農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險管控研究

汪慶 張亞薇

摘 ?要：農(nóng)田土壤重金屬污染直接影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、威脅人體健康，因此，開展農(nóng)田分類管理、實施土壤風(fēng)險管控具有重要意義。本文在相關(guān)政策文件研讀、國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)查閱的基礎(chǔ)上，總結(jié)了中國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及特點，分析了農(nóng)田土壤重金屬的來源，系統(tǒng)概括了農(nóng)田重金屬污染風(fēng)險管控措施，重點綜述了農(nóng)藝調(diào)控類、土壤改良類和生物修復(fù)類等土壤修復(fù)技術(shù)的最新研究進展。最后，總結(jié)了目前農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險管控中存在的問題并提出了展望。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田;重金屬污染;風(fēng)險管控;分類管理

中圖分類號：X53 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?論文編號：cjas2020-0102

Abstract： The heavy metal pollution of farmland soil directly affects agricultural products quality safety and threatens human health， so it is of great significance to carry out the classification management and risk control of farmland soil. By reviewing relevant policy papers and literatures at home and abroad， this study summarized current situation and characteristics of heavy metal pollution in farmland soil of China， analyzed the source of heavy metals in farmland soil， and systematically outlined the risk control measures of heavy metal pollution in farmland. Moreover， this study highlighted the latest research progress of soil remediation technologies such as agronomic regulation， soil improvement， bioremediation and so on. Finally， existing problems in risk control of heavy metal pollution in farmland soil were pointed out and future research directions were discussed.

Keywords： Farmland; Heavy Metal Pollution; Risk Control; Classification Management

0 ?引言

一段時間以來，一些未經(jīng)處理的重金屬污染物通過多種途徑（如大氣沉降、污水灌溉和農(nóng)業(yè)投入品的不合理施用等）進入農(nóng)田土壤，造成農(nóng)田土壤重金屬污染[1-2]。加之，近年來出現(xiàn)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事件，如“鎘大米”、“鎘小麥”等，更讓農(nóng)田土壤重金屬污染受到廣泛關(guān)注[3-4]。難降解的重金屬易在土壤環(huán)境中積累，導(dǎo)致糧食作物和蔬菜中重金屬含量增加，引發(fā)超標(biāo)風(fēng)險。此外，重金屬還會通過食物鏈遷移到人體體內(nèi)，危害人體健康[5]。因此，實施農(nóng)田土壤重金屬污染的風(fēng)險管控具有重要意義。筆者旨在通過分析中國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀、特點及來源等，綜述現(xiàn)階段中國農(nóng)田重金屬污染風(fēng)險管控措施，以期為中國農(nóng)田土壤重金屬污染防控與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障提供科學(xué)支撐。

1 ?中國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及特點

1.1 ?中國農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀

中國前期經(jīng)濟粗放式的快速增長，造成了越來越多的環(huán)境問題，如農(nóng)田土壤重金屬污染[6-7]。人為活動（如污水灌溉等）以及土壤環(huán)境背景值高是造成農(nóng)田土壤重金屬污染的主要原因[8]。20世紀(jì)80年代以來，中國農(nóng)田土壤重金屬污染不斷加劇[9-10]。據(jù)環(huán)境保護部和國土資源部于2014年聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂（土壤點位超標(biāo)率達(dá)到19.4%），鎘、鎳、銅、砷、汞和鉛等污染尤為突出[8，11]。

1.2 ?土壤重金屬污染特點

土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性和地域性等特點[12]。（1）隱蔽性。土壤污染不能像大氣和水體污染那樣可以被人們直觀地感知到，往往要通過對土壤樣品進行分析化驗和農(nóng)作物的殘留檢測，甚至通過研究對人畜健康狀況的影響才能確定。如日本的“痛痛病”事件，人們在其出現(xiàn)幾十年后才了解到其發(fā)生原因[13]。（2）累積性。不同于其他污染物，重金屬在土壤環(huán)境中難以降解、擴散和稀釋，易累積，其可通過食物鏈在生物體內(nèi)進行富集，嚴(yán)重危害人類健康。重金屬可引起人類各種疾?。ㄈ缧难芗膊?、癌癥、認(rèn)知障礙、慢性貧血），并可損害腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)、腦、皮膚和骨骼[14]。（3）地域性。中國土壤重金屬污染狀況具有顯著的區(qū)域性分布特征[15]，《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，中國南方土壤重金屬污染重于北方;長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問題較為突出，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大，鎘、汞、砷、鉛4種污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的趨勢[8]。因此，考慮到土壤污染的特點，僅僅依靠切斷污染源、采取一刀切的治理技術(shù)往往很難恢復(fù)，而且通常成本較高，治理周期較長，有必要實施土壤污染分類分級防治。

2 ?中國農(nóng)田土壤重金屬污染源

大氣沉降、污水灌溉、農(nóng)業(yè)投入品的不合理施用等都是農(nóng)田土壤重金屬污染源。

2.1 ?大氣沉降

工業(yè)排放、汽車尾氣等人類活動產(chǎn)生的重金屬會以氣溶膠的形態(tài)進入大氣，并通過自然沉降和雨淋沉降等途徑進入工業(yè)區(qū)或者道路附近的農(nóng)田[4，16]，造成嚴(yán)重污染。據(jù)統(tǒng)計，中國每年會產(chǎn)生2000萬t左右的飄塵，其中含有大量Pb、Zn、Hg、Cd等重金屬，從而污染周圍環(huán)境[17]。

2.2 ?污水灌溉

污水灌溉是指使用經(jīng)過一定處理的城市污水或工業(yè)廢水灌溉農(nóng)田森林和草地。在中國水資源嚴(yán)重匱乏的地區(qū)，為了滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需用水，利用污水灌溉的農(nóng)田面積約為360萬hm2，占國內(nèi)農(nóng)田總灌溉面積約7%[18]。北方許多地區(qū)長期將城市污水和工業(yè)廢水作為農(nóng)業(yè)主要灌溉水源，導(dǎo)致重金屬污染。

2.3 ?農(nóng)業(yè)投入品的不合理施用

農(nóng)業(yè)投入品（如農(nóng)藥、化肥地膜、畜禽糞便和污泥堆肥產(chǎn)品等）的不合理施用容易造成重金屬在農(nóng)田土壤中積累，引發(fā)重金屬污染。倪潤祥[19]對不同類型的肥料進行抽查發(fā)現(xiàn)，磷肥中重金屬含量相對較高。這是由于磷肥主要由磷礦石生產(chǎn)，會天然伴生重金屬Cd，因此磷肥的長期施用必定會造成Cd的積累[20]。農(nóng)膜生產(chǎn)應(yīng)用的熱穩(wěn)定劑中含有Cd、Pb，這些重金屬會隨著農(nóng)膜的使用而進入農(nóng)田土壤中。集約化養(yǎng)殖場產(chǎn)生的雞糞和豬糞中往往含有一定量重金屬，這是由于畜禽飼料中加入了含有重金屬的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)并不能完全被畜禽吸收，因此造成殘留。

3 ?中國農(nóng)田重金屬污染風(fēng)險管控措施

防治農(nóng)田土壤重金屬污染，直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、人民群眾身體健康和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)《中華人民共和國土壤污染防治法》規(guī)定，按照土壤污染程度和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將農(nóng)用地劃分為優(yōu)先保護類、安全利用類和嚴(yán)格管控類，對其進行分類管理[21]。針對不同類別耕地，制定合理的風(fēng)險管控措施，實現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康、可持續(xù)性運轉(zhuǎn)[22]。

3.1 ?優(yōu)先保護類

針對優(yōu)先保護類耕地，控制污染輸入，監(jiān)視污染動態(tài)，維護安全狀態(tài)。將優(yōu)先保護類耕地劃為永久基本農(nóng)田，從嚴(yán)管控基本農(nóng)田的使用情況，保障其質(zhì)量。同時，加強優(yōu)先保護類耕地集中區(qū)域有關(guān)行業(yè)企業(yè)的環(huán)境監(jiān)督，積極制定預(yù)防措施，防止對耕地造成污染。加強灌溉水水質(zhì)定期監(jiān)測、農(nóng)業(yè)投入品施用督促，因地制宜推行種養(yǎng)結(jié)合、秸稈還田、增施有機肥、少耕免耕等措施，提升耕地質(zhì)量[23]。

3.2 ?安全利用類

針對安全利用類耕地，開展風(fēng)險評估，優(yōu)化生產(chǎn)管理，積極進行修復(fù)。

3.2.1 ?農(nóng)藝調(diào)控類技術(shù)

（1）石灰調(diào)節(jié)。石灰為常用堿性物料，可以用于提高酸性土壤（pH≤6.5） pH，促進土壤中的重金屬離子發(fā)生共沉淀作用，從而降低重金屬的遷移性[24]。石灰調(diào)節(jié)適用于偏酸性鎘污染稻田（pH≤6.5），其還可以為作物提供鈣素營養(yǎng)，但長時間過量施用石灰易造成板結(jié)現(xiàn)象[25-26]。Hussain等[27]通過溫室盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，石灰可以明顯降低低度污染土壤表層中可萃取Pb、Cd、Cu和Zn的含量。

（2）水分調(diào)控。在淹水條件下的酸性土壤pH升高，可以降低重金屬的遷移性，且重金屬在還原狀態(tài)的土壤環(huán)境中容易與硫化物形成沉淀，使得重金屬不易被作物吸收，其適用于鎘、汞、鉛與砷污染稻田[28]。

（3）葉面阻控。通過葉面噴施鋅、硅等有益元素，提高作物抗逆性，抑制作物向可食部位轉(zhuǎn)運重金屬，降低可食部位重金屬含量，其適用于鎘、鉛等污染稻田[29-30]。葉面阻控不易造成二次污染，但受環(huán)境條件（如光照、溫度、風(fēng)速等）限制較大。

（4）深翻耕。通過將污染物含量較高的耕地表層土壤與污染物含量較低的下層土壤充分混合，從而稀釋整個耕作層土壤污染物含量，降低作物對重金屬的吸收，其適用于旱地表層土壤重金屬污染[31]。但深翻耕可能會破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成表層土壤有機質(zhì)含量的降低，影響土壤質(zhì)量[32]。

（5）優(yōu)化施肥。施肥是滿足作物生長所需養(yǎng)分的重要途徑，也具有促進重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化從而達(dá)到修復(fù)污染土壤的作用[32-33]。優(yōu)化施肥是根據(jù)土壤環(huán)境狀況與種植作物特征，通過優(yōu)化化肥的種類、比例以及施用量，來調(diào)節(jié)土壤酸堿性和重金屬活性，其適用于所有耕地土壤，但需與其他技術(shù)配合使用，才能有效降低農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)風(fēng)險[34]。

3.2.2 ?土壤改良類技術(shù) ?通過鈍化劑、土壤調(diào)理劑等，降低污染物在土壤中的活性，阻控作物對重金屬的吸收。

原位鈍化是指通過向土壤中添加針對性的鈍化劑（如鎘鈍化劑、汞鈍化劑、鐵錳氧化物等），將土壤中有效態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為化學(xué)性質(zhì)不活潑的形態(tài)，從而降低其在土壤化境中的遷移性、植物有效性和生物毒性，其適用于鎘、汞、鉛等重金屬污染農(nóng)田[35-36]。原位鈍化技術(shù)經(jīng)濟高效、操作簡便[37]，但易造成二次污染[35]，或?qū)ν寥览砘再|(zhì)及環(huán)境質(zhì)量等帶來不利影響。

3.2.3 ?生物修復(fù)技術(shù)

（1）微生物修復(fù)技術(shù)是指利用天然或人工馴化培養(yǎng)的功能微生物（如細(xì)菌、真菌、藻類等）[38]，通過生物礦化等代謝作用降低重金屬離子的活性。微生物修復(fù)技術(shù)具有對土壤環(huán)境友好、成本效益好、操作簡便等優(yōu)點[39]，但其不適用于高濃度重金屬污染土壤[40]。Teng等[39]從重金屬污染的土壤中分離出了溶磷菌（PSB），發(fā)現(xiàn)其在土壤中具有較高的抗鉛能力。

（2）植物吸取是指利用超積累（高積累）植物基于植物根系吸收，轉(zhuǎn)運和濃縮土壤中重金屬到地上可收獲植物部分，使重金屬從土壤轉(zhuǎn)移到植物中，植物相對土壤而言易于回收、處置[41]。不同與物理和化學(xué)處理不可逆地改變土壤特性，植物提取可以改善被污染土壤理化性質(zhì)，但其受環(huán)境條件限制較大[42]。Reeves等[43]已經(jīng)鑒定出721種超積累植物，這些植物在高濃度重金屬的土壤中生長良好，并可有效吸收土壤中特定重金屬離子。

3.2.4 ?綜合治理技術(shù) ?“VIP”是一種重金屬污染耕地綜合治理技術(shù)，是指采用鎘低積累水稻品種（V）、田間水分管理（I）、施用生石灰調(diào)節(jié)pH（P）聯(lián)用的技術(shù)模式，其適用于酸性鎘污染稻田[44]?！癡IP”綜合治理技術(shù)克服了單一的安全利用技術(shù)存在的治理效率低，且可能影響正常農(nóng)作物種植和糧食生產(chǎn)的缺點[32]。楊小粉等[45]在湖南省38丘鎘污染稻田進行小區(qū)試驗發(fā)現(xiàn)，“VIP”技術(shù)在不同污染程度土壤下均有降低糙米中鎘含量的作用，可使輕微、輕度土壤污染條件下米鎘含量達(dá)到國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 ?嚴(yán)格管控類

針對嚴(yán)格管控類耕地，開展綜合整治，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，實施休耕輪作。

3.3.1 ?種植結(jié)構(gòu)調(diào)整 ?在食用農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)嚴(yán)重的嚴(yán)格管控類耕地，及時采取農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整措施?？梢愿鶕?jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)情況，堅持政府引導(dǎo)、農(nóng)民自愿原則，因地制宜改種花卉苗木、桑樹等非食用農(nóng)產(chǎn)品[46]。同時，針對農(nóng)民受益降低的情況適當(dāng)給予補償[47]。

3.3.2 ?休耕 ?在嚴(yán)格管控類耕地，可通過在休耕地種植養(yǎng)地作物（紫云英、苜蓿等）或超（高）積累植物（植物提取措施）等來防止耕地裸露導(dǎo)致的風(fēng)蝕、水蝕等土壤侵蝕[48-50]。在休耕過程中需注意加強種植作物的監(jiān)測，防止污染物隨植物地上部轉(zhuǎn)移擴散。

3.3.3 ?退耕還林還草 ?依據(jù)相關(guān)政策規(guī)定，可將嚴(yán)格管控類耕地納入國家新一輪退耕還林還草實施范圍，并研究制定相關(guān)配套支持政策。

4 ?結(jié)論及展望

農(nóng)田土壤重金屬污染容易引發(fā)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境風(fēng)險、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險和公眾健康風(fēng)險等，因此有必要開展農(nóng)田土壤重金屬污染的分類風(fēng)險管控。但由于農(nóng)田土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性、地域性和生物富集性等特點、治理難度較大，現(xiàn)有的風(fēng)險管控措施如安全利用類措施往往適應(yīng)性不強，其可重復(fù)性與經(jīng)濟成本還不能滿足推廣需求，部分嚴(yán)格管控類措施配套的制度規(guī)定不健全等。因此，加強技術(shù)基礎(chǔ)創(chuàng)新，形成可復(fù)制、易推廣的農(nóng)田土壤重金屬污染防控技術(shù)模式，健全完善相關(guān)風(fēng)險管控措施配套的制度規(guī)定，是當(dāng)前及今后農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險管控的重要發(fā)展趨勢。

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