，來吸收、降解、轉化、抑制和改善重金屬污染。鎘污染土壤的生物修復主要有：（1）動物治理：利用土壤中的一些低等生物如蚯蚓、鼠類來吸附土壤中的鎘。王彥青等[17]研究表明，蚯蚓能夠通過生態鏈的放大作用富集重金屬元素。（2）植物治理：利用一些植物對鎘的忍耐性和超富集性來清除土壤中的鎘[19-20]。目前已發現的超積累植物有400多種，可以吸收積累大量的鎘，積累鎘的含量一般在0.1%以上，如印度芥菜和英國的高山瑩屬類[21]。（3）微生物治理：利用土壤中某些微生物對鎘的吸收和氧化還原等作用，降低土壤中鎘[22]。研究表明，細菌、放線菌比真菌對鎘更敏感，而革蘭氏陽性菌對鎘具有吸附性。生物修復法的優點是不破壞土壤結構，經濟適用，但修復時間長和治理效果不顯著是一大難題。

3.5 農業生態修復法 農業生態修復是指根據當地條件因地制宜選擇農業管理系統，減少重金屬危害，包括農藝修復措施和生態恢復措施。主要措施如下：（1）控制土壤水分來調節土壤氧化還原電位，改變鎘的形態使其變為無機鹽沉淀和低有效性狀態，從而降低鎘污染;（2）提高土壤pH，因為鎘的活性隨著pH的增加逐漸降低。崔斌等[23]在沈陽張士灌區施用石灰1500～1875kg/hm2后發現水稻中鎘含量下降50%;（3）選擇鎘含量低的化學肥料;（4）改變施肥習慣，采用有機肥。這是因為土壤中有機質含量增加后，土壤中的重金屬會由碳酸鹽結合態轉化為有機結合態，從而實現鎘在土壤中的遷移，吸收和降解[24];（5）因地制宜采用輪作、間作等方式種植對鎘吸附弱的品種。王新的研究[25]表明不同作物對重金屬鎘具有不同的吸附性，其中水稻根系吸收鎘的含量占整個作物吸收量的58%～99%;（6）不在鎘污染區域種植進入食物鏈的植物。

農業生態恢復措施雖然修復時間長且效果緩慢，但是在實際生產中更易于操作，且成本低，目前廣泛推廣的就是這種方法。由于該方法具有保持土壤肥力，促進自然生態循環和系統協調運行的有力優勢，這是其他方法所無法比擬的。

4 展望

鎘污染及其防治是一個世界性難題。目前，國內外對土壤鎘污染治理的研究已有了一定的成效，但也存在一些理論和實際上的問題，如土壤中鎘的二次污染處理，大面積復合重金屬污染區域的系統治理，低吸收鎘品種的選育等，有待于進一步的研究。今后可利用微生物與動植物的協同作用，聯合物理和化學方法，結合農業措施，強化生物降解能力，降解土壤鎘，必定事半功倍。同時，希望通過發現超富集植物品種或者從遺傳育種上去除鎘吸附基因等方式，發揮植物修復技術應用的潛力。

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