农田镉砷污染防控与作物安全种植技术探讨

　　摘要：文章综述了农田镉、砷污染现状、环境风险及其来源，阻控作物镉、砷吸收的关键技术环节，包括农业投入品控制、水分管理、土壤钝化调控、叶面调理、低吸收作物品种选择与替代种植、秸秆移除削减等。结合“土十条”，提出镉、砷污染农田作物安全种植的几点思考：一是建立基于耕地-农产品污染等级的安全种植技术体系；二是采取集成农艺措施进行综合防控，重点提出作物安全种植VIRL（Variety-Input and Irrigation-Root zone and Removal of straw-Leaf blade）技术模式。该模式将源头预防（农业投入）、过程阻控（作物本身镉、砷吸收特性，影响作物地下部与地上部镉、砷吸收的各个环节）、末端治理（秸秆移除修复）高度统一起来，然后根据耕地-农产品污染等级，采取或紧或松的关键（联合）技术调控，实现镉、砷污染农田的安全种植；三是对镉、砷复合污染农田同步防控问题进行了探讨和展望。

　　关键词：农田；镉；砷；污染防治；作物安全种植；VIP+n技术模式；VIRL技术模式

　　农田土壤重金属污染日益严重，特别是镉（Cd）和砷（As），全国点位超标率分别为7.0%和2.7%[1]，同时被国际癌症研究机构定为I类致癌物[2]。鉴于二者农田污染的普遍性及对人体危害的突出性，本文围绕镉、砷，就其农田污染现状、污染防控以及污染农田作物安全种植技术展开综述和探讨，以期为我国农田镉、砷污染防治提供资料支持和参考。

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　　1.农田镉、砷污染现状

　　1.1我国农田镉、砷污染及其风险

　　我国农田镉、砷污染问题突出。沈阳张士灌区土壤镉超标严重，高达4.12 mg·kg-1 [3],北京农田砷超标率达1.8%[4]。白银郊区农田土壤镉、砷污染严重，平均含量分别高达127.3 mg·kg-1和423.5 mg·kg-1 [5]。云南沘江流域农田土壤镉、砷超标率分别为100%和16.67%[6]。湖北大冶农田土壤镉平均值高达1.41 mg·kg-1 [7]。湖南采矿区、冶炼区周边水稻土镉、砷污染严重且潜在风险高[8]。珠三角350个农田土壤代表样品，镉超标率为18.28%[9]。各地区镉、砷污染呈大面积、整体性污染态势，给农产品安全造成严重的威胁。

　　1.2农田镉、砷污染主要来源

　　农田镉、砷来源主要包括采矿冶炼等工业活动、污水灌溉、大气沉降、农业投入品等。Li等[16]综述了我国22省72矿区的土壤重金属污染状况，发现砷、镉平均 值 比 我 国II级土壤环境质量标准分别高6.5、36.5倍。采矿冶炼活动释放的砷、镉通过风力、水力扩散造成区域大面积农田污染，典型的如湘江流域[17]、刁江流域[18]、沘江流域[6]。污水灌溉也造成严重污染，全国55个污灌区1378个土壤点位中，26.4%超标，主要为镉、砷和多环芳烃[1]。大气镉、砷主要源于化石燃料燃烧、金属冶炼以及交通废气排放等，大气镉、砷污染范围广泛[19]。我国镉大气沉降农田年均输入量为4 g·hm-2 [20]，远超欧洲平均输入量（0.35 g·hm-2）[21]。我国耕地总砷的43%~85%来源于大气沉降[20]。肥料与农药也是砷的重要来源，长期使用含砷农药、杀虫剂、除草剂的农田，残留砷达到2 g·kg-1 [22]，有机肥、磷肥、污泥和畜禽粪便亦是造成耕地镉、砷污染的重要因素[23-24]。

　　2。农田镉、砷污染防控

　　我国农田镉、砷污染主要属于大面积的轻中度污染，限于人多地少的国情，必须走耕地安全利用途径，主要遵循源头预防、过程阻控和末端治理的全过程综合防控理念。

　　2.1水源与农业投入品源头预防

　　保障水源清洁是农田安全种植的重要环节。被动污灌带来的镉、砷污染越来越严重，洞庭湖水系所属湘江、耒水、资水、汨罗江等支流，水和悬浮物中砷和镉含量高[25]，给流域农田带来大面积的污染[14，26]。应加强工业、农业、水利等部门协作，建立农田污水准入制度，加强灌溉水源管理，建立污水处理设施，或通过前置池（塘）等措施实现镉、砷的沉淀，或根据农作物对镉、砷吸收能力特点，合理地安排作物类型，将污染降到最低。

　　2.2水分管理减少作物镉、砷吸收

　　水分管理影响土壤中镉、砷活性，对作物吸收影614响显著。土壤淹水可通过降低氧化还原电位加强镉与S2-的共沉淀、促进有机质、CaCO3等物质对镉的吸持，增加还原态铁、锰等阳离子，这些阳离子与镉形成竞争吸附，增加的Mn2+还可通过OsNRAMP5转移子抑制水稻根系镉吸收[30]。长期淹水下土壤交换态、碳酸盐结合态镉显著低于常规处理[31]。水稻在淹水条件下根表形成的氧化铁膜，在达到一定厚度时也能阻碍水稻根系镉吸收。水作空心菜地上部和根系镉含量较旱作处理分别降低52.2%和49.3%[32]。

　　3.镉、砷污染农田安全种植的几点思考

　　3.1建立基于耕地-农产品污染等级的安全种植技术体系

　　我国土壤环境质量标准与安全利用等主要考虑土壤污染程度，但实际上，不同农作物对镉、砷等重金属的敏感性与吸收特征差异迥异，农田土壤污染分类还应充分考虑农作物类别。镉、砷污染农田安全利用，归根结底是通过调控土壤、作物来实现。受污染耕地安全利用，应遵循农业生产规律，同步关注土壤与作物，结合食品污染物限量，构建耕地-农产品污染等级方案，在此基础上，建立基于耕地-农产品污染等级的安全种植技术体系。

　　3.2集成农艺措施与VIRL安全种植技术模式

　　大田作物在整个生育期，由于外界环境因素复杂，单独的品种选择、水肥管理、土壤调控或叶面调理等措施，难以确保农产品达标，集成农艺措施对于实现作物安全种植可能更有保障。湖南省针对镉污染，创建了“VIP+n”降镉技术模式，即“低镉品种（Variety）+合理灌溉（Irrigation）+调节酸度（pH）”。“n”指使用土壤钝化剂、叶面/根际阻控剂及其复合配方等。该技术模式降镉效果显著[68]，已成为湖南省重点推广模式。但对砷污染农田不适合。原因在于土壤砷的生物有效性随土壤pH值升高而升高，与镉几乎完全相反，对于砷及砷镉复合污染农田，调节农田土壤酸度基本没必要。

　　参考文献：

　　[1]环境保护部,国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[R]. 2014-04-17.The Ministry of Environmental Protection, The Ministry of Land andResources. Report on the national soil contamination survey[R]. 2014-04-17.

　　[2]章海波,骆永明,李远,等.土壤环境质量标准中重金属指标的筛选研究[J].土壤学报, 2014, 51（3）: 429-438.ZHANG Hai-bo, LUO Yong-ming, LI Yuan, et al. Screening of criteriafor heavy metals for revision of the National Standard for Soil Environ－mental Quality of China[J].Acta Pedologica Sinica, 2014, 51（3）:429-438.

　　[3]徐晟徽,郭书海,胡筱敏,等.沈阳张士灌区重金属污染再评价及镉的形态分析[J].应用生态学报, 2007, 18（9）: 2144-2148.XU Sheng-hui, GUO Shu-hai, HU Xiao-min，et al．Revaluation of soilheavy metals pollution in Zhangshi irrigation area of Shenyang andanalysis of Cd forms in soil[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007, 18（9）:2144-2148.

　　周莉1，2，3，郑向群1，2，丁永祯1，2*，黄宏坤4，郑顺安4，师荣光1，2，李晓华4，冯人伟1，2，王瑞刚1，2

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