輕中度鎘污染耕地安全利用技術及其實施成效

閔建美

（山東省農業生態與資源保護總站，山東濟南 250100）

我國土壤類型多，性質差別較大，整體上呈現“南酸北堿”的實際情況，且不同區域土壤受重金屬鎘污染的程度不同，其中安全利用類農田土壤中受輕度和中度鎘污染的農田面積較大[1]。當前我國部分地區耕地重金屬鎘污染問題突出，繼“鎘米”之后，“鎘麥”事件已成為環境、健康等領域關注的焦點。近年來，隨著采礦、冶煉金屬行業的發展，工業“三廢”排放增多，以及農藥和農用化學品施用的增加，導致農產品鎘含量超標現象常有發生，給農業生產帶來了隱患。鎘是一種具有較強生物毒性和環境遷移能力的重金屬污染物，可通過污染土壤-農作物-食物鏈遷移和積累，最終危害人體和生態健康。因此實施輕中度鎘污染耕地安全利用技術，對改善土壤鎘污染、全面提高農產品質量、保障食品安全具有十分重要的現實意義。

1 研究對象

本次選取的輕中度鎘污染耕地，種植農作物主要是小麥、玉米，耕作制度以小麥-玉米輪作為主，部分耕地單獨種植玉米等秋季作物，土壤類型為石灰性褐土。根據農產品產地土壤重金屬普查和農用地土壤污染狀況詳查成果，該耕地地塊pH 值大于6.5，主要污染物為鎘、鉛，以單項污染為主，有一定量的復合污染。

2 安全利用技術概述

農業農村部辦公廳印發的《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦技術名錄（2019 年版）》[2]中推薦的技術措施主要有農藝調控類、土壤改良類、生物類和綜合類。其中，農藝調控類技術主要包括石灰調節、優化施肥、品種調整、水分調控、葉面調控、深翻耕等，土壤改良類技術主要包括原位鈍化、定向調控等，生物類技術主要包括微生物修復、植物提取等。

2.1 石灰調節

石灰為常用堿性物料，在酸性土壤（土壤pH 值一般在6.5 以下）中適量施用石灰，可以提高土壤pH值，促使土壤中重金屬陽離子發生共沉淀作用，降低土壤中重金屬陽離子的活性[2]，減少重金屬進入農產品，有效降低超標風險，還可為作物提供鈣素營養。

楊夢麗等田間試驗表明，在鎘輕度污染小麥農田上（土壤pH 值為5.88）石灰、石灰+生物炭、石灰+生物有機肥、石灰+多孔陶瓷納米材料等對鎘污染土壤的修復，75 kg/667 m2的石灰用量降低了小麥籽粒Cd含量，且并未造成小麥的減產[3]。張麗等研究表明，土壤pH 值隨著生物炭用量的增加呈上升趨勢[4]。石灰調理適用于pH 值小于6.5 的酸性土壤，不適用于砷超標風險的農田。采用石灰調理應先開展兩年以上的小區域大田實驗，確定不造成二次污染和土壤質量損傷后方可應用。

2.2 優化施肥

施肥是滿足作物生長所需養分的重要途徑，同時可以對重金屬活性產生較大影響[2]。優化施肥是提高作物產量和改善產品品質的重要手段，根據土壤環境狀況與作物特征，結合當地耕作制度、氣候、土壤、水利等情況，優化有機肥、化肥的種類與施用量，選擇適宜的氮、磷、鉀肥料種類，避免化學肥料活化重金屬污染物。

劉安輝等研究表明，施用不同氮肥可對土壤pH值和土壤有效態鎘含量產生影響，比如硝酸鈣能提高土壤pH 值，使土壤中有效態鎘含量增加；包膜尿素對土壤pH 值影響不大，但能明顯降低土壤有效態鎘含量[5]。肥料施用應把握適度原則，使施肥量既能滿足作物生長所需養分，也能促進土壤鎘形態轉化，從而達到修復污染土壤的作用，防止過量施肥引起土壤鹽化、土壤酸化、養分不平衡等問題及可能的二次污染。

2.3 品種調整

不同作物種類或同一種類作物的不同品種對鎘的積累有較大差異，選用低鎘積累的作物品種，可有效降低作物可食部位中鎘含量，減少作物鎘污染風險。實踐中已篩選出多種低鎘積累作物品種，如水稻、小麥等。低積累品種的選擇要充分考慮當地區域性特點，在相同產地環境和種植條件下，選用對鎘富集能力較弱，同時與當地主栽品種相比，產量、品種和抗性等方面仍具備一定的優勢的作物品種進行種植，既實現作物鎘低積累，又能保證產量和質量。該措施的實施，要充分考慮作物品種的適宜性。

2.4 水分調控

酸性土壤在淹水條件下，土壤環境呈還原狀態，土壤pH 值顯著升高，鎘容易形成硫化物沉淀，活性隨之降低，從而減少作物對鎘的吸收。淹水灌溉期間，要加強水質監測，確保灌溉水中重金屬含量達到農田灌溉水質標準要求。

2.5 葉面調控

施用葉面調理劑不僅能夠促進作物生長，還能夠通過離子拮抗作用降低作物對土壤中重金屬的吸收和轉運，從而降低作物對重金屬的富集作用。

韓瀟瀟等研究表明，葉面噴施鋅、硅等元素，能夠顯著降低水稻籽粒中的鎘含量[6-7]。趙瑞軍等研究表明，噴施含鋅、硒、硅等元素的葉面調理劑能夠降低小麥籽粒中鎘的含量[8]。一方面鋅、硅是小麥必需的營養元素，噴施這些營養元素可提高小麥抗逆性，抑制小麥根系向籽粒轉運鎘，降低籽粒鎘含量；另一方面這些營養元素與鎘發生競爭吸收和轉運作用，進而抑制小麥對鎘的累積。根據作物的生長發育及營養狀況，選擇適宜的葉面調理劑，濃度和用量要適當。配制溶液要均勻，噴灑霧點要勻細，噴施次數要根據需要決定。合理掌握葉面調理劑的噴施時期和時間，一般在小麥拔節期、孕穗期和灌漿期噴施，盡量錯開開花期，以免影響小麥的正常授粉和受精而降低結實率。

2.6 深翻耕

根據當地種植習慣、土壤類型和耕作層的深淺，可在冬閑或春耕翻地時采取機械深翻耕。為保證深翻耕的效果，在深耕前必須進行耕層和亞耕層土壤重金屬含量分析，將鎘含量較高的耕層與亞耕層的潔凈土壤充分混合，稀釋耕地土壤污染物含量，若亞耕層土壤重金屬含量高則不宜進行深翻耕。

由于土壤有機質與養分多集中在耕地表層，深翻耕在降低耕地表層鎘含量的同時，也會降低表層土中有機質和養分含量[2]，深耕后土壤庫容增大，底土上翻，應注意結合秸稈還田，或配施有機肥，以創造良好土壤結構，增厚耕作層，滿足作物生長需求。

2.7 土壤調理

通過施用鈍化劑、土壤調理劑等，可降低污染物在土壤中的活性，阻控作物對土壤污染物的吸收，如大分子有機物料、坡縷石、沸石、微生物菌劑等。

通過田間試驗表明，大分子有機物料對小麥Cd吸收有影響，施加300 kg/667 m2的大分子有機物料能夠顯著降低小麥對Cd 的吸收[9]。試驗發現，在小麥-土壤系統中，施加巰基修飾坡縷石(MPAL)能夠富集植物根際促生菌和Cd固定化菌，增強了根際土壤中硫酸鹽還原代謝，促進小麥的生長、降低籽粒的鎘含量[10]。李娟[1]研究表明，在弱酸性輕度和中度鎘污染水稻田施用一定比例的生物炭、海泡石，可有效提高土壤pH值，降低土壤有效鎘含量，抑制鎘在水稻植株體內的轉移，從而降低稻米中鎘含量；在弱堿性中度鎘污染小麥田施用一定比例的生物炭、海泡石和弱酸性黃腐酸微生物菌劑，可提高土壤有機質，抑制鎘經小麥植株向小麥籽粒轉移，降低小麥鎘和土壤有效鎘。鈍化技術效果和穩定性與土壤類型、土壤性質、重金屬種類及污染程度、種植作物品種，以及當地降雨量等密切相關。在實施時，一方面，要正確選擇鈍化材料種類，精準把握施用劑量，避免過度鈍化和造成二次污染；另一方面，要避免對土壤理化性質及環境質量等帶來負面影響。

2.8 微生物修復

利用天然或人工馴化培養的功能微生物（藻類、細菌、真菌等），通過生物代謝，從而降低污染物活性，防控生態風險。微生物修復技術比較安全，二次污染問題較小，對環境的影響較小，適用于農藥或重金屬污染耕地。卞超等對重金屬污染土壤的微生物修復技術進行了分析[11]，張涵等對微生物修復鎘污染研究進展進行了探討，表明微生物修復治理效果好、操作簡便、綠色環保[12]。

2.9 植物提取

植物提取是當前受污染耕地土壤治理修復主要采用的一類植物修復技術，主要是指利用超富集（高富集）植物吸收污染土壤中的重金屬并在地上部積累，收割植物地上部分從而達到去除土壤中重金屬污染物的目的。

植物提取可行性強、污染小、效率高同時具有經濟效益，對修復重金屬污染農用地具有重要意義。孫月美等研究了耐受性油葵對鎘的富集能力，研究發現，油葵地上部最大吸鎘量為每株601.95 μg，對鎘污染土壤具有較好的修復效果，可以作為鎘污染土壤植物修復的優選[13]。可見，根據植物的特點與當地氣候結合，科學種植超富集（高富集）植物，可提高污染土壤的修復效率。

2.10 綜合類技術

針對輕中度鎘污染耕地土壤，集成優化物理-化學-生物聯合技術措施，建立適合當地實際情況的農田安全利用技術模式，例如利用葉面調控-土壤改良、葉面調控-低積累作物品種、葉面調控-低積累作物品種-土壤改良、葉面調控-土壤改良-優化施肥、低積累作物品種-優化施肥等綜合治理技術模式，克服了單一措施對控制農作物可食部位污染物含量的不確定性。

3 安全利用技術篩選

3.1 篩選原則

3.1.1 可行性

輕中度受污染耕地安全利用技術措施要因地制宜、合理可行，綜合考慮地塊的污染情況、成本因素及環境影響等，不能脫離當前社會發展實際。

3.1.2 安全性

選擇的技術措施應符合相關的法律、法規和行業標準，具有環境友好性，不會對土壤造成二次污染，同時不會對施工人員、周邊人群健康及生態環境產生危害。

3.1.3 有效性

受污染耕地安全利用的目標是保障農產品質量安全，使得農產品可食部分達標生產，因此選擇的技術措施能夠有效降低污染物的毒性、遷移性或污染物濃度。

3.2 技術篩選

針對本次選取的輕中度鎘污染耕地現狀，依據篩選原則對各項技術措施進行了詳細分析，詳見表1。

表1 輕中度污染耕地安全利用技術措施篩選表

3.3 技術模式確定

充分考慮本次選取的輕中度鎘污染耕地現狀，結合作物種植習慣等，采取優化施肥、品種調整、葉面調控、深翻耕、土壤調理等技術措施，構建適宜的安全利用技術模式。

3.3.1 深翻耕+優化施肥+葉面調控

小麥播種前，對耕地進行深翻耕，并進行配套施肥，確保表層土中重金屬含量降低，且有機質和養分含量滿足農作物生長需要。

小麥生長期，通過無人機噴施葉面調控劑（糖醇鋅，稀釋100～200 倍），補充小麥所需鋅元素，提高小麥抗逆性，抑制小麥根系向籽粒轉運重金屬，降低小麥籽粒重金屬含量。

玉米生長期，通過無人機噴施葉面調控劑（糖醇鋅，稀釋300～500倍），補充玉米所需養分及鋅元素，阻控玉米對重金屬元素的吸收積累，降低玉米籽粒重金屬含量。

3.3.2 葉面調控

小麥生長期，通過無人機噴施葉面調控劑（糖醇鋅，稀釋100～200倍）。玉米生長期，通過無人機分2次分別噴施葉面調控劑（糖醇鋅，稀釋300～500倍）、葉面調控劑（糖醇硅，稀釋100～200 倍）。通過施用葉面調控劑，既能補充小麥、玉米生長所需養分及鋅、硅等微量元素，又能抑制籽粒對重金屬的吸收積累，從而降低籽粒中重金屬的含量。

3.3.3 土壤調理+優化施肥+葉面調控

對部分春季未耕種的耕地，在玉米播種前，以200 kg/667 m2的用量，對受污染耕地施用土壤調理劑，對部分地塊進行優化施肥，以20 kg/667 m2的用量，統一施用礦源腐殖酸鉀，用以改善土壤結構、穩定土壤團聚體、提高土壤有機質，促進玉米養分吸收，從而降低玉米對重金屬元素的吸收，提高農作物產量和品質。

在玉米生長期，通過無人機分3 次分別噴施葉面調控劑（糖醇鋅，稀釋300～500 倍）、葉面調控劑（糖醇硅，稀釋100～200 倍）、葉面調控劑（糖醇鋅，稀釋300～500倍），補充玉米所需鋅、硅等微量元素，抑制籽粒對重金屬的吸收積累，從而降低籽粒重金屬含量。

4 實施效果評價

4.1 投入品檢測

受污染耕地安全利用所使用的肥料、土壤調理劑、葉面調控劑等投入品中鎘、汞、砷、鉛、鎘等5項重金屬含量，不能超過農用地土壤污染風險管控標準中規定的風險篩選值，或者土壤中對應元素的含量。因此，按照隨機抽取的方式，對施用的投入品進行抽樣，委托具備相關資質的檢測機構進行檢測。通過對投入品中5 項重金屬含量的檢測，采用的投入品中重金屬含量均未超過規定的篩選值或者土壤中原有對應元素的含量，符合工作要求。

4.2 農產品檢測

輕中度鎘污染耕地，落實安全利用技術措施后，對產出的食用農產品進行抽樣檢測，以自然村作為檢測單元，采用網格法、隨機法等方法布設點位。原則上，每個檢測單元內布設點位不少于3 個，每10 hm2至少布設1 個點位。對地形復雜、作物種植種類較多或者設施蔬菜等，適當增加點位。在小麥、玉米等作物收獲期，采集混合樣品，按雙對角線、棋盤式、蛇形、梅花點等方法多點（5～20 個）采集，采樣方式參照《農、畜、水產品污染監測技術規范》（NY/T 398—2000）執行。樣品處理完成后，委托具備相關資質的檢測機構，按照國家標準方法對鎘、汞、砷、鉛、鉻等5項重金屬進行檢測。

4.3 效果判定

4.3.1 數據分析

小麥、玉米樣品中鎘、砷、鉛、鉻的測定均按照《食品安全國家標準食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）執行；小麥、玉米樣品中汞的測定按照《食品安全國家標準食品中總汞及有機汞的測定》（GB5009.17）執行。

通過檢測結果分析，小麥、玉米籽粒中汞含量均小于0.010 mg·kg-1；小麥、玉米籽粒中鉻含量均小于0.2 mg·kg-1；小麥籽粒中的鉛含量均小于0.05 mg·kg-1，玉米籽粒中鉛含量范圍為0.025～0.192 mg·kg-1；小麥籽粒中砷含量范圍為0.009 56～0.027 8 mg·kg-1g，玉米中籽粒砷含量范圍為0.002 5～0.012 9 mg·kg-1；小麥籽粒中鎘含量范圍為0.025 4～0.061 3 mg·kg-1，玉米籽粒中鎘含量范圍為0.002 5～0.013 5 mg·kg-1。

4.3.2 結果評價

檢測結果按《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB 2762—2022）有關規定進行評價，詳見表2。

表2 小麥、玉米籽粒中重金屬含量評價統計表

通過判定，小麥、玉米中鎘、汞、砷、鉛、鉻5項重金屬含量均未超過標準限量值，表明小麥、玉米均實現了達標生產。

5 結論

本研究選取輕中度鎘污染耕地，針對小麥、玉米種植區，通過實施深翻耕+優化施肥+葉面調控、葉面調控、土壤調理+優化施肥+葉面調控等3種技術模式，均實現了小麥、玉米達標生產，表明實施的技術模式對輕中度鎘污染耕地安全利用切實有效，可以為同類型受污染耕地安全利用工作的開展提供借鑒和參考。