绵阳市土壤镉污染的来源及治理方法

何 勇，李柏桥，向薇薇，王茂理，黄 波

(四川省绵阳市农业科学研究院,四川 绵阳 621023)

四川耕地安全利用和严格管控面积分别为22.33万hm2和1.19万hm2，涉及21个地市(州)142个县(区)。2020年四川省农业农村厅、四川省生态环境厅共同下达了农用地安全利用等目标任务和四川省耕地安全利用工作实施方案，提出了指导思想、工作原则、总体目标等具体要求，根据土壤环境类别划定，四川省耕地主要是镉污染较重，为此，拉开了对土壤镉的全面治理工作，而我院在之前已经作了一些探索工作，并把获得的经验及成果进行汇总，提出一些具体的措施。

1 镉污染原因及危害

1.1 镉污染来源

镉是一种稀有分散元素,未经污染的土壤中镉主要来源于成土的母质,一般在世界范围内土壤中镉的含量为0.01～2.00mg/kg，中值含量为0.135mg/kg[1]，镉在自然界中一般以化合物形式存在，含量较低，正常情况对人体健康不会造成影响。镉和锌是同族元素，在自然界中镉常与锌、铅共生[2]。

1.1.1 镉污染渠道 从空间角度来看，我国年排放到大气中的镉高达2186t，估算每年进入农田的镉高达1417t，其中来自大气沉降的镉493t，占总量的35%。家畜粪便778t，占总量的55%。来自化肥的镉为113t，占总量的8%，其中来自复合肥6%、磷肥2%。由于灌水进入农田的镉为30t，占总量2%。

1.1.2 镉污染原因 20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加，镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料或塑胶稳定剂，它比其它重金属更容易被农作物所吸附。

1.1.3 镉极易扩散 镉是银白色有光泽的金属，熔点320.9℃，沸点765℃，因沸点低，只要垃圾焚烧，以及秸秆焚烧，就会有大量的镉进入空气中，随着粉尘而沉降。多年来，我国作为“世界工厂”，金属冶炼地区广泛、数量庞大，造成多次污染。

1.2 镉污染发展趋势

1.2.1 监测分析 绵阳市通过4年的取样，共计分析了7458个样品，对200个土壤剖面分段检测，数据表明镉含量在耕作层最高，随着深度的增加，镉含量逐渐降低，说明镉主要聚集在耕作层。对20个老墙土样品及相应附近60个农田耕层样品分析检测对比，镉污染主要是近30年的时间，在很多老墙土中并没有发现超标的镉存在。对306个大气降尘样品和420个灌溉水样品分析发现，大气沉降和灌溉水现在镉含量较低，污染应该是过去不重视环境造成，现在污染呈现平稳态势。

1.2.2 土壤中的镉活性在增加 对老墙土样品及相应附近农田的pH值数据对比发现，近30年pH降低了0.7～1.1，土壤酸化正在加剧。土壤对污染物具有缓冲性，土壤胶体对重金属具有很强的吸附能力，通常进入土壤中的重金属迅速被土壤胶体固定而“老化”，从而降低其对植物的有效性，但化肥特别是氮肥施用量不断攀升。酸性环境中，镉很难被“老化”。

1.2.3 酸性土壤农产品容易超标 大量试验表明，土壤pH处于4.5～5.5区间时最容易产生镉大米，在笔者的多个试验中证明，pH为5.0左右、土壤镉含量小于0.30mg/kg条件下，水稻品种筛选试验中有近30%的稻谷品种镉含量超标，酸性条件下，镉不超标的土壤也会产生镉大米。

1.3 镉污染的为害

1.3.1 对人的为害 长期食用受镉污染的的食品，如稻谷，会致使镉在体内蓄积，造成肾损伤，进而导致骨软化症，周身疼痛，称为"痛痛病"，从而造成体内蛋白质从尿中流失，久而久之形成软骨症和自发性骨折。此外，慢性镉中毒对人体生育能力也有所影响，它会严重损伤Y因子，使出生的婴儿多为女性。

1.3.2 对植物为害 镉是一种生物毒性很强的重金属，当植物体中镉积累到一定程度时，表现出各种毒害症状，导致细胞损伤，对植物的生长产生抑制作用，植株表现为发育缓慢、植株矮小、叶片失绿等症状。

2 我国与国际有关标准

2.1 我国的土壤环境质量标准

中国土壤环境质量标准的土壤镉含量范围是0.3～0.5mg/kg，而世界各国土壤镉含量范围为1～5mg/kg，前者标准低了1个数量级。

2.2 其它地区的农田质量标准

我国农地镉标准为镉总量0.3mg/kg(pH>7.5为0.6mg/kg)，而我国台湾于2000年制定的镉标准高达5.0mg/kg，相差16.7倍。英国2002年制定的标准为2.0mg/kg，是我国标准的6.7倍。除了丹麦、芬兰所定标准是0.3mg/kg之外，其他所有国家的耕地镉含量均高于我国，如捷克0.4mg/kg，加拿大0.5mg/kg，德国沙土0.4mg/kg、黏土1.5mg/kg。此外，大多数国家以土壤全量为标准。

2.3 我国的农产品质量标准

我国大米的标准是0.2mg/kg，外国大米的标准是0.4mg/kg；蔬菜我国标准是0.05mg/kg，外国的标准是0.2mg/kg，标准比国外的标准高，我国的土壤镉污染标准最高。

3 土壤修复

3.1 土壤修复种类

土壤修复是指通过农业、物理、化学和生物的方法，转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，一般包括农业修复、物理修复、生物修复和化学修复4类方法。

3.1.1 农业修复——淹水 绵阳市水源非常丰富，水稻种植长期处于淹水状态，能够显著降低水稻对镉的吸收。试验结果表明，土壤pH均值为5.3，总镉含量范围为1.60～1.83mg/kg，均值为1.68mg/kg。在长期淹水状态下，直到收获田间水分都排出困难，种植的川优6203和德香4103共2个品种，川优6203平均值0.0658mg/kg,德香4103平均值0.0885mg/kg，均未超标，说明长期淹水是降低稻谷超标的最好办法。

3.1.2 物理修复——深翻耕 据研究发现，几乎90%的土壤镉聚集在30cm以上的土层中，深翻耕相当于稀释了土壤中镉的含量，也能有效降低作物对镉的吸收，在示范过程中不断采用，效果明显，缺点是工程量较大，投资成本高，会将降低土壤肥力。

3.1.3 化学修复——施用钝化剂 具有操作简单和费用较低的特点，在污染较轻的地区修复效果较好。在酸性污染土壤上，施加石灰效果最佳，能显著提高土壤的pH，降低土壤金属的有效性，从而降低对镉的吸收。对于多个品牌的土壤调理剂(钝化剂)效果试验表明，产品用量差异大，效果参差不齐，要达到农产品达标，还存在一定距离，还有待试验进一步验证。

3.1.4 生物修复——秸秆移出 在污染较重的土壤上，作物秸秆能吸收大量的镉，尤其是根部累积的镉更多，只要不断的移出秸秆，就能达到生物修复，但由于植物修复周期长，吸收重金属的容量有限。

3.2 结构调整

重度污染耕地一般的土壤修复措施难以促进农产品合格，就只有休耕和种植非食用、非口粮作物，在中度偏重的污染耕地，土壤修复措施很多时也难以达到产品合格。因此，种植低吸附品种和种类作物非常有必要。

3.2.1 小春主要农作物比较 小春主要农作物是小麦和油菜，通过多个同田对比，土壤pH均值为6.29，总镉含量范围为0.39～0.53mg/kg，均值为0.47mg/kg。小麦镉含量为0.21mg/kg，油菜镉含量为0.37mg/kg。根据主要农产品的重金属镉污染含量国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)，小麦限量为0.1mg/kg，油菜限量为0.5mg/kg。小麦超标较多，而油菜不超标，因种植油菜限量值高，产品更易合格，根据武琳霞等《我国油菜镉污染及菜籽油质量安全性评估》报告分析“我国油菜籽镉污染较轻,镉主要富集于油菜根部,其次是茎和角果皮,油菜籽中镉含量最低。油菜籽中的镉转移到菜籽油中的比例为2%～10%，转移率与油菜籽蛋白含量负相关，菜籽油重金属镉高暴露量仅占JECFA推荐的暂定每月耐受摄入量(PTMI)的1%，不存在消费风险,可放心食用”[3]。

3.2.2 小麦与油菜效益比较 油菜种植效益：油菜种子、肥料、农药合计成本300元/667m2，用工480元/667m2，单产达到205kg/667m2，按单价5.3元/kg计算，产值1086.5元/667m2，纯收益为306.5元/667m2。

3.2.3 小麦种植效益 种子、肥料、农药及合计成本350元/667m2，用工400元/667m2，单产达到415kg/667m2，按单价2.3元/kg，产值954.5元/667m2，纯收益为204.5元/667m2。小春效益比较：粮油产区，小春主要以油菜和小麦为主，按照效益计算，种植油菜比小麦高102元/667m2。2种作物的产值差异不是特别明显，主要是以种植习惯为主，尤其是平坝区域农户更喜欢种植小麦，采用机播和机收，降低了生产劳动强度和缓解收种的季节矛盾。

3.2.4 大春主要农作物比较 大春主要农作物玉米和水稻，通过水稻田分区垒埂多个同田对比，土壤pH均值为6.12，总镉含量范围为0.41～0.62mg/kg，均值为0.48mg/kg。12个对比田中，玉米镉含量为平均0.07mg/kg，水稻镉含量平均为0.28mg/kg。根据主要农产品的重金属镉污染含量国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)，玉米限量为0.1mg/kg，水稻限量为0.2mg/kg。水稻12个产品全部超标，玉米有10个产品不超标，说明玉米对镉的吸附能力更弱。玉米种植成本是480元/667m2，玉米产量412kg/667m2，单价2.2元/kg，玉米产值为906.4元/667m2，平均玉米纯收入大约为426.4元/667m2。水稻生产成本是860元/667m2，产量570kg/667m2，单价按2.5元/kg计算，产值为1425元/667m2，纯收入大约为565元/667m2。玉米和水稻种植：种植玉米的经济效益比水稻降低138.6元/667m2，种植玉米由于用工多，管理难度大，种植水稻区域都不愿意种植玉米，但在一些镉超标的区域，通过种植结构调整，由玉米替代水稻，再通过深翻，增施有机肥等措施，可以降低重金属积累量，值得大面积推广。

3.3 作物替代

绵阳市被农业部认定为“国家级杂交水稻制种基地市”，其辖区内的安州、梓潼、江油被命名为“国家级杂交水稻制种基地县”。常年水稻制种面积达到10000hm2，种子以外销为主。

3.3.1 绵阳市镉污染现状 绵阳市安全利用面积是12400hm2，严格管控面积是460hm2，作为严格管控的耕地，只能开展非食用、非口粮作物替代种植，而水稻制种就解决了这个难题。随着农业高标准农田的建设，适合水稻制种的区域越来越大，若有意识进行专项补助，水稻制种完全可以种植在高污染的区域[4]。

3.3.2 水稻制种效益 种子、肥料、农药及用工合计生产成本1700元/667m2，产值2800元/667m2，纯收益为1100元/667m2。

3.3.3 水稻制种优势 采用休耕-水稻制种模式，通过水稻制种全程机械化模式和集成创新等技术，减少用工及劳动强度，产量高、效益好，简单易行，便于推广和操作，应扩大种植面积。

4 结论

重金属污染治理，只有通过政府规划，分步实施，同时，提高农户参与的积极性，形成全民治理的热潮，才是最好的办法。中重度污染耕地，只能开展非食用、非口粮作物替代种植，推广杂交水稻制种效益最好，应主推水稻制种模式，也可与当地特色农产品产业发展相结合，形成新的种植模式。种植油菜的经济效益好于小麦，由于油菜的收获还不能直接一次性采用机械收获，造成收获季节用工多，劳动强度大，所以推广适合的油菜收获机械是当务之急。

目前镉污染已呈现平稳态势，要加快土壤修复节奏，采取由政府提供资金，社会广泛参与的模式，保障舌尖上的安全。