鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

倪中應(yīng)++謝國雄++章明奎

摘 要：鎘是農(nóng)田土壤污染最為廣泛和農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)最為突出的重金屬元素，對(duì)鎘污染農(nóng)田土壤的修復(fù)一直是重金屬污染治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來，國內(nèi)外就鎘污染農(nóng)田土壤的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了大量的研究和廣泛的探索，嘗試了各類鈍化劑及農(nóng)業(yè)措施等在減控農(nóng)產(chǎn)品鎘積累的效果，提出了諸如推行低吸收作物品種、工程措施、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和農(nóng)藝調(diào)控等技術(shù)。該文分析了鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)中各類技術(shù)的應(yīng)用效果、作用機(jī)理及其限制因素，認(rèn)為分類治理和推行聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是今后我國鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：鎘污染；農(nóng)田；修復(fù)技術(shù)；農(nóng)產(chǎn)品安全；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào) X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）06-0115-06

Research Progress on Remediation Technology of Cadmium-contaminated Agricultural Soils

Ni Zhongying1 et al.

（1Agricultural and Forestry Technology Promotion Center of Tonglu County，Tonglu311500，China）

Abstract：Cadmium is one of heavy metals most widely found in the polluted agricultural soils and agricultural products in China.Remediation of cadmium contaminated farmland soils is always the key and difficult point in the treatment of heavy metal pollution of China.In recent years，a great deal of research and exploration on the remediation technologies of cadmium contaminated farmland soils have been done at both home and abroad，and the effects of various kinds of passivation agent and agricultural measures on reducing cadmium accumulation in agricultural products were studied.Several measures，such as the implementation of low absorption crop varieties，engineering measures，chemical remediation，bioremediation and agronomic regulation，had been put forward.In this paper，the application effects，mechanism and limiting factors of various techniques in remediation of cadmium contaminated soil were reviewed.It is suggested that the classification management and the implementation of joint remediation technologies are the future development of the remediation of cadmium contaminated farmland soils in China.

Key words：Cadmium pollution；Farmland；Remediation technology；Agricultural product safety；Development trend

鎘是土壤等環(huán)境中活性較強(qiáng)的一種重金屬，因毒性大、易被作物根系吸收而向籽實(shí)遷移并積累在農(nóng)產(chǎn)品中，其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響遠(yuǎn)高于其他重金屬，是我國農(nóng)田土壤污染最為廣泛和農(nóng)產(chǎn)品中超標(biāo)最為突出的重金屬元素。根據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》（環(huán)境保護(hù)部和國土資源部，2014），我國耕地土壤重金屬的總超標(biāo)率為19.4%，其中鎘的點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%，居我國土壤污染物首位[1]。同時(shí)，相關(guān)研究調(diào)查也證實(shí)，稻米等農(nóng)產(chǎn)品中普遍存在鎘的污染，在南方酸性紅壤地區(qū)尤為突出[2-4]。環(huán)境中鎘主要通過土壤-作物-食品鏈進(jìn)入人體，有關(guān)鎘污染土壤的修復(fù)一直是農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[5]，已初步形成了種植低吸收作物品種、工程措施、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和農(nóng)藝調(diào)控等鎘污染土壤修復(fù)技術(shù)[6]。這些技術(shù)主要通過以下3種途徑達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全：一是減少作物對(duì)土壤中鎘的吸收；二是改變鎘在土壤中的存在形態(tài)，使其由活化態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)；三是從土壤中去除鎘，使鎘接近或達(dá)到土壤本底水平。但目前這些技術(shù)多局限于室內(nèi)模擬研究，尚處于試驗(yàn)階段，在實(shí)際應(yīng)用中還存在較大的局限性。本文分類評(píng)述了這些修復(fù)技術(shù)的效果、作用機(jī)理及限制因素，目的是為完善與發(fā)展鎘污染農(nóng)田土壤的修復(fù)技術(shù)提供借鑒。

1 低吸收鎘作物品種的篩選

研究表明，不同農(nóng)作物對(duì)鎘的吸收和積累存在很大的差別，同類作物的不同品種之間對(duì)鎘的吸收和積累也有所不同。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可利用可食部位鎘積累較低的農(nóng)作物來避免或減控鎘進(jìn)入食物鏈，這被認(rèn)為是鎘污染土壤持續(xù)安全生產(chǎn)的一條有效途徑。

1.1 低吸收鎘作物品種 水稻、小麥和玉米等禾谷類作物的產(chǎn)品（籽實(shí)）中易積累鎘，容易喪失食用價(jià)值。水稻對(duì)鎘有較強(qiáng)的生理耐受能力和富集能力，因而水稻籽粒中的鎘積累常常較高。國內(nèi)已在小麥、水稻、大白菜、油菜、玉米、花生、番茄等農(nóng)作物上開展了鎘低積累品種的篩選研究[7-9]，并以水稻品種的篩選研究最多，不同水稻品種的鎘積累可以有1倍以上的差異[10]。例如，蔣彬等采用大田試驗(yàn)對(duì)239份稻米中鎘含量進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)[11]，不同水稻品種籽粒中鎘含量可在0.01～1.99mg/kg變化，不同基因型稻米中鎘含量差異極顯著。研究表明[12-14]：晚稻對(duì)鎘的富集性顯著大于早稻，秈稻品種糙米鎘含量高于粳稻，生育期較長的高產(chǎn)品種的糙米中鎘含量高于生育期較短的中、低產(chǎn)品種，雜交稻的鎘含量高于常規(guī)稻，普通稻鎘含量高于優(yōu)質(zhì)稻，超級(jí)稻吸收積累鎘的能力顯著高于普通雜交稻。

不同蔬菜種類對(duì)鎘的富集能力也有明顯差異[15]，鎘在蔬菜中遷移累積：莧菜>葉用萵苣>菜苔>蕹菜>芥菜；蔬菜對(duì)鎘的吸收整體表現(xiàn)為：葉菜類>花果類>塊根類[16]。成都地區(qū)的研究表明[17]，不同蔬菜對(duì)鎘的吸收：菠菜>芹菜>大白菜>韭菜>黃瓜>油菜>花菜>蕃茄>甘藍(lán)；對(duì)長沙地區(qū)的比較研究發(fā)現(xiàn)[18]，不同蔬菜對(duì)鎘的吸收能力：葉菜類>茄果類>豆類>根菜類>甘藍(lán)類>瓜類。這些研究為利用鎘低積累農(nóng)作物減免鎘污染農(nóng)田對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的危害奠定了基礎(chǔ)。

目前還沒有明確的鎘低積累作物標(biāo)準(zhǔn)，但一般認(rèn)為種植鎘低積累作物能降低農(nóng)作物的鎘吸收和積累，其食用部位鎘含量低于國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，能滿足農(nóng)產(chǎn)品安全食用的要求[19]。鎘低積累農(nóng)作物中鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)常低于1；另外，鎘低積累農(nóng)作物對(duì)鎘具有較強(qiáng)的耐受性，可正常生長在鎘污染的土壤中。

1.2 低積累機(jī)理 農(nóng)作物籽粒中鎘的積累量與作物根系的形態(tài)、根對(duì)鎘的吸收能力和生理活性、根表氧化膜以及鎘在體內(nèi)運(yùn)輸?shù)牟煌嘘P(guān)[10]。水稻根系具有向根際釋放氧氣和氧化物質(zhì)的能力，根際氧化還原電位高于土體，可使水稻土中大量的亞鐵和亞錳等還原物質(zhì)在水稻根表氧化形成鐵錳膠膜，后者可減少土壤鎘離子進(jìn)入水稻體內(nèi)[20，21]。不同水稻品種形成氧化鐵錳膠膜的能力不同，因此它們對(duì)降控鎘離子進(jìn)入水稻體內(nèi)的能力也有差異。研究還表明，金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在水稻對(duì)鎘的耐性和積累中也起著重要作用[20]。不同水稻品種的這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因有所差別，導(dǎo)致了鎘在不同水稻品種體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的差異。根系是鎘等重金屬進(jìn)入植物的門戶，根系的形態(tài)和生理活性以及根與土壤環(huán)境的相互作用都會(huì)影響植物對(duì)鎘的吸收。單位產(chǎn)量耗水量、根冠比高的水稻品種其糙米中鎘含量相對(duì)也較高[10]。

1.3 實(shí)際應(yīng)用中的限制因素 鎘低積累農(nóng)作物在控制鎘吸收的潛力有限，因此，這一技術(shù)一般只適用于輕中度鎘污染土壤的鎘污染控制。另有研究表明[22]，因不同土壤的pH值、Eh、有機(jī)質(zhì)等性狀的差異，鎘低積累作物在不同性狀的土壤中其低積累效果也會(huì)有很大的差別。但至今有關(guān)鎘低積累作物在不同土壤、氣候條件下的適應(yīng)性還不清楚，從而影響了鎘低積累作物的推廣應(yīng)用，這也是這些作物在控制鎘吸收效果不穩(wěn)定的主要原因。

2 鎘污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)

對(duì)土壤本身直接進(jìn)行處理修復(fù)污染土壤的技術(shù)包括工程措施和化學(xué)修復(fù)。工程措施包括客土法、去表土法、電修復(fù)技術(shù)、淋濾法和洗土法等?？屯练ㄊ窃谖廴镜耐寥郎霞尤胛次廴镜男峦羴砜刂莆廴就寥缹?duì)植物的危害；去表土法是將污染的表土移去來減少對(duì)植物的影響；電修復(fù)技術(shù)是通過在土壤外加一直流電場(chǎng)，在電解、電遷移、擴(kuò)散、電滲、電泳的作用下促使重金屬向陰極運(yùn)動(dòng)，通過工程化進(jìn)行收集處理；淋濾法和洗土法是運(yùn)用化學(xué)試劑與土壤重金屬離子作用來降低土壤中重金屬的濃度。目前，這些方法雖然短期內(nèi)效果顯著，但成本高、容易形成二次污染，主要用于場(chǎng)地重金屬治理，在農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)的成功案例不多。而化學(xué)鈍化治理方法就是向土壤中投入鈍化劑（抑制劑，改良劑），通過增加土壤有機(jī)質(zhì)、氧化物及粘粒的含量，改變土壤陽離子代換量、氧化還原電位（Eh）、pH值和電導(dǎo)等物理化學(xué)性質(zhì)，來降低土壤鎘等重金屬生物有效性的方法，它是當(dāng)前農(nóng)田土壤鎘污染治理的重要方法。與以上工程措施比較，化學(xué)修復(fù)方法對(duì)土壤結(jié)構(gòu)影響不大，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

2.1 化學(xué)鈍化劑的種類 常用的鈍化劑包括無機(jī)鈍化劑和有機(jī)鈍化劑兩大類，無機(jī)鈍化劑主要有工業(yè)廢棄物（鋼渣、爐渣）、石灰、赤泥、硅肥、鈣鎂磷肥、粉煤灰、白云石、粘土礦物（沸石、海泡石、膨潤土、凹凸棒石）、拮抗物質(zhì)等；有機(jī)鈍化劑主要來源于有禽畜糞便、作物秸稈、泥炭、豆科綠肥和堆肥及天然提取高分子化合物等。其中，使用石灰是目前試驗(yàn)研究中應(yīng)用較多的鈍化劑。

2.2 鈍化機(jī)理 化學(xué)鈍化的機(jī)理主要是通過改變土壤性狀來降低土壤中鎘的活性，涉及沉淀固定、吸附及離子交換、離子拮抗、螯合等作用。但對(duì)多數(shù)鈍化劑而言其作用機(jī)理往往不是單一的，常常是由多種機(jī)理共同作用。

2.2.1 沉淀/固定作用 多數(shù)鈍化劑通過該作用來降低土壤中鎘的有效性。施用石灰等堿性物質(zhì)（包括石灰、生物質(zhì)炭、白云石等）可明顯提高土壤pH，降低土壤中鎘的溶解度和活性。另外，當(dāng)土壤中施入含碳酸根離子、硅酸根離子、氫氧根離子等的鈍化劑時(shí)，鎘離子可與這些陰離子發(fā)生作用生成難溶的碳酸鎘、硅酸鎘、氫氧化鎘等沉淀，降低土壤鎘的有效性，從而抑制作物對(duì)其的吸收。例如，鈣鎂磷肥中磷酸根離子可與鎘離子結(jié)合，生成磷酸鹽沉淀[23]。

2.2.2 吸附及離子交換作用 沸石等粘土礦物具有很強(qiáng)的離子交換能力，可通過離子交換和專性吸附吸持鎘離子降低土壤中鎘的有效性。另外，施用石灰可通過提高土壤pH，增加土壤膠體表面的負(fù)電荷，增強(qiáng)對(duì)鎘離子的吸附，降低土壤中鎘的生物有效性[24]。因有機(jī)質(zhì)具有較高的比表面積和交換能力，因此，施用有機(jī)物料也能增加對(duì)鎘的吸附[25]。

2.2.3 離子拮抗作用 有研究表明，鎘能與許多營養(yǎng)元素包括鋅、硒、銅、錳、鐵、鈣、鉀、磷、氮等產(chǎn)生交互作用，它們之間的作用可以是協(xié)同、拮抗或無直接相關(guān)。鎘離子與鋅離子有相似的外層電子結(jié)構(gòu)，兩者可以互相競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入生物細(xì)胞上的結(jié)合位點(diǎn)，因此，施用鋅可抑制玉米幼苗吸收鎘。常用鎘的拮抗物質(zhì)有硫酸鋅、稀土鑭等。石灰中的Ca2+也能與Cd2+發(fā)生拮抗，降低土壤Cd2+的有效性[26]。

2.2.4 螯合作用 有機(jī)改良劑含有大量的氨基、亞氨基、酮基、羥基及硫醚等有機(jī)配位體，能與鎘等重金屬離子螯合形成難溶的螯合物，從而減輕重金屬離子的生物有效性。

2.3 應(yīng)用效果 眾多試驗(yàn)都表明鈍化效果隨鈍化劑添加量和鈍化時(shí)間的增加而增加。據(jù)報(bào)道，在赤紅壤中適當(dāng)加入石灰后，可使土壤有效態(tài)鎘含量大幅度降低；調(diào)節(jié)土壤pH值至7時(shí)能顯著降低胡蘿卜和菠菜中的鎘含量[27]。南方酸性土壤中按0.7%比例添加石灰30d后土壤中有效態(tài)鎘降低了28.17%[28]。向土壤中添加石灰和過磷酸鈣可使大米鎘含量下降45.1%[29]。生物炭是一種含碳量高、孔隙密度大、吸附能力強(qiáng)的多用途材料[30]，能明顯減少土壤中有效態(tài)鎘的含量，減少作物對(duì)重金屬鎘的吸收[31]。但生物炭的實(shí)際鈍化效果因生物炭類型、土壤類型、作物種類等條件的不同而不同。在酸性土壤中投放鈣鎂磷肥能顯著提高土壤pH，降低交換態(tài)和有效態(tài)鎘含量，顯著減少水稻對(duì)鎘吸的吸收，且其后效持久[32]。據(jù)試驗(yàn)[54]，將300kg/hm2硅肥和1 800kg/hm2鈣鎂磷肥混合施用，可使水稻增產(chǎn)33.3%～36.2%，同時(shí)糙米鎘含量下降72.1%～84.2%。施用粉煤灰也可提高土壤pH，降低鎘的遷移能力?；?g/kg堿性煤渣，可使早稻糙米鎘含量降低75.4%，晚稻糙米鎘含量降低87.9%[33]。

赤泥是在鋁土礦提煉氧化鋁的過程中產(chǎn)生的廢棄物，其對(duì)鎘的吸附容量高達(dá)22.25g/kg[34]，其對(duì)土壤中的重金屬離子有較好的固定能力，使其從可交換狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒I合氧化物狀態(tài)，從而降低土壤中重金屬離子的活動(dòng)性。赤泥可明顯提高酸性土壤的pH值，赤泥處理后有效鎘的含量可比對(duì)照處理下降31%[35]，10%用量時(shí)可使牛毛草含鎘量降低87%[36]，且其改良效果具有持續(xù)性。

用于修復(fù)土壤重金屬污染的粘土礦物主要有沸石、海泡石、凹凸棒石、伊利石、高嶺石、蒙脫石等。據(jù)試驗(yàn)，沸石可吸附土壤中鎘等重金屬，降低其生物有效性[37]，使盆栽萵苣葉片鎘濃度降低86%。與普通沸石相比，納米沸石不僅能顯著提高大白菜生物量，也能顯著降低土壤可交換態(tài)鎘含量和大白菜鎘含量及鎘積累[38]。施用海泡石能顯著促進(jìn)空心菜的生長，降低空心菜中鎘的含量[39]，減少水稻和蘿卜對(duì)鎘的吸收[40]，但其效果取決于土壤類型[41]。在鎘污染土壤中施用少量凹凸棒石，可減少鎘對(duì)玉米生長的毒害[42]。

葉面噴施鋅、硒，在富積鋅、硒的同時(shí)可使鎘的吸收降低37.01%和31.63%[43]。稀土鑭對(duì)小白菜、大豆吸收鎘有抑制作用[44]，也可抑制玉米幼苗對(duì)鎘的吸收。經(jīng)過稀土處理的大白菜，與對(duì)照相比鎘含量下降89.4%～98.08%[45]。

施用有機(jī)肥料可促使交換態(tài)鎘向有機(jī)結(jié)合態(tài)和氧化錳結(jié)合態(tài)鎘轉(zhuǎn)化[46]，從而降低土壤有效鎘含量。據(jù)報(bào)道，在小麥盆栽試驗(yàn)土壤中施加豬廄肥，能有效減少了土壤中有效態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘含量[47]；施用牛糞、豬糞等有機(jī)肥降低了土壤中DTPA提取的鎘含量[48]。稻草和紫云英可顯著降低紅壤和潮土中可交換態(tài)鎘的含量[49]。泥炭能吸附土壤中鎘等重金屬，降低其生物有效性[50]。但也有研究表明，長期施用有機(jī)肥可增加稻田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，這主要與有機(jī)肥對(duì)金屬離子的激活效應(yīng)有關(guān)。另外，在有機(jī)肥施用時(shí)需充分考慮到肥源中鎘等重金屬的含量。

2.4 存在問題 由于鈍化機(jī)理的特殊性，多數(shù)鈍化劑只是通過各種作用暫時(shí)性地降低了鎘的有效形態(tài)，隨著土壤環(huán)境的改變或其他因素的變化，土壤中鎘的形態(tài)可能隨之又恢復(fù)到之前的不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，鈍化修復(fù)容易在后期給土壤帶來二次污染的威脅。目前大部分重金屬鈍化研究都基于短期室內(nèi)試驗(yàn)，缺乏長期觀測(cè)研究，對(duì)其最合適用量和施用方法的研究相對(duì)較少，尋找鈍化劑的最佳劑量和最佳施用時(shí)期有待進(jìn)一步研究。此外，長期大量使用可能會(huì)造成土壤中某些微量元素的缺乏，不利于作物的生長。

3 鎘污染農(nóng)田土壤的生物修復(fù)

鎘污染農(nóng)田土壤的生物修復(fù)是指利用生物的某些習(xí)性來適應(yīng)、抑制和改良鎘污染，包括動(dòng)物修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù)。

3.1 動(dòng)物修復(fù)技術(shù) 動(dòng)物修復(fù)是利用土壤中的某些低等動(dòng)物如蚯蚓、鼠類等能吸收重金屬的特性，在一定程度上降低了污染土壤中重金屬含量，達(dá)到了動(dòng)物修復(fù)重金屬污染土壤的目的。目前利用低等生物進(jìn)行鎘污染修復(fù)的研究仍局限在實(shí)驗(yàn)室階段。敬佩等的研究發(fā)現(xiàn)[51]，蚯蚓對(duì)鎘具有較強(qiáng)的富集能力，富集量隨著蚯蚓培養(yǎng)時(shí)間的延長而逐漸增加。但因受低等動(dòng)物生長環(huán)境等因素制約，動(dòng)物修復(fù)效率一般，并不是一種理想的修復(fù)技術(shù)。

3.2 植物修復(fù)技術(shù) 植物修復(fù)是指利用植物吸收、吸取、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤中有毒有害污染物的技術(shù)的總稱[52]，包括植物提取、植物揮發(fā)、植物降解、植物根濾和根際微生物降解，其中植物提取修復(fù)即利用超積累植物的特性來修復(fù)鎘等重金屬污染土壤應(yīng)用最為廣泛。超積累植物的概念最早由Brooks等于1977年提出，目前已發(fā)現(xiàn)400多種，涉及近20科、500種，其中十字花科較多，主要集中于蕓薹屬、庭芥屬及遏藍(lán)菜屬。對(duì)鎘污染土壤修復(fù)效果較好的超積累植物包括十字花科、禾本科在內(nèi)的10余科植物[53-54]；我國已篩選出的鎘超高富集植物主要有東南景天、寶山堇菜、中油雜I號(hào)、蒲公英、龍葵、小白酒花、園錐南芥等。除此之外，一些觀賞性植物、農(nóng)田雜草、木本植物也是鎘污染土壤修復(fù)超積累植物來源[55-56]。某些超積累植物積累鎘的含量可在0.1%以上。

鎘超積累植物耐性機(jī)理主要有區(qū)隔化作用、抗氧化作用和螯合作用等。區(qū)隔化作用作為重金屬進(jìn)入植物體的第一道屏障，主要利用植物細(xì)胞壁中大量配體殘基通過包括離子交換、吸附、配位絡(luò)合等作用結(jié)合重金屬，影響重金屬離子向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散，以達(dá)到解毒的作用?？寡趸到y(tǒng)是植物受逆境脅迫時(shí)抵抗不良影響的重要機(jī)制，保護(hù)細(xì)胞免受氧化脅迫的損傷。植物體內(nèi)存在有機(jī)酸、氨基酸、植物螯合肽（PCs）和金屬硫蛋白（MTs）等多種金屬配位體，可與重金屬元素發(fā)生螯合作用，將離子態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成低毒或無毒的螯合態(tài)形式，從而降低了原生質(zhì)體中游離態(tài)重金屬濃度，減輕或解除了其毒害作用。

植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施較簡便、投資較少和對(duì)環(huán)境破壞小，但其也存在著一些不足，主要是這類植物往往生長緩慢、生物量低，修復(fù)周期長而難以廣泛應(yīng)用。但也有試驗(yàn)表明，通過向土壤中引入有益微生物、施用化學(xué)物質(zhì)及肥料和采取農(nóng)藝強(qiáng)化措施，促進(jìn)超積累植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高超積累植物修復(fù)鎘污染土壤的效率[57]。

3.3 微生物修復(fù)技術(shù) 某些微生物可對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行固定、遷移或轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到降毒和解毒的目的。微生物修復(fù)重金屬污染土壤的原理主要包括微生物沉淀、微生物吸附和微生物攝取。一些微生物的代謝產(chǎn)物，如S2-、PO43-能與Cd2+反應(yīng)生成沉淀，降低鎘的毒性[58]。微生物細(xì)胞壁和其分泌的胞外聚合物（EPS）含有大量的化學(xué)基團(tuán)，能直接吸附重金屬[59]，減輕或解除鎘的毒害作用。目前用于鎘污染土壤修復(fù)的微生物涵蓋了細(xì)菌（檸檬酸桿菌、芽孢桿菌、假單胞菌等）、真菌（根霉菌、青霉菌、木霉菌等）和某些小型藻類（小球藻、馬尾藻等）[53，60]。微生物鎘污染土壤修復(fù)方法作為一種綠色環(huán)保的修復(fù)技術(shù)，已引起國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的極大重視，具有廣闊的應(yīng)用前景。但該類方法修復(fù)見效速度慢、修復(fù)效果不穩(wěn)定，使得大部分微生物修復(fù)技術(shù)還局限在科研和實(shí)驗(yàn)室水平，實(shí)例研究少。

生物修復(fù)技術(shù)因具有資金投入少、操作成本低、對(duì)環(huán)境無二次污染等優(yōu)勢(shì)，在處理重金屬污染土壤方面有著廣闊的應(yīng)用前景，隨著現(xiàn)代分析科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，生物鈍化技術(shù)有望在鎘污染土壤的實(shí)地修復(fù)中發(fā)揮有效作用。但某些生物修復(fù)也不能將重金屬從土壤中永久去除，一旦土壤環(huán)境理化特性發(fā)生變化，被鈍化的重金屬離子會(huì)被重新活化。

4 鎘污染的農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)

作物對(duì)鎘的吸收受土壤質(zhì)地、pH值、Eh值、陽離子交換量（CEC）、根際環(huán)境、養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)組分等多種環(huán)境因子的影響，農(nóng)藝控制措施一般是通過多種植物組合間作、輪作以及改變土壤水分狀況和養(yǎng)分狀況等，從而達(dá)到有效降低植物對(duì)鎘的吸收的目的。

4.1 水分管理 土壤的Eh值可影響土壤鎘的有效態(tài)而影響作物對(duì)鎘的吸收，隨著Eh值的降低，土壤中水溶性鎘含量、水稻吸收鎘的總量及地上部鎘含量隨之下降。由于Eh值主要受土壤淹水狀況影響，故可通過控制土壤水分來調(diào)節(jié)Eh值，達(dá)到降低作物鎘吸收的目的[61]。水稻全生育期淹水管理可促進(jìn)土壤中產(chǎn)生H2S，后者可與Cd形成CdS沉淀，降低鎘的生物有效性[61]。張雪霞等的土壤水分管理試驗(yàn)表明，水稻籽粒中鎘積累：80%的最大田間持水量>最大田間持水量>前期淹水+抽穗揚(yáng)花期烤田>全生育期淹水，全生育期淹水管理在能保證水稻產(chǎn)量的同時(shí)，可有效降低水稻莖葉、糙米中的鎘含量。

4.2 科學(xué)施肥 施肥對(duì)植物吸收鎘也有一定的影響。不同形態(tài)的氮肥可造成土壤-作物根際環(huán)境狀況的變化，從而影響鎘在根際土壤的化學(xué)行為，導(dǎo)致鎘有效性的差異，也會(huì)影響作物對(duì)鎘的吸收。硝態(tài)氮能提高根際土壤的pH值，降低土壤鎘等重金屬的活性，促進(jìn)水稻等作物對(duì)鎘等重金屬的吸收，而銨態(tài)氮的作用則剛好相反。徐明崗等研究發(fā)現(xiàn)[62]，施用（NH4）2SO4、NH4Cl這2種氮肥至鎘污染土壤會(huì)促進(jìn)植物對(duì)鎘的吸收。由于磷肥對(duì)土壤pH值的影響，當(dāng)加入鈣鎂磷、磷酸氫鈣和磷酸二氫鉀等堿性磷肥時(shí)，pH值升高，鎘的生物有效性降低。因此，在施用磷肥時(shí)，應(yīng)考慮不同磷肥的化學(xué)性質(zhì)及土壤性質(zhì)的差異。鉀肥對(duì)土壤中鎘有效性的影響同樣表現(xiàn)在影響土壤pH值和理化性質(zhì)，在鎘污染的水稻土中采用含硫鉀肥較為適宜。賈倩等的研究表明[63]，鉀硅肥施用可顯著降低水稻莖葉和籽粒中鎘含量。胡坤等[64]采用盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鎂和硫能通過抑制鎘從秸稈向水稻籽粒的轉(zhuǎn)移來降低籽粒的鎘積累；鐵、銅、錳、硼等處理都能有效地抑制鎘從莖稈向籽粒的轉(zhuǎn)移，從而減少水稻籽粒的鎘含量；硒能改變鎘在根亞細(xì)胞的分布，增強(qiáng)鎘在根細(xì)胞壁上的吸附，從而降低水稻對(duì)鎘的吸收。

4.3 改變耕作制度 耕作管理制度也可控制農(nóng)作物中重金屬的積累。在土壤鎘污染嚴(yán)重的農(nóng)田可通過選擇抗污染的植物或不種植進(jìn)入食物鏈的植物（例如，苧麻、桑樹等）來防止農(nóng)產(chǎn)品中鎘的積累。

5 研究展望

以上分析表明，通過近30年的試驗(yàn)研究國內(nèi)外已形成了多種技術(shù)用于農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)。但由于土壤鎘污染產(chǎn)生的廣泛性及土壤生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、多樣性，現(xiàn)階段普遍推廣的土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)尚存在一些不足。其中較為突出的是現(xiàn)有技術(shù)耦合集成度低、標(biāo)準(zhǔn)化不足，難以大面積異地復(fù)制推廣。因此，今后還需加強(qiáng)農(nóng)田土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)的研究，逐步形成農(nóng)田鎘污染分區(qū)、分類、分級(jí)阻隔與鈍化阻控治理方法，創(chuàng)建高效、低成本、環(huán)境友好的阻隔與鈍化材料與產(chǎn)品，創(chuàng)建輕簡化、可復(fù)制的農(nóng)田重金屬污染阻隔與鈍化技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田鎘污染“邊修復(fù)邊生產(chǎn)”，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和人體健康，維護(hù)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為此，筆者建議從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究：

（1）做好源頭控制：由于污染土壤的治理與修復(fù)需要花費(fèi)大量的人力與資金，因此農(nóng)田土壤鎘污染控制應(yīng)從源頭抓起，以防為主，在阻禁一切鎘污染渠道的基礎(chǔ)上，發(fā)展清潔工藝，減少污染或不污染土壤。

（2）加強(qiáng)各類技術(shù)的適用性研究：應(yīng)根據(jù)鎘污染物性質(zhì)（濃度、形態(tài)）、土壤條件、氣候條件，確定相應(yīng)的治理措施。在具體研究時(shí)，應(yīng)重視研發(fā)高效、低成本的農(nóng)田鎘污染阻隔、鈍化產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)構(gòu)建。

（3）加強(qiáng)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)研究：單一的修復(fù)方法常難以適應(yīng)多種重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)，有必要采用化學(xué)、生物學(xué)聯(lián)合修復(fù)的方法，并加以優(yōu)化?；瘜W(xué)修復(fù)可以與其他修復(fù)方式（如植物修復(fù)、微生物修復(fù)等）相結(jié)合，使對(duì)重金屬污染的土壤從“減”、“控”、“阻”多方面同時(shí)進(jìn)行，保證有一個(gè)健康穩(wěn)定的土壤環(huán)境。此外，還需注重鈍化劑與肥料配合施用的技術(shù)研究，開發(fā)鈍化修復(fù)專用肥，使其既能鈍化鎘，又能保證糧食安全和節(jié)約勞力成本。

（4）加強(qiáng)開展各類技術(shù)的穩(wěn)定性和長期性研究：對(duì)于鈍化劑的選擇，要保證其對(duì)重金屬的鈍化效果明顯且簡單易行，同時(shí)，從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，鈍化劑的施入不能對(duì)土壤環(huán)境造成劇烈變化，不能對(duì)土壤的基本理化性質(zhì)產(chǎn)生相對(duì)較大的影響。

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（責(zé)編：張宏民）