我国土壤镉污染现状及防治技术研究

陈佳 包蓉

摘 要：该文论述了土壤镉的污染现状以及镉来源和污染特点，提出了土壤镉防治的必要性和紧迫性，通过防治技术的研究，尤其是优点和缺点的分析，为土壤镉污染的进一步治理提供依据。

关键词：土壤;镉污染;防治技术

中图分类号 X833 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）24-0135-03

镉（Cd）是生物毒性最强的重金属元素，具有化学活性强、移动性大和毒性持久的特点，而且极易通过食物链的富集作用危及人类健康，对人体具有致病、致癌和致突变作用。本文对镉污染现状、来源、污染途径、污染特点、危害以及防治技术进行了论述，以期推动镉污染防治的进一步发展，提高农产品质量安全水平，保障人民群众的身体健康。

1 镉污染现状

工业“三废”的肆意排放，农业投入品尤其是农药、化肥的大量施用，使得重金属通过各种途径进入土壤[1]。2011年，我国镉污染的土壤面积达130万hm2，占总耕地面积的1/6[2]，按照工业发展的速度，鎘污染将呈扩大化趋势，受污染土壤面积也在不断增加，当前土壤镉污染涉及11个省市的25个地区[2，4]。农田土壤镉污染主要是由于引用工业污水灌溉造成的。目前，我国工业企业年排放的未经处理的污水高达300～400亿t，工业污水灌溉农用田地面积占污灌总面积的45%，造成了严重的土壤镉污染[3]。

重金属镉在土壤中很难消除，当其在土壤中累积到一定程度时，就会对土壤-植物系统产生危害，造成土壤质量下降、农作物产量和内在品质降低等问题，以及土壤中一些常见的昆虫数量发生变化，并随着食物链最终进入动植物体和人体，进而危及人类健康[4-8]。因此，对镉的防控和污染治理迫在眉睫，也势在必行。

2 镉污染途径和污染特点

目前，自然界的镉主要分为自然形成和人为带入2种。自然形成的镉是指来自大自然中的矿物和岩石，镉的含量因类型不同而有所差异，其中土壤中的含量为5×10-8mg/kg，地壳中的含量为5×10-7mg/kg，生物体中为1×10-8mg/kg。人为带入则是指由于人类活动直接或间接地将镉排放到大自然中。

2.1 污染途径 镉的污染除成土母质自身因素以外，主要是人为因素造成的。镉的污染途径概括起来有以下4个方面：工业“三废”中镉的扩散、沉降和积累，通过降雨和灌溉渗透进土壤;机动车尾气排放;农业投入品的滥施滥用，包括化肥、农药和地膜等[9];生活垃圾被随意丢弃。农业投入品的污染中，化学肥料是最容易被忽视的。但据西方国家估算[10]，人类活动对土壤污染的贡献中磷肥占54%～58%，全球磷肥中平均镉含量为7mg/kg，每年会给全球带来66000kg的镉。

2.2 污染特点 研究报道称，镉在人体的代谢很慢，需要10%～30年才能排出50%，而且镉污染只有通过仪器才能检测出来。镉污染具有相当大的不可逆性，土壤一旦被污染，即便经过多年，所产农作物中的镉含量也仅会有细微变化。土壤中镉污染具有隐蔽性、潜伏性、累积性、不可逆性和长期性、后果严重性等特点[9]。镉比其他重金属更容易被农作物吸附，重金属在水稻植物迁移能力的大小依次为：Cd、Cr>Zn、Cu>Pb。

3 镉污染防治技术

目前，重金属土壤的修复技术主要有物理、化学、电动法、生物和农业生态修复等。

3.1 物理法 物理法主要有翻耕、客土和淋洗3种。翻耕法主要是将污染重的表层翻到下层，污染轻的翻到表层。客土法是与没有污染的土壤进行交换。淋洗法是通过处理将土壤中的表层镉去除掉。这3种方法快速稳定，但是需要大量的资金和人力，且不适合面积大的污染区域，而且一旦处理不好，将造成土壤二次污染。林匡飞[11]研究表明，铲除表土5～10cm可以使大米中的镉含量降低25%～30%，铲土15～30cm大米中的镉含量降低50%。但这种方法也存在实施复杂，治理费用高，容易引起土壤肥力下降等缺点。

3.2 化学法 化学法是兹土壤中加入一些化学改良剂，如碱性改良剂、黏土矿物、拮抗物质、有机质等，将重金属进行固定转换、提取分离和溶解抽提，从而改变镉的形态，将其活性钝化。近年来，国内外一些学者将有机质[12-13]、石灰[14-15]、磷肥[16]等材料运用于重金属污染土壤的原位钝化修复中，取得了较好的成果。该方法治理效果和费用适中，但是一旦环境发生变化，镉将再次活化。有研究报道，该方法还可能导致土壤中微量元素的损失和土壤复合污染。通过该方法可以发现，改变生产方式和农业投入品的使用习惯对于土壤重金属镉污染是有效的，未来农业也必定是以减少化学品的使用和增强有机肥的使用为趋势。

3.3 电动法 电动法将电极插入污染土壤，营造一个外电场，让重金属镉在外电场作用下发生带电离子迁移，聚集在电极附近，从而清洁土壤。Marceau等[18]研究了小规模的镉污染土壤电动修复试验，经过超过3000h，最终98.5%的镉被清除掉。该方法具有化学试剂少、消耗低、修复完善等优点，但局限性也很大，这是因为不同土壤的类型、电流的大小、不同电极材料和结构对土壤的修复效率和速度都有影响。在科技和科学的带动下，电动法也有可能会因新型材料和技术的问世而大放光彩，改变目前镉污染治理的困境。

3.4 生物修复法 生物修复法是指利用生物的某些特征，来吸收、降解、转化、抑制和改善重金属污染。镉污染土壤的生物修复主要有：（1）动物治理：利用土壤中的一些低等生物如蚯蚓、鼠类来吸附土壤中的镉。王彦青等[17]研究表明，蚯蚓能够通过生态链的放大作用富集重金属元素。（2）植物治理：利用一些植物对镉的忍耐性和超富集性来清除土壤中的镉[19-20]。目前已发现的超积累植物有400多种，可以吸收积累大量的镉，积累镉的含量一般在0.1%以上，如印度芥菜和英国的高山莹属类[21]。（3）微生物治理：利用土壤中某些微生物对镉的吸收和氧化还原等作用，降低土壤中镉[22]。研究表明，细菌、放线菌比真菌对镉更敏感，而革兰氏阳性菌对镉具有吸附性。生物修复法的优点是不破坏土壤结构，经济适用，但修复时间长和治理效果不显著是一大难题。

3.5 农业生态修复法 农业生态修复是指根据当地条件因地制宜选择农业管理系统，减少重金属危害，包括农艺修复措施和生态恢复措施。主要措施如下：（1）控制土壤水分来调节土壤氧化还原电位，改变镉的形态使其变为无机盐沉淀和低有效性状态，从而降低镉污染;（2）提高土壤pH，因为镉的活性随着pH的增加逐渐降低。崔斌等[23]在沈阳张士灌区施用石灰1500～1875kg/hm2后发现水稻中镉含量下降50%;（3）选择镉含量低的化学肥料;（4）改变施肥习惯，采用有机肥。这是因为土壤中有机质含量增加后，土壤中的重金属会由碳酸盐结合态转化为有机结合态，从而实现镉在土壤中的迁移，吸收和降解[24];（5）因地制宜采用轮作、间作等方式种植对镉吸附弱的品种。王新的研究[25]表明不同作物对重金属镉具有不同的吸附性，其中水稻根系吸收镉的含量占整个作物吸收量的58%～99%;（6）不在镉污染区域种植进入食物链的植物。

农业生态恢复措施虽然修复时间长且效果缓慢，但是在实际生产中更易于操作，且成本低，目前广泛推广的就是这种方法。由于该方法具有保持土壤肥力，促进自然生态循环和系统协调运行的有力优势，这是其他方法所无法比拟的。

4 展望

镉污染及其防治是一个世界性难题。目前，国内外对土壤镉污染治理的研究已有了一定的成效，但也存在一些理论和实际上的问题，如土壤中镉的二次污染处理，大面积复合重金属污染区域的系统治理，低吸收镉品种的选育等，有待于进一步的研究。今后可利用微生物与动植物的协同作用，联合物理和化学方法，结合农业措施，强化生物降解能力，降解土壤镉，必定事半功倍。同时，希望通过发现超富集植物品种或者从遗传育种上去除镉吸附基因等方式，发挥植物修复技术应用的潜力。

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