農(nóng)業(yè)土壤中鎘污染現(xiàn)狀及污染途徑分析

農(nóng)業(yè)土壤中鎘污染現(xiàn)狀及污染途徑分析龐榮麗;王瑞萍;謝漢忠;郭琳琳;李君【摘要】我國(guó)工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)土壤環(huán)境造成了不同程度的污染,尤其是鎘污染問題已經(jīng)引起全球的高度重視.本文分析了我國(guó)土壤中鎘污染現(xiàn)狀及鎘污染的危害,指出了土壤環(huán)境鎘評(píng)價(jià)指標(biāo)及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定;概括了土壤中鎘污染的主要途徑,并對(duì)減少土壤中鎘污染途徑提出了建議,以便更好地推動(dòng)重金屬污染土壤的修復(fù)與治理技術(shù)研究的發(fā)展.期刊名稱】《天津農(nóng)業(yè)科學(xué)》年(卷),期】2016(022)012【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)（P87-91）【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)土壤;鎘;危害;污染途徑【作者】龐榮麗;王瑞萍;謝漢忠;郭琳琳;李君【作者單位】中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（鄭州）,河南鄭州450009;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（鄭州）,河南鄭州450009;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（鄭州）,河南鄭州450009;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（鄭州）,河南鄭州450009;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所,農(nóng)業(yè)部果品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（鄭州）,河南鄭州450009【正文語種】中文中圖分類】S156土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的不合理開采，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽養(yǎng)殖等，導(dǎo)致了土壤重金屬的污染逐步加劇。鎘是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的5毒(汞、鉛、鎘、砷、鉻)元素之一，同時(shí)由于鎘在土壤中不易遷移，鎘對(duì)土壤的污染基本上是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程，土壤一旦受到鎘污染就很難恢復(fù)，對(duì)鎘污染土壤及修復(fù)的研究目前是土壤環(huán)境研究的熱點(diǎn)［1-2］。本研究擬從土壤鎘污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)指標(biāo)、土壤鎘污染的危害及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定、土壤中鎘污染的主要途徑等方面著手，全面分析農(nóng)業(yè)土壤中鎘污染來源及其危害性，并對(duì)減少土壤中鎘污染途徑提出建議，以期為更好地推動(dòng)重金屬鎘污染土壤的修復(fù)與治理技術(shù)研究提供參考依據(jù)。土壤鎘背景值土壤背景值是指在未受或受人類活動(dòng)影響小的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量。自然土壤中的鎘主要來源于成土母質(zhì)，全世界土壤中鎘的含量一般在0.010~2.000mg?kg-1,中值為0.35mg?kg-1。由于我國(guó)不同區(qū)域地球化學(xué)條件差異顯著，在我國(guó)各區(qū)域土壤中鎘背景值差異較大，土壤中鎘背景范圍為0.001-13.400mg?kg-1,中值為0.079mg?kg-1,算術(shù)平均值為0.097mg?kg-1,低于日本(0.413mg?kg-1)和英國(guó)(0.62mg?kg-1),95%置信度的置信區(qū)間為0.017-0.330mg?kg-1［3］。土壤鎘污染現(xiàn)狀現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展以及含重金屬的化肥、農(nóng)藥等的大量使用，導(dǎo)致土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，這不僅使土壤肥力、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)下降，而且重金屬元素通過在農(nóng)作物中的富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全，從而間接危害人體健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鎘污染農(nóng)田超過1.3萬hm2，涉及11個(gè)省市的25個(gè)地區(qū)［4］，并且部分地區(qū)的鎘污染已相當(dāng)嚴(yán)重。2014年4月17日環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合公布了全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)，公布了我國(guó)首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果。公報(bào)指出，我國(guó)土壤環(huán)境狀況令人堪憂，鎘等重金屬污染問題相對(duì)比較突出，從污染分布情況看，南方土壤污染較重，北方土壤污染相對(duì)較輕，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大，長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問題也較為突出。鎘含量分布呈現(xiàn)出從東北到西南、從西北到東南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)，鎘點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%，其中，輕微污染、輕度污染、中度污染、重度污染的比例分別為5.2%，0.8%，0.5%，0.5%。我國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告(2015)》顯示，我國(guó)有232萬hm2重金屬中重度污染或超標(biāo)耕地。土壤鎘評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618—1995)將土壤各污染物限量值分為三級(jí)：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)，維持自然背景而設(shè)置，鎘限量值為0.2mg?kg-1;二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康而設(shè)置，鎘限量值在pH值v7.5時(shí)為0.3mg?kg-1,在pH值〉7.5時(shí)為0.6mg?kg-1;三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)而設(shè)置的土壤臨界值，鎘限量值為1.0mg?kg-1(pH值＞6.5)。此外，我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無公害農(nóng)產(chǎn)品種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境條件》(NY/T5010—2016)規(guī)定，土壤污染物鎘為基本指標(biāo)，具體限量值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB15618的要求；《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T391—2013)規(guī)定，鎘限量值均為0.30mg?kg-1(pH值＜7.5)和0.40mg?kg-1(pH值〉7.5)。土壤鎘污染對(duì)植物生長(zhǎng)的危害鎘在土壤中具有移動(dòng)性差、毒性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而，重金屬污染土壤之后，就有可能導(dǎo)致重金屬等有害物質(zhì)在農(nóng)作物體內(nèi)富集［5-6］。鎘不是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，當(dāng)鎘進(jìn)入植物體內(nèi)并積累到一定程度時(shí)，就會(huì)通過影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育、抑制植物的呼吸作用和光合作用、減弱植物體中的酶活性［7-8］、降低植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量等途徑來影響植物的產(chǎn)量、品質(zhì)和安全，從而間接地危害人類的健康［9-10］。土壤鎘污染對(duì)人體的毒害作用鎘不是人體所必需的元素，主要通過影響人體的心血管系統(tǒng)而使人體免疫力下降。鎘屬于肺癌的致癌物之一，同時(shí)其還是典型的環(huán)境激素類物質(zhì)，對(duì)人類生殖系統(tǒng)造成損傷，對(duì)胚胎發(fā)育也有一定的毒性。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品中鎘的限制我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB2762—2012）中規(guī)定了和土壤相關(guān)的植物性食品中污染物鎘的限量指標(biāo)。土壤中鎘的自然來源主要是巖石和土壤的本底，人為來源主要是人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的污染。3.1交通運(yùn)輸公路源重金屬對(duì)公路旁植物污染來說是主要的污染源，通過對(duì)路邊重金屬沉降種類相關(guān)分析表明，路邊的交通造成的污染主要有鉛、鎘、鋅等重金屬。鐵路旁鎘、鉛污染主要?dú)w結(jié)于貨物運(yùn)輸（包括冶煉物質(zhì)、煤炭、石油、建材、礦建等各種大宗工業(yè)物資）、火車輪軸以及車輛部件的磨損、牽引機(jī)車的廢氣排放等［11］。公路、鐵路兩側(cè)土壤中的鎘污染程度與距離路基的距離、交通流量、通車時(shí)間長(zhǎng)短等有一定的相關(guān)性。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的267條干線公路兩側(cè)的1578個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占20.3%，主要污染物為鉛、鋅、砷、鎘和多環(huán)芳烴，一般集中在公路兩側(cè)150m范圍內(nèi)。符燕［12］2007年研究表明，在隴海鐵路鄭商段路兩側(cè)300m范圍內(nèi)，表層土壤中重金屬含量明顯高于我國(guó)潮土中鎘背景值，綜合污染指數(shù)為重污染，基本與距鐵路的距離呈負(fù)相關(guān)，離鐵路越近，污染指數(shù)越大。羅婭君等［13］2014年對(duì)成綿高速公路特征路段兩側(cè)土壤重金屬污染特征及分布規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在分析路段范圍內(nèi)Cd單項(xiàng)污染指數(shù)介于2.2-4.35，平均為3.18，污染等級(jí)為重度污染。陳黎萍等［14］研究表明，在川中丘陵區(qū)鐵路沿線附近土壤中，鎘總量較高，其化學(xué)形態(tài)主要以酸可交換態(tài)和可還原態(tài)為主，殘?jiān)鼞B(tài)含量很低，說明在鐵路沿線附近土壤中鎘的生物活性和可遷移性較強(qiáng)。農(nóng)業(yè)投入品的使用含鎘肥料主要指磷肥以及一些可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的含鎘生活垃圾為原料生產(chǎn)的肥料，大量長(zhǎng)期施用會(huì)造成不同程度的農(nóng)田鎘污染。生產(chǎn)磷肥的原料是磷礦石，磷礦石中除了含有一些營(yíng)養(yǎng)元素外，同時(shí)也含有較高含量的鎘。資料顯示，磷肥中的鎘含量因原料產(chǎn)地不同而有很大差異，加拿大為2.1~9.3mg?kg-1,瑞典為2-30mg?kg-1,荷蘭為9-60mg?kg-1,澳大利亞的磷肥鎘含量高達(dá)18-91mg?kg-1,美國(guó)為734-159mg?kg-1,我國(guó)的磷礦含鎘大多較低，所以磷肥的鎘含量也較低，如廣州市施用的磷肥鎘含量為2-3mg?kg-1［15］。王美等［16］對(duì)肥料中重金屬含量研究結(jié)果表明，過磷酸鈣中鎘含量高于鈣鎂磷肥，這與生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝等有關(guān)，這些磷肥的大量長(zhǎng)期施用必將導(dǎo)致土壤鎘含量的積累。馬耀華［17］ 1998年研究結(jié)果顯示，上海地區(qū)的一些菜園土施肥前土壤中Cd的含量為0.134mg?kg-1,施肥后上升到0.316mg?kg-1。美國(guó)某橘園土壤Cd含量為0.07mg?kg-1,連續(xù)施用磷肥36年后，土壤Cd含量高達(dá)1.0mg?kg-1。由于長(zhǎng)期施用含鎘磷肥而導(dǎo)致了土壤中Cd的積累，同時(shí)增加了植物中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［18］ 。因此，含鎘磷肥被認(rèn)為是農(nóng)田鎘污染的重要來源。以畜禽糞便等為原料堆制成的有機(jī)肥中也含有較高的鎘等重金屬，長(zhǎng)期連續(xù)施用也將造成土壤鎘污染［19］。潘霞等［20］研究了畜禽有機(jī)肥對(duì)典型蔬果地土壤剖面重金屬分布狀況，指出施用豬糞、羊糞、雞糞3種畜禽有機(jī)肥均可使重金屬在土壤剖面呈現(xiàn)表聚現(xiàn)象，以設(shè)施菜地最為突出，Cd和Zn積累較為明顯。葉必雄等［21］研究結(jié)果表明，牛糞集中施用區(qū)土壤剖面中Cd,Ni,Cu,Pb,Cr等重金屬存在較為明顯的淋溶下移性，長(zhǎng)期施用不同畜禽糞便的不同土壤剖面Cd,Pb,Cr,Ni等含量變化差異明顯。董志新等［22］在分析沼氣肥養(yǎng)分物質(zhì)和重金屬含量差異時(shí)指出，沼渣有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較高，是營(yíng)養(yǎng)元素種類齊全的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，但沼氣肥中也含有一些重金屬元素，農(nóng)業(yè)利用有可能因植物富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全。農(nóng)用塑料薄膜在生產(chǎn)過程中用到熱穩(wěn)定劑，而熱穩(wěn)定劑中又含有重金屬鎘，因而，隨著塑料大棚和地膜覆蓋技術(shù)的大量應(yīng)用，在對(duì)低溫季節(jié)和干燥地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到極大促進(jìn)作用的同時(shí)，也可能使農(nóng)用土壤中的鎘積累，造成土壤質(zhì)量下降。陳慧等［23］研究結(jié)果表明，覆膜種植方式下萵苣根際土壤中的重金屬明顯高于不覆膜種植方式，地膜覆蓋能有效地降低重金屬向地上部分轉(zhuǎn)移。于立紅等［24］在地膜中重金屬對(duì)土壤—大豆系統(tǒng)污染的試驗(yàn)研究中指出，大豆各生育時(shí)期，高倍地膜殘留量土壤和植株中Cd和Pb含量高于低倍殘留，各生育時(shí)期各處理土壤中Cd含量為0.7~2.4mg?kg-1,Cd含量均超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB15618—1995的口級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污水灌溉使用污水灌溉農(nóng)田，在一定程度上解決了農(nóng)業(yè)用水資源短缺的問題，但由于污水中可能會(huì)含有重金屬等污染物，長(zhǎng)期施用勢(shì)必也會(huì)造成土壤中重金屬含量的增加［25-26］。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的55個(gè)污水灌溉區(qū)中，有39個(gè)存在土壤污染，在1378個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占26.4%，主要污染物為鎘、砷和多環(huán)芳烴。長(zhǎng)沙市郊引用化工區(qū)污水灌溉，土壤的重金屬污染極其嚴(yán)重，環(huán)保部門在某鉛鋅礦區(qū)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果顯示，該礦水系沿岸耕地所產(chǎn)的稻米Cd含量為2.24mg?kg-1,是對(duì)照點(diǎn)的3.7倍，屬于“鎘米”［27］。張萌等［28］在對(duì)太原市污灌區(qū)土壤鎘存在形態(tài)與生物可利用性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，與太原市土壤背景值相比，污灌區(qū)土壤中重金屬鎘含量已達(dá)太原市土壤背景值的3倍，鎘在土壤表層含量明顯高于其他分層，表明表層土壤有明顯的鎘累積，并且鎘在表層土壤含量最高，隨深度增加鎘含量逐漸降低。艾建超等［29］研究結(jié)果表明，污灌區(qū)土壤鎘含量超標(biāo)，并且污灌區(qū)土壤耕作層中Cd的形態(tài)特征為可交換態(tài)〉鐵錳氧化態(tài)〉碳酸鹽結(jié)合態(tài)或有機(jī)結(jié)合態(tài)＞殘?jiān)鼞B(tài)。污泥施肥城市污泥中含有多種能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素（如B，Mo等），但是污泥中也可能含有大量的重金屬元素，主要來源于不同類的工業(yè)廢水中，鎘主要來源于礦業(yè)廢水、鋼鐵冶煉廢水等，長(zhǎng)期污泥施肥也可導(dǎo)致土壤中鎘含量的增加。黃游等［30］研究結(jié)果表明，污泥進(jìn)入土壤后，土壤中鎘和鋅的生物活性與污泥的施加量成正比。有研究表明，不同區(qū)域城市污泥Cd含量從大到小依次為華南、西南華中、華東、西北、華北、東北，這可能與工業(yè)密集程度、礦區(qū)類型及分布等有關(guān)［31］。徐興華等［32］在污泥和水溶性重金屬鹽的植物有效性比較研究時(shí)指出，污泥中含有較高的鋅、鎘等重金屬。工況企業(yè)活動(dòng)鎘往往與鉛鋅礦伴生，工礦活動(dòng)可造成不同程度的鎘污染。在冶煉廢渣和礦渣堆放或處理的過程中，由于日曬、雨淋、水洗重金屬極易遷移，以廢棄堆為中心向四周及兩側(cè)擴(kuò)散。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的70個(gè)礦區(qū)的1672個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占33.4%，主要污染物為鎘、鉛、砷和多環(huán)芳烴。姬艷芳等［33］在2008研究鳳凰礦區(qū)耕地土壤和稻米中重金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中Cd含量高達(dá)10.70mg?kg-1,大大超過了國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稻米中Cd含量也嚴(yán)重超標(biāo)。周建民等［34］2004年在研究廣東省大寶山礦區(qū)的尾礦和周邊的土壤重金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)，尾礦附近的稻田土壤Cd平均濃度高達(dá)2.453mg?kg-1。尹偉等［35］2009年調(diào)查佛山某礦區(qū)周邊菜地結(jié)果表明，在研究區(qū)域內(nèi)有20%的土壤不同程度地受到鎘污染。由以上分析可知，人類活動(dòng)對(duì)全球土壤鎘的輸入量已大大超過自然釋放量，同時(shí)被鎘污染的土壤很難修復(fù)。因而，應(yīng)嚴(yán)格控制土壤鎘的來源，尤其是嚴(yán)格要求農(nóng)業(yè)投入品的質(zhì)量。做到不用未經(jīng)處理的污水進(jìn)行灌溉，不用污泥進(jìn)行施肥，少用農(nóng)用薄膜，杜絕不合格化學(xué)肥料或有機(jī)肥料，遠(yuǎn)離工廠企業(yè)和交通要道，嚴(yán)格控制土壤中重金屬鎘的輸入，改善土壤環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，保護(hù)人類健康?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】［1］ 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