關(guān)于湖南省鎘污染耕地植棉修復(fù)的思考

摘要：從湖南省土壤鎘污染當(dāng)前現(xiàn)狀人手，介紹了鎘污染對(duì)植物生長(zhǎng)和人體健康的危害；并從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，闡述了植棉修復(fù)土壤鎘污染的可行性；最后提出了建立替代區(qū)鎘污染監(jiān)測(cè)體系，篩選耐鎘、富集鎘的新品種，完善替代種植區(qū)植棉技術(shù)，加強(qiáng)棉副產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用等建議。

關(guān)鍵詞：鎘污染；植棉修復(fù)；建議

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2018）03-0095-03

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重。據(jù)中國(guó)水稻研究所與農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心2010年發(fā)布的《我國(guó)稻米質(zhì)量安全現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策研究》稱(chēng)，我國(guó)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(gè)省25個(gè)地區(qū)。作為全國(guó)糧食主產(chǎn)省之一的湖南，其耕地鎘污染狀況尤為突出，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。

1湖南省土壤鎘污染現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，湖南地區(qū)受重金屬污染的土地面積達(dá)28 000 hm²，約占全省總面積的13%。隨著重、化工業(yè)的快速發(fā)展，大量工業(yè)“三廢”的排放不斷加劇著土壤重金屬污染的程度。在衡陽(yáng)常寧水口山、株洲清水塘、湘潭竹埠港等涉重金屬企業(yè)密集的地區(qū)，多熟耕地因重金屬污染而嚴(yán)重退化，導(dǎo)致其生產(chǎn)的水稻、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，一方面對(duì)人體健康造成危害，另一方面阻礙了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)業(yè)污染是土壤重金屬污染的另一個(gè)重要來(lái)源，目前全球每年約有66萬(wàn)kg的鎘進(jìn)入土壤，經(jīng)化肥施用進(jìn)入的比例高達(dá)55%。工業(yè)磷肥含一定量鎘復(fù)合物，且湖南省磷肥已有30 a以上的施用歷史，導(dǎo)致耕地鎘積累不斷上升。受污染的地表或土壤經(jīng)雨水沖刷使鎘向外擴(kuò)散，進(jìn)入河流，通過(guò)農(nóng)業(yè)灌溉造成耕地的二次鎘污染，進(jìn)一步加劇了重金屬鎘污染對(duì)作物和人體的危害。

歷經(jīng)鎘米危機(jī)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(huán)境中的鎘含量，減少其對(duì)農(nóng)作物及農(nóng)產(chǎn)品的危害，保障生態(tài)系統(tǒng)的安全及人類(lèi)健康已成為國(guó)家和社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

2鎘污染的危害

2.1鎘對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

鎘含量增加對(duì)土壤中的細(xì)菌與固氮菌有明顯的抑制作用，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)鎘進(jìn)入植物體內(nèi)以后，葉綠素會(huì)遭到破壞，硝酸還原酶活性顯著降低，根系對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收受到影響，根系對(duì)氮的固定明顯受到抑制。

2.2鎘對(duì)人體健康的危害

鎘在體內(nèi)的半衰期長(zhǎng)達(dá)10～35 a，且不能被微生物所分解。鎘進(jìn)入人體后會(huì)長(zhǎng)期累積，對(duì)人體的腎臟、骨骼、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等造成持續(xù)性毒害和累積效應(yīng)，導(dǎo)致癌癥發(fā)生，其中腎臟是鎘慢性毒作用的主要靶器官。此外，進(jìn)入人體的鎘元素還會(huì)干擾體內(nèi)微量元素如銅、鈷、鋅等的正常代謝，誘發(fā)各種疾病，甚至導(dǎo)致死亡。

3植棉生態(tài)修復(fù)的可行性

3.1修復(fù)效果良好

郭利雙等在鎘高積累棉花品種水培篩選試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，59個(gè)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(guò)100 mg/kg的品種（系）多達(dá)10個(gè)。由此可見(jiàn)，棉花對(duì)生態(tài)環(huán)境中的鎘離子具有較強(qiáng)的吸收能力。長(zhǎng)株潭替代種植區(qū)鎘修復(fù)結(jié)果顯示，植棉修復(fù)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(dá)到30%。因此，從生態(tài)修復(fù)效益角度來(lái)看，棉花是較為理想的重金屬鎘污染耕地的修復(fù)作物之一。

連續(xù)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(chǎn)。大米鎘含量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為0.06mg/kg，2009年嘉興秀洲區(qū)的土壤含鎘量為145 mmol/L，稻米含鎘量為0.103 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)種植棉花治理修復(fù)鎘污染水稻田的示范，2013年，該地區(qū)的土壤含鎘量降低至96 mmol/L，稻米鎘含量降到0.056 mg/kg，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可見(jiàn)，棉花治理修復(fù)土壤鎘污染的效果十分顯著。

3.2經(jīng)濟(jì)收益顯著

棉花是湖南省重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，在全省的農(nóng)業(yè)發(fā)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(yè)污染地區(qū)的作物之一。任秀娟等研究了鎘在棉花體內(nèi)的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在不同濃度鎘脅迫下，棉株體內(nèi)的鎘累積分布呈現(xiàn)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(duì)鎘脅迫下棉花的產(chǎn)量、纖維品質(zhì)的研究顯示，在土壤鎘重度污染區(qū)（鎘含量達(dá)2 mg/L），鎘脅迫對(duì)棉花產(chǎn)量的降幅小于5%，纖維品質(zhì)無(wú)顯著差異；當(dāng)土壤鎘含量低于1 mg/L時(shí)，鎘脅迫反而在一定程度上提高了棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，鎘脅迫對(duì)棉花經(jīng)濟(jì)效益和使用價(jià)值的影響有限。

研究還發(fā)現(xiàn)，棉花對(duì)鎘污染耕地適應(yīng)性較強(qiáng)。在棉花重金屬污染替代種植栽培體系的探索過(guò)程中，各參試棉花品種（系）均在鎘污染耕地上生長(zhǎng)發(fā)育良好；并篩選出一批鎘高富集品種（系），如湘雜棉23號(hào)、FZ06、FZ09等；其中，F(xiàn)Z06在6萬(wàn)株/hm²的種植密度下，籽棉產(chǎn)量達(dá)到3675 kg/hm²，折合皮棉產(chǎn)量約為1470kg/hm²，較2015年全省皮棉平均產(chǎn)量增產(chǎn)15.6%。以2015年湖南省子棉收購(gòu)價(jià)格5.6元/kg計(jì)算，收益達(dá)到20 580元/hm²，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，在鎘污染區(qū)種植棉花，不僅不會(huì)影響棉花的經(jīng)濟(jì)效益和使用價(jià)值，而且能夠在一定程度上修復(fù)鎘污染土壤，實(shí)現(xiàn)受污染土地的再利用。

3.3形勢(shì)政策支持

2014年，我國(guó)啟動(dòng)重金屬污染耕地修復(fù)綜合治理項(xiàng)目，湖南省長(zhǎng)株潭地區(qū)的11.3萬(wàn)hm²耕地成為首批試點(diǎn)區(qū)域。該試點(diǎn)根據(jù)污染輕重程度將污染土地劃分為3類(lèi)：即重度污染的“替代區(qū)”、中度污染的“管控區(qū)”和輕度污染的“達(dá)標(biāo)區(qū)”，其中被劃分為“替代區(qū)”的區(qū)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(zhǎng)株潭地區(qū)就有0.93萬(wàn)hm²耕地因鎘污染超標(biāo)被列入作物替代種植區(qū)，長(zhǎng)沙、株洲和湘潭分別有0.08萬(wàn)、0.63萬(wàn)和0.22萬(wàn)hm²。

2014年2月，《湖南省人民政府關(guān)于實(shí)施兩個(gè)“百千萬(wàn)”工程加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的意見(jiàn)》發(fā)布并實(shí)施。其中明確指出，在湖南全省重金屬重度污染區(qū)選擇建設(shè)100個(gè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整示范片，根據(jù)示范片的自然條件和農(nóng)民的生產(chǎn)習(xí)慣，引導(dǎo)農(nóng)民改種棉花、苧麻、蠶桑、花卉苗木等非食用性農(nóng)作物，玉米、高粱等工業(yè)用糧以及生物質(zhì)能源作物。

3.4植棉技術(shù)成型

針對(duì)重金屬鎘污染耕地的棉花栽培技術(shù)，郭利雙等于2015年進(jìn)行了鎘高富集棉花品種的水培篩選，初步篩選出10個(gè)鎘高富集棉花品種（系），為后續(xù)的大田篩選與栽培技術(shù)研究提供了棉花資源鎘吸收水平的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2015～2016年，對(duì)鎘污染區(qū)棉花替代種植技術(shù)的研究中，郭利雙等集成了鎘污染區(qū)稻改棉替代種植關(guān)鍵技術(shù)，即：選擇高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高富集鎘品種，在播前旋耕起壟，采用機(jī)械直播、集中施肥、棉田安全除草、調(diào)控與化學(xué)封頂、病蟲(chóng)害專(zhuān)業(yè)化防治、棉稈集中移除等措施進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

利用棉花治理修復(fù)鎘污染土壤，技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，且費(fèi)用低，大面積實(shí)施的可行性較大；同時(shí)，這一技術(shù)對(duì)環(huán)境友好，對(duì)土壤破壞小，經(jīng)過(guò)修復(fù)的土壤可再度利用，符合可持續(xù)發(fā)展的策略，容易得到政府支持。

4棉花生態(tài)修復(fù)的建議

4.1建立替代區(qū)鎘污染監(jiān)測(cè)體系

首先，杜絕污染源，政府相關(guān)部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)于工業(yè)廢水、廢氣、礦業(yè)固體廢棄物等的綜合治理和利用，要堅(jiān)決杜絕鎘再被輸入到土壤中；其次，建立重金屬鎘分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以棉花生育進(jìn)程為周期，對(duì)替代種植區(qū)土壤鎘含量變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立系統(tǒng)的檔案資料；再次，控制農(nóng)業(yè)污染，合理使用化肥農(nóng)藥，鼓勵(lì)農(nóng)民增施有機(jī)肥，減少化肥使用量，推行農(nóng)作物病蟲(chóng)害專(zhuān)業(yè)化統(tǒng)防統(tǒng)治和綠色防控，推廣高效低毒低殘留農(nóng)藥和現(xiàn)代植保機(jī)械。

4.2篩選耐鎘、富集鎘的新品種

棉花生物量越高，生態(tài)修復(fù)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(qiáng)的棉花品種（系），但仍不足以應(yīng)用于大面積鎘污染耕地的種植修復(fù)。因此，要加強(qiáng)耐鎘、富集鎘能力強(qiáng)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(cè)重優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)；單株生物量較低的品種，可選用早熟常規(guī)棉，適宜密植，側(cè)重輕簡(jiǎn)高效。

4.3完善替代種植區(qū)植棉技術(shù)

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

4.4加強(qiáng)棉副產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用

目前，關(guān)于棉副產(chǎn)品的綜合利用，主要是針對(duì)棉籽，其用途主要是生產(chǎn)棉籽油、反芻動(dòng)物的粗飼料以及食用菌培養(yǎng)基等。但重金屬鎘污染耕地生產(chǎn)的棉花（包括棉籽在內(nèi)），各個(gè)部位均有鎘離子富集。因此，從安全角度考慮，不建議進(jìn)行開(kāi)發(fā)應(yīng)用。同時(shí)，考慮到耕地的生態(tài)修復(fù)，棉花收獲后，為避免富集的鎘離子再次進(jìn)入耕地，棉稈需要拔除另做處理。除棉籽外，棉稈的開(kāi)發(fā)利用也有了長(zhǎng)足發(fā)展，棉稈富含纖維素、木質(zhì)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?jiān)系?。植棉重金屬棉稈的開(kāi)發(fā)利用兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，有助于實(shí)現(xiàn)重金屬鎘污染耕地植棉修復(fù)模式的推廣，進(jìn)一步增加植棉收益。

5結(jié)語(yǔ)

總之，土壤鎘污染的治理與恢復(fù)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。實(shí)踐證明，通過(guò)有效的科技、農(nóng)藝手段對(duì)污染土壤進(jìn)行“調(diào)理”，多數(shù)鎘污染土壤均可被有效修復(fù)，但土壤重金屬污染的整體防治并非僅靠技術(shù)就能達(dá)成，而是需要全社會(huì)的重視，理性應(yīng)對(duì)、冷靜反思，協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，形成合力，才能有效治理土壤重金屬污染。