農(nóng)田鎘砷污染防控與作物安全種植技術(shù)探討

　　摘要：文章綜述了農(nóng)田鎘、砷污染現(xiàn)狀、環(huán)境風(fēng)險及其來源，阻控作物鎘、砷吸收的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，包括農(nóng)業(yè)投入品控制、水分管理、土壤鈍化調(diào)控、葉面調(diào)理、低吸收作物品種選擇與替代種植、秸稈移除削減等。結(jié)合“土十條”，提出鎘、砷污染農(nóng)田作物安全種植的幾點思考：一是建立基于耕地-農(nóng)產(chǎn)品污染等級的安全種植技術(shù)體系；二是采取集成農(nóng)藝措施進行綜合防控，重點提出作物安全種植VIRL（Variety-Input and Irrigation-Root zone and Removal of straw-Leaf blade）技術(shù)模式。該模式將源頭預(yù)防（農(nóng)業(yè)投入）、過程阻控（作物本身鎘、砷吸收特性，影響作物地下部與地上部鎘、砷吸收的各個環(huán)節(jié)）、末端治理（秸稈移除修復(fù)）高度統(tǒng)一起來，然后根據(jù)耕地-農(nóng)產(chǎn)品污染等級，采取或緊或松的關(guān)鍵（聯(lián)合）技術(shù)調(diào)控，實現(xiàn)鎘、砷污染農(nóng)田的安全種植；三是對鎘、砷復(fù)合污染農(nóng)田同步防控問題進行了探討和展望。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)田；鎘；砷；污染防治；作物安全種植；VIP+n技術(shù)模式；VIRL技術(shù)模式

　　農(nóng)田土壤重金屬污染日益嚴重，特別是鎘（Cd）和砷（As），全國點位超標(biāo)率分別為7.0%和2.7%[1]，同時被國際癌癥研究機構(gòu)定為I類致癌物[2]。鑒于二者農(nóng)田污染的普遍性及對人體危害的突出性，本文圍繞鎘、砷，就其農(nóng)田污染現(xiàn)狀、污染防控以及污染農(nóng)田作物安全種植技術(shù)展開綜述和探討，以期為我國農(nóng)田鎘、砷污染防治提供資料支持和參考。

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　　1.農(nóng)田鎘、砷污染現(xiàn)狀

　　1.1我國農(nóng)田鎘、砷污染及其風(fēng)險

　　我國農(nóng)田鎘、砷污染問題突出。沈陽張士灌區(qū)土壤鎘超標(biāo)嚴重，高達4.12 mg·kg-1 [3],北京農(nóng)田砷超標(biāo)率達1.8%[4]。白銀郊區(qū)農(nóng)田土壤鎘、砷污染嚴重，平均含量分別高達127.3 mg·kg-1和423.5 mg·kg-1 [5]。云南沘江流域農(nóng)田土壤鎘、砷超標(biāo)率分別為100%和16.67%[6]。湖北大冶農(nóng)田土壤鎘平均值高達1.41 mg·kg-1 [7]。湖南采礦區(qū)、冶煉區(qū)周邊水稻土鎘、砷污染嚴重且潛在風(fēng)險高[8]。珠三角350個農(nóng)田土壤代表樣品，鎘超標(biāo)率為18.28%[9]。各地區(qū)鎘、砷污染呈大面積、整體性污染態(tài)勢，給農(nóng)產(chǎn)品安全造成嚴重的威脅。

　　1.2農(nóng)田鎘、砷污染主要來源

　　農(nóng)田鎘、砷來源主要包括采礦冶煉等工業(yè)活動、污水灌溉、大氣沉降、農(nóng)業(yè)投入品等。Li等[16]綜述了我國22省72礦區(qū)的土壤重金屬污染狀況，發(fā)現(xiàn)砷、鎘平均 值 比 我 國II級土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分別高6.5、36.5倍。采礦冶煉活動釋放的砷、鎘通過風(fēng)力、水力擴散造成區(qū)域大面積農(nóng)田污染，典型的如湘江流域[17]、刁江流域[18]、沘江流域[6]。污水灌溉也造成嚴重污染，全國55個污灌區(qū)1378個土壤點位中，26.4%超標(biāo)，主要為鎘、砷和多環(huán)芳烴[1]。大氣鎘、砷主要源于化石燃料燃燒、金屬冶煉以及交通廢氣排放等，大氣鎘、砷污染范圍廣泛[19]。我國鎘大氣沉降農(nóng)田年均輸入量為4 g·hm-2 [20]，遠超歐洲平均輸入量（0.35 g·hm-2）[21]。我國耕地總砷的43%~85%來源于大氣沉降[20]。肥料與農(nóng)藥也是砷的重要來源，長期使用含砷農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑的農(nóng)田，殘留砷達到2 g·kg-1 [22]，有機肥、磷肥、污泥和畜禽糞便亦是造成耕地鎘、砷污染的重要因素[23-24]。

　　2。農(nóng)田鎘、砷污染防控

　　我國農(nóng)田鎘、砷污染主要屬于大面積的輕中度污染，限于人多地少的國情，必須走耕地安全利用途徑，主要遵循源頭預(yù)防、過程阻控和末端治理的全過程綜合防控理念。

　　2.1水源與農(nóng)業(yè)投入品源頭預(yù)防

　　保障水源清潔是農(nóng)田安全種植的重要環(huán)節(jié)。被動污灌帶來的鎘、砷污染越來越嚴重，洞庭湖水系所屬湘江、耒水、資水、汨羅江等支流，水和懸浮物中砷和鎘含量高[25]，給流域農(nóng)田帶來大面積的污染[14，26]。應(yīng)加強工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利等部門協(xié)作，建立農(nóng)田污水準(zhǔn)入制度，加強灌溉水源管理，建立污水處理設(shè)施，或通過前置池（塘）等措施實現(xiàn)鎘、砷的沉淀，或根據(jù)農(nóng)作物對鎘、砷吸收能力特點，合理地安排作物類型，將污染降到最低。

　　2.2水分管理減少作物鎘、砷吸收

　　水分管理影響土壤中鎘、砷活性，對作物吸收影614響顯著。土壤淹水可通過降低氧化還原電位加強鎘與S2-的共沉淀、促進有機質(zhì)、CaCO3等物質(zhì)對鎘的吸持，增加還原態(tài)鐵、錳等陽離子，這些陽離子與鎘形成競爭吸附，增加的Mn2+還可通過OsNRAMP5轉(zhuǎn)移子抑制水稻根系鎘吸收[30]。長期淹水下土壤交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘顯著低于常規(guī)處理[31]。水稻在淹水條件下根表形成的氧化鐵膜，在達到一定厚度時也能阻礙水稻根系鎘吸收。水作空心菜地上部和根系鎘含量較旱作處理分別降低52.2%和49.3%[32]。

　　3.鎘、砷污染農(nóng)田安全種植的幾點思考

　　3.1建立基于耕地-農(nóng)產(chǎn)品污染等級的安全種植技術(shù)體系

　　我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與安全利用等主要考慮土壤污染程度，但實際上，不同農(nóng)作物對鎘、砷等重金屬的敏感性與吸收特征差異迥異，農(nóng)田土壤污染分類還應(yīng)充分考慮農(nóng)作物類別。鎘、砷污染農(nóng)田安全利用，歸根結(jié)底是通過調(diào)控土壤、作物來實現(xiàn)。受污染耕地安全利用，應(yīng)遵循農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)律，同步關(guān)注土壤與作物，結(jié)合食品污染物限量，構(gòu)建耕地-農(nóng)產(chǎn)品污染等級方案，在此基礎(chǔ)上，建立基于耕地-農(nóng)產(chǎn)品污染等級的安全種植技術(shù)體系。

　　3.2集成農(nóng)藝措施與VIRL安全種植技術(shù)模式

　　大田作物在整個生育期，由于外界環(huán)境因素復(fù)雜，單獨的品種選擇、水肥管理、土壤調(diào)控或葉面調(diào)理等措施，難以確保農(nóng)產(chǎn)品達標(biāo)，集成農(nóng)藝措施對于實現(xiàn)作物安全種植可能更有保障。湖南省針對鎘污染，創(chuàng)建了“VIP+n”降鎘技術(shù)模式，即“低鎘品種（Variety）+合理灌溉（Irrigation）+調(diào)節(jié)酸度（pH）”。“n”指使用土壤鈍化劑、葉面/根際阻控劑及其復(fù)合配方等。該技術(shù)模式降鎘效果顯著[68]，已成為湖南省重點推廣模式。但對砷污染農(nóng)田不適合。原因在于土壤砷的生物有效性隨土壤pH值升高而升高，與鎘幾乎完全相反，對于砷及砷鎘復(fù)合污染農(nóng)田，調(diào)節(jié)農(nóng)田土壤酸度基本沒必要。

　　參考文獻：

　　[1]環(huán)境保護部,國土資源部.全國土壤污染狀況調(diào)查公報[R]. 2014-04-17.The Ministry of Environmental Protection, The Ministry of Land andResources. Report on the national soil contamination survey[R]. 2014-04-17.

　　[2]章海波,駱永明,李遠,等.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中重金屬指標(biāo)的篩選研究[J].土壤學(xué)報, 2014, 51（3）: 429-438.ZHANG Hai-bo, LUO Yong-ming, LI Yuan, et al. Screening of criteriafor heavy metals for revision of the National Standard for Soil Environ－mental Quality of China[J].Acta Pedologica Sinica, 2014, 51（3）:429-438.

　　[3]徐晟徽,郭書海,胡筱敏,等.沈陽張士灌區(qū)重金屬污染再評價及鎘的形態(tài)分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2007, 18（9）: 2144-2148.XU Sheng-hui, GUO Shu-hai, HU Xiao-min，et al．Revaluation of soilheavy metals pollution in Zhangshi irrigation area of Shenyang andanalysis of Cd forms in soil[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007, 18（9）:2144-2148.

　　周莉1，2，3，鄭向群1，2，丁永禎1，2*，黃宏坤4，鄭順安4，師榮光1，2，李曉華4，馮人偉1，2，王瑞剛1，2

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