农田土壤镉污染研究与治理修复建议

农田土壤镉污染研究与治理修复建议
摘要：土壤是人类赖以生息的自然资源，在我国的重金属土壤污
染中，镉污染是危害性最大的。

Cd元素已被联合国环境规划署列为全
球性意义危害化学物质之首。

镉污染会影响农作物的生长，造成土壤
的可利用性降低，同时通过食物链危害人体健康。

本文针对Cd目前
在我国的一些背景值、污染现状、形态、性质及其严重危害做一些介绍，并针对其特征提出治理建议，为农田土壤镉污染治理和修复提供
参考。

关键词：农田土壤；镉；污染；治理；
土壤是人类赖以生息的自然资源，随着人口、经济发展和矿产资
源开发利用的增长，土壤镉污染问题日益突出。

镉污染是危害性较大，会影响农作物的生长，造成土壤的可利用性降低，土壤中Cd通过食
物链富集到人体影响健康，有许多报道表明，进食少量的Cd便可能
引发严重的中毒症状。

世界卫生组织确定Cd为有限研究的食品污染物，联合国环境规划署提出12种具有全球性意义的危险化学物质，
Cd被列为首位。

1.土壤Cd污染概况
1.1土壤Cd污染现状
Cd不是人体所必需的元素，它在地壳中一般含量是0.01-2mg/kg，一般我国背景值为0.097mg/kg，【1】我国《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）》最低风险筛选值为0.3mg/kg。

在一些
铅锌矿周边，背景值会超过在0.6 mg/kg，20世纪90年代初，我国
污灌农田约1.4×106公顷，污灌对造成Cd污染耕地1.3×104公顷，
涉及11个县市的25个地区。

“十三五”以来，国家制定《土壤环
境质量-农用地土壤污染风险管控标准（试行）》对农用地土壤重金
属含量的风险筛选值和管控值做了规定，随着全国农用地土壤状况调
查相继开展，农用地土壤超筛选值、甚至管控值情况大幅增加，仅陕
南某市就发现数超风险筛选值耕地1.1×104公顷，超风险管控值耕地860余公顷。

1.2 土壤Cd污染的来源
土壤在与周围环境进行物质和能量的交换过程中，不可避免地会
有外源Cd进入土壤，进入土壤的镉会因化学作用、物理吸附以及土
壤的相对固定而不断在土壤中累积。

Cd来源较广，主要为工业、矿业、农业。

（1）工业源：工业废气是造成空气Cd污染的主要来源，工业区
周围的大气中Cd的浓度高于偏远地区，尤其在铅锌矿采选和冶炼企
业周边，年产10万吨锌金属生产线在达标排放情况下废气中Cd年排
放量约为57.6千克。

空气中Cd可以通过降雨或沉降进入土壤积累，
部分进入植物体。

矿区、镀锌厂以及与染料、塑料稳定剂、油漆及轮
胎生产有关的工业是含Cd污水的主要来源，历史上许多散乱污企业
污水未经过任何处理即被引入农田，造成大面积的污灌区土壤Cd含
量增加。

（2）矿业源：由于镉在地壳中含量低并具有高度分散性，不易形
成独立矿物，多与锌、铜、铁、锰、锡等矿伴生【2】。

镉在矿产采
选过程中，随废气（粉尘）、废水、弃渣等迁移途径进入土壤，并且
矿区背景值较高也是客观规律。

（3）农业源：长期施用含Cd的农用化肥会造成Cd在土壤中的大
量累积，其中含Cd磷肥施用的影响最为严重。

据西方国家估计，人
类活动对土壤的污染物贡献中磷肥占54%～58%，全球磷肥中平均含
Cd量为7 mg/kg，这样给全球土壤带来66 000 kg的Cd。

1.3 Cd污染的危害
Cd是植物生长的非必需元素，当Cd进入植物体内并积累达到一
定程度时，植物就会出现毒害症状，通常表现为生长迟缓、植株矮小、产量下降、质量下降等。

Cd是一种容易以危险的含量水平进入人体的高毒性重金属元素。

Cd中毒主要表现为肾脏功能的损害和肺部的损伤，导致肾皮质坏死、肾小管损害、肺气肿、肺水肿，还可以引起心脏扩
张和高血压，长期摄入Cd将会导致骨质疏松、脆化、腰病、脊柱畸形。

2. Cd在土壤中的存在形态及其影响因素
2.1 Cd在土壤中的存在形态
矿石中Cd主要为CdS和CdCO3，土壤中的Cd主要以二价镉的形式存在。

目前，国内外的学者根据Tessier法把土壤中Cd的形态分为：总量、可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物态和残
留态。

Cd及其他重金属在土壤中的存在形态十分复杂，在土壤中可以
发生溶解、螯合、络合、氧化还原、凝聚、吸附、沉淀等反应。

受土
壤组分及其在土壤中的化学行为影响，各形态之间处于一个动态平衡中，随环境条件的变化而互相转化。

2.2 Cd形态的影响因素
土壤pH、有机质、氧化还原电位（Eh）等理化性质都影响着
Cd在土壤中的溶解度和移动性，其本质是影响Cd在土壤中的化学形态。

土壤pH的改变可导致土壤中重金属化学形态的变化。

pH过低，使结合态Cd释放转化为可溶性离子，从而使土壤中游离态Cd离子浓
度升高。

提高土壤pH，土壤胶体负电荷增加，H+的竞争能力减弱，
Cd多以难溶的氢氧化物或碳酸盐及磷酸盐的形式存在，其活性大幅降低。

廖敏等人认为，Cd吸附量与pH呈相关性，pH在6以下，生物有
效态Cd含量随pH升高而增加；pH在6以上，则随pH升高而减少。

因此在受Cd污染的酸性土壤地区，撒施石灰提高土壤pH以降低镉的
有效性是治理Cd污染的一项有效措施。

有机质在土壤中可吸附易迁移的可交换态Cd，降低其生物有效性。

有机质具有大量的官能团，其比表面积和对Cd离子的吸附能力远超
任何其他的矿质胶体。

腐殖质分解形成腐殖酸可与土壤中Cd形成络
合物或鳌合物，从而降低植物对Cd的吸收。

在室内淹水培养条件下，向土壤中添加有机质，则会显著增加有机结合态Cd含量，显著降低
可交换态Cd含量。

土壤中加入有机肥同样可起到降低可交换态Cd含
量的作用。

余贵芬等人的研究表明，腐殖酸的添加使红壤中Cd的残
渣态向有机态转化，用量越大、温度越低，转化效应越明显。

Eh是影响土壤中Cd的植物有效性的重要因子。

土壤中重金属的
形态、化合价和离子浓度都会随土壤氧化还原状况变化而变化。

如在
淹水土壤中，易形成还原环境，此状态下Cd2+便转化成难溶性的CdS
存在于土壤中，使土壤中Cd2+的浓度大大降低；当土壤风干时，土壤
吸收氧气氧化环境明显，则难溶性的CdS会被氧化成可溶性的CdSO4。

因此，可通过调节土壤氧化还原电位来减少土壤中有效态Cd含量，
以减少Cd向植物中的迁移量。

3. 土壤Cd污染治理修复技术
3.1物理/化学修复技术
电动修复：向重金属污染土壤中通直流电，使金属离子在电场作
用下进行定向迁移，在电极附近富集，再进行适当的物理或化学处理。

土壤淋洗：用淋洗剂去除土壤中重金属污染物，可用于大面积、
重度污染土壤的治理。

淋洗液在淋洗土壤重金属的同时也将植物必需
的Ca和Mg等营养元素流失。

土壤淋洗后淋洗液也需要处理。

固化/稳定化：通过添加固化/稳定化药剂改变重金属的吸附、沉
淀(共沉淀)、络合作用来降低重金属在土壤中的迁移性和生物有效性。

3.2生物修复技术
利用超积累植物吸收污染土壤中的镉并在地上部积累，收割植物
地上部分达到去除污染物的目的。

杂交狼尾草和热研11号黑籽雀稗
都对提取Cd有较好的作用。

3.3农业生态修复技术
主要为因地制宜地调整种植结构，在污染土壤中种植不进入食物
链的植物，向土壤中添加石灰等物质降低镉活性，利用植物根系吸收
积累或者根系分泌物固定土壤中重金属，通过工程菌培养、微生物投
放来降低污染土壤中重金属的活性和毒性，减少Cd从土壤向作物的
转移。

4. 建议
土壤Cd污染治理与粮食安全密切相关，短期内可以采用固化/稳定化技术、向土壤中添加石灰等技术降低耕地土壤Cd的活性，达到减少Cd在农作物中的富集的目标，从长远考虑，应当采取合适的土壤淋洗技术直接大量去除耕地耕作层土壤中的Cd，达到治理镉污染、保护人体健康的目的。

参考文献
[1] 顾继光，周启星.镉污染土壤的治理及植物修复[J].生态科学，2002，21（4）：352-356.
[2]岩石矿物学杂志《镉的地球化学研究现状及展望》2005年7月，第24卷第4期，叶霖，潘自平，李朝阳等；
1。