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我國耕地土壤鎘污染現(xiàn)狀及管控策略
(時間:2016-7-26 9:21:29)
  近年來,鎘的主要應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生了改變,由電鍍用鎘轉(zhuǎn)為電池和電子工業(yè),增加了回收難度,加劇環(huán)境中鎘污染現(xiàn)象。因此,為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,降低土壤重金屬向植物和人體轉(zhuǎn)運和富集能力,必須加強耕地土壤鎘污染管控。
  目前,對耕地土壤鎘污染控制對策主要有5個方面:一是采用降低土壤鎘的有效性適宜改良劑;二是農(nóng)作物田間管理;三是種植抗鎘污染的農(nóng)作物或?qū)嵤┓N植結(jié)構(gòu)調(diào)整;四是上述技術(shù)的集成運用;五是劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)。
  水稻是全球第二大主要糧食作物,僅次于小麥,在我國特別是南方地區(qū),稻米是人們最重要的糧食來源。
  但近年來,我國糧食鎘等重金屬超標的問題日益突出,長期攝入鎘會影響人體鈣和磷的代謝,引發(fā)腎和肝等器官的病變,誘發(fā)骨質(zhì)疏松、骨質(zhì)軟化、腎結(jié)石等疾病。由于鎘在環(huán)境中不能降解,一旦進入環(huán)境就難以被消除,最終通過生物鏈轉(zhuǎn)移到人體。
  鎘的生物半衰期長達10-30年,故在機體中長期積蓄而對人體造成危害。美國毒物管理委員會(ATSDR)將Cd列為第六位危害人體健康的有毒物質(zhì)。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃局(DNFP)和國際勞動衛(wèi)生重金屬委員會也把Cd列入重點研究的環(huán)境污染物,世界衛(wèi)生組織則將其作為優(yōu)先研究的食品污染物。
  近年來,鎘的主要應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生了改變,由電鍍用鎘轉(zhuǎn)為電池和電子工業(yè),增加了回收難度,加劇環(huán)境中鎘污染現(xiàn)象。因此,為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,降低土壤重金屬向植物和人體轉(zhuǎn)運和富集能力,必須加強耕地土壤鎘污染管控。
  1、耕地土壤鎘污染現(xiàn)狀
  土壤污染狀況調(diào)查公報顯示,全國土壤環(huán)境狀況總體狀況不容樂觀,部分地區(qū)土壤污染較重,耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂,工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人為活動以及土壤環(huán)境背景值高是造成土壤污染或超標的主要原因。
  全國土壤總的超標率為為16.1%,其中輕微、輕度、中度和重度污染的點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%;鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。
  其中耕地點位超標率為19.4%,主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、滴滴涕和多環(huán)芳烴。
  從無機污染物點位超標來看,鎘的超標問題最為突出。相關(guān)研究表明,對于動植物與人類來說,鎘不是必須元素,與鉛、銅、鋅、砷相比,鎘的環(huán)境容量要小很多,且鎘很容易被植物吸收,小麥和水稻等主要農(nóng)作物對鎘的富集能力很強,鎘很容易通過食物鏈進入人體,為此,必須采取有力措施對土壤鎘污染進行嚴格控制。
  2、土壤中鎘的形態(tài)及生物有效性
  土壤鎘污染嚴重程度不僅和土壤中鎘的總量有關(guān),土壤中鎘的賦存形態(tài)即生物有效性是決定植物吸收與土壤中重金屬含量的關(guān)鍵參數(shù)。土壤中重金屬形態(tài)分為:
  水溶交換態(tài)、鐵-錳氧化結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)。水溶交換態(tài)的鎘生物活性高,容易被植物吸收,對毒害最大;則殘留態(tài)不易遷移、活性低、毒害小。
  重金屬鎘在土壤中經(jīng)過溶解、凝聚、化學反應(yīng)、吸附、絡(luò)合等各種反應(yīng)后,形成了不同形態(tài)的鎘,從而影響了土壤中向植物的遷移轉(zhuǎn)化。
  如英國的Shipham礦區(qū)、日本神岡鉛鋅礦下游發(fā)生痛痛病的神通川污染區(qū)、廣東大寶山鐵銅礦下游的上壩村污染區(qū),土壤中鎘的含量分別為998mg/kg、6.65mg/kg和1mg/kg。
  但Shipham礦區(qū)碳酸鈣和氫氧化物含量較高,而神通川碳酸鈣和氫氧化物含量較高,上壩村不含碳酸鈣和氫氧化物高。且神通川土壤有機質(zhì)含量在10%左右,上壩村土壤有機質(zhì)含量在1%左右。
  正是由于以上差異,導(dǎo)致三個地區(qū)土壤中鎘的有效性分別是0.04%、4%和85%,同時也導(dǎo)致Shipham礦區(qū)土壤中鎘的含量雖高,但到2000年為止,尚未得出土壤中鎘對當?shù)鼐用窠】翟斐捎绊懀裢ùㄊ恰巴赐床 钡墓Φ亍⑸蠅未灞幻襟w稱為“癌癥村”。
  以上分析可以看出,影響農(nóng)作物吸收土壤中鎘可以通過改變土壤中鎘的賦存形態(tài),盡量減少水溶交換態(tài)的鎘,增加殘留態(tài)的鎘,從而控制土壤中鎘向農(nóng)產(chǎn)品中遷移轉(zhuǎn)化。
  3、耕地土壤鎘污染阻控對策
  目前,對耕地土壤鎘污染控制對策主要有5個方面:一是采用降低土壤鎘的有效性適宜改良劑;二是農(nóng)作物田間管理;三是種植抗鎘污染的農(nóng)作物或?qū)嵤┓N植結(jié)構(gòu)調(diào)整;四是上述技術(shù)的集成運用;五是劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)。
  3.1科學使用改良劑
  使用土壤改良劑是通過改良劑調(diào)整土壤pH以及改良劑本身與重金屬的吸附、絡(luò)合以及沉淀作用,從而達到對土壤中鎘進行固定或鈍化,減少鎘的生物有效性。
  因其操作簡單、經(jīng)濟實用的特點而得到廣泛應(yīng)用。目前常用的改良劑有堿性石灰類、粘土礦物、含磷礦物、工業(yè)廢渣等、硅酸鹽和促進還原作用的有機物質(zhì)等,不同改良劑對土壤鎘的作用機理不盡相同。
  石灰性改良劑(主要包括生石灰、堿煤渣、高爐渣等)對土壤鎘改良效果與土壤中pH值含量呈顯著正相關(guān)性。但石灰降鎘效果不穩(wěn)定,不能作為主要治理措施,而只能作為輔助手段。
  日本于上世紀70年代在20個都縣的28個區(qū)域開展石灰施用等降鎘的大田示范試驗,施用石灰15~200kg/1000m2不等,其效果是糙米鎘降低達到60%以上只有2處,40%~60%的6處,20%~40%的8處,0%~20%的8處,反而增加的有4處。
  同時,相關(guān)研究表明,不同土壤鎘污染酸性稻田上,施石灰1500~1875kg/hm2,使土壤pH由6.0增至6.4,可使米中鎘的含量從1.5mg/kg以上降至0.6mg/kg以下。
  如果要將米鎘含量降低至食品衛(wèi)生標準允許的范圍以內(nèi),必須加大石灰的施用量。當施石灰量達到9000kg/,土壤pH達到8.1時,稻米鎘含量可降至0.016mg/kg,但這時水稻產(chǎn)量也會隨之降低31.2%,而且,過量施用石灰會使土壤結(jié)構(gòu)受到破壞。
  硅肥、硒肥、赤泥等可通過提高土壤pH,有效降低土壤中鎘等重金屬的移動性和生物有效性,且赤泥本身所含重金屬量較低,且添加用量很少,產(chǎn)生二次污染的風險很低。
  綜上所述,在選擇改良劑要充分考慮土壤類型、理化性質(zhì)以及改良劑對土壤結(jié)構(gòu)、農(nóng)作產(chǎn)物品質(zhì)和產(chǎn)糧的影響來確定,同時需要避免對環(huán)境造成二次污染。
  3.2農(nóng)作物田間管理
  水分管理措施能夠調(diào)節(jié)土壤環(huán)境的氧化還原電位,從而實現(xiàn)減輕鎘污染的目的。硫和鐵是影響水稻吸收鎘的兩個重要的元素,水稻根膜主要由鐵膠膜形成,它可以通過吸附和共沉淀作用影響鎘在土壤中的生物有效性。
  當土壤處于淹水狀態(tài)時,土壤中的被還原為,而可與Cd結(jié)合形成CdS沉淀物,阻止了鎘向生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移。當水被排干之后,土壤處于氧化狀當土壤處于淹水狀態(tài)時,土壤處于氧化狀態(tài),S又被重新氧化為,土壤鎘的有效性被增加,加劇了植物對鎘的吸收。
  在鎘污染土壤栽培水稻,應(yīng)盡量采用全生育期淹水的水分管理措施,污染程度較輕的稻田亦可考慮在灌漿期進行曬田。
  但由于局部耕地鎘污染地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施薄弱,不能滿足正常用水需求,且我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式是以家庭聯(lián)產(chǎn)承包為主,對于統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)灌溉水管理難度較大。
  不同農(nóng)作物對土壤中重金屬鎘的吸收存在很大差異,通過選擇作物類型和輪作方式,同樣可以實現(xiàn)控制土壤中重金屬向農(nóng)作物遷移轉(zhuǎn)換,如在輕中度鎘污染耕地,避免種植葉菜、塊根類蔬菜而改種瓜果類蔬菜或果樹等,能有效降低農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量。
  3.3實施農(nóng)作物種植品種替換或種植結(jié)構(gòu)調(diào)整
  相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),不同水稻品種或不同農(nóng)作物對土壤鎘的富集能力有顯著差異。我國水稻品種資源豐富,南方主要以秈型為主,北方主要以粳型為主。
  秈稻中,常規(guī)稻、三系雜交稻、二系雜交稻以及超級稻均有較大的種植面積,而粳型水稻主要以常規(guī)稻為主。不同學者主要采用小區(qū)試驗和盆栽試驗的方式,對不同水稻品種富集鎘的情況進行研究,并發(fā)現(xiàn)不同品種稻米對鎘的富集存在著顯著差異。
  為了的減少鎘污染,盡可能減少受鎘污染的產(chǎn)品進入食物鏈,可以在中、重度污染地區(qū)改種非食用植物,改種一些觀賞性作物或經(jīng)濟作物,如種植花卉、苗木、棉花、桑麻等。
  王凱榮等研究表明,污染農(nóng)田種桑樹后土壤鎘的含量普遍下降,下降幅度8.1%~83.9%,平均為37.1%,同時通過農(nóng)田桑蠶生產(chǎn)模式取得了良好的經(jīng)濟、生態(tài)、和社會效益。
  3.4阻控技術(shù)的集成運用
  在土壤鎘污染較重的區(qū)域,上述阻控技術(shù)往往達不到相應(yīng)的土壤改良或重金屬固化或鈍化效果,但為了阻斷土壤中鎘向農(nóng)產(chǎn)品遷移轉(zhuǎn)化,一般選擇以上幾種阻控技術(shù)綜合運用,如將土壤改良劑如硅肥、硒肥等與石灰一起使用;將水稻田改種玉米時,同時添加土壤改良劑,增施有機肥等,抑制土壤中重金屬向農(nóng)作物遷移轉(zhuǎn)化。
  3.5劃定農(nóng)產(chǎn)品禁止生產(chǎn)區(qū)
  1970年日本政府制定了《農(nóng)地土壤污染防治法》,規(guī)定鎘及其化合物為有害物質(zhì),還規(guī)定食用糙米中鎘含量的衛(wèi)生標準是0.4mg/kg,凡大米含鎘量>1mg/kg的農(nóng)田,一律劃為“封閉區(qū)”,不得再種植水稻。
  我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法規(guī)定,“縣級以上地方人民政府農(nóng)業(yè)行政主管部門按照保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的要求,根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品品種特性和生產(chǎn)區(qū)域大氣、土壤、水體中有毒有害物質(zhì)狀況等因素,認為不適宜特定農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的,提出禁止生產(chǎn)的區(qū)域,報本級人民政府批準后公布”。
  因此,各地應(yīng)根據(jù)稻米中鎘超標情況,結(jié)合土壤污染程度等因素,劃定一定區(qū)域的水稻禁止種植區(qū),以阻控土壤中向農(nóng)產(chǎn)品遷移轉(zhuǎn)化。

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