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3 从时间角度解读《公报》的镉点位超标率
从时间角度来看,我国与发达国家土壤污染存在着时间跨度的差异:发达国家的“土壤污染”发生在两百多年来的工业革命进程中,限于当初科学水平没有进行检测,而我国则发生在近30 多年改革开放过程中。我国土壤镉含量从1990 年算术平均值0.097 mg˙kg-1 上升到2014 年的点位超标(0.3 mg˙kg-1)7%,表明有大量的镉进入土壤。
有研究表明,我国年排放到大气中的镉高达2186 t,燃煤排放镉强度最高可大于0.20 kg˙km-2 。估算每年进入农田的镉高达1417 t,其中来自于大气沉降的镉高达493 t,占总量的35%;家畜粪便 778 t,占总量的 55%;很多人误以为化肥是镉的主要污染源,但来自化肥的镉为113 t,占总量的 8%,其中来自复合肥6%,磷肥2%;由于灌水进入农田的镉为30 t,占总量的2%。在进入农田的总量为1417 t 的镉中,每年通过各种途径带走的镉为178 t,也就是每年只有13%的镉被输出,而87%滞留在农田中。以耕层20cm、土壤容重为1.15 g˙cm-3 进行计算,则土壤镉含量年增0.004 mg˙kg-1,按照这个速度,从1990 年的土壤背景值起算,50 年内所有耕地土壤都将超过目前的标准(0.3 mg˙kg-1)。
以上数据不仅表明了土壤污染源,而且也表明在这数十年中有大量的镉进入土壤,造成《公报》中耕地重金属污染点位超标率达19.4%,而镉的点位超标率为7.0%。
4 从镉的特性角度解读《公报》的镉点位超标率
镉在元素地球化学中是一种分散元素,难以独立成矿。镉同铜、锌、汞、铅一样属于亲硫元素,因此镉容易与这些元素的硫化物通过同晶替代存在于这些矿产中,镉与钙的离子半径相近,因此在方解石和羟基磷灰石等矿物中镉可替代钙,因此磷矿含镉量较高。此外镉的沸点为767 益,金属冶炼、燃煤发电、露天垃圾焚烧乃至吸烟都可以将镉排放到大气中。数十年来,我国作为世界工厂,金属冶炼的地区广泛、数量庞大,煤为主要能源,加之污染防控的法律和措施执行不力,也就不难理解为什么镉在整个土壤污染的超标率变得突出了。
5 从粮食超标率看我国土壤重金属问题的核心
上述表明,我国土壤的镉含量和其他发达国家相比并不很高。但为什么我国的粮食镉超标率在近些年变得很突出,以至于2013 年“镉大米”新闻频出,而其他国家包括日本、韩国等以水稻为主要作物的国家的大米相对较为安全?这与我国在数十年来施肥结构发生变化有很大的关系。数十年来我国化肥特别是氮肥施用量不断攀升,很多学者指出,化肥施用量超过了世界225 kg˙hm-2 的警戒线近1 倍,其后果是造成了土壤的酸化,加上以燃煤为主要能源导致的酸雨,使我国土壤酸化加剧。有研究表明,我国土壤在1980 年到 2010 年整体pH 值下降0.13~0.81 个单位,这就意味着土壤酸度最高增加了6 倍多,如果是自然界慢慢变化,到这个酸化程度需要好几万年的时间。在长三角有些土壤 20 年间土壤酸度增加了10 倍,而在珠三角,30 年间耕地土壤pH 值从5.7 下降到5.4。
土壤本身对污染物具有缓冲性,土壤胶体对重金属具有很强的吸附能力。通常进入土壤中的重金属迅速被土壤胶体固定而“老化”,从而降低其对植物的有效性。但在酸性环境中,镉很难被“老化”。有研究者开展了818 d 的试验,证明除非土壤pH>6.5,否则外源(污染的)镉的有效性降低不到20%。因此可以看出我国土壤的重金属问题不在于重金属含量本身,而在于污染速度快,且土壤被酸化,导致进入土壤的重金属对作物的有效性很高。
欧美、日本等国家及我国台湾地区的大量试验表明,当土壤的酸碱度处于4.5~5.5 区间时,最容易产生镉大米。本文作者的很多试验结果也证实了这一结论,如在pH 为5.33,土壤全镉量为0.22 mg˙kg-1,品种筛选试验中的33 个品种的大米镉含量均超过我国规定的食品卫生标准(0.20 mg˙kg-1),也就是在酸性条件下,镉不超标的土壤一样产生镉大米。
6 结语
综上所述,我国土壤重金属污染问题不在于土壤镉总量,而在于数十年来大量镉快速进入土壤,且因土壤酸化导致的外源镉植物有效性很高,因而很有必要客观看待土壤污染,高度重视粮食安全。认识到这一问题有助于我国对土壤重金属污染修复的方法选择,也期待目前在向全社会征求意见的《土壤污染防治法》能在污染源削减问题上得到加强,整个土壤污染防治,不仅需要注意土壤重金属量的减少或者固定,更应该重视土壤环境质量的概念,以土壤健康为目标,构建土壤污染的防治体系。
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