綿陽市土壤鎘污染的來源及治理方法

何 勇，李柏橋，向薇薇，王茂理，黃 波

(四川省綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,四川 綿陽 621023)

四川耕地安全利用和嚴(yán)格管控面積分別為22.33萬hm2和1.19萬hm2，涉及21個地市(州)142個縣(區(qū))。2020年四川省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳、四川省生態(tài)環(huán)境廳共同下達了農(nóng)用地安全利用等目標(biāo)任務(wù)和四川省耕地安全利用工作實施方案，提出了指導(dǎo)思想、工作原則、總體目標(biāo)等具體要求，根據(jù)土壤環(huán)境類別劃定，四川省耕地主要是鎘污染較重，為此，拉開了對土壤鎘的全面治理工作，而我院在之前已經(jīng)作了一些探索工作，并把獲得的經(jīng)驗及成果進行匯總，提出一些具體的措施。

1 鎘污染原因及危害

1.1 鎘污染來源

鎘是一種稀有分散元素,未經(jīng)污染的土壤中鎘主要來源于成土的母質(zhì),一般在世界范圍內(nèi)土壤中鎘的含量為0.01～2.00mg/kg，中值含量為0.135mg/kg[1]，鎘在自然界中一般以化合物形式存在，含量較低，正常情況對人體健康不會造成影響。鎘和鋅是同族元素，在自然界中鎘常與鋅、鉛共生[2]。

1.1.1 鎘污染渠道 從空間角度來看，我國年排放到大氣中的鎘高達2186t，估算每年進入農(nóng)田的鎘高達1417t，其中來自大氣沉降的鎘493t，占總量的35%。家畜糞便778t，占總量的55%。來自化肥的鎘為113t，占總量的8%，其中來自復(fù)合肥6%、磷肥2%。由于灌水進入農(nóng)田的鎘為30t，占總量2%。

1.1.2 鎘污染原因 20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)鎘以來，鎘的產(chǎn)量逐年增加，鎘是煉鋅業(yè)的副產(chǎn)品，主要用在電池、染料或塑膠穩(wěn)定劑，它比其它重金屬更容易被農(nóng)作物所吸附。

1.1.3 鎘極易擴散 鎘是銀白色有光澤的金屬，熔點320.9℃，沸點765℃，因沸點低，只要垃圾焚燒，以及秸稈焚燒，就會有大量的鎘進入空氣中，隨著粉塵而沉降。多年來，我國作為“世界工廠”，金屬冶煉地區(qū)廣泛、數(shù)量龐大，造成多次污染。

1.2 鎘污染發(fā)展趨勢

1.2.1 監(jiān)測分析 綿陽市通過4年的取樣，共計分析了7458個樣品，對200個土壤剖面分段檢測，數(shù)據(jù)表明鎘含量在耕作層最高，隨著深度的增加，鎘含量逐漸降低，說明鎘主要聚集在耕作層。對20個老墻土樣品及相應(yīng)附近60個農(nóng)田耕層樣品分析檢測對比，鎘污染主要是近30年的時間，在很多老墻土中并沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的鎘存在。對306個大氣降塵樣品和420個灌溉水樣品分析發(fā)現(xiàn)，大氣沉降和灌溉水現(xiàn)在鎘含量較低，污染應(yīng)該是過去不重視環(huán)境造成，現(xiàn)在污染呈現(xiàn)平穩(wěn)態(tài)勢。

1.2.2 土壤中的鎘活性在增加 對老墻土樣品及相應(yīng)附近農(nóng)田的pH值數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，近30年pH降低了0.7～1.1，土壤酸化正在加劇。土壤對污染物具有緩沖性，土壤膠體對重金屬具有很強的吸附能力，通常進入土壤中的重金屬迅速被土壤膠體固定而“老化”，從而降低其對植物的有效性，但化肥特別是氮肥施用量不斷攀升。酸性環(huán)境中，鎘很難被“老化”。

1.2.3 酸性土壤農(nóng)產(chǎn)品容易超標(biāo) 大量試驗表明，土壤pH處于4.5～5.5區(qū)間時最容易產(chǎn)生鎘大米，在筆者的多個試驗中證明，pH為5.0左右、土壤鎘含量小于0.30mg/kg條件下，水稻品種篩選試驗中有近30%的稻谷品種鎘含量超標(biāo)，酸性條件下，鎘不超標(biāo)的土壤也會產(chǎn)生鎘大米。

1.3 鎘污染的為害

1.3.1 對人的為害 長期食用受鎘污染的的食品，如稻谷，會致使鎘在體內(nèi)蓄積，造成腎損傷，進而導(dǎo)致骨軟化癥，周身疼痛，稱為"痛痛病"，從而造成體內(nèi)蛋白質(zhì)從尿中流失，久而久之形成軟骨癥和自發(fā)性骨折。此外，慢性鎘中毒對人體生育能力也有所影響，它會嚴(yán)重損傷Y因子，使出生的嬰兒多為女性。

1.3.2 對植物為害 鎘是一種生物毒性很強的重金屬，當(dāng)植物體中鎘積累到一定程度時，表現(xiàn)出各種毒害癥狀，導(dǎo)致細胞損傷，對植物的生長產(chǎn)生抑制作用，植株表現(xiàn)為發(fā)育緩慢、植株矮小、葉片失綠等癥狀。

2 我國與國際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 我國的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

中國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的土壤鎘含量范圍是0.3～0.5mg/kg，而世界各國土壤鎘含量范圍為1～5mg/kg，前者標(biāo)準(zhǔn)低了1個數(shù)量級。

2.2 其它地區(qū)的農(nóng)田質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

我國農(nóng)地鎘標(biāo)準(zhǔn)為鎘總量0.3mg/kg(pH>7.5為0.6mg/kg)，而我國臺灣于2000年制定的鎘標(biāo)準(zhǔn)高達5.0mg/kg，相差16.7倍。英國2002年制定的標(biāo)準(zhǔn)為2.0mg/kg，是我國標(biāo)準(zhǔn)的6.7倍。除了丹麥、芬蘭所定標(biāo)準(zhǔn)是0.3mg/kg之外，其他所有國家的耕地鎘含量均高于我國，如捷克0.4mg/kg，加拿大0.5mg/kg，德國沙土0.4mg/kg、黏土1.5mg/kg。此外，大多數(shù)國家以土壤全量為標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 我國的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

我國大米的標(biāo)準(zhǔn)是0.2mg/kg，外國大米的標(biāo)準(zhǔn)是0.4mg/kg；蔬菜我國標(biāo)準(zhǔn)是0.05mg/kg，外國的標(biāo)準(zhǔn)是0.2mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)比國外的標(biāo)準(zhǔn)高，我國的土壤鎘污染標(biāo)準(zhǔn)最高。

3 土壤修復(fù)

3.1 土壤修復(fù)種類

土壤修復(fù)是指通過農(nóng)業(yè)、物理、化學(xué)和生物的方法，轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受水平，或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，一般包括農(nóng)業(yè)修復(fù)、物理修復(fù)、生物修復(fù)和化學(xué)修復(fù)4類方法。

3.1.1 農(nóng)業(yè)修復(fù)——淹水 綿陽市水源非常豐富，水稻種植長期處于淹水狀態(tài)，能夠顯著降低水稻對鎘的吸收。試驗結(jié)果表明，土壤pH均值為5.3，總鎘含量范圍為1.60～1.83mg/kg，均值為1.68mg/kg。在長期淹水狀態(tài)下，直到收獲田間水分都排出困難，種植的川優(yōu)6203和德香4103共2個品種，川優(yōu)6203平均值0.0658mg/kg,德香4103平均值0.0885mg/kg，均未超標(biāo)，說明長期淹水是降低稻谷超標(biāo)的最好辦法。

3.1.2 物理修復(fù)——深翻耕 據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，幾乎90%的土壤鎘聚集在30cm以上的土層中，深翻耕相當(dāng)于稀釋了土壤中鎘的含量，也能有效降低作物對鎘的吸收，在示范過程中不斷采用，效果明顯，缺點是工程量較大，投資成本高，會將降低土壤肥力。

3.1.3 化學(xué)修復(fù)——施用鈍化劑 具有操作簡單和費用較低的特點，在污染較輕的地區(qū)修復(fù)效果較好。在酸性污染土壤上，施加石灰效果最佳，能顯著提高土壤的pH，降低土壤金屬的有效性，從而降低對鎘的吸收。對于多個品牌的土壤調(diào)理劑(鈍化劑)效果試驗表明，產(chǎn)品用量差異大，效果參差不齊，要達到農(nóng)產(chǎn)品達標(biāo)，還存在一定距離，還有待試驗進一步驗證。

3.1.4 生物修復(fù)——秸稈移出 在污染較重的土壤上，作物秸稈能吸收大量的鎘，尤其是根部累積的鎘更多，只要不斷的移出秸稈，就能達到生物修復(fù)，但由于植物修復(fù)周期長，吸收重金屬的容量有限。

3.2 結(jié)構(gòu)調(diào)整

重度污染耕地一般的土壤修復(fù)措施難以促進農(nóng)產(chǎn)品合格，就只有休耕和種植非食用、非口糧作物，在中度偏重的污染耕地，土壤修復(fù)措施很多時也難以達到產(chǎn)品合格。因此，種植低吸附品種和種類作物非常有必要。

3.2.1 小春主要農(nóng)作物比較 小春主要農(nóng)作物是小麥和油菜，通過多個同田對比，土壤pH均值為6.29，總鎘含量范圍為0.39～0.53mg/kg，均值為0.47mg/kg。小麥鎘含量為0.21mg/kg，油菜鎘含量為0.37mg/kg。根據(jù)主要農(nóng)產(chǎn)品的重金屬鎘污染含量國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB2762-2012)，小麥限量為0.1mg/kg，油菜限量為0.5mg/kg。小麥超標(biāo)較多，而油菜不超標(biāo)，因種植油菜限量值高，產(chǎn)品更易合格，根據(jù)武琳霞等《我國油菜鎘污染及菜籽油質(zhì)量安全性評估》報告分析“我國油菜籽鎘污染較輕,鎘主要富集于油菜根部,其次是莖和角果皮,油菜籽中鎘含量最低。油菜籽中的鎘轉(zhuǎn)移到菜籽油中的比例為2%～10%，轉(zhuǎn)移率與油菜籽蛋白含量負相關(guān)，菜籽油重金屬鎘高暴露量僅占JECFA推薦的暫定每月耐受攝入量(PTMI)的1%，不存在消費風(fēng)險,可放心食用”[3]。

3.2.2 小麥與油菜效益比較 油菜種植效益：油菜種子、肥料、農(nóng)藥合計成本300元/667m2，用工480元/667m2，單產(chǎn)達到205kg/667m2，按單價5.3元/kg計算，產(chǎn)值1086.5元/667m2，純收益為306.5元/667m2。

3.2.3 小麥種植效益 種子、肥料、農(nóng)藥及合計成本350元/667m2，用工400元/667m2，單產(chǎn)達到415kg/667m2，按單價2.3元/kg，產(chǎn)值954.5元/667m2，純收益為204.5元/667m2。小春效益比較：糧油產(chǎn)區(qū)，小春主要以油菜和小麥為主，按照效益計算，種植油菜比小麥高102元/667m2。2種作物的產(chǎn)值差異不是特別明顯，主要是以種植習(xí)慣為主，尤其是平壩區(qū)域農(nóng)戶更喜歡種植小麥，采用機播和機收，降低了生產(chǎn)勞動強度和緩解收種的季節(jié)矛盾。

3.2.4 大春主要農(nóng)作物比較 大春主要農(nóng)作物玉米和水稻，通過水稻田分區(qū)壘埂多個同田對比，土壤pH均值為6.12，總鎘含量范圍為0.41～0.62mg/kg，均值為0.48mg/kg。12個對比田中，玉米鎘含量為平均0.07mg/kg，水稻鎘含量平均為0.28mg/kg。根據(jù)主要農(nóng)產(chǎn)品的重金屬鎘污染含量國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB2762-2012)，玉米限量為0.1mg/kg，水稻限量為0.2mg/kg。水稻12個產(chǎn)品全部超標(biāo)，玉米有10個產(chǎn)品不超標(biāo)，說明玉米對鎘的吸附能力更弱。玉米種植成本是480元/667m2，玉米產(chǎn)量412kg/667m2，單價2.2元/kg，玉米產(chǎn)值為906.4元/667m2，平均玉米純收入大約為426.4元/667m2。水稻生產(chǎn)成本是860元/667m2，產(chǎn)量570kg/667m2，單價按2.5元/kg計算，產(chǎn)值為1425元/667m2，純收入大約為565元/667m2。玉米和水稻種植：種植玉米的經(jīng)濟效益比水稻降低138.6元/667m2，種植玉米由于用工多，管理難度大，種植水稻區(qū)域都不愿意種植玉米，但在一些鎘超標(biāo)的區(qū)域，通過種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，由玉米替代水稻，再通過深翻，增施有機肥等措施，可以降低重金屬積累量，值得大面積推廣。

3.3 作物替代

綿陽市被農(nóng)業(yè)部認(rèn)定為“國家級雜交水稻制種基地市”，其轄區(qū)內(nèi)的安州、梓潼、江油被命名為“國家級雜交水稻制種基地縣”。常年水稻制種面積達到10000hm2，種子以外銷為主。

3.3.1 綿陽市鎘污染現(xiàn)狀 綿陽市安全利用面積是12400hm2，嚴(yán)格管控面積是460hm2，作為嚴(yán)格管控的耕地，只能開展非食用、非口糧作物替代種植，而水稻制種就解決了這個難題。隨著農(nóng)業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)，適合水稻制種的區(qū)域越來越大，若有意識進行專項補助，水稻制種完全可以種植在高污染的區(qū)域[4]。

3.3.2 水稻制種效益 種子、肥料、農(nóng)藥及用工合計生產(chǎn)成本1700元/667m2，產(chǎn)值2800元/667m2，純收益為1100元/667m2。

3.3.3 水稻制種優(yōu)勢 采用休耕-水稻制種模式，通過水稻制種全程機械化模式和集成創(chuàng)新等技術(shù)，減少用工及勞動強度，產(chǎn)量高、效益好，簡單易行，便于推廣和操作，應(yīng)擴大種植面積。

4 結(jié)論

重金屬污染治理，只有通過政府規(guī)劃，分步實施，同時，提高農(nóng)戶參與的積極性，形成全民治理的熱潮，才是最好的辦法。中重度污染耕地，只能開展非食用、非口糧作物替代種植，推廣雜交水稻制種效益最好，應(yīng)主推水稻制種模式，也可與當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合，形成新的種植模式。種植油菜的經(jīng)濟效益好于小麥，由于油菜的收獲還不能直接一次性采用機械收獲，造成收獲季節(jié)用工多，勞動強度大，所以推廣適合的油菜收獲機械是當(dāng)務(wù)之急。

目前鎘污染已呈現(xiàn)平穩(wěn)態(tài)勢，要加快土壤修復(fù)節(jié)奏，采取由政府提供資金，社會廣泛參與的模式，保障舌尖上的安全。