农业土壤中镉污染现状及污染途径分析

庞荣丽++王瑞萍++谢汉忠++郭琳琳++李君

摘 要：我国工农业的迅猛发展，对土壤环境造成了不同程度的污染，尤其是镉污染问题已经引起全球的高度重视。本文分析了我国土壤中镉污染现状及镉污染的危害，指出了土壤环境镉评价指标及我国对植物性食品中镉的规定；概括了土壤中镉污染的主要途径，并对减少土壤中镉污染途径提出了建议，以便更好地推动重金属污染土壤的修复与治理技术研究的发展。

关键词：农业土壤；镉；危害；污染途径

中图分类号：S156 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.023

Analysis of Cadmium Pollution in Agricultural Soils and Analysis of its Aay of Pollution

PANG Rongli， WANG Ruiping， XIE Hanzhong， GUO Linlin， LI Jun

（1. Institute of Zhengzhou Pomology， CAAS/ Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Fruit（Zhengzhou）， Ministry of Agriculture， Zhengzhou， Henan 450009， China）

Abstract： The rapid development of industry and agriculture of our country， caused different degrees of pollution on soil environment， especially the problem of cadmium pollution has attracted global attention. The article analyzed the current status of soil cadmium pollution and the harm of cadmium pollution in soil， and pointed out the evaluation indexes of cadmium in soil environment， and summarized the main ways of cadmium pollution in soil， and put forward the suggestions for reducing cadmium pollution in soil. This will better promote the development of soil remediation and treatment technology of cadmium contaminated soil.

Key words： agricultural soils； cadmium； harm； pollution way

土壤是生态环境的重要组成部分，也是人类赖以生存的物质基础。然而，随着我国工农业的快速发展，矿产资源的不合理开采，以及农业生产中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽养殖等，导致了土壤重金属的污染逐步加剧。镉是环境中毒性最强的5毒（汞、铅、镉、砷、铬）元素之一，同时由于镉在土壤中不易迁移，镉对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，土壤一旦受到镉污染就很难恢复，对镉污染土壤及修复的研究目前是土壤环境研究的热点[1-2]。

本研究拟从土壤镉污染现状及评价指标、土壤镉污染的危害及我国对植物性食品中镉的规定、土壤中镉污染的主要途径等方面着手，全面分析农业土壤中镉污染来源及其危害性，并对减少土壤中镉污染途径提出建议，以期为更好地推动重金属镉污染土壤的修复与治理技术研究提供参考依据。

1 我国土壤镉污染现状及评价指标

1.1 土壤镉背景值

土壤背景值是指在未受或受人类活动影响小的土壤环境本身的化学元素组成及其含量。自然土壤中的镉主要来源于成土母质，全世界土壤中镉的含量一般在0.010～2.000 mg·kg-1，中值为0.35 mg·kg-1。由于我国不同区域地球化学条件差异显著，在我国各区域土壤中镉背景值差异较大，土壤中镉背景范围为0.001～13.400 mg·kg-1，中值为0.079 mg·kg-1，算术平均值为0.097 mg·kg-1，低于日本（0.413 mg·kg-1）和英国（0.62 mg·kg-1），95%置信度的置信区间为0.017～0.330 mg·kg-1 [3]。

1.2 土壤镉污染现状

现代农业技术的快速发展以及含重金属的化肥、农药等的大量使用，导致土壤重金属污染日益严重，这不仅使土壤肥力、农产品产量和品质下降，而且重金属元素通过在农作物中的富集而影响农产品食品安全，从而间接危害人体健康。据统计，我国镉污染农田超过1.3万 hm2，涉及11个省市的25个地区[4]，并且部分地区的镉污染已相当严重。2014年4月17日环境保护部和国土资源部联合公布了全国土壤污染调查公报，公布了我国首次全国土壤污染状况调查结果。公报指出，我国土壤环境状况令人堪忧，镉等重金属污染问题相对比较突出，从污染分布情况看，南方土壤污染较重，北方土壤污染相对较轻，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大，长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题也较为突出。镉含量分布呈现出从东北到西南、从西北到东南方向逐渐升高的态势，镉点位超标率为7.0%，其中，轻微污染、轻度污染、中度污染、重度污染的比例分别为5.2%，0.8%，0.5%，0.5%。我国地质调查局发布的《中国耕地地球化学调查报告（2015）》显示，我国有232万hm2重金属中重度污染或超标耕地。

1.3 土壤镉评价指标

评价指标的选择是土壤环境质量评价的关键，现行《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995）将土壤各污染物限量值分为三级：一级标准是为保护区域自然生态，维持自然背景而设置，镉限量值为0.2 mg·kg-1；二级标准是为保障农业生产，维护人体健康而设置，镉限量值在pH值<7.5时为0.3 mg·kg-1，在pH值>7.5时为0.6 mg·kg-1；三级标准是为保障农林生产和植物正常生长而设置的土壤临界值，镉限量值为1.0 mg·kg-1（pH值>6.5）。此外，我国农业行业标准《无公害农产品 种植业产地环境条件》（NY/T 5010—2016）规定，土壤污染物镉为基本指标，具体限量值应符合国家标准GB 15618的要求；《绿色食品 产地环境质量》（NY/T 391—2013）规定，镉限量值均为0.30 mg·kg-1（pH值≤7.5）和0.40 mg·kg-1（pH值>7.5）。

2 土壤镉污染的危害及我国对植物性食品中镉的规定

2.1 土壤镉污染对植物生长的危害

镉在土壤中具有移动性差、毒性强的特点，因而，重金属污染土壤之后，就有可能导致重金属等有害物质在农作物体内富集[5-6]。镉不是植物生长所必需的营养元素，当镉进入植物体内并积累到一定程度时，就会通过影响植物的生长发育、抑制植物的呼吸作用和光合作用、减弱植物体中的酶活性[7-8]、降低植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量等途径来影响植物的产量、品质和安全，从而间接地危害人类的健康[9-10]。

2.2 土壤镉污染对人体的毒害作用

镉不是人体所必需的元素，主要通过影响人体的心血管系统而使人体免疫力下降。镉属于肺癌的致癌物之一，同时其还是典型的环境激素类物质，对人类生殖系统造成损伤，对胚胎发育也有一定的毒性。

2.3 我国农产品中镉的限制

我国国家标准《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2012）中规定了和土壤相关的植物性食品中污染物镉的限量指标。

3 土壤中镉污染的主要途径

土壤中镉的自然来源主要是岩石和土壤的本底，人为来源主要是人类工农业生产活动造成的污染。

3.1 交通运输

公路源重金属对公路旁植物污染来说是主要的污染源，通过对路边重金属沉降种类相关分析表明，路边的交通造成的污染主要有铅、镉、锌等重金属。铁路旁镉、铅污染主要归结于货物运输（包括冶炼物质、煤炭、石油、建材、矿建等各种大宗工业物资）、火车轮轴以及车辆部件的磨损、牵引机车的废气排放等[11]。公路、铁路两侧土壤中的镉污染程度与距离路基的距离、交通流量、通车时间长短等有一定的相关性。全国土壤污染调查公报（2014年）显示，在调查的267条干线公路两侧的1 578个土壤点位中，超标点位占20.3%，主要污染物为铅、锌、砷、镉和多环芳烃，一般集中在公路两侧150 m范围内。符燕[12]2007年研究表明，在陇海铁路郑商段路两侧300 m范围内，表层土壤中重金属含量明显高于我国潮土中镉背景值，综合污染指数为重污染，基本与距铁路的距离呈负相关，离铁路越近，污染指数越大。罗娅君等[13]2014年对成绵高速公路特征路段两侧土壤重金属污染特征及分布规律进行研究时发现，在分析路段范围内Cd单项污染指数介于2.2～4.35，平均为3.18，污染等级为重度污染。陈黎萍等[14]研究表明，在川中丘陵区铁路沿线附近土壤中，镉总量较高，其化学形态主要以酸可交换态和可还原态为主，残渣态含量很低，说明在铁路沿线附近土壤中镉的生物活性和可迁移性较强。

3.2 农业投入品的使用

含镉肥料主要指磷肥以及一些可以用于农业生产的含镉生活垃圾为原料生产的肥料，大量长期施用会造成不同程度的农田镉污染。生产磷肥的原料是磷矿石，磷矿石中除了含有一些营养元素外，同时也含有较高含量的镉。资料显示，磷肥中的镉含量因原料产地不同而有很大差异，加拿大为2.1～9.3 mg·kg-1，瑞典为2～30 mg·kg-1，荷兰为9～60 mg·kg-1，澳大利亚的磷肥镉含量高达18～91 mg·kg-1，美国为734～159 mg·kg-1，我国的磷矿含镉大多较低，所以磷肥的镉含量也较低，如广州市施用的磷肥镉含量为2～3 mg·kg-1 [15]。王美等[16]对肥料中重金属含量研究结果表明，过磷酸钙中镉含量高于钙镁磷肥，这与生产原料、生产工艺等有关，这些磷肥的大量长期施用必将导致土壤镉含量的积累。马耀华[17]1998年研究结果显示，上海地区的一些菜园土施肥前土壤中Cd的含量为0.134 mg·kg-1，施肥后上升到0.316 mg·kg-1。美国某橘园土壤Cd含量为0.07 mg·kg-1，连续施用磷肥36年后，土壤Cd含量高达1.0 mg·kg-1。由于长期施用含镉磷肥而导致了土壤中Cd的积累，同时增加了植物中Cd的质量分数[18]。因此，含镉磷肥被认为是农田镉污染的重要来源。

以畜禽粪便等为原料堆制成的有机肥中也含有较高的镉等重金属，长期连续施用也将造成土壤镉污染[19]。潘霞等[20]研究了畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属分布状况，指出施用猪粪、羊粪、鸡粪3种畜禽有机肥均可使重金属在土壤剖面呈现表聚现象，以设施菜地最为突出，Cd和Zn积累较为明显。叶必雄等[21]研究结果表明，牛粪集中施用区土壤剖面中Cd，Ni，Cu，Pb，Cr等重金属存在较为明显的淋溶下移性，长期施用不同畜禽粪便的不同土壤剖面Cd，Pb，Cr，Ni等含量变化差异明显。董志新等[22]在分析沼气肥养分物质和重金属含量差异时指出，沼渣有机质和养分含量较高，是营养元素种类齐全的优质有机肥料，但沼气肥中也含有一些重金属元素，农业利用有可能因植物富集而影响农产品食品安全。

农用塑料薄膜在生产过程中用到热稳定剂，而热稳定剂中又含有重金属镉，因而，随着塑料大棚和地膜覆盖技术的大量应用，在对低温季节和干燥地区的农业生产起到极大促进作用的同时，也可能使农用土壤中的镉积累，造成土壤质量下降。陈慧等[23]研究结果表明，覆膜种植方式下莴苣根际土壤中的重金属明显高于不覆膜种植方式，地膜覆盖能有效地降低重金属向地上部分转移。于立红等[24]在地膜中重金属对土壤—大豆系统污染的试验研究中指出，大豆各生育时期，高倍地膜残留量土壤和植株中Cd和Pb含量高于低倍残留，各生育时期各处理土壤中Cd含量为0.7～2.4 mg·kg-1，Cd含量均超过《土壤环境质量标准》GB 15618—1995的Ⅱ级标准。

3.3 污水灌溉

使用污水灌溉农田，在一定程度上解决了农业用水资源短缺的问题，但由于污水中可能会含有重金属等污染物，长期施用势必也会造成土壤中重金属含量的增加[25-26]。全国土壤污染调查公报（2014年）显示，在调查的55个污水灌溉区中，有39个存在土壤污染，在1 378个土壤点位中，超标点位占26.4%，主要污染物为镉、砷和多环芳烃。长沙市郊引用化工区污水灌溉，土壤的重金属污染极其严重，环保部门在某铅锌矿区监测分析结果显示，该矿水系沿岸耕地所产的稻米Cd含量为2.24 mg·kg-1，是对照点的3.7倍，属于“镉米”[27]。张萌等[28]在对太原市污灌区土壤镉存在形态与生物可利用性研究时发现，与太原市土壤背景值相比，污灌区土壤中重金属镉含量已达太原市土壤背景值的3倍，镉在土壤表层含量明显高于其他分层，表明表层土壤有明显的镉累积，并且镉在表层土壤含量最高，随深度增加镉含量逐渐降低。艾建超等[29]研究结果表明，污灌区土壤镉含量超标，并且污灌区土壤耕作层中Cd的形态特征为可交换态>铁锰氧化态>碳酸盐结合态或有机结合态>残渣态。

3.4 污泥施肥

城市污泥中含有多种能够促进植物生长的营养物质和微量元素（如B，Mo等），但是污泥中也可能含有大量的重金属元素，主要来源于不同类的工业废水中，镉主要来源于矿业废水、钢铁冶炼废水等，长期污泥施肥也可导致土壤中镉含量的增加。黄游等[30]研究结果表明，污泥进入土壤后，土壤中镉和锌的生物活性与污泥的施加量成正比。有研究表明，不同区域城市污泥Cd含量从大到小依次为华南、西南、华中、华东、西北、华北、东北，这可能与工业密集程度、矿区类型及分布等有关[31]。徐兴华等[32]在污泥和水溶性重金属盐的植物有效性比较研究时指出，污泥中含有较高的锌、镉等重金属。

3.5 工况企业活动

镉往往与铅锌矿伴生，工矿活动可造成不同程度的镉污染。在冶炼废渣和矿渣堆放或处理的过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易迁移，以废弃堆为中心向四周及两侧扩散。全国土壤污染调查公报（2014年）显示，在调查的70个矿区的1672个土壤点位中，超标点位占33.4%，主要污染物为镉、铅、砷和多环芳烃。姬艳芳等[33]在2008研究凤凰矿区耕地土壤和稻米中重金属时发现，土壤中Cd含量高达10.70 mg·kg-1，大大超过了国家土壤环境质量的二级标准，稻米中Cd含量也严重超标。周建民等[34]2004年在研究广东省大宝山矿区的尾矿和周边的土壤重金属时发现，尾矿附近的稻田土壤Cd平均浓度高达2.453 mg·kg-1。尹伟等[35]2009年调查佛山某矿区周边菜地结果表明，在研究区域内有20%的土壤不同程度地受到镉污染。

4 控制土壤重金属镉污染的建议

由以上分析可知，人类活动对全球土壤镉的输入量已大大超过自然释放量，同时被镉污染的土壤很难修复。因而，应严格控制土壤镉的来源，尤其是严格要求农业投入品的质量。做到不用未经处理的污水进行灌溉，不用污泥进行施肥，少用农用薄膜，杜绝不合格化学肥料或有机肥料，远离工厂企业和交通要道，严格控制土壤中重金属镉的输入，改善土壤环境，提高农产品质量安全，保护人类健康。

参考文献：

[1]张欣，范仲学，郭笃发，等.3种微生物制剂对轻度镉污染土壤中菠菜生长的影响[J].天津农业科学，2011，17（1）：81-83， 87.

[2]曾祥峰，王祖伟.城市污泥中镉的去除试验研究[J].天津农业科学，2011，17（1）：117-119.

[3]魏复盛，陈静生. 中国土壤环境背景值研究[J]. 环境科学， 1991（4）： 12-19.

[4]郭明新，林玉环.利用微生态系统研究底泥重金属的生物有效性[J].环境科学学报，1998，18（3）：325-330.

[5]李岭，刘冬，吕银斐，等.生物炭施用对镉污染土壤中烤烟品质和镉含量的影响[J].华北农学报，2014，29（2）：228-232.

[6]杨亚丽，李友丽，陈青云，等.土壤铅、镉、铬对蔬菜发育影响及迁移规律的研究进展[J].华北农学报，2015，30（z1）：511-517.

[7]赵本行，陈康姜，何楚斌，等.大豆作物对污染土壤中重金属镉的富集研究[J].天津农业科学，2013，19（11）：15-17.

[8]徐照丽，段玉琪，杨宇虹，等.不同土类中外源镉对烤烟生长及土壤生物指标的影响[J].华北农学报，2014，29（z1）：176-182.

[9]高子平，王龙，尹洁，等.镉污染来源对萝卜镉积累特性的影响[J].天津农业科学，2015，21（11）：37-41.

[10]高巍，耿月华，赵鹏，等.不同小麦品种对重金属镉吸收及转运的差异研究[J].天津农业科学，2014，20（10）：55-59.

[11]林海，康建成，胡守云.公路周边土壤中重金属污染物的来源与分布[J].科学：上海，2014，66（4）：35-37.

[12]符燕.陇海铁路郑州—商丘段路旁土壤重金属空间分布与污染分析[D].开封：河南大学，2007.

[13]罗娅君，王照丽，张露，等. 成绵高速公路两侧土壤中4种重金属的污染特征及分布规律[J]. 安全与环境学报， 2014（3）： 283-287.

[14]陈黎萍，艾应伟，于燕华，等.川中丘陵区铁路旁土壤重金属含量及化学形态研究[J].化学研究与应用，2008，20（5）：552-556， 560.

[15]范洪黎.苋菜超积累镉的生理机制研究[D].北京：中国农业科学院，2007.

[16]王美，李书田.肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响[J].植物营养与肥料学报，2014，20（2）：466-480.

[17]马耀华.环境土壤学[M].西安：陕西科学技术出版社，1998：178-207.

[18]黄绍文，金继运，和爱玲，等.农田不同利用方式下土壤重金属区域分异与评价[J].农业环境科学学报，2007（S2）：540-548.

[19]茹淑华，张国印，杨军芳，等.鸡粪和猪粪对小麦生长及土壤重金属累积的影响[J].华北农学报，2015，30（z1）：494-499.

[20]潘霞，陈励科，卜元卿，等.畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响[J].生态与农村环境学报，2012，28（5）：518-525.

[21]叶必雄，刘圆，虞江萍，等.施用不同畜禽粪便土壤剖面中重金属分布特征[J].地理科学进展，2012，31（12）：1708-1714.

[22]董志新，卜玉山，续珍，等.沼气肥养分物质和重金属含量差异及安全农用分析[J].中国土壤与肥料，2015 （3）：105-110.

[23]陈慧，卓开荣.覆膜种植下重金属在土壤-莴苣的迁移特征[J].广东农业科学，2014，41（13）：57-59， 66.

[24]于立红，王鹏，于立河，等.地膜中重金属对土壤—大豆系统污染的试验研究[J].水土保持通报，2013，33（3）：86-90.

[25]梁仲哲，齐绍武，和七红.土壤重金属污染现状及改良剂的研究进展[J].天津农业科学，2016，22（7）：5-9.

[26]苏亚勋，王素君，赵立伟，等.天津市郊区果园土壤重金属镉污染状况调查试验研究[J].天津农业科学，2016，22（6）：20-22， 27.

[27]刘国胜，童潜明，何长顺，等.土壤镉污染调查研究[J].四川环境，2004，23（5）：8-10， 13.

[28]张萌，毋燕妮，解静芳，等.太原市污灌区土壤镉存在形态与生物可利用性研究[J].环境科学学报，2015，35（10）：3276-3283.

[29]艾建超，李宁，王宁.污灌区土壤-蔬菜系统中镉的生物有效性及迁移特征[J].农业环境科学学报，2013，32（3）：491-497.

[30]黄游，陈玲，邱家洲，等.污泥堆肥中重金属的生物有效性研究[J].农业环境科学学报，2006，25（6）：1455-1458.

[31]郭广慧，陈同斌，杨军，等.中国城市污泥重金属区域分布特征及变化趋势[J].环境科学学报，2014，34（10）：2455-2461.

[32]徐兴华，马义兵，韦东普，等.污泥和水溶性重金属盐的植物有效性比较研究[J].中国土壤与肥料，2008 （6）：51-54.

[33]姬艳芳，李永华，孙宏飞，等.凤凰铅锌矿区土壤-水稻系统中重金属的行为特征分析[J].农业环境科学学报，2008，27（6）：2143-2150.

[34]周建民，党志，司徒粤，等.大宝山矿区周围土壤重金属污染分布特征研究[J].农业环境科学学报，2004，23（6）：1172-1176.

[35]尹伟，卢瑛，甘海华，等.佛山市某工业区周边蔬菜地土壤重金属含量与评价[J].农业环境科学学报，2009，28（3）：508-512.