耕地土壤镉污染管控对策研究

李志涛　王夏晖　刘瑞平　高彦鑫　张晓丽　马　薇

(环境保护部环境规划院土壤环境保护中心，北京　100012)



耕地土壤镉污染管控对策研究

李志涛王夏晖刘瑞平高彦鑫张晓丽马薇

(环境保护部环境规划院土壤环境保护中心，北京100012)

【摘要】本文系统分析了我国耕地土壤镉污染现状，并明确了镉的不同赋存形态对农产品质量安全影响，提出耕地土壤镉污染应重点控制土壤中镉的生物有效性，针对不同程度土壤污染分别采取使用改良剂、选种抗镉污染农作物、实施种植结构调整或作物品种替换等措施；结合日本耕地土壤镉污染控制经验，并依据相关法律法规，提出针对稻米镉严重的地区要划定农产品禁止生产区的措施，切实阻断土壤中镉向农产品传输，保障农产品质量全。

【关键词】耕地；镉污染；管控对策

水稻是全球第二大主要粮食作物，仅次于小麦，在我国特别是南方地区，稻米是人们最重要的粮食来源。但近年来，我国粮食镉等重金属超标的问题日益突出，长期摄入镉会影响人体钙和磷的代谢，引发肾和肝等器官的病变，诱发骨质疏松、骨质软化、肾结石等疾病。由于镉在环境中不能降解，一旦进入环境就难以被消除，最终通过生物链转移到人体[1]。镉的生物半衰期长达10-30年，故在机体中长期积蓄而对人体造成危害。美国毒物管理委员会(ATSDR)将Cd列为第六位危害人体健康的有毒物质。联合国环境规划局(DNFP)和国际劳动卫生重金属委员会也把Cd列入重点研究的环境污染物，世界卫生组织则将其作为优先研究的食品污染物。近年来，镉的主要应用领域发生了改变，由电镀用镉转为电池和电子工业，增加了回收难度，加剧环境中镉污染现象。因此，为确保农产品质量安全，降低土壤重金属向植物和人体转运和富集能力，必须加强耕地土壤镉污染管控。

1耕地土壤镉污染现状

土壤污染状况调查公报显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因。全国土壤总的超标率为为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染的点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%；镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。其中耕地点位超标率为19.4%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。从无机污染物点位超标来看，镉的超标问题最为突出[2]。

相关研究表明，对于动植物与人类来说，镉不是必须元素，与铅、铜、锌、砷相比，镉的环境容量要小很多，且镉很容易被植物吸收，小麦和水稻等主要农作物对镉的富集能力很强，镉很容易通过食物链进入人体，为此，必须采取有力措施对土壤镉污染进行严格控制。

2土壤中镉的形态及生物有效性

土壤镉污染严重程度不仅和土壤中镉的总量有关，土壤中镉的赋存形态即生物有效性是决定植物吸收与土壤中重金属含量的关键参数。土壤中重金属形态分为：水溶交换态、铁-锰氧化结合态、碳酸盐结合态、有机物结合态和残留态。水溶交换态的镉生物活性高，容易被植物吸收，对毒害最大；则残留态不易迁移、活性低、毒害小。

重金属镉在土壤中经过溶解、凝聚、化学反应、吸附、络合等各种反应后，形成了不同形态的镉，从而影响了土壤中向植物的迁移转化。如英国的Shipham矿区、日本神冈铅锌矿下游发生痛痛病的神通川污染区、广东大宝山铁铜矿下游的上坝村污染区，土壤中镉的含量分别为998mg/kg、6.65mg/kg和1mg/kg。但Shipham矿区碳酸钙和氢氧化物含量较高，而神通川碳酸钙和氢氧化物含量较高，上坝村不含碳酸钙和氢氧化物高。且神通川土壤有机质含量在10%左右，上坝村土壤有机质含量在1%左右。正是由于以上差异，导致三个地区土壤中镉的有效性分别是0.04%、4%和85%，同时也导致Shipham矿区土壤中镉的含量虽高，但到2000年为止，尚未得出土壤中镉对当地居民健康造成影响，而神通川是“痛痛病”的公害地、上坝村被媒体称为“癌症村”[3]。

以上分析可以看出，影响农作物吸收土壤中镉可以通过改变土壤中镉的赋存形态，尽量减少水溶交换态的镉，增加残留态的镉，从而控制土壤中镉向农产品中迁移转化。

3耕地土壤镉污染阻控对策

目前，对耕地土壤镉污染控制对策主要有5个方面：一是采用降低土壤镉的有效性适宜改良剂；二是农作物田间管理；三是种植抗镉污染的农作物或实施种植结构调整；四是上述技术的集成运用；五是划定农产品禁止生产区。

3.1科学使用改良剂

使用土壤改良剂是通过改良剂调整土壤pH以及改良剂本身与重金属的吸附、络合以及沉淀作用，从而达到对土壤中镉进行固定或钝化，减少镉的生物有效性。因其操作简单、经济实用的特点而得到广泛应用。目前常用的改良剂有碱性石灰类、粘土矿物、含磷矿物、工业废渣等、硅酸盐和促进还原作用的有机物质等，不同改良剂对土壤镉的作用机理不尽相同[4]。

石灰性改良剂(主要包括生石灰、碱煤渣、高炉渣等)对土壤镉改良效果与土壤中pH值含量呈显著正相关性。但石灰降镉效果不稳定，不能作为主要治理措施，而只能作为辅助手段。日本于上世纪70年代在20个都县的28个区域开展石灰施用等降镉的大田示范试验，施用石灰15～200kg/1000m2不等，其效果是糙米镉降低达到60%以上只有2处，40%～60%的6处，20%～40%的8处，0%～20%的8处，反而增加的有4处[5]。同时，相关研究表明，不同土壤镉污染酸性稻田上，施石灰1500～1875kg/hm2，使土壤pH由6.0增至6.4，可使米中镉的含量从1.5mg/kg以上降至0.6mg/kg以下。如果要将米镉含量降低至食品卫生标准允许的范围以内，必须加大石灰的施用量。当施石灰量达到9000kg/hm2，土壤pH达到8.1时，稻米镉 含量可降至0.016mg/kg，但这时水稻产量也会随之降低31.2%，而且，过量施用石灰会使土壤结构受到破坏[6]。硅肥、硒肥、赤泥等可通过提高土壤pH，有效降低土壤中镉等重金属的移动性和生物有效性，且赤泥本身所含重金属量较低，且添加用量很少，产生二次污染的风险很低。

综上所述，在选择改良剂要充分考虑土壤类型、理化性质以及改良剂对土壤结构、农作产物品质和产粮的影响来确定，同时需要避免对环境造成二次污染。

3.2农作物田间管理

不同农作物对土壤中重金属镉的吸收存在很大差异，通过选择作物类型和轮作方式，同样可以实现控制土壤中重金属向农作物迁移转换，如在轻中度镉污染耕地，避免种植叶菜、块根类蔬菜而改种瓜果类蔬菜或果树等，能有效降低农产品中的重金属含量。

3.3实施农作物种植品种替换或种植结构调整

相关研究发现，不同水稻品种或不同农作物对土壤镉的富集能力有显著差异。我国水稻品种资源丰富，南方主要以籼型为主，北方主要以粳型为主。籼稻中，常规稻、三系杂交稻、二系杂交稻以及超级稻均有较大的种植面积，而粳型水稻主要以常规稻为主。不同学者主要采用小区试验和盆栽试验的方式，对不同水稻品种富集镉的情况进行研究，并发现不同品种稻米对镉的富集存在着显著差异[9]。

表1　不同水稻品种稻米对土壤中Cd的积累差异研究

为了的减少镉污染，尽可能减少受镉污染的产品进入食物链，可以在中、重度污染地区改种非食用植物，改种一些观赏性作物或经济作物，如种植花卉、苗木、棉花、桑麻等。王凯荣等研究表明，污染农田种桑树后土壤镉的含量普遍下降，下降幅度8.1%～83.9%，平均为37.1%，同时通过农田桑蚕生产模式取得了良好的经济、生态、和社会效益[10]。

3.4阻控技术的集成运用

在土壤镉污染较重的区域，上述阻控技术往往达不到相应的土壤改良或重金属固化或钝化效果，但为了阻断土壤中镉向农产品迁移转化，一般选择以上几种阻控技术综合运用，如将土壤改良剂如硅肥、硒肥等与石灰一起使用；将水稻田改种玉米时，同时添加土壤改良剂，增施有机肥等，抑制土壤中重金属向农作物迁移转化。

3.5划定农产品禁止生产区

1970年日本政府制定了《农地土壤污染防治法》，规定镉及其化合物为有害物质，还规定食用糙米中镉含量的卫生标准是0.4mg/kg，凡大米含镉量>1mg/kg的农田，一律划为“封闭区”，不得再种植水稻。我国农产品质量安全法规定，“县级以上地方人民政府农业行政主管部门按照保障农产品质量安全的要求，根据农产品品种特性和生产区域大气、土壤、水体中有毒有害物质状况等因素，认为不适宜特定农产品生产的，提出禁止生产的区域，报本级人民政府批准后公布”。因此，各地应根据稻米中镉超标情况，结合土壤污染程度等因素，划定一定区域的水稻禁止种植区，以阻控土壤中向农产品迁移转化。

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Control Strategy Research of Cadmium Pollution in Cultivated Soils

LI ZhitaoWANG xiahuiLIU RuipingGAO YanxinZHANG XiaoliMA Wei

(Center for Soil Environment Protection，Chinese Academy for Environmental Planning，Beijing 100012，China)

Abstract：This paper analyzed the status of cadmium pollution in soil of China systematically，and pinpointed the impact of cadmium occurrence states on agricultural products security. Moreover，it had been proposed that the plowland cadmium contamination control should focus on the effective reduction of Cd bioavailability in soil in this paper. According to the degree of soil pollution，different methods，such as using modifying agent，choosing Cd-resistant crops，plant structure adjustment，crop varieties replacement et al.，should be employed for soil restoration. What’s more，combined with Japan's experience soil cadmium pollution control in plowland with the relevant laws and regulations，the measure of designating forbidden tillage area had been proposed to cut off the cadmium transmission way from soil to agricultural products and ensure their quality.

Keywords：Cultivated land；Cadmium pollution；Control strategy

中图分类号：X53

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)02-0021-03

作者简介：李志涛，工程师，主任助理，研究方向为土壤环境保护规划与政策、土壤环境调查评估、土壤污染治理与修复技术

项目资助：环保公益性行业科研专项《农用地土壤环境质量评估与等级划分及优先保护区域确定技术研究》(201409044)

引用文献格式：李志涛等.耕地土壤镉污染管控对策研究[J].环境与可持续发展，2016，41(2)：21-23.