农田土壤重金属污染风险管控研究

汪庆 张亚薇

摘  要：农田土壤重金属污染直接影响农产品质量安全、威胁人体健康，因此，开展农田分类管理、实施土壤风险管控具有重要意义。本文在相关政策文件研读、国内外相关文献查阅的基础上，总结了中国农田土壤重金属污染现状及特点，分析了农田土壤重金属的来源，系统概括了农田重金属污染风险管控措施，重點综述了农艺调控类、土壤改良类和生物修复类等土壤修复技术的最新研究进展。最后，总结了目前农田土壤重金属污染风险管控中存在的问题并提出了展望。

关键词：农田;重金属污染;风险管控;分类管理

中图分类号：X53    文献标志码：A    论文编号：cjas2020-0102

Abstract： The heavy metal pollution of farmland soil directly affects agricultural products quality safety and threatens human health， so it is of great significance to carry out the classification management and risk control of farmland soil. By reviewing relevant policy papers and literatures at home and abroad， this study summarized current situation and characteristics of heavy metal pollution in farmland soil of China， analyzed the source of heavy metals in farmland soil， and systematically outlined the risk control measures of heavy metal pollution in farmland. Moreover， this study highlighted the latest research progress of soil remediation technologies such as agronomic regulation， soil improvement， bioremediation and so on. Finally， existing problems in risk control of heavy metal pollution in farmland soil were pointed out and future research directions were discussed.

Keywords： Farmland; Heavy Metal Pollution; Risk Control; Classification Management

0  引言

一段时间以来，一些未经处理的重金属污染物通过多种途径（如大气沉降、污水灌溉和农业投入品的不合理施用等）进入农田土壤，造成农田土壤重金属污染[1-2]。加之，近年来出现的农产品质量安全事件，如“镉大米”、“镉小麦”等，更让农田土壤重金属污染受到广泛关注[3-4]。难降解的重金属易在土壤环境中积累，导致粮食作物和蔬菜中重金属含量增加，引发超标风险。此外，重金属还会通过食物链迁移到人体体内，危害人体健康[5]。因此，实施农田土壤重金属污染的风险管控具有重要意义。笔者旨在通过分析中国农田土壤重金属污染现状、特点及来源等，综述现阶段中国农田重金属污染风险管控措施，以期为中国农田土壤重金属污染防控与农产品质量安全保障提供科学支撑。

1  中国农田土壤重金属污染现状及特点

1.1  中国农田土壤重金属污染现状

中国前期经济粗放式的快速增长，造成了越来越多的环境问题，如农田土壤重金属污染[6-7]。人为活动（如污水灌溉等）以及土壤环境背景值高是造成农田土壤重金属污染的主要原因[8]。20世纪80年代以来，中国农田土壤重金属污染不断加剧[9-10]。据环境保护部和国土资源部于2014年联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，耕地土壤环境质量堪忧（土壤点位超标率达到19.4%），镉、镍、铜、砷、汞和铅等污染尤为突出[8，11]。

1.2  土壤重金属污染特点

土壤重金属污染具有隐蔽性、累积性和地域性等特点[12]。（1）隐蔽性。土壤污染不能像大气和水体污染那样可以被人们直观地感知到，往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。如日本的“痛痛病”事件，人们在其出现几十年后才了解到其发生原因[13]。（2）累积性。不同于其他污染物，重金属在土壤环境中难以降解、扩散和稀释，易累积，其可通过食物链在生物体内进行富集，严重危害人类健康。重金属可引起人类各种疾病（如心血管疾病、癌症、认知障碍、慢性贫血），并可损害肾脏、神经系统、脑、皮肤和骨骼[14]。（3）地域性。中国土壤重金属污染状况具有显著的区域性分布特征[15]，《全国土壤污染状况调查公报》显示，中国南方土壤重金属污染重于北方;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较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大，镉、汞、砷、铅4种污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的趋势[8]。因此，考虑到土壤污染的特点，仅仅依靠切断污染源、采取一刀切的治理技术往往很难恢复，而且通常成本较高，治理周期较长，有必要实施土壤污染分类分级防治。

2  中国农田土壤重金属污染源

大气沉降、污水灌溉、农业投入品的不合理施用等都是农田土壤重金属污染源。

2.1  大气沉降

工业排放、汽车尾气等人类活动产生的重金属会以气溶胶的形态进入大气，并通过自然沉降和雨淋沉降等途径进入工业区或者道路附近的農田[4，16]，造成严重污染。据统计，中国每年会产生2000万t左右的飘尘，其中含有大量Pb、Zn、Hg、Cd等重金属，从而污染周围环境[17]。

2.2  污水灌溉

污水灌溉是指使用经过一定处理的城市污水或工业废水灌溉农田森林和草地。在中国水资源严重匮乏的地区，为了满足农业生产所需用水，利用污水灌溉的农田面积约为360万hm2，占国内农田总灌溉面积约7%[18]。北方许多地区长期将城市污水和工业废水作为农业主要灌溉水源，导致重金属污染。

2.3  农业投入品的不合理施用

农业投入品（如农药、化肥地膜、畜禽粪便和污泥堆肥产品等）的不合理施用容易造成重金属在农田土壤中积累，引发重金属污染。倪润祥[19]对不同类型的肥料进行抽查发现，磷肥中重金属含量相对较高。这是由于磷肥主要由磷矿石生产，会天然伴生重金属Cd，因此磷肥的长期施用必定会造成Cd的积累[20]。农膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb，这些重金属会随着农膜的使用而进入农田土壤中。集约化养殖场产生的鸡粪和猪粪中往往含有一定量重金属，这是由于畜禽饲料中加入了含有重金属的化学物质，这些物质并不能完全被畜禽吸收，因此造成残留。

3  中国农田重金属污染风险管控措施

防治农田土壤重金属污染，直接关系到农产品质量安全、人民群众身体健康和经济社会可持续发展。根据《中华人民共和国土壤污染防治法》规定，按照土壤污染程度和相关标准，将农用地划分为优先保护类、安全利用类和严格管控类，对其进行分类管理[21]。针对不同类别耕地，制定合理的风险管控措施，实现农田生态系统健康、可持续性运转[22]。

3.1  优先保护类

针对优先保护类耕地，控制污染输入，监视污染动态，维护安全状态。将优先保护类耕地划为永久基本农田，从严管控基本农田的使用情况，保障其质量。同时，加强优先保护类耕地集中区域有关行业企业的环境监督，积极制定预防措施，防止对耕地造成污染。加强灌溉水水质定期监测、农业投入品施用督促，因地制宜推行种养结合、秸秆还田、增施有机肥、少耕免耕等措施，提升耕地质量[23]。

3.2  安全利用类

针对安全利用类耕地，开展风险评估，优化生产管理，积极进行修复。

3.2.1  农艺调控类技术

（1）石灰调节。石灰为常用碱性物料，可以用于提高酸性土壤（pH≤6.5） pH，促进土壤中的重金属离子发生共沉淀作用，从而降低重金属的迁移性[24]。石灰调节适用于偏酸性镉污染稻田（pH≤6.5），其还可以为作物提供钙素营养，但长时间过量施用石灰易造成板结现象[25-26]。Hussain等[27]通过温室盆栽试验发现，石灰可以明显降低低度污染土壤表层中可萃取Pb、Cd、Cu和Zn的含量。

（2）水分调控。在淹水条件下的酸性土壤pH升高，可以降低重金属的迁移性，且重金属在还原状态的土壤环境中容易与硫化物形成沉淀，使得重金属不易被作物吸收，其适用于镉、汞、铅与砷污染稻田[28]。

（3）叶面阻控。通过叶面喷施锌、硅等有益元素，提高作物抗逆性，抑制作物向可食部位转运重金属，降低可食部位重金属含量，其适用于镉、铅等污染稻田[29-30]。叶面阻控不易造成二次污染，但受环境条件（如光照、温度、风速等）限制较大。

（4）深翻耕。通过将污染物含量较高的耕地表层土壤与污染物含量较低的下层土壤充分混合，从而稀释整个耕作层土壤污染物含量，降低作物对重金属的吸收，其适用于旱地表层土壤重金属污染[31]。但深翻耕可能会破坏土壤结构，造成表层土壤有机质含量的降低，影响土壤质量[32]。

（5）优化施肥。施肥是满足作物生长所需养分的重要途径，也具有促进重金属形态转化从而达到修复污染土壤的作用[32-33]。优化施肥是根据土壤环境状况与种植作物特征，通过优化化肥的种类、比例以及施用量，来调节土壤酸碱性和重金属活性，其适用于所有耕地土壤，但需与其他技术配合使用，才能有效降低农产品超标风险[34]。

3.2.2  土壤改良类技术  通过钝化剂、土壤调理剂等，降低污染物在土壤中的活性，阻控作物对重金属的吸收。

原位钝化是指通过向土壤中添加针对性的钝化剂（如镉钝化剂、汞钝化剂、铁锰氧化物等），将土壤中有效态重金属转化为化学性质不活泼的形态，从而降低其在土壤化境中的迁移性、植物有效性和生物毒性，其适用于镉、汞、铅等重金属污染农田[35-36]。原位钝化技术经济高效、操作简便[37]，但易造成二次污染[35]，或对土壤理化性质及环境质量等带来不利影响。

3.2.3  生物修复技术

（1）微生物修复技术是指利用天然或人工驯化培养的功能微生物（如细菌、真菌、藻类等）[38]，通过生物矿化等代谢作用降低重金属离子的活性。微生物修复技术具有对土壤环境友好、成本效益好、操作简便等优点[39]，但其不适用于高浓度重金属污染土壤[40]。Teng等[39]从重金属污染的土壤中分离出了溶磷菌（PSB），发现其在土壤中具有较高的抗铅能力。

（2）植物吸取是指利用超积累（高积累）植物基于植物根系吸收，转运和浓缩土壤中重金属到地上可收获植物部分，使重金属从土壤转移到植物中，植物相对土壤而言易于回收、处置[41]。不同与物理和化学处理不可逆地改变土壤特性，植物提取可以改善被污染土壤理化性质，但其受环境条件限制较大[42]。Reeves等[43]已经鉴定出721种超积累植物，这些植物在高浓度重金属的土壤中生长良好，并可有效吸收土壤中特定重金属离子。

3.2.4  综合治理技术  “VIP”是一种重金属污染耕地综合治理技术，是指采用镉低积累水稻品种（V）、田间水分管理（I）、施用生石灰调节pH（P）联用的技术模式，其适用于酸性镉污染稻田[44]。“VIP”综合治理技术克服了单一的安全利用技术存在的治理效率低，且可能影响正常农作物种植和粮食生产的缺点[32]。杨小粉等[45]在湖南省38丘镉污染稻田进行小区试验发现，“VIP”技术在不同污染程度土壤下均有降低糙米中镉含量的作用，可使轻微、轻度土壤污染条件下米镉含量达到国家食品安全标准。

3.3  严格管控类

针对严格管控类耕地，开展综合整治，调整种植结构，实施休耕轮作。

3.3.1  种植结构调整  在食用农产品超标严重的严格管控类耕地，及时采取农作物种植结构调整措施。可以根据当地农业产业情况，坚持政府引导、农民自愿原则，因地制宜改种花卉苗木、桑树等非食用农产品[46]。同时，针对农民受益降低的情况适当给予补偿[47]。

3.3.2  休耕  在严格管控类耕地，可通过在休耕地种植养地作物（紫云英、苜蓿等）或超（高）积累植物（植物提取措施）等来防止耕地裸露导致的风蚀、水蚀等土壤侵蚀[48-50]。在休耕过程中需注意加强种植作物的监测，防止污染物随植物地上部转移扩散。

3.3.3  退耕还林还草  依据相关政策规定，可将严格管控类耕地纳入国家新一轮退耕还林还草实施范围，并研究制定相关配套支持政策。

4  结论及展望

农田土壤重金属污染容易引发农田生态环境风险、农产品质量安全风险和公众健康风险等，因此有必要开展农田土壤重金属污染的分类风险管控。但由于农田土壤重金属污染具有隐蔽性、累积性、地域性和生物富集性等特点、治理难度较大，现有的风险管控措施如安全利用类措施往往适应性不强，其可重复性与经济成本还不能满足推广需求，部分严格管控类措施配套的制度规定不健全等。因此，加强技术基础创新，形成可复制、易推广的农田土壤重金属污染防控技术模式，健全完善相关风险管控措施配套的制度规定，是当前及今后农田土壤重金属污染风险管控的重要发展趋势。

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