基于风险的农田镉污染综合管理实践与思考

黄伯军，陈克云，纪雄辉，谢运河

（1. 湖南省农业对外经济合作中心，湖南 长沙 410005；2. 湖南省农业环境生态研究所，农业农村部长江中游平原农业环境重点实验室，农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室，湖南 长沙 410125）

湖南是一个农业大省，自古以来就享有“九州粮仓”和“鱼米之乡”的美誉。湖南是全国闻名的有色金属之乡，有色金属采选开发已有数百年历史，耕地重金属污染历史包袱沉重[1]。湖南重金属污染事件频发，尤其是以2013年“镉米风波”为代表的污染事件极大冲击了湖南乃至整个南方稻米产业的健康发展[2-3]。基于此，2015年湖南启动了以控制农产品超标风险为核心，全面管控农田环境风险、安全生产合格农产品为目标的世界银行贷款湖南省农田污染综合管理项目（简称世行项目）[4]。世行项目借鉴并引进国内外农田重金属污染风险管理经验，在对重金属污染农田进行全面风险评估的基础上制定综合管理方案，开展污染风险分级分区的精准治理，实现污染农田的可持续安全生产，并为大面积重金属污染农田的安全利用提供基于风险的综合管理经验。

1 项目实施过程

1.1 实施区域

世行项目涉及湘西自治州吉首市、保靖县、花垣县、永顺县，张家界市永定区、慈利县，怀化市中方县，益阳市安化县，衡阳市衡阳县、衡南县，永州市冷水滩区、祁阳县，郴州市临武县、宜章县共14个县市区。在2015—2017年对项目县进行充分摸底与调研的基础上，慈利县、衡南县、衡阳县、永定区等4个项目区于2018年率先启动示范工作，示范面积413.33 hm2；2019年扩大到9个县市区，示范面积3 296.34 hm2；2020年14个项目县全部启动，示范面积6 050.54 hm2；2021年所有项目区整体推进，实施面积扩大到9 490.59 hm2（表1）。

表1 各项目区2018—2021年实施面积情况 （hm2）

1.2 监测指标与检测方法

土壤全镉采用HNO3-HClO4-HF（5∶1∶2，V/V）消煮，样品消煮完全后赶酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后转移定容；糙米镉采用HNO3-H2O2（5∶2，V/V）微波消煮；土壤有效态镉含量采用DTPA（二乙三胺五醋酸）提取方法进行，称10.00 g过20目筛的土样，加入DTPA浸提液50 mL，震荡2 h后过滤，稀释20倍后待用。所有样品镉含量使用ICP-MS（iCap-Q，美国Thermo公司）进行测定。

1.3 污染风险分级

根据稻米镉含量计算稻米重金属镉污染指数（Ei），并结合稻米镉污染风险指数确定风险等级和技术对策（表2）。

表2 稻米镉污染风险分级与技术对策

式中：Ei表示农产品中镉的单因子指数；Ai表示农产品中镉的实测浓度；S'i表示农产品中镉的限量标准值。

1.4 污染农田分区治理

基于项目区稻米镉含量的空间分布特征，综合考虑土壤理化性质的空间分布差异以及地理地形条件、水系和污染源分布特征等对项目区进行治理单元的划分。原则上，每个治理单元内土壤和植物的镉含量变异系数一般不超过30%，但为施工方便，完全成片的区域可根据情况适当放宽；片区内土壤理化性质要求基本一致，重点考虑土壤pH值，各田块与平均值相差不超过0.25个单位。

针对每个治理单元，以稻米镉达标为目的，以稻米镉超标为主预警评价指标，分别对土壤镉污染风险、稻田污染源风险、稻田生产管理风险等进行风险分级评价，再根据关键风险因子针对性地选择低镉水稻品种、淹水灌溉、施用石灰、施用土壤调理剂、喷施叶面阻控剂、秸秆离田等技术措施或组合，建立适合各治理单元的“一区一策”县域化精准修复技术模式，分级分区进行污染风险管控，逐步实现稻米镉达标。

1.5 技术推进模式

建立了科技专家决策、企业产品支持、合作社实施的“科-企-社”技术推进机制，实施主体根据不同项目县地方需求，差异化选择组织实施方式。一般以农业合作社、大户为实施主体，农业合作社和大户缺乏的项目区可选择由当地村集体或社区参与的方式进行，也可由村组织，村民小组实施的方式推进，实现了项目实施效果与实施主体经济效益挂钩，既提升了技术效果，也增加了实施主体经济效益。

采用县项目办申报技术措施短名单，再由省项目办组织专家进行评审，然后由各县实施主体自主采购并实施，充分调动了基层农民的积极性，提高了项目区农民及农业合作组织的参与度。同时，各项目县实施主体通过专家指导进行施用机械改装，形成了以石灰和调理剂机械撒施、叶面阻控剂飞机喷施为主的机械化推进方式，不断挖掘基层创造创新能力，积极强化地方参与，切实加强技术措施落地。

1.6 技术指导与监管

采用“项目专家-省办专家-县级专家”多重指导、第三方监管与第三方评价相结合的项目过程管理方式。多重技术指导确保项目实施的科学性和实施效果；多重交叉监管与评价相结合可确保各项措施的高效推进，具有管理操作灵活和技术推进可控的双重优势，也为项目方案的优化调整提供了依据，确保了技术实施效果。

为保证项目各项工作的顺利进行，省、市（州）、县（市、区）成立了相应的省级、县级项目工作联席会议制度或领导委员会，具体负责项目工作的监督指导。同时，按照世行贷款项目要求和国内财政规定，编制了财务管理手册，确定了项目资金管理办法，规定了项目提款报账的流程，采用Mis系统实时监控报账进程，要求报账与技术实施同步，并根据报账情况动态监管项目工作推进情况。

2 效果分析

2.1 稻米镉含量达标率

分析2018—2021年各项目区稻米镉含量达标率（表3）表明，修复治理后各项目县稻米镉含量达标率整体呈上升趋势。2018—2021年各项目区的平均稻米镉含量达标率分别比基线（2015—2017年，项目实施前监测数据）增加了28.16、20.79、25.23、35.04个百分点，平均稻米镉含量达标率由基线的57.21%提升至2021年的92.25%。可见，项目针对大面积污染农田采用基于风险的分区精准修复治理技术，显著提升了稻米镉含量达标率，且稻米镉含量达标率随实施年限的增加而增加。整体上，第一年实施的稻米镉含量达标率提升效果较好，项目区后续技术的实施可在保障前一年的修复治理效果的基础上进一步提升，可见，后续技术措施的跟进也是提升稻米镉含量达标率的重要保障。

表3 项目县2018—2021年稻米镉含量达标率 （%）

2.2 土壤pH值

分析2018—2021年测定各项目区土壤pH值结果（表4）表明，世行项目的实施整体上提升了土壤pH值，且土壤pH值呈逐年增加趋势。2018—2021年的平均土壤pH值分别比基线增加了0.33、0.46、0.57、0.70个pH单位，土壤pH值趋于中性。其中，衡南县、衡阳县、祁阳市、宜章县的土壤pH值提升明显，土壤pH值分别比基线增加了1.09、0.92、1.30、1.16个pH单位，土壤皆由酸性或弱酸性调理至中性。可见，项目通过施用石灰、土壤调理剂等大幅度改良了土壤酸性，提升了土壤pH值，但对中碱性土壤的土壤pH影响较小。

表4 项目区2018—2021年土壤pH值的变化情况

2.3 土壤有效态镉含量

分析2018—2021年各项目区土壤有效态镉含量结果（表5）表明，世行项目整体上降低了土壤有效态镉含量，2018—2021年的土壤有效态镉平均含量分别比基线降低了22.86%、28.57%、25.71%、25.71%，平均为25.71%。整体上，项目实施的初始阶段（第1年与第2年）的土壤有效态镉含量降低较明显，并维持在0.26 mg/kg左右波动；但受基线土壤有效态镉含量差异的影响，其土壤有效态镉含量波动维持的水平存在较大差异。2021年各项目县的土壤有效态镉含量比其基线降低的范围在-28.57%～43.24%，表明土壤有效态镉含量可通过土壤钝化、农艺调理等技术措施进行调控，其调控效果受土壤pH值、镉污染程度等因素的影响，调控效果存在较大差异。

表5 项目县2018—2021年土壤有效态镉含量的变化情况（mg/kg）

2.4 相关分析

世行项目是基于稻米镉污染风险，逐年动态调整技术方案的大面积精准对靶修复治理的示范工程。根据各项目区的立地条件，差异化选择施用石灰、钝化剂、低镉品种、淹水灌溉等措施，以精准提升稻米镉含量达标率。

分析2021年各项目区稻米镉含量达标率及镉达标率增量（2021年稻米镉含量达标率－基线稻米镉含量达标率）与土壤pH值、土壤有效态镉含量的相关性（图1）表明，稻米镉含量达标率与土壤pH值呈正相关，而稻米镉含量达标率增量与土壤pH值呈负相关，表明稻米镉含量达标率随土壤pH值的提升而增加；但土壤pH值越高，其调理至中性的可调控范围越小，通过调理土壤pH提升稻米镉含量达标率的效果有限。稻米镉含量达标率与土壤有效态镉含量呈负相关，而稻米镉含量达标率增量与土壤有效态镉含量呈开口向上的二次曲线关系，表明土壤有效态镉含量越高，稻米镉含量达标率越低；但在土壤有效态镉含量相对较低时（＜0.29 mg/kg：抛物线顶点对应的土壤有效态镉含量），随土壤有效态镉含量的增加，稻米镉含量达标率呈报酬递减关系，可能在该范围内的土壤镉有效性低，通过钝化土壤镉活性来提升稻米镉含量达标率的几率降低；但在土壤有效态镉含量较高时（＞0.29 mg/kg），通过钝化土壤镉活性提升稻米镉含量达标率的可能性越大，在该范围内通过钝化土壤镉活性提升稻米镉含量达标率的效果也越好。

图1 项目县2021年稻米镉含量达标率及其增量与土壤pH值及土壤有效态镉含量的相关性

由此可见，土壤pH值越低，通过施用石灰等碱性材料提升稻米镉含量达标率的几率越大；且土壤pH值提升越接近中性，稻米镉含量达标率越高。而在土壤有效态镉含量较低时（＜0.29 mg/kg），通过施用土壤钝化剂降低土壤镉活性，提升稻米镉含量达标率的效果不理想，建议以低镉品种、淹水灌溉、施用石灰等农艺调控技术为主；而在土壤有效态镉含量较高时（＞0.29 mg/kg），通过钝化技术降低土壤镉活性，提升稻米镉含量达标率的效果越明显，且土壤有效态镉含量越高时效果越明显，尤其在土壤有效态镉含量高于0.29 mg/kg时施用土壤钝化剂的修复效果更理想。

3 经验与启示

3.1 以人为本的项目管理理念先进

世行项目在农田污染治理过程中，坚持以人为本[5]、绿色生产[6-7]的理念，关注项目整体，主张以前瞻性和主动性来应对变化，以一般性原则解决具体问题。基于以人为本的系统观念，以消费者健康为根本、以管理者技能为核心、以生产者效益为目标，均衡配置权利和义务的关系，营造公平正义的“软环境”，支撑和保障项目“硬指标”。基于以人为本的项目管理思想，无疑会为受污染耕地的安全利用注入强大的思想动力。

3.2 基于污染风险的项目管理手段优势明显

风险管理是社会组织或者个人用以降低风险的消极结果的决策过程，通过风险识别、风险估测、风险评价，并在此基础上选择与优化组合各种风险管理技术，对风险实施有效控制和妥善处理风险所致损失的后果，从而以最小的成本收获最大的安全保障[8-10]。世行项目的实施以环评、社评为前提，强调源头防控与修复治理相结合，主张整体设计与动态调整的灵活变动；在项目实施过程中，坚持系统观念，强调前瞻性思考、全局性谋划、战略性布局、整体性推进，注重发挥参建各方的积极性，注重防范和化解重大风险挑战，实现发展质量、进度、效益、安全相统一。

3.3 对症查因对靶施策的精准治理方案更为系统

基于污染风险分析项目区污染源及污染成因，再通过稻米、土壤、污染源、农艺管理的风险分级评价，并根据分区特点制定修复治理目标，精准科学选择修复治理技术，实现修复治理效果的最大化、修复治理技术措施的经济化，实现了对症查因断源、对靶施策治理的精准管控目的[11]。世行项目是基于长株潭试点等项目的经验成果，依托“VIP+n”的主体技术[12-15]，对应急性镉低积累水稻品种、土壤调理剂、石灰、淹水法等进行县域优化，并根据各项目区实施效果进行技术动态优化调整，确保技术精准对靶与高效经济；同时，针对灌溉水污染风险区域进行灌溉水净化，强化污染源头风险管控，进一步保障了项目技术实施效果。

3.4 以大户为主体的实施方式更易调动粮农的积极性

受镉超标稻米“拒收”市场倒逼机制的影响，大户粮食愁卖现象越来越突出，农民主动参与的积极性越来越高[16-17]。项目以农民合作组织、大户和村民为实施主体，在全过程进行技术指导和培训的基础上，大幅度提升能力建设；项目实施过程中，经第三方分步验收后可立即报账，经费及时有保障，大户和农民参与意愿更加强烈。

3.5 多层技术指导和第三方交叉监管为项目实施保驾护航

农田重金属污染修复治理是一项技术性要求极高的工程，而基层科技人员缺乏，农民对技术不熟悉，将直接影响技术效果。因此，世行项目及省市县分级组建技术指导专家组，从总体方案、片区方案、技术实施指导与培训等全方位进行跟踪服务，确保项目的高质量推进。同时，将耕地修复和监理具体工作交给专业社会服务组织承担，充分发挥社会力量的作用，确保耕地修复技术措施充分落地到位，监督监管到位有效。