農(nóng)業(yè)土壤中鎘污染現(xiàn)狀及污染途徑分析

龐榮麗++王瑞萍++謝漢忠++郭琳琳++李君

摘 要：我國(guó)工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)土壤環(huán)境造成了不同程度的污染，尤其是鎘污染問(wèn)題已經(jīng)引起全球的高度重視。本文分析了我國(guó)土壤中鎘污染現(xiàn)狀及鎘污染的危害，指出了土壤環(huán)境鎘評(píng)價(jià)指標(biāo)及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定；概括了土壤中鎘污染的主要途徑，并對(duì)減少土壤中鎘污染途徑提出了建議，以便更好地推動(dòng)重金屬污染土壤的修復(fù)與治理技術(shù)研究的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)土壤；鎘；危害；污染途徑

中圖分類號(hào)：S156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.023

Analysis of Cadmium Pollution in Agricultural Soils and Analysis of its Aay of Pollution

PANG Rongli， WANG Ruiping， XIE Hanzhong， GUO Linlin， LI Jun

（1. Institute of Zhengzhou Pomology， CAAS/ Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Fruit（Zhengzhou）， Ministry of Agriculture， Zhengzhou， Henan 450009， China）

Abstract： The rapid development of industry and agriculture of our country， caused different degrees of pollution on soil environment， especially the problem of cadmium pollution has attracted global attention. The article analyzed the current status of soil cadmium pollution and the harm of cadmium pollution in soil， and pointed out the evaluation indexes of cadmium in soil environment， and summarized the main ways of cadmium pollution in soil， and put forward the suggestions for reducing cadmium pollution in soil. This will better promote the development of soil remediation and treatment technology of cadmium contaminated soil.

Key words： agricultural soils； cadmium； harm； pollution way

土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的不合理開采，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽養(yǎng)殖等，導(dǎo)致了土壤重金屬的污染逐步加劇。鎘是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的5毒（汞、鉛、鎘、砷、鉻）元素之一，同時(shí)由于鎘在土壤中不易遷移，鎘對(duì)土壤的污染基本上是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，土壤一旦受到鎘污染就很難恢復(fù)，對(duì)鎘污染土壤及修復(fù)的研究目前是土壤環(huán)境研究的熱點(diǎn)[1-2]。

本研究擬從土壤鎘污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)指標(biāo)、土壤鎘污染的危害及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定、土壤中鎘污染的主要途徑等方面著手，全面分析農(nóng)業(yè)土壤中鎘污染來(lái)源及其危害性，并對(duì)減少土壤中鎘污染途徑提出建議，以期為更好地推動(dòng)重金屬鎘污染土壤的修復(fù)與治理技術(shù)研究提供參考依據(jù)。

1 我國(guó)土壤鎘污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 土壤鎘背景值

土壤背景值是指在未受或受人類活動(dòng)影響小的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量。自然土壤中的鎘主要來(lái)源于成土母質(zhì)，全世界土壤中鎘的含量一般在0.010～2.000 mg·kg-1，中值為0.35 mg·kg-1。由于我國(guó)不同區(qū)域地球化學(xué)條件差異顯著，在我國(guó)各區(qū)域土壤中鎘背景值差異較大，土壤中鎘背景范圍為0.001～13.400 mg·kg-1，中值為0.079 mg·kg-1，算術(shù)平均值為0.097 mg·kg-1，低于日本（0.413 mg·kg-1）和英國(guó)（0.62 mg·kg-1），95%置信度的置信區(qū)間為0.017～0.330 mg·kg-1 [3]。

1.2 土壤鎘污染現(xiàn)狀

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展以及含重金屬的化肥、農(nóng)藥等的大量使用，導(dǎo)致土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，這不僅使土壤肥力、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)下降，而且重金屬元素通過(guò)在農(nóng)作物中的富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全，從而間接危害人體健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鎘污染農(nóng)田超過(guò)1.3萬(wàn) hm2，涉及11個(gè)省市的25個(gè)地區(qū)[4]，并且部分地區(qū)的鎘污染已相當(dāng)嚴(yán)重。2014年4月17日環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合公布了全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)，公布了我國(guó)首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果。公報(bào)指出，我國(guó)土壤環(huán)境狀況令人堪憂，鎘等重金屬污染問(wèn)題相對(duì)比較突出，從污染分布情況看，南方土壤污染較重，北方土壤污染相對(duì)較輕，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大，長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問(wèn)題也較為突出。鎘含量分布呈現(xiàn)出從東北到西南、從西北到東南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)，鎘點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%，其中，輕微污染、輕度污染、中度污染、重度污染的比例分別為5.2%，0.8%，0.5%，0.5%。我國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告（2015）》顯示，我國(guó)有232萬(wàn)hm2重金屬中重度污染或超標(biāo)耕地。

1.3 土壤鎘評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）將土壤各污染物限量值分為三級(jí)：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)，維持自然背景而設(shè)置，鎘限量值為0.2 mg·kg-1；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康而設(shè)置，鎘限量值在pH值<7.5時(shí)為0.3 mg·kg-1，在pH值>7.5時(shí)為0.6 mg·kg-1；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)而設(shè)置的土壤臨界值，鎘限量值為1.0 mg·kg-1（pH值>6.5）。此外，我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品 種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY/T 5010—2016）規(guī)定，土壤污染物鎘為基本指標(biāo)，具體限量值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618的要求；《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T 391—2013）規(guī)定，鎘限量值均為0.30 mg·kg-1（pH值≤7.5）和0.40 mg·kg-1（pH值>7.5）。

2 土壤鎘污染的危害及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定

2.1 土壤鎘污染對(duì)植物生長(zhǎng)的危害

鎘在土壤中具有移動(dòng)性差、毒性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而，重金屬污染土壤之后，就有可能導(dǎo)致重金屬等有害物質(zhì)在農(nóng)作物體內(nèi)富集[5-6]。鎘不是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，當(dāng)鎘進(jìn)入植物體內(nèi)并積累到一定程度時(shí)，就會(huì)通過(guò)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育、抑制植物的呼吸作用和光合作用、減弱植物體中的酶活性[7-8]、降低植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量等途徑來(lái)影響植物的產(chǎn)量、品質(zhì)和安全，從而間接地危害人類的健康[9-10]。

2.2 土壤鎘污染對(duì)人體的毒害作用

鎘不是人體所必需的元素，主要通過(guò)影響人體的心血管系統(tǒng)而使人體免疫力下降。鎘屬于肺癌的致癌物之一，同時(shí)其還是典型的環(huán)境激素類物質(zhì)，對(duì)人類生殖系統(tǒng)造成損傷，對(duì)胚胎發(fā)育也有一定的毒性。

2.3 我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品中鎘的限制

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2012）中規(guī)定了和土壤相關(guān)的植物性食品中污染物鎘的限量指標(biāo)。

3 土壤中鎘污染的主要途徑

土壤中鎘的自然來(lái)源主要是巖石和土壤的本底，人為來(lái)源主要是人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的污染。

3.1 交通運(yùn)輸

公路源重金屬對(duì)公路旁植物污染來(lái)說(shuō)是主要的污染源，通過(guò)對(duì)路邊重金屬沉降種類相關(guān)分析表明，路邊的交通造成的污染主要有鉛、鎘、鋅等重金屬。鐵路旁鎘、鉛污染主要?dú)w結(jié)于貨物運(yùn)輸（包括冶煉物質(zhì)、煤炭、石油、建材、礦建等各種大宗工業(yè)物資）、火車輪軸以及車輛部件的磨損、牽引機(jī)車的廢氣排放等[11]。公路、鐵路兩側(cè)土壤中的鎘污染程度與距離路基的距離、交通流量、通車時(shí)間長(zhǎng)短等有一定的相關(guān)性。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的267條干線公路兩側(cè)的1 578個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占20.3%，主要污染物為鉛、鋅、砷、鎘和多環(huán)芳烴，一般集中在公路兩側(cè)150 m范圍內(nèi)。符燕[12]2007年研究表明，在隴海鐵路鄭商段路兩側(cè)300 m范圍內(nèi)，表層土壤中重金屬含量明顯高于我國(guó)潮土中鎘背景值，綜合污染指數(shù)為重污染，基本與距鐵路的距離呈負(fù)相關(guān)，離鐵路越近，污染指數(shù)越大。羅婭君等[13]2014年對(duì)成綿高速公路特征路段兩側(cè)土壤重金屬污染特征及分布規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在分析路段范圍內(nèi)Cd單項(xiàng)污染指數(shù)介于2.2～4.35，平均為3.18，污染等級(jí)為重度污染。陳黎萍等[14]研究表明，在川中丘陵區(qū)鐵路沿線附近土壤中，鎘總量較高，其化學(xué)形態(tài)主要以酸可交換態(tài)和可還原態(tài)為主，殘?jiān)鼞B(tài)含量很低，說(shuō)明在鐵路沿線附近土壤中鎘的生物活性和可遷移性較強(qiáng)。

3.2 農(nóng)業(yè)投入品的使用

含鎘肥料主要指磷肥以及一些可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的含鎘生活垃圾為原料生產(chǎn)的肥料，大量長(zhǎng)期施用會(huì)造成不同程度的農(nóng)田鎘污染。生產(chǎn)磷肥的原料是磷礦石，磷礦石中除了含有一些營(yíng)養(yǎng)元素外，同時(shí)也含有較高含量的鎘。資料顯示，磷肥中的鎘含量因原料產(chǎn)地不同而有很大差異，加拿大為2.1～9.3 mg·kg-1，瑞典為2～30 mg·kg-1，荷蘭為9～60 mg·kg-1，澳大利亞的磷肥鎘含量高達(dá)18～91 mg·kg-1，美國(guó)為734～159 mg·kg-1，我國(guó)的磷礦含鎘大多較低，所以磷肥的鎘含量也較低，如廣州市施用的磷肥鎘含量為2～3 mg·kg-1 [15]。王美等[16]對(duì)肥料中重金屬含量研究結(jié)果表明，過(guò)磷酸鈣中鎘含量高于鈣鎂磷肥，這與生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝等有關(guān)，這些磷肥的大量長(zhǎng)期施用必將導(dǎo)致土壤鎘含量的積累。馬耀華[17]1998年研究結(jié)果顯示，上海地區(qū)的一些菜園土施肥前土壤中Cd的含量為0.134 mg·kg-1，施肥后上升到0.316 mg·kg-1。美國(guó)某橘園土壤Cd含量為0.07 mg·kg-1，連續(xù)施用磷肥36年后，土壤Cd含量高達(dá)1.0 mg·kg-1。由于長(zhǎng)期施用含鎘磷肥而導(dǎo)致了土壤中Cd的積累，同時(shí)增加了植物中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]。因此，含鎘磷肥被認(rèn)為是農(nóng)田鎘污染的重要來(lái)源。

以畜禽糞便等為原料堆制成的有機(jī)肥中也含有較高的鎘等重金屬，長(zhǎng)期連續(xù)施用也將造成土壤鎘污染[19]。潘霞等[20]研究了畜禽有機(jī)肥對(duì)典型蔬果地土壤剖面重金屬分布狀況，指出施用豬糞、羊糞、雞糞3種畜禽有機(jī)肥均可使重金屬在土壤剖面呈現(xiàn)表聚現(xiàn)象，以設(shè)施菜地最為突出，Cd和Zn積累較為明顯。葉必雄等[21]研究結(jié)果表明，牛糞集中施用區(qū)土壤剖面中Cd，Ni，Cu，Pb，Cr等重金屬存在較為明顯的淋溶下移性，長(zhǎng)期施用不同畜禽糞便的不同土壤剖面Cd，Pb，Cr，Ni等含量變化差異明顯。董志新等[22]在分析沼氣肥養(yǎng)分物質(zhì)和重金屬含量差異時(shí)指出，沼渣有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較高，是營(yíng)養(yǎng)元素種類齊全的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，但沼氣肥中也含有一些重金屬元素，農(nóng)業(yè)利用有可能因植物富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全。

農(nóng)用塑料薄膜在生產(chǎn)過(guò)程中用到熱穩(wěn)定劑，而熱穩(wěn)定劑中又含有重金屬鎘，因而，隨著塑料大棚和地膜覆蓋技術(shù)的大量應(yīng)用，在對(duì)低溫季節(jié)和干燥地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到極大促進(jìn)作用的同時(shí)，也可能使農(nóng)用土壤中的鎘積累，造成土壤質(zhì)量下降。陳慧等[23]研究結(jié)果表明，覆膜種植方式下萵苣根際土壤中的重金屬明顯高于不覆膜種植方式，地膜覆蓋能有效地降低重金屬向地上部分轉(zhuǎn)移。于立紅等[24]在地膜中重金屬對(duì)土壤—大豆系統(tǒng)污染的試驗(yàn)研究中指出，大豆各生育時(shí)期，高倍地膜殘留量土壤和植株中Cd和Pb含量高于低倍殘留，各生育時(shí)期各處理土壤中Cd含量為0.7～2.4 mg·kg-1，Cd含量均超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 15618—1995的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 污水灌溉

使用污水灌溉農(nóng)田，在一定程度上解決了農(nóng)業(yè)用水資源短缺的問(wèn)題，但由于污水中可能會(huì)含有重金屬等污染物，長(zhǎng)期施用勢(shì)必也會(huì)造成土壤中重金屬含量的增加[25-26]。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的55個(gè)污水灌溉區(qū)中，有39個(gè)存在土壤污染，在1 378個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占26.4%，主要污染物為鎘、砷和多環(huán)芳烴。長(zhǎng)沙市郊引用化工區(qū)污水灌溉，土壤的重金屬污染極其嚴(yán)重，環(huán)保部門在某鉛鋅礦區(qū)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果顯示，該礦水系沿岸耕地所產(chǎn)的稻米Cd含量為2.24 mg·kg-1，是對(duì)照點(diǎn)的3.7倍，屬于“鎘米”[27]。張萌等[28]在對(duì)太原市污灌區(qū)土壤鎘存在形態(tài)與生物可利用性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，與太原市土壤背景值相比，污灌區(qū)土壤中重金屬鎘含量已達(dá)太原市土壤背景值的3倍，鎘在土壤表層含量明顯高于其他分層，表明表層土壤有明顯的鎘累積，并且鎘在表層土壤含量最高，隨深度增加鎘含量逐漸降低。艾建超等[29]研究結(jié)果表明，污灌區(qū)土壤鎘含量超標(biāo)，并且污灌區(qū)土壤耕作層中Cd的形態(tài)特征為可交換態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)或有機(jī)結(jié)合態(tài)>殘?jiān)鼞B(tài)。

3.4 污泥施肥

城市污泥中含有多種能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素（如B，Mo等），但是污泥中也可能含有大量的重金屬元素，主要來(lái)源于不同類的工業(yè)廢水中，鎘主要來(lái)源于礦業(yè)廢水、鋼鐵冶煉廢水等，長(zhǎng)期污泥施肥也可導(dǎo)致土壤中鎘含量的增加。黃游等[30]研究結(jié)果表明，污泥進(jìn)入土壤后，土壤中鎘和鋅的生物活性與污泥的施加量成正比。有研究表明，不同區(qū)域城市污泥Cd含量從大到小依次為華南、西南、華中、華東、西北、華北、東北，這可能與工業(yè)密集程度、礦區(qū)類型及分布等有關(guān)[31]。徐興華等[32]在污泥和水溶性重金屬鹽的植物有效性比較研究時(shí)指出，污泥中含有較高的鋅、鎘等重金屬。

3.5 工況企業(yè)活動(dòng)

鎘往往與鉛鋅礦伴生，工礦活動(dòng)可造成不同程度的鎘污染。在冶煉廢渣和礦渣堆放或處理的過(guò)程中，由于日曬、雨淋、水洗重金屬極易遷移，以廢棄堆為中心向四周及兩側(cè)擴(kuò)散。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的70個(gè)礦區(qū)的1672個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占33.4%，主要污染物為鎘、鉛、砷和多環(huán)芳烴。姬艷芳等[33]在2008研究鳳凰礦區(qū)耕地土壤和稻米中重金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中Cd含量高達(dá)10.70 mg·kg-1，大大超過(guò)了國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稻米中Cd含量也嚴(yán)重超標(biāo)。周建民等[34]2004年在研究廣東省大寶山礦區(qū)的尾礦和周邊的土壤重金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)，尾礦附近的稻田土壤Cd平均濃度高達(dá)2.453 mg·kg-1。尹偉等[35]2009年調(diào)查佛山某礦區(qū)周邊菜地結(jié)果表明，在研究區(qū)域內(nèi)有20%的土壤不同程度地受到鎘污染。

4 控制土壤重金屬鎘污染的建議

由以上分析可知，人類活動(dòng)對(duì)全球土壤鎘的輸入量已大大超過(guò)自然釋放量，同時(shí)被鎘污染的土壤很難修復(fù)。因而，應(yīng)嚴(yán)格控制土壤鎘的來(lái)源，尤其是嚴(yán)格要求農(nóng)業(yè)投入品的質(zhì)量。做到不用未經(jīng)處理的污水進(jìn)行灌溉，不用污泥進(jìn)行施肥，少用農(nóng)用薄膜，杜絕不合格化學(xué)肥料或有機(jī)肥料，遠(yuǎn)離工廠企業(yè)和交通要道，嚴(yán)格控制土壤中重金屬鎘的輸入，改善土壤環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，保護(hù)人類健康。

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