農田土壤重金屬污染風險管控研究

汪慶 張亞薇

摘 ?要：農田土壤重金屬污染直接影響農產品質量安全、威脅人體健康，因此，開展農田分類管理、實施土壤風險管控具有重要意義。本文在相關政策文件研讀、國內外相關文獻查閱的基礎上，總結了中國農田土壤重金屬污染現狀及特點，分析了農田土壤重金屬的來源，系統概括了農田重金屬污染風險管控措施，重點綜述了農藝調控類、土壤改良類和生物修復類等土壤修復技術的最新研究進展。最后，總結了目前農田土壤重金屬污染風險管控中存在的問題并提出了展望。

關鍵詞：農田;重金屬污染;風險管控;分類管理

中圖分類號：X53 ? ?文獻標志碼：A ? ?論文編號：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

一段時間以來，一些未經處理的重金屬污染物通過多種途徑（如大氣沉降、污水灌溉和農業投入品的不合理施用等）進入農田土壤，造成農田土壤重金屬污染[1-2]。加之，近年來出現的農產品質量安全事件，如“鎘大米”、“鎘小麥”等，更讓農田土壤重金屬污染受到廣泛關注[3-4]。難降解的重金屬易在土壤環境中積累，導致糧食作物和蔬菜中重金屬含量增加，引發超標風險。此外，重金屬還會通過食物鏈遷移到人體體內，危害人體健康[5]。因此，實施農田土壤重金屬污染的風險管控具有重要意義。筆者旨在通過分析中國農田土壤重金屬污染現狀、特點及來源等，綜述現階段中國農田重金屬污染風險管控措施，以期為中國農田土壤重金屬污染防控與農產品質量安全保障提供科學支撐。

1 ?中國農田土壤重金屬污染現狀及特點

1.1 ?中國農田土壤重金屬污染現狀

中國前期經濟粗放式的快速增長，造成了越來越多的環境問題，如農田土壤重金屬污染[6-7]。人為活動（如污水灌溉等）以及土壤環境背景值高是造成農田土壤重金屬污染的主要原因[8]。20世紀80年代以來，中國農田土壤重金屬污染不斷加劇[9-10]。據環境保護部和國土資源部于2014年聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，耕地土壤環境質量堪憂（土壤點位超標率達到19.4%），鎘、鎳、銅、砷、汞和鉛等污染尤為突出[8，11]。

1.2 ?土壤重金屬污染特點

土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性和地域性等特點[12]。（1）隱蔽性。土壤污染不能像大氣和水體污染那樣可以被人們直觀地感知到，往往要通過對土壤樣品進行分析化驗和農作物的殘留檢測，甚至通過研究對人畜健康狀況的影響才能確定。如日本的“痛痛病”事件，人們在其出現幾十年后才了解到其發生原因[13]。（2）累積性。不同于其他污染物，重金屬在土壤環境中難以降解、擴散和稀釋，易累積，其可通過食物鏈在生物體內進行富集，嚴重危害人類健康。重金屬可引起人類各種疾?。ㄈ缧难芗膊?、癌癥、認知障礙、慢性貧血），并可損害腎臟、神經系統、腦、皮膚和骨骼[14]。（3）地域性。中國土壤重金屬污染狀況具有顯著的區域性分布特征[15]，《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，中國南方土壤重金屬污染重于北方;長江三角洲、珠江三角洲、東北老工業基地等部分區域土壤污染問題較為突出，西南、中南地區土壤重金屬超標范圍較大，鎘、汞、砷、鉛4種污染物含量分布呈現從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的趨勢[8]。因此，考慮到土壤污染的特點，僅僅依靠切斷污染源、采取一刀切的治理技術往往很難恢復，而且通常成本較高，治理周期較長，有必要實施土壤污染分類分級防治。

2 ?中國農田土壤重金屬污染源

大氣沉降、污水灌溉、農業投入品的不合理施用等都是農田土壤重金屬污染源。

2.1 ?大氣沉降

工業排放、汽車尾氣等人類活動產生的重金屬會以氣溶膠的形態進入大氣，并通過自然沉降和雨淋沉降等途徑進入工業區或者道路附近的農田[4，16]，造成嚴重污染。據統計，中國每年會產生2000萬t左右的飄塵，其中含有大量Pb、Zn、Hg、Cd等重金屬，從而污染周圍環境[17]。

2.2 ?污水灌溉

污水灌溉是指使用經過一定處理的城市污水或工業廢水灌溉農田森林和草地。在中國水資源嚴重匱乏的地區，為了滿足農業生產所需用水，利用污水灌溉的農田面積約為360萬hm2，占國內農田總灌溉面積約7%[18]。北方許多地區長期將城市污水和工業廢水作為農業主要灌溉水源，導致重金屬污染。

2.3 ?農業投入品的不合理施用

農業投入品（如農藥、化肥地膜、畜禽糞便和污泥堆肥產品等）的不合理施用容易造成重金屬在農田土壤中積累，引發重金屬污染。倪潤祥[19]對不同類型的肥料進行抽查發現，磷肥中重金屬含量相對較高。這是由于磷肥主要由磷礦石生產，會天然伴生重金屬Cd，因此磷肥的長期施用必定會造成Cd的積累[20]。農膜生產應用的熱穩定劑中含有Cd、Pb，這些重金屬會隨著農膜的使用而進入農田土壤中。集約化養殖場產生的雞糞和豬糞中往往含有一定量重金屬，這是由于畜禽飼料中加入了含有重金屬的化學物質，這些物質并不能完全被畜禽吸收，因此造成殘留。

3 ?中國農田重金屬污染風險管控措施

防治農田土壤重金屬污染，直接關系到農產品質量安全、人民群眾身體健康和經濟社會可持續發展。根據《中華人民共和國土壤污染防治法》規定，按照土壤污染程度和相關標準，將農用地劃分為優先保護類、安全利用類和嚴格管控類，對其進行分類管理[21]。針對不同類別耕地，制定合理的風險管控措施，實現農田生態系統健康、可持續性運轉[22]。

3.1 ?優先保護類

針對優先保護類耕地，控制污染輸入，監視污染動態，維護安全狀態。將優先保護類耕地劃為永久基本農田，從嚴管控基本農田的使用情況，保障其質量。同時，加強優先保護類耕地集中區域有關行業企業的環境監督，積極制定預防措施，防止對耕地造成污染。加強灌溉水水質定期監測、農業投入品施用督促，因地制宜推行種養結合、秸稈還田、增施有機肥、少耕免耕等措施，提升耕地質量[23]。

3.2 ?安全利用類

針對安全利用類耕地，開展風險評估，優化生產管理，積極進行修復。

3.2.1 ?農藝調控類技術

（1）石灰調節。石灰為常用堿性物料，可以用于提高酸性土壤（pH≤6.5） pH，促進土壤中的重金屬離子發生共沉淀作用，從而降低重金屬的遷移性[24]。石灰調節適用于偏酸性鎘污染稻田（pH≤6.5），其還可以為作物提供鈣素營養，但長時間過量施用石灰易造成板結現象[25-26]。Hussain等[27]通過溫室盆栽試驗發現，石灰可以明顯降低低度污染土壤表層中可萃取Pb、Cd、Cu和Zn的含量。

（2）水分調控。在淹水條件下的酸性土壤pH升高，可以降低重金屬的遷移性，且重金屬在還原狀態的土壤環境中容易與硫化物形成沉淀，使得重金屬不易被作物吸收，其適用于鎘、汞、鉛與砷污染稻田[28]。

（3）葉面阻控。通過葉面噴施鋅、硅等有益元素，提高作物抗逆性，抑制作物向可食部位轉運重金屬，降低可食部位重金屬含量，其適用于鎘、鉛等污染稻田[29-30]。葉面阻控不易造成二次污染，但受環境條件（如光照、溫度、風速等）限制較大。

（4）深翻耕。通過將污染物含量較高的耕地表層土壤與污染物含量較低的下層土壤充分混合，從而稀釋整個耕作層土壤污染物含量，降低作物對重金屬的吸收，其適用于旱地表層土壤重金屬污染[31]。但深翻耕可能會破壞土壤結構，造成表層土壤有機質含量的降低，影響土壤質量[32]。

（5）優化施肥。施肥是滿足作物生長所需養分的重要途徑，也具有促進重金屬形態轉化從而達到修復污染土壤的作用[32-33]。優化施肥是根據土壤環境狀況與種植作物特征，通過優化化肥的種類、比例以及施用量，來調節土壤酸堿性和重金屬活性，其適用于所有耕地土壤，但需與其他技術配合使用，才能有效降低農產品超標風險[34]。

3.2.2 ?土壤改良類技術 ?通過鈍化劑、土壤調理劑等，降低污染物在土壤中的活性，阻控作物對重金屬的吸收。

原位鈍化是指通過向土壤中添加針對性的鈍化劑（如鎘鈍化劑、汞鈍化劑、鐵錳氧化物等），將土壤中有效態重金屬轉化為化學性質不活潑的形態，從而降低其在土壤化境中的遷移性、植物有效性和生物毒性，其適用于鎘、汞、鉛等重金屬污染農田[35-36]。原位鈍化技術經濟高效、操作簡便[37]，但易造成二次污染[35]，或對土壤理化性質及環境質量等帶來不利影響。

3.2.3 ?生物修復技術

（1）微生物修復技術是指利用天然或人工馴化培養的功能微生物（如細菌、真菌、藻類等）[38]，通過生物礦化等代謝作用降低重金屬離子的活性。微生物修復技術具有對土壤環境友好、成本效益好、操作簡便等優點[39]，但其不適用于高濃度重金屬污染土壤[40]。Teng等[39]從重金屬污染的土壤中分離出了溶磷菌（PSB），發現其在土壤中具有較高的抗鉛能力。

（2）植物吸取是指利用超積累（高積累）植物基于植物根系吸收，轉運和濃縮土壤中重金屬到地上可收獲植物部分，使重金屬從土壤轉移到植物中，植物相對土壤而言易于回收、處置[41]。不同與物理和化學處理不可逆地改變土壤特性，植物提取可以改善被污染土壤理化性質，但其受環境條件限制較大[42]。Reeves等[43]已經鑒定出721種超積累植物，這些植物在高濃度重金屬的土壤中生長良好，并可有效吸收土壤中特定重金屬離子。

3.2.4 ?綜合治理技術 ?“VIP”是一種重金屬污染耕地綜合治理技術，是指采用鎘低積累水稻品種（V）、田間水分管理（I）、施用生石灰調節pH（P）聯用的技術模式，其適用于酸性鎘污染稻田[44]?！癡IP”綜合治理技術克服了單一的安全利用技術存在的治理效率低，且可能影響正常農作物種植和糧食生產的缺點[32]。楊小粉等[45]在湖南省38丘鎘污染稻田進行小區試驗發現，“VIP”技術在不同污染程度土壤下均有降低糙米中鎘含量的作用，可使輕微、輕度土壤污染條件下米鎘含量達到國家食品安全標準。

3.3 ?嚴格管控類

針對嚴格管控類耕地，開展綜合整治，調整種植結構，實施休耕輪作。

3.3.1 ?種植結構調整 ?在食用農產品超標嚴重的嚴格管控類耕地，及時采取農作物種植結構調整措施?？梢愿鶕數剞r業產業情況，堅持政府引導、農民自愿原則，因地制宜改種花卉苗木、桑樹等非食用農產品[46]。同時，針對農民受益降低的情況適當給予補償[47]。

3.3.2 ?休耕 ?在嚴格管控類耕地，可通過在休耕地種植養地作物（紫云英、苜蓿等）或超（高）積累植物（植物提取措施）等來防止耕地裸露導致的風蝕、水蝕等土壤侵蝕[48-50]。在休耕過程中需注意加強種植作物的監測，防止污染物隨植物地上部轉移擴散。

3.3.3 ?退耕還林還草 ?依據相關政策規定，可將嚴格管控類耕地納入國家新一輪退耕還林還草實施范圍，并研究制定相關配套支持政策。

4 ?結論及展望

農田土壤重金屬污染容易引發農田生態環境風險、農產品質量安全風險和公眾健康風險等，因此有必要開展農田土壤重金屬污染的分類風險管控。但由于農田土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性、地域性和生物富集性等特點、治理難度較大，現有的風險管控措施如安全利用類措施往往適應性不強，其可重復性與經濟成本還不能滿足推廣需求，部分嚴格管控類措施配套的制度規定不健全等。因此，加強技術基礎創新，形成可復制、易推廣的農田土壤重金屬污染防控技術模式，健全完善相關風險管控措施配套的制度規定，是當前及今后農田土壤重金屬污染風險管控的重要發展趨勢。

參考文獻

[1] Fan T， Ye W， Chen H， et al. Review on Contamination and Remediation Technology of Heavy Metal in Agricultural Soil[J].Ecology and Environmental Sciences，2017，22（10）：1727-1736.

[2] 馬雙進，南忠仁，臧飛，等.油料作物對重金屬污染農田土壤修復的研究進展[J].中國農學通報，2019，35（36）：80-84.

[3] Shi T， Ma J， Wu X， et al. Inventories of heavy metal inputs and outputs to and from agricultural soils： A review[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2018，164：118-124.

[4] 王皙瑋，王秋紅，於麗華.土壤重金屬污染及對生物體影響的研究進展[J].中國農學通報，2017，33（19）：86-92.

[5] Xiong T， Austruy A， Pierart A， et al. Kinetic study of phytotoxicity induced by foliar lead uptake for vegetables exposed to fine particles and implications for sustainable urban agriculture[J].Journal of Environmental Sciences，2016，46（8）：16-27.

[6] 劉豫.中國土壤環境保護立法研究[D].蘭州：蘭州大學，2014.

[7] 袁國軍，盧紹輝，梅象信，等.農用地土壤污染風險管控標準延伸理解及其評價標準現狀分析[J].中國農學通報，2018，36（02）：84-89.

[8] 中國環境保護部，國土資源部.全國土壤污染狀況調查公報[J].中國環保產業，2014（5）：10-11.

[9] 陳世寶，王萌，李杉杉，等.中國農田土壤重金屬污染防治現狀與問題思考[J].地學前緣，2019（6）：35-41.

[10] 陸琦.尹偉倫院士：過度疲勞的土壤亟待減肥提質[N].中國科學報，2017-07-12.

[11] Yang Q， Li Z， Lu X， et al. A review of soil heavy metal pollution from industrial and agricultural regions in China： Pollution and risk assessment[J].Science of the Total Environment，2018，642：690-700.

[12] 羅玉虎.重金屬污染土壤修復研究進展[J].南方農業，2019（22）：73-76.

[13] 劉繼芳，曹翠華.重金屬離子在土壤中的競爭吸附動力學初步研究[J].土壤肥料，2000（3）：10-15.

[14] Gong Y， Zhao D， Wang Q. An overview of field-scale studies on remediation of soil contaminated with heavy metals and metalloids： Technical progress over the last decade[J].Water Research，2018，147：440-460.

[15] 楊蕾.我國土壤重金屬污染的來源、現狀、特點及治理技術[J].中國資源綜合利用，2018，36（2）：157-159.

[16] 崔德杰，張玉龍.土壤重金屬污染現狀與修復技術研究進展[J].土壤通報，2004，35（3）：127-131.

[17] Al-Rajhi M A， Al-Shayeb S M， Seaward M R D， et al. Particle size effect for metal pollution analysis of atmospherically deposited dust [J].Atmospheric Environment，1996，30（1）：145-153.

[18] 李涵，郭歡樂，柳瑜，等.農田土壤重金屬污染及調控措施[J].湖南農業科學，2018（1）：40-44.

[19] 倪潤祥.中國農田土壤重金屬輸入輸出平衡和風險評價研究[D].北京：中國農業科學院，2017.

[20] 蔡美芳，李開明，謝丹平，等.我國耕地土壤重金屬污染現狀與防治對策研究[J].環境科學與技術，2014，37（120）：223-230.

[21] 中華人民共和國土壤污染防治法[J].天津造紙，2018，40（3）：38-47.

[22] 陳衛平，楊陽，謝天，等.中國農田土壤重金屬污染防治挑戰與對策[J].土壤學報，2018，55（2）：261-272.

[23] 王龔博，盧寧川，于忠華，等.土壤污染防治行動計劃分析與實施建議[J].環境與發展，2019，31（9）：68-69.

[24] 何其輝.長株潭典型中輕度污染農田土壤重金屬來源及有效性分析[D].長沙：湖南師范大學，2019.

[25] 寧皎瑩，周根娣，周春兒，等.農田土壤重金屬污染鈍化修復技術研究進展[J].杭州師范大學學報：自然科學版，2016，15（2）：156-162.

[26] 曹勝，歐陽夢云，周衛軍，等.石灰對土壤重金屬污染修復的研究進展[J].中國農學通報，2018，34（26）：109-112.

[27] Hussain Lahori A， Zhang Z， Guo Z， et al. Potential use of lime combined with additives on （im）mobilization and phytoavailability of heavy metals from Pb/Zn smelter contaminated soils[J].Ecotoxicology & Environmental Safety，2017，145：313-323.

[28] 曾曉舵，王向琴，凃新紅，等.農田土壤重金屬污染阻控技術研究進展[J].生態環境學報，2019，28（9）：1900-1906.

[29] 王麗，和淑娟.鎘污染農用地安全利用技術研究與運用[J].環境與可持續發展，2019，44（5）：134-137.

[30] 鄧思涵，陳聰穎，嚴冬，等.水稻重金屬污染及其阻控技術研究[J].中國稻米，2019，25（04）：27-30.

[31] 張耿苗，張麗君，章明奎，等.適度深耕配施有機肥減少蔬菜對土壤重金屬的吸收[J].江西農業學報，2020，32（01）：102-106.

[32] 黃涂海.鎘污染農田土壤的分類管控實踐[D].杭州：浙江大學，2019.

[33] 郎家慶，王穎，劉順國.施肥對土壤重金屬污染的影響[J].農業科技與裝備，2014（8）：3-4.

[34] 徐明崗.《施肥與土壤重金屬污染修復》——當代土壤與環境科學專著[J].農藥學學報，2014，16（2）：137-137.

[35] 吳霄霄，曹榕彬，米長虹，等.重金屬污染農田原位鈍化修復材料研究進展[J].農業環境與發展，2019，36（3）：253-263.

[36] 童非，謝玉峰，張振華，等.砷污染土壤原位鈍化材料修復效果及機制的研究進展[J].江蘇農業科學，2019，47（22）：6-11.

[37] 李泰平，丁浩然，徐海珍，等.農田重金屬污染土壤的原位鈍化研究[J].環境科學與技術，2019，42（1）：232-236.

[38] 楊海，黃新，林子增，等.重金屬污染土壤微生物修復技術研究進展[J].應用化工，2019，48（6）：1417-1422.

[39] Teng Z， Shao W， Zhang K， et al. Characterization of phosphate solubilizing bacteria isolated from heavy metal contaminated soils and their potential for lead immobilization[J].Journal of Environmental Management，2019，231：189-197.

[40] 王星，郭斌，王欣.重金屬污染土壤修復技術研究進展[J].煤炭與化工，2019，42（1）：156-160.

[41] 王鵬云.重金屬污染的植物修復及相關分子機制[J].生物工程學報，2020，36（3）：426-435.

[42] 王巧紅，阮朋朋，李君.植物修復技術在土壤污染治理中的環保應用策略[J].中國資源綜合利用，2020，38（1）：156-158.

[43] Reeves R D， Baker A J M， Jaffré T， et al. A global database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid trace elements[J].New Phytologist，2018，218（2）：407-411.

[44] 沈欣，朱奇宏，朱捍華，等.農藝調控措施對水稻鎘積累的影響及其機理研究[J].農業環境科學學報，2015，34（8）：1449-1454.

[45] 楊小粉，劉欽云，袁向紅，等.綜合降鎘技術在不同污染程度稻田土壤下的應用效果研究[J].中國稻米，2018，24（2）：37-41.

[46] 李曉珍.豫北西部地區重度污染耕地種植結構調整探討[J].現代農業科技，2019（16）：156-157.

[47] 凌佳亨，詹思遠，張敬業.土壤重金屬污染下農業綠色發展的對策研究——基于對長株潭地區耕地的調查[J].農業部管理干部學院學報，2019（1）：33-36.

[48] 趙其國，沈仁芳，滕應，等.中國重金屬污染區耕地輪作休耕制度試點進展、問題及對策建議[J].生態環境學報，2017，26（12）：2003-2007.

[49] 張子葉，謝運河，黃伯軍，等.鎘污染稻田水分調控與石灰耦合的季節性休耕修復效應[J].湖南農業科學，2018，19（1）：33-40.

[50] 徐建明.我國農田土壤重金屬污染防治與糧食安全保障[J].中國科學院院刊，2018，33（2）：153-159.