我国农田土壤重金属污染防治面临的问题与挑战

2.3不科学的发展方式

近年来由于劳动力成本增加和稻米Cd含量超标事件的发生，我国部分地区出现了超量施用化肥、改用进口磷肥、水稻田改菜地、双季稻改单季稻等现象，进一步加剧了土壤重金属污染的危害。

一些地区误认为超量施用化肥有助于农作物吸收营养元素，缓解重金属危害。虽然我国常用的化肥中（以氮肥、钾肥及复合肥为主）重金属含量并不高，但众多实验指出长期大量施用化肥会破坏土壤农业生态服务功能，显著增加农作物对重金属的富集。一些地区争相购买国外进口磷肥，而我国磷肥中重金属含量显著低于世界主要农业大国。以Cd为例，我国磷肥中Cd含量在0.08~3.6mgkg-1，而摩洛哥和美国磷肥中Cd含量范围分别为10~24和4~100mgkg-1。此外，虽然磷肥中重金属含量高于其他肥料，但我国由磷肥带入农田土壤重金属的通量只占输入总量的1.2%~5.9%。

近30年来我国菜地面积增加了411%，而水稻种植面积减少了20.4%。由于耕作方式差异，菜地对土壤的扰动更强，菜地肥料施用量为水稻田施肥量的近3倍，这进一步加剧了土壤环境质量的下降。Zeng等指出近30年来，我国菜地重金属污染趋势增加明显，24.1%、10.3%和9.2%的菜地Cd、Hg和As含量超出国家土壤环境质量标准。Zhang等指出水田改菜地后，土壤pH、有机质、微生物活性均显著下降，而土壤重金属活性上升。我们在湖南省某地的监测也表明水田改菜地后，土壤pH，有机质含量，C/N比及无定形Fe、Mn含量均显著降低。

1998―2006年，我国南方有1.7×106hm2双季稻改为单季稻，产量损失达1.6×107t。这不仅给我国农业生产和经济发展带来严重损失，也并未解决稻米Cd含量超标问题。我们对湖南某地的长期观测显示中稻或单季晚稻Cd含量显著高于双季稻Cd含量（数据未刊出）。由于该地民众食用自产中稻或单季晚稻的比例高达89.7%，双季稻改单季稻反而增加了民众经大米摄入Cd的健康风险。因此政府应加强对进口磷肥产品的检测，对农用地耕种模式的监督，对设施农业合理施肥知识的普及和对国家相关政策的宣传。

3风险管控困难

3.1农田土壤重金属累积趋势难以逆转

农田土壤重金属来源广泛，大气沉降、污水灌溉和化肥应用均会对农田土壤重金属的累积产生显著影响。

Luo等对我国土壤重金属输入/输出通量进行估算，结果显示大部分农田土壤重金属输入通量约为输出通量的3倍~140倍。其中农田土壤Cd年输入通量高达1417t。以我国土壤Cd平均背景值（0.097mgkg-1）为基础，在当前土壤Cd年均增量情况下（0.004mgkg-1），即使不考虑外源污染物，农田土壤Cd累积量也会在50年内超过现行土壤Cd含量标准（0.3mgkg-1）。区域农田生态系统Cd累积趋势也在逐步增加。以广泛关注的水稻田Cd污染为例，当前南方双季稻年均产量约为13.5thm-2，在符合我国稻米Cd安全质量标准（0.2mgkg-1）的情况下，种植水稻产生的Cd年输出通量为2.7ghm-2，显著低于年均Cd沉降通量（4.0ghm-2）。即使不考虑肥料和灌溉水等重金属输入途径，水稻田Cd含量也将持续增加。

我国部分地区有机肥（尤其是畜禽粪便）和污灌污水中重金属含量过高。据测算仅从养猪场的猪粪中每年带入农田的就有As230t，Cu240t和Zn900t。王美和李书田调查了我国近20年来土壤重金属含量在施用不同肥料后的变化，结果显示82.4%、76.5%、61.1%和50%的农田在施用有机肥后，土壤Cu、Zn、Cd和Pb含量较对照分别增加了0.08~13.98、0~26.5、0~0.34和1.63~5.31mgkg-1。辛术贞等指出我国污灌区农田重金属污染面积占到了污灌总面积的65%，86%的污灌区水质不符合灌溉要求，近30年来污灌污水中Cd含量有升高的趋势。

可见在整体环境质量得以改善之前，我国农田土壤重金属污染持续累积趋势难以改变。从源头上控制主要污染元素在农田土壤中的积累有助于降低农产品重金属富集风险。

3.2土壤—农作物重金属累积线性关系不显著

重金属在土壤—农作物系统中的迁移和转运受到土壤pH、有机质含量、阳离子交换量和氧化还原电位等多种因素影响，因而土壤与农作物重金属富集水平无明显定量关联。张红振等对我国近30年来土壤—农作物系统Cd累积研究进行整理，结果显示土壤与稻米、小麦和蔬菜Cd含量之间线性关系较差，污染土壤生产Cd含量不超标水稻、小麦和蔬菜，不污染土壤生产Cd超标水稻、小麦和蔬菜的现象广泛存在。我们对湖南省某地水稻田和菜地重金属含量的长期检测也证明了这一现象。

土壤与农作物重金属含量线性关系的不显著增加了粮食质量保障的复杂性，也给农田土壤重金属污染风险控制与管理带来了极大挑战。

3.3修复技术不完善

我国土壤污染修复基础研究与技术研究衔接不够，尚未形成针对农田重金属污染土壤修复的完备体系。

当前我国常用的农田污染修复技术主要集中在物理技术、化学技术、生物技术和农艺修复措施等4方面。其中物理修复技术（如客土）见效快、适用性广，但是工程量大，费用高，且我国尚未制定满足不同工程要求的客土法规程；化学修复技术（如淋洗、固化）成本低、修复材料来源广泛，但技术要求多，且缺乏针对修复副产物和修复材料的回收及处理技术规范，容易造成二次污染；生物修复技术（如超富集植物）成本低，对土壤扰动小，但大部分重金属超富集植物受区域气候条件影响较大，生物量小、生长缓慢；农艺修复措施（如水分管理、轮作等）操作简单，但修复周期长，相关技术多停留在实验研究阶段。

我国于近年设立专项资金在典型污染区域开展了一定规模的重金属污染农田修复试点工程，其中超富集植物蜈蚣草在广西环江As污染农田土壤中的选培和应用，物理、化学、生物和农艺联合修复技术在江西贵溪Cu污染农田中的应用，VIP技术模式（品种-灌溉-酸度调节模式）在湖南长株潭Cd污染水稻田中的应用，为污染农田的修复提供了技术模式和管理经验。但由于缺乏系统性、集成性的农田土壤重金属污染防治和资源化利用技术体系，我国自主研发的技术成果尚不成熟，难以完全满足当前农田土壤污染防治的现实需求，在技术储备及规模化应用上与发达国家相比还存在较大差距。

3.4修复措施风险评估机制缺失

近年来各种外来材料在我国污染农田的应用增加趋势明显。但仍缺乏针对大面积修复措施长期应用的风险评估机制。

秸秆还田是常用的农业生态修复措施之一。相关研究指出秸秆还田有助于缓解土壤酸化、增加土壤有机质和阳离子交换量，进而提高土壤对重金属的吸附量并降低农作物对重金属的富集。据Lu等估算，我国秸秆年均产量达4.5×108t，通过各种方式还田量占总量的近30%。而我们对湖南某地长期监测表明，该地区水稻秸秆Cd含量显著高于稻米Cd含量。减少该地区中等污染稻田秸秆还田量可提升稻田Cd年净输出通量至768ghm-2，即使Cd年沉降通量不变，50年内区域稻田土壤Cd含量也可降到国家土壤环境质量标准内（0.3mgkg-1）。

石灰作为来源广、价格经济，并有效提升土壤pH和降低土壤重金属活性的改良剂在我国南方水稻田大量应用。然而，Lombi等指出施用石灰后土壤复酸化现象会显著增加。我们在湖南进行的多尺度石灰（温室—小区—大田）实验也观察到这一现象，可见石灰必须在间隔一定时间后再次施用（数据未刊出）。此外大量的石灰应用会引起土壤板结，影响农作物生长。我们的研究进一步发现高石灰用量可造成土壤元素流失，反而增加了稻米Cd富集水平（数据未刊出）。

因此应建立针对秸秆、石灰、钝化剂、调理剂、改良剂等修复措施长期施用的安全性和可持续性定量评估机制，并因地制宜地加以调控，避免加剧农田土壤重金属污染的危害。