基于風(fēng)險的農(nóng)田鎘污染綜合管理實(shí)踐與思考

黃伯軍，陳克云，紀(jì)雄輝，謝運(yùn)河

（1. 湖南省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟(jì)合作中心，湖南 長沙 410005；2. 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125）

湖南是一個農(nóng)業(yè)大省，自古以來就享有“九州糧倉”和“魚米之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。湖南是全國聞名的有色金屬之鄉(xiāng)，有色金屬采選開發(fā)已有數(shù)百年歷史，耕地重金屬污染歷史包袱沉重[1]。湖南重金屬污染事件頻發(fā)，尤其是以2013年“鎘米風(fēng)波”為代表的污染事件極大沖擊了湖南乃至整個南方稻米產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[2-3]。基于此，2015年湖南啟動了以控制農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)風(fēng)險為核心，全面管控農(nóng)田環(huán)境風(fēng)險、安全生產(chǎn)合格農(nóng)產(chǎn)品為目標(biāo)的世界銀行貸款湖南省農(nóng)田污染綜合管理項(xiàng)目（簡稱世行項(xiàng)目）[4]。世行項(xiàng)目借鑒并引進(jìn)國內(nèi)外農(nóng)田重金屬污染風(fēng)險管理經(jīng)驗(yàn)，在對重金屬污染農(nóng)田進(jìn)行全面風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上制定綜合管理方案，開展污染風(fēng)險分級分區(qū)的精準(zhǔn)治理，實(shí)現(xiàn)污染農(nóng)田的可持續(xù)安全生產(chǎn)，并為大面積重金屬污染農(nóng)田的安全利用提供基于風(fēng)險的綜合管理經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目實(shí)施過程

1.1 實(shí)施區(qū)域

世行項(xiàng)目涉及湘西自治州吉首市、保靖縣、花垣縣、永順縣，張家界市永定區(qū)、慈利縣，懷化市中方縣，益陽市安化縣，衡陽市衡陽縣、衡南縣，永州市冷水灘區(qū)、祁陽縣，郴州市臨武縣、宜章縣共14個縣市區(qū)。在2015—2017年對項(xiàng)目縣進(jìn)行充分摸底與調(diào)研的基礎(chǔ)上，慈利縣、衡南縣、衡陽縣、永定區(qū)等4個項(xiàng)目區(qū)于2018年率先啟動示范工作，示范面積413.33 hm2；2019年擴(kuò)大到9個縣市區(qū)，示范面積3 296.34 hm2；2020年14個項(xiàng)目縣全部啟動，示范面積6 050.54 hm2；2021年所有項(xiàng)目區(qū)整體推進(jìn)，實(shí)施面積擴(kuò)大到9 490.59 hm2（表1）。

表1 各項(xiàng)目區(qū)2018—2021年實(shí)施面積情況 （hm2）

1.2 監(jiān)測指標(biāo)與檢測方法

土壤全鎘采用HNO3-HClO4-HF（5∶1∶2，V/V）消煮，樣品消煮完全后趕酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后轉(zhuǎn)移定容；糙米鎘采用HNO3-H2O2（5∶2，V/V）微波消煮；土壤有效態(tài)鎘含量采用DTPA（二乙三胺五醋酸）提取方法進(jìn)行，稱10.00 g過20目篩的土樣，加入DTPA浸提液50 mL，震蕩2 h后過濾，稀釋20倍后待用。所有樣品鎘含量使用ICP-MS（iCap-Q，美國Thermo公司）進(jìn)行測定。

1.3 污染風(fēng)險分級

根據(jù)稻米鎘含量計算稻米重金屬鎘污染指數(shù)（Ei），并結(jié)合稻米鎘污染風(fēng)險指數(shù)確定風(fēng)險等級和技術(shù)對策（表2）。

表2 稻米鎘污染風(fēng)險分級與技術(shù)對策

式中：Ei表示農(nóng)產(chǎn)品中鎘的單因子指數(shù)；Ai表示農(nóng)產(chǎn)品中鎘的實(shí)測濃度；S'i表示農(nóng)產(chǎn)品中鎘的限量標(biāo)準(zhǔn)值。

1.4 污染農(nóng)田分區(qū)治理

基于項(xiàng)目區(qū)稻米鎘含量的空間分布特征，綜合考慮土壤理化性質(zhì)的空間分布差異以及地理地形條件、水系和污染源分布特征等對項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行治理單元的劃分。原則上，每個治理單元內(nèi)土壤和植物的鎘含量變異系數(shù)一般不超過30%，但為施工方便，完全成片的區(qū)域可根據(jù)情況適當(dāng)放寬；片區(qū)內(nèi)土壤理化性質(zhì)要求基本一致，重點(diǎn)考慮土壤pH值，各田塊與平均值相差不超過0.25個單位。

針對每個治理單元，以稻米鎘達(dá)標(biāo)為目的，以稻米鎘超標(biāo)為主預(yù)警評價指標(biāo)，分別對土壤鎘污染風(fēng)險、稻田污染源風(fēng)險、稻田生產(chǎn)管理風(fēng)險等進(jìn)行風(fēng)險分級評價，再根據(jù)關(guān)鍵風(fēng)險因子針對性地選擇低鎘水稻品種、淹水灌溉、施用石灰、施用土壤調(diào)理劑、噴施葉面阻控劑、秸稈離田等技術(shù)措施或組合，建立適合各治理單元的“一區(qū)一策”縣域化精準(zhǔn)修復(fù)技術(shù)模式，分級分區(qū)進(jìn)行污染風(fēng)險管控，逐步實(shí)現(xiàn)稻米鎘達(dá)標(biāo)。

1.5 技術(shù)推進(jìn)模式

建立了科技專家決策、企業(yè)產(chǎn)品支持、合作社實(shí)施的“科-企-社”技術(shù)推進(jìn)機(jī)制，實(shí)施主體根據(jù)不同項(xiàng)目縣地方需求，差異化選擇組織實(shí)施方式。一般以農(nóng)業(yè)合作社、大戶為實(shí)施主體，農(nóng)業(yè)合作社和大戶缺乏的項(xiàng)目區(qū)可選擇由當(dāng)?shù)卮寮w或社區(qū)參與的方式進(jìn)行，也可由村組織，村民小組實(shí)施的方式推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目實(shí)施效果與實(shí)施主體經(jīng)濟(jì)效益掛鉤，既提升了技術(shù)效果，也增加了實(shí)施主體經(jīng)濟(jì)效益。

采用縣項(xiàng)目辦申報技術(shù)措施短名單，再由省項(xiàng)目辦組織專家進(jìn)行評審，然后由各縣實(shí)施主體自主采購并實(shí)施，充分調(diào)動了基層農(nóng)民的積極性，提高了項(xiàng)目區(qū)農(nóng)民及農(nóng)業(yè)合作組織的參與度。同時，各項(xiàng)目縣實(shí)施主體通過專家指導(dǎo)進(jìn)行施用機(jī)械改裝，形成了以石灰和調(diào)理劑機(jī)械撒施、葉面阻控劑飛機(jī)噴施為主的機(jī)械化推進(jìn)方式，不斷挖掘基層創(chuàng)造創(chuàng)新能力，積極強(qiáng)化地方參與，切實(shí)加強(qiáng)技術(shù)措施落地。

1.6 技術(shù)指導(dǎo)與監(jiān)管

采用“項(xiàng)目專家-省辦專家-縣級專家”多重指導(dǎo)、第三方監(jiān)管與第三方評價相結(jié)合的項(xiàng)目過程管理方式。多重技術(shù)指導(dǎo)確保項(xiàng)目實(shí)施的科學(xué)性和實(shí)施效果；多重交叉監(jiān)管與評價相結(jié)合可確保各項(xiàng)措施的高效推進(jìn)，具有管理操作靈活和技術(shù)推進(jìn)可控的雙重優(yōu)勢，也為項(xiàng)目方案的優(yōu)化調(diào)整提供了依據(jù)，確保了技術(shù)實(shí)施效果。

為保證項(xiàng)目各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行，省、市（州）、縣（市、區(qū)）成立了相應(yīng)的省級、縣級項(xiàng)目工作聯(lián)席會議制度或領(lǐng)導(dǎo)委員會，具體負(fù)責(zé)項(xiàng)目工作的監(jiān)督指導(dǎo)。同時，按照世行貸款項(xiàng)目要求和國內(nèi)財政規(guī)定，編制了財務(wù)管理手冊，確定了項(xiàng)目資金管理辦法，規(guī)定了項(xiàng)目提款報賬的流程，采用Mis系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控報賬進(jìn)程，要求報賬與技術(shù)實(shí)施同步，并根據(jù)報賬情況動態(tài)監(jiān)管項(xiàng)目工作推進(jìn)情況。

2 效果分析

2.1 稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率

分析2018—2021年各項(xiàng)目區(qū)稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率（表3）表明，修復(fù)治理后各項(xiàng)目縣稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率整體呈上升趨勢。2018—2021年各項(xiàng)目區(qū)的平均稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率分別比基線（2015—2017年，項(xiàng)目實(shí)施前監(jiān)測數(shù)據(jù)）增加了28.16、20.79、25.23、35.04個百分點(diǎn)，平均稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率由基線的57.21%提升至2021年的92.25%。可見，項(xiàng)目針對大面積污染農(nóng)田采用基于風(fēng)險的分區(qū)精準(zhǔn)修復(fù)治理技術(shù)，顯著提升了稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率，且稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率隨實(shí)施年限的增加而增加。整體上，第一年實(shí)施的稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率提升效果較好，項(xiàng)目區(qū)后續(xù)技術(shù)的實(shí)施可在保障前一年的修復(fù)治理效果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，可見，后續(xù)技術(shù)措施的跟進(jìn)也是提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的重要保障。

表3 項(xiàng)目縣2018—2021年稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率 （%）

2.2 土壤pH值

分析2018—2021年測定各項(xiàng)目區(qū)土壤pH值結(jié)果（表4）表明，世行項(xiàng)目的實(shí)施整體上提升了土壤pH值，且土壤pH值呈逐年增加趨勢。2018—2021年的平均土壤pH值分別比基線增加了0.33、0.46、0.57、0.70個pH單位，土壤pH值趨于中性。其中，衡南縣、衡陽縣、祁陽市、宜章縣的土壤pH值提升明顯，土壤pH值分別比基線增加了1.09、0.92、1.30、1.16個pH單位，土壤皆由酸性或弱酸性調(diào)理至中性?？梢姡?xiàng)目通過施用石灰、土壤調(diào)理劑等大幅度改良了土壤酸性，提升了土壤pH值，但對中堿性土壤的土壤pH影響較小。

表4 項(xiàng)目區(qū)2018—2021年土壤pH值的變化情況

2.3 土壤有效態(tài)鎘含量

分析2018—2021年各項(xiàng)目區(qū)土壤有效態(tài)鎘含量結(jié)果（表5）表明，世行項(xiàng)目整體上降低了土壤有效態(tài)鎘含量，2018—2021年的土壤有效態(tài)鎘平均含量分別比基線降低了22.86%、28.57%、25.71%、25.71%，平均為25.71%。整體上，項(xiàng)目實(shí)施的初始階段（第1年與第2年）的土壤有效態(tài)鎘含量降低較明顯，并維持在0.26 mg/kg左右波動；但受基線土壤有效態(tài)鎘含量差異的影響，其土壤有效態(tài)鎘含量波動維持的水平存在較大差異。2021年各項(xiàng)目縣的土壤有效態(tài)鎘含量比其基線降低的范圍在-28.57%～43.24%，表明土壤有效態(tài)鎘含量可通過土壤鈍化、農(nóng)藝調(diào)理等技術(shù)措施進(jìn)行調(diào)控，其調(diào)控效果受土壤pH值、鎘污染程度等因素的影響，調(diào)控效果存在較大差異。

表5 項(xiàng)目縣2018—2021年土壤有效態(tài)鎘含量的變化情況（mg/kg）

2.4 相關(guān)分析

世行項(xiàng)目是基于稻米鎘污染風(fēng)險，逐年動態(tài)調(diào)整技術(shù)方案的大面積精準(zhǔn)對靶修復(fù)治理的示范工程。根據(jù)各項(xiàng)目區(qū)的立地條件，差異化選擇施用石灰、鈍化劑、低鎘品種、淹水灌溉等措施，以精準(zhǔn)提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率。

分析2021年各項(xiàng)目區(qū)稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率及鎘達(dá)標(biāo)率增量（2021年稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率－基線稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率）與土壤pH值、土壤有效態(tài)鎘含量的相關(guān)性（圖1）表明，稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率與土壤pH值呈正相關(guān)，而稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率增量與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)，表明稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率隨土壤pH值的提升而增加；但土壤pH值越高，其調(diào)理至中性的可調(diào)控范圍越小，通過調(diào)理土壤pH提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的效果有限。稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率與土壤有效態(tài)鎘含量呈負(fù)相關(guān)，而稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率增量與土壤有效態(tài)鎘含量呈開口向上的二次曲線關(guān)系，表明土壤有效態(tài)鎘含量越高，稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率越低；但在土壤有效態(tài)鎘含量相對較低時（＜0.29 mg/kg：拋物線頂點(diǎn)對應(yīng)的土壤有效態(tài)鎘含量），隨土壤有效態(tài)鎘含量的增加，稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率呈報酬遞減關(guān)系，可能在該范圍內(nèi)的土壤鎘有效性低，通過鈍化土壤鎘活性來提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的幾率降低；但在土壤有效態(tài)鎘含量較高時（＞0.29 mg/kg），通過鈍化土壤鎘活性提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的可能性越大，在該范圍內(nèi)通過鈍化土壤鎘活性提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的效果也越好。

圖1 項(xiàng)目縣2021年稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率及其增量與土壤pH值及土壤有效態(tài)鎘含量的相關(guān)性

由此可見，土壤pH值越低，通過施用石灰等堿性材料提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的幾率越大；且土壤pH值提升越接近中性，稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率越高。而在土壤有效態(tài)鎘含量較低時（＜0.29 mg/kg），通過施用土壤鈍化劑降低土壤鎘活性，提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的效果不理想，建議以低鎘品種、淹水灌溉、施用石灰等農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)為主；而在土壤有效態(tài)鎘含量較高時（＞0.29 mg/kg），通過鈍化技術(shù)降低土壤鎘活性，提升稻米鎘含量達(dá)標(biāo)率的效果越明顯，且土壤有效態(tài)鎘含量越高時效果越明顯，尤其在土壤有效態(tài)鎘含量高于0.29 mg/kg時施用土壤鈍化劑的修復(fù)效果更理想。

3 經(jīng)驗(yàn)與啟示

3.1 以人為本的項(xiàng)目管理理念先進(jìn)

世行項(xiàng)目在農(nóng)田污染治理過程中，堅持以人為本[5]、綠色生產(chǎn)[6-7]的理念，關(guān)注項(xiàng)目整體，主張以前瞻性和主動性來應(yīng)對變化，以一般性原則解決具體問題。基于以人為本的系統(tǒng)觀念，以消費(fèi)者健康為根本、以管理者技能為核心、以生產(chǎn)者效益為目標(biāo)，均衡配置權(quán)利和義務(wù)的關(guān)系，營造公平正義的“軟環(huán)境”，支撐和保障項(xiàng)目“硬指標(biāo)”?；谝匀藶楸镜捻?xiàng)目管理思想，無疑會為受污染耕地的安全利用注入強(qiáng)大的思想動力。

3.2 基于污染風(fēng)險的項(xiàng)目管理手段優(yōu)勢明顯

風(fēng)險管理是社會組織或者個人用以降低風(fēng)險的消極結(jié)果的決策過程，通過風(fēng)險識別、風(fēng)險估測、風(fēng)險評價，并在此基礎(chǔ)上選擇與優(yōu)化組合各種風(fēng)險管理技術(shù)，對風(fēng)險實(shí)施有效控制和妥善處理風(fēng)險所致?lián)p失的后果，從而以最小的成本收獲最大的安全保障[8-10]。世行項(xiàng)目的實(shí)施以環(huán)評、社評為前提，強(qiáng)調(diào)源頭防控與修復(fù)治理相結(jié)合，主張整體設(shè)計與動態(tài)調(diào)整的靈活變動；在項(xiàng)目實(shí)施過程中，堅持系統(tǒng)觀念，強(qiáng)調(diào)前瞻性思考、全局性謀劃、戰(zhàn)略性布局、整體性推進(jìn)，注重發(fā)揮參建各方的積極性，注重防范和化解重大風(fēng)險挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)展質(zhì)量、進(jìn)度、效益、安全相統(tǒng)一。

3.3 對癥查因?qū)Π惺┎叩木珳?zhǔn)治理方案更為系統(tǒng)

基于污染風(fēng)險分析項(xiàng)目區(qū)污染源及污染成因，再通過稻米、土壤、污染源、農(nóng)藝管理的風(fēng)險分級評價，并根據(jù)分區(qū)特點(diǎn)制定修復(fù)治理目標(biāo)，精準(zhǔn)科學(xué)選擇修復(fù)治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)修復(fù)治理效果的最大化、修復(fù)治理技術(shù)措施的經(jīng)濟(jì)化，實(shí)現(xiàn)了對癥查因斷源、對靶施策治理的精準(zhǔn)管控目的[11]。世行項(xiàng)目是基于長株潭試點(diǎn)等項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)成果，依托“VIP+n”的主體技術(shù)[12-15]，對應(yīng)急性鎘低積累水稻品種、土壤調(diào)理劑、石灰、淹水法等進(jìn)行縣域優(yōu)化，并根據(jù)各項(xiàng)目區(qū)實(shí)施效果進(jìn)行技術(shù)動態(tài)優(yōu)化調(diào)整，確保技術(shù)精準(zhǔn)對靶與高效經(jīng)濟(jì)；同時，針對灌溉水污染風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行灌溉水凈化，強(qiáng)化污染源頭風(fēng)險管控，進(jìn)一步保障了項(xiàng)目技術(shù)實(shí)施效果。

3.4 以大戶為主體的實(shí)施方式更易調(diào)動糧農(nóng)的積極性

受鎘超標(biāo)稻米“拒收”市場倒逼機(jī)制的影響，大戶糧食愁賣現(xiàn)象越來越突出，農(nóng)民主動參與的積極性越來越高[16-17]。項(xiàng)目以農(nóng)民合作組織、大戶和村民為實(shí)施主體，在全過程進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，大幅度提升能力建設(shè)；項(xiàng)目實(shí)施過程中，經(jīng)第三方分步驗(yàn)收后可立即報賬，經(jīng)費(fèi)及時有保障，大戶和農(nóng)民參與意愿更加強(qiáng)烈。

3.5 多層技術(shù)指導(dǎo)和第三方交叉監(jiān)管為項(xiàng)目實(shí)施保駕護(hù)航

農(nóng)田重金屬污染修復(fù)治理是一項(xiàng)技術(shù)性要求極高的工程，而基層科技人員缺乏，農(nóng)民對技術(shù)不熟悉，將直接影響技術(shù)效果。因此，世行項(xiàng)目及省市縣分級組建技術(shù)指導(dǎo)專家組，從總體方案、片區(qū)方案、技術(shù)實(shí)施指導(dǎo)與培訓(xùn)等全方位進(jìn)行跟蹤服務(wù)，確保項(xiàng)目的高質(zhì)量推進(jìn)。同時，將耕地修復(fù)和監(jiān)理具體工作交給專業(yè)社會服務(wù)組織承擔(dān)，充分發(fā)揮社會力量的作用，確保耕地修復(fù)技術(shù)措施充分落地到位，監(jiān)督監(jiān)管到位有效。