昌都市土壤重金屬鎘污染防范治理措施及建議

摘 要： 重金屬鎘對土壤的污染危害在我國部分地區(qū)長期存在，隨著含鎘農(nóng)藥、化肥的長期施用，生態(tài)環(huán)境較好的西藏自治區(qū)昌都市也開始出現(xiàn)土壤鎘污染問題。結(jié)合高原地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展實際，以昌都市農(nóng)業(yè)發(fā)展中重金屬鎘污染治理為例，探索昌都市耕地鎘污染防治主要措施，如優(yōu)化調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和耕作方式、調(diào)節(jié)土壤pH 值、科學施肥及控制污染物源頭等，為充分利用有限耕地資源、保障糧食安全和農(nóng)牧民群眾身體健康、改善昌都市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供參考。

關(guān)鍵詞：重金屬；鎘污染；防范治理；土壤治理；昌都市

中圖分類號：S28 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）06-0124-04

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.06.021

0 引言

重金屬鎘對土壤的污染危害在我國部分地區(qū)長期存在，隨著含鎘農(nóng)藥、化肥長期施用及塑料制品的不規(guī)范處理，生態(tài)環(huán)境較好的西藏自治區(qū)（簡稱西藏）昌都市也開始出現(xiàn)土壤鎘污染問題，根據(jù)《昌都市2019 年貢覺縣土壤重金屬鎘超標分析報告》（昌市疾控[2019] 字第167 號），昌都市貢覺縣多地存在鎘超標情況。重金屬鎘在土壤中易遷移，耕地受到鎘污染后易富集于生物體內(nèi)，人體攝入鎘污染糧食或植物體將對身體健康帶來危害。此外，昌都市可利用耕地資源緊缺，如果重金屬鎘污染情況不加以遏制消除，糧食安全將受到威脅。本研究結(jié)合高原地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展實際，以昌都市農(nóng)業(yè)發(fā)展中重金屬鎘污染防范與治理為例，探索耕地鎘污染防治措施，如優(yōu)化調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和耕作方式、調(diào)節(jié)土壤pH 值、科學施肥及控制污染物源頭等，為充分利用有限耕地資源、保障糧食安全和農(nóng)牧民群眾身體健康、改善昌都市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 鎘污染來源及危害

鎘是一種重金屬元素，不是動植物體必需元素，有一定的毒性，在土壤中易遷移，易被作物吸收，當植物體內(nèi)鎘累積到一定程度后，會直接影響其生長發(fā)育。謝偉芳等[1] 研究發(fā)現(xiàn)，鎘污染對小白菜的生長有顯著的毒害作用，影響其產(chǎn)量和品質(zhì)。人體通過食物鏈或環(huán)境吸入鎘，在體內(nèi)形成鎘流蛋白，通過血液到達全身，并有選擇性地蓄積于肝腎中；此外，在脾、胰、甲狀腺、睪丸和毛發(fā)也有一定的蓄積。鎘與含羥基、氨基、巰基的蛋白質(zhì)分子結(jié)合，能使許多酶系統(tǒng)受到抑制，從而導致鎘中毒，危害人體健康[2]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢氣、廢水如不經(jīng)處理或者處理不達標，極易造成土壤鎘污染；另外，長期使用含有鎘的農(nóng)藥、化肥、塑料薄膜等也會造成嚴重的土壤污染。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，昌都市土壤鎘污染主要來源為農(nóng)牧民對含鎘農(nóng)藥、化肥的長期不當施用，以及對含鎘的塑料包裝制品處理不當，特別是對相關(guān)含有重金屬鎘的垃圾填埋等引發(fā)土地重金屬鎘超標。

2 鎘污染治理方法

為了有效地利用土地資源，研究人員進行了大量的鎘污染土壤修復研究與實踐。土壤鎘污染修復技術(shù)主要分為活化技術(shù)和鈍化技術(shù)。活化技術(shù)主要是通過土壤淋洗或者植物吸收活化肽鎘，從而去除土壤中鎘的技術(shù)方法。鈍化技術(shù)與活化技術(shù)活化鎘相反，主要是利用化學或生物物質(zhì)對土壤中鎘的鈍化作用，使土壤中的鎘沉淀或被吸附以降低其生物有效性，進而減少鎘通過食物鏈進入植物體內(nèi)向其他環(huán)境甚至人體遷移的技術(shù)方法[3]。因昌都市地處高原，獨特的地理地貌、氣候環(huán)境使農(nóng)業(yè)發(fā)展具有特殊性，結(jié)合實際，探索了以下可行的鎘污染治理方法。

2.1 調(diào)整種植結(jié)構(gòu)

種植結(jié)構(gòu)調(diào)整主要是指遵照當?shù)刈匀画h(huán)境條件和農(nóng)作物生長規(guī)律，經(jīng)過調(diào)整種植作物規(guī)劃或改變污染土壤用途如將食用農(nóng)作物種植用地改為非食用、非飼用植物用地，從而實現(xiàn)污染土地可持續(xù)利用和土壤修復同步推進，并達到兼顧經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境效益的目的。有研究表明，寶山堇菜（Viola baoshangenisiL.） 、印度芥菜（ Brassica junicea L.） 、龍葵（Solanum nigrum L.） 和籽粒莧（ Amaranthushypochondriacus L.）等植物為鎘超富集植物，特別是籽粒莧，具有將鎘富集于根部，施加螯合劑后，顯著增強了籽粒莧對土壤重金屬鎘污染的修復效率[4]。王凱榮等[5] 試驗表明，在污染區(qū)種桑樹后土壤鎘的含量普遍下降，下降幅度8.1%～83.9%，平均37.1%，同時通過種桑養(yǎng)蠶聯(lián)合模式還可取得經(jīng)濟效益。劉云國等[6] 試驗表明，月季花對鎘有較強的富集作用，試驗觀測期間，平均每天吸收鎘1.757 6 mg/L，并且生長發(fā)育良好，可以作為鎘污染生物整治植物。但因昌都市地處高原，作物耐寒、耐旱是基本屬性要求，寶山堇菜、印度芥菜、龍葵等生物量小，環(huán)境抗逆性差，不適宜在高原地區(qū)種植。籽粒莧具有較強的耐寒能力，對于土壤要求不高，并且生物量大，對鎘脅迫耐受及富集能力強，也適宜在高原地區(qū)生長，因此可以在鎘污染地區(qū)種植籽粒莧以達到鎘污染土壤修復需求。桑樹、月季也可滿足上述要求，在高原具有悠久的種植歷史，可在鎘污染嚴重耕地推廣栽種。近年來，為有效應(yīng)對解決農(nóng)用地土壤鎘污染問題，提升種桑養(yǎng)蠶經(jīng)濟效益，昌都市相繼聯(lián)合西藏高原生態(tài)桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展院士專家團隊、西南大學桑蠶紡織與生物科學學院，開展了系列引進品種苗圃培育、繁殖嫁接穗條、野生桑蠶資源馴化等試驗及成品推廣。2023 年，昌都市完成了對引進桑樹（5 個品種，21.33 hm2）的品種篩選和田間管理，桑果產(chǎn)量達10 500 kg/hm2（數(shù)據(jù)來源于昌都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站）。桑樹在昌都市示范推廣種植，為農(nóng)用地鎘污染推廣桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展和重金屬污染治理提供了基礎(chǔ)。

昌都市耕地面積少，適宜種植作物種類品種少，青稞、小麥、玉米是主要糧食作物，從農(nóng)牧民經(jīng)濟收入考量，應(yīng)結(jié)合主要糧食作物培育特點，可將污染區(qū)作為青稞、玉米、小麥等良繁基地，收獲的果實不直接食用而是作為種子，杜絕鎘進入食物鏈，不會危害人體健康。2022 年，昌都市糧食作物種植面積4.88 萬hm2，其中青稞播種面積3.65 萬hm2，青稞良種繁育田（含一級、二級）0.267 萬hm2 左右（數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計公報），良種使用存在缺口，需向西藏其他地（市）調(diào)運，將重金屬鎘污染區(qū)開拓為青稞良種繁育基地是抑制鎘傳播進入食物鏈的有效途徑。

2.2 調(diào)整耕作方式

昌都市土壤形成時間短，以砂礫土為主，耕作層淺。吳燕玉等[7] 研究表明，77%～86% 的土壤鎘累積在30 cm 以上的土層，對于鎘輕度污染土壤，可以通過深耕，減少污染物與根系的接觸，從而降低植物對鎘的吸收。近年來，昌都市農(nóng)業(yè)機械特別是耕作機械不斷普及，大量惠農(nóng)政策對農(nóng)機購置的補貼優(yōu)惠較大，一方面鼓勵農(nóng)牧民進行機械化耕種，另一方面農(nóng)業(yè)部門可持續(xù)加大農(nóng)機購置優(yōu)惠補貼力度，滿足農(nóng)牧民購置機械、深耕作業(yè)需求。因此，農(nóng)機發(fā)展可在輕度鎘污染農(nóng)用地耕作中發(fā)揮良好作用。

2.3 調(diào)整土壤pH 值

土壤酸堿度是土壤最重要的化學性質(zhì)，對植物生長影響頗大，不僅影響植物根系對營養(yǎng)的吸收，也影響對土壤中鎘、鉻、汞和鉛等重金屬的吸收和富集。研究表明，當農(nóng)田屬于鎘輕度污染區(qū)域，pH 值總體偏酸性，旱地的鎘活性達42.2%[8]。隨著鎘污染程度升高，pH 值逐漸降低，總鎘和有效鎘含量逐漸升高[9]。李平等[10] 研究表明，土壤pH 值與土壤有效態(tài)鎘含量呈極顯著負相關(guān)，因此適當提高土壤pH 值，如在土壤中施用適量生石灰、氧化鎂、鈣基膨潤土、草木灰和赤泥等，可有效改善土壤環(huán)境，固化土壤中有效態(tài)鎘，降低植物對鎘的吸收和富集。據(jù)報道，在赤紅壤中適當加入石灰后，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 時能顯著降低胡蘿卜和菠菜中的鎘含量。赤泥是在鋁土礦提煉氧化鋁的過程中產(chǎn)生的廢棄物，可明顯提高酸性土壤的pH 值，赤泥處理后有效態(tài)鎘含量可比對照處理下降31%[11]。土壤pH 值不是固定不變的，在栽培農(nóng)作物時，首先了解所栽培作物pH值適宜范圍，定期監(jiān)測土壤pH 值，若土壤酸堿度不合適，需要進行調(diào)節(jié)改良。昌都市地處高原，屬農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)同步發(fā)展區(qū)域，農(nóng)區(qū)、半農(nóng)半牧區(qū)和牧區(qū)3 區(qū)分散融合，鑒于當前生態(tài)環(huán)境保護相關(guān)要求，焚燒青稞秸稈產(chǎn)生草木灰調(diào)整土壤pH 值已不符合實際，但可發(fā)揮高原地區(qū)優(yōu)勢，即在半農(nóng)半牧區(qū)和牧區(qū)，干牛糞仍是農(nóng)牧民主要燃料來源，焚燒后產(chǎn)生的灰土是提升土壤pH 值的有效物質(zhì)，土壤重金屬鎘污染嚴重區(qū)域農(nóng)牧民可就地、就近取材。

2.4 科學施肥

肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的投入品，一般分為化學肥料（簡稱化肥）、有機肥料和微生物肥料，目前生產(chǎn)上使用最多的是化肥和有機肥?；屎幸欢挎k，不合理及大量施用，極易造成土壤鎘污染，而有機肥如堆肥、廄肥、生物炭和植物秸稈等可以改善土壤有機質(zhì)的含量，有機質(zhì)可以增加土壤肥力和保護土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤中膠體對重金屬的吸附能力，為土壤提供絡(luò)合和螯合劑，同時由于有機質(zhì)往往具有一定還原性，對于土壤中硫化鎘的形成有較好的促進作用，能夠有效地將土壤污染重金屬固定或轉(zhuǎn)化，阻斷重金屬污染物向農(nóng)作物流動[12]。李平等[10] 研究表明，不同形態(tài)氮肥施用會影響鎘在土壤中的化學行為及其生物有效性，配施生物炭能夠調(diào)節(jié)氮肥對土壤中鎘有效性的影響，因此實際種植葉類蔬菜時需要加強氮肥管理，可在鎘污染土壤上優(yōu)先選用硝態(tài)氮肥并配合施用適量生物炭或其他有機肥，以達到修復和生產(chǎn)雙贏。陳旺等[13]研究表明，減少小麥生長后期的氮肥施用量，可減弱土壤中鎘向小麥籽粒的富集，顯著降低籽粒不同組分的鎘含量。若結(jié)合增施鋅肥亦可進一步緩解鎘污染對小麥安全品質(zhì)的影響。因此，科學施肥，提高化肥的利用率已成為刻不容緩的問題。李順江等[14] 研究表明，有機肥、化肥的合理配施可有效地控制土壤中鎘向作物遷移、富集。高廣賢等[15] 研究表明，在鹽堿土壤條件下，化肥減量配施有機肥可改善土壤理化性狀、生物學特性，促進土壤交換態(tài)鎘向有機結(jié)合態(tài)鎘的轉(zhuǎn)變，達到降低土壤有效態(tài)鎘的目的。研究認為，有機硅功能肥具有恢復土壤平衡酸堿能力，可有效鈍化重金屬離子的生物活性，阻斷作物對重金屬離子的吸收，對治理土壤鎘污染具有較好效果[16]。高原地區(qū)畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展具有高度的兼容契合性，牧區(qū)和半農(nóng)半牧區(qū)牛、羊、豬和禽等牲畜產(chǎn)生的糞便除用于燃料外，生產(chǎn)有機肥對農(nóng)作物生長、重金屬固化等均能產(chǎn)生效能。2022 年，昌都市年末牲畜總存欄量達220.59 萬頭（只、匹），其中，牛156.68 萬頭、羊37.7 萬只（數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計公報），牲畜糞便生產(chǎn)有機肥前景廣闊。因此，一方面加強對農(nóng)牧民施肥培訓指導，引導農(nóng)牧民減量施用化肥，防止過量施用帶來土壤酸化問題，并自行生產(chǎn)有機肥；另一方面引導扶持有意愿的私營企業(yè)、農(nóng)牧民等建設(shè)規(guī)模性有機肥生產(chǎn)，方便就近購置和使用有機肥。隨著近年來開展測土配方施肥技術(shù)推廣、“3414”田間肥效試驗、化肥利用率試驗、商品有機肥增施及替代試驗，有機肥項目的不斷投產(chǎn)及農(nóng)牧民自行生產(chǎn)投用，昌都市化肥施用量不斷減少，特別是在牲畜糞便利用等方面予以拓展，對重金屬鎘污染治理的同時，提升農(nóng)作物產(chǎn)量也有顯著成效，畜牧業(yè)發(fā)展促農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢已經(jīng)開始顯現(xiàn)。

2.5 控制污染物源頭

農(nóng)藥、化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，可顯著提高農(nóng)作物產(chǎn)量，但同時農(nóng)藥、化肥也是農(nóng)田土壤中重金屬鎘污染源之一，使用不當都會造成土壤鎘污染加劇[17]。如過磷酸鹽含鎘最高，其次是磷肥，因此需減少磷酸鹽等化肥施用，并且合理施用農(nóng)藥[18]。生產(chǎn)農(nóng)用塑料薄膜過程中用到的熱穩(wěn)定劑含有鎘，農(nóng)膜和塑料大棚的大量使用都可能造成土壤鎘的污染，應(yīng)盡量減少農(nóng)膜的使用，農(nóng)膜使用后應(yīng)及時回收處理。昌都市由于地處高寒區(qū)域，晝夜溫差、季節(jié)溫差極大，溫室大棚推廣普及廣泛，相關(guān)農(nóng)膜、塑料大鵬的使用及回收處理方面，將是防范農(nóng)用地重金屬鎘污染的重點部位，應(yīng)予重點關(guān)注、長期防范。生活中廣泛使用的充電電池、合金制造、顏料、塑料袋等均含有鎘等重金屬，若這些生活產(chǎn)生的固體廢棄物隨意丟棄，通過污水灌溉、污泥施肥等途徑將進入土壤產(chǎn)生污染，因此應(yīng)將生活垃圾集中分類處理回收利用，以減少農(nóng)田流入含重金屬廢棄物。

3 結(jié)束語

土壤鎘污染會直接影響到糧食和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，進而嚴重影響人類身體健康。鎘污染不僅是土壤污染問題，也是亟待解決的生態(tài)環(huán)境問題。因此，一方面應(yīng)該對鎘污染問題予以充分的重視，做到全民預(yù)防，充分認識鎘污染的危害，加大土壤重金屬污染防治工作的意義、目標和措施的宣傳力度，尤其是普及土壤鎘污染的來源、危害、防范和治理等方面知識，增強防范意識。另一方面保持長期監(jiān)測，對已發(fā)現(xiàn)的鎘污染情況，加強實地調(diào)研，全面分析污染物來源、特征和污染程度，結(jié)合土壤利用方式，因地制宜選擇合適的修復技術(shù)，根據(jù)土壤中鎘污染狀況的變化及修復的效果調(diào)整修復措施，及時總結(jié)經(jīng)驗，在未污染區(qū)域加強污染源控制，防止類似土壤污染情況再次發(fā)生。

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