黃鳳 宋磊 周浩 吳勇

摘要：隨著我國(guó)生產(chǎn)水平的提高，土壤鎘污染也越發(fā)嚴(yán)重。鎘是一種有毒元素，其作為植物和人體非必需元素，通過(guò)食物鏈最終危害人體健康。本綜述從自然來(lái)源和人為來(lái)源兩方面分析了我國(guó)土壤鎘污染的來(lái)源途徑，介紹了鎘元素在土壤中的存在形態(tài)，總結(jié)了判斷土壤鎘來(lái)源的思路和修復(fù)鎘污染土壤的研究方向，以期為土壤鎘污染的治理提供依據(jù)。

Abstract： With the improvement of China's production level， soil cadmium pollution is becoming more and more serious. Cadmium is a toxic element. As an unnecessary element for plants and humans， it is harmful to human health through the food chain. In this review， the sources of soil cadmium pollution in China were analyzed from both natural and man-made sources， the existing forms of cadmium in soil were introduced， the thinking of determining the source of soil cadmium and the research direction of remediation of soil cadmium pollution were summarized， in order to provide the basis for the treatment of soil cadmium pollution.

關(guān)鍵詞：土壤;鎘污染;來(lái)源

Key words： soil;cadmium pollution;source

中圖分類(lèi)號(hào)：X173? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）29-0225-02

0? 引言

2018年我國(guó)生產(chǎn)總值比2017年增長(zhǎng)6.6%[1]，隨著產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)水資源遭受污染，生態(tài)系統(tǒng)的平衡受到威脅[2]，全國(guó)64.2%的地級(jí)及以上的城市空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)[1]，作為陸地生物食物鏈?zhǔn)锥说耐寥酪膊荒塥?dú)善其身[3，4]。截至2014年，我國(guó)土壤污染總超標(biāo)率達(dá)16.1%，以無(wú)機(jī)污染為主，占全部超標(biāo)點(diǎn)的82.8%，不同土地利用類(lèi)型如耕地、林地、草地以及未利用地，主要污染物都有鎘，相比于其他重金屬，鎘在全國(guó)范圍內(nèi)的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)7%，是除鎳以外重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率的2.5～7.8倍[3]。據(jù)前人研究，土壤鎘污染具有毒性強(qiáng)且持久[5，6]、難降解、極易在生物體內(nèi)累積并通過(guò)食物鏈危害人體健康[7]等特點(diǎn)。鎘不是植物和人類(lèi)的必需元素，當(dāng)鎘通過(guò)接觸、攝入等途徑進(jìn)入人體內(nèi)，會(huì)在人體內(nèi)積累，形成由鎘過(guò)量造成的慢性毒性風(fēng)險(xiǎn)[8]。例如，日本神通川流域的骨痛病就是人類(lèi)食用了含鎘嚴(yán)重超標(biāo)的稻米造成的[9]。本文對(duì)我國(guó)土壤鎘污染的來(lái)源進(jìn)行了綜述，以期為土壤鎘污染的防控和修復(fù)提供依據(jù)。

1? 土壤鎘的來(lái)源

土壤鎘污染如今仍然備受人們關(guān)注，談及其來(lái)源，一般來(lái)說(shuō)，自然來(lái)源和人為來(lái)源是土壤鎘污染的兩種來(lái)源途徑。研究表明，西南巖溶地區(qū)地層風(fēng)化成土過(guò)程中經(jīng)歷元素淋失和殘留物中元素的濃縮，常導(dǎo)致土壤鎘的背景值偏高[10]。而煤礦的采礦區(qū)和工廠區(qū)附近的土壤鎘主要來(lái)源于大氣降塵或灌溉水[11，12]。

1.1 自然來(lái)源

土壤中鎘的自然來(lái)源主要是母巖的自然風(fēng)化，土壤鎘含量的高低與風(fēng)化巖石的類(lèi)型相關(guān)，廣西省龍州縣非礦區(qū)的石灰土鎘含量最高，其次為水稻土、紫色土、潮土、赤紅壤、紅壤和黃壤[13]。圖1還列出了可能會(huì)造成土壤鎘污染的一些特殊情況，如火山噴發(fā)會(huì)將賦存于地下的鎘通過(guò)氣體和熱液帶入大氣和地表土壤，自然火災(zāi)讓地表植物中的鎘重新回到土壤中，需要注意的是，只有在歷史上存在火山噴發(fā)和自然火災(zāi)的地區(qū)或附近區(qū)域才需要將此來(lái)源列入考慮。此外，土壤鎘還可能來(lái)自自然環(huán)境中揚(yáng)塵顆粒的沉積，鎘污染土壤的顆粒被風(fēng)揚(yáng)起搬運(yùn)至附近區(qū)域的土壤沉積，導(dǎo)致土壤鎘含量超標(biāo)。

1.2 人為來(lái)源

圖1列出了土壤鎘污染的多種人為來(lái)源途徑，主要有工業(yè)上含鎘礦物的開(kāi)采、運(yùn)輸、含鎘產(chǎn)品的制造、燃燒，農(nóng)業(yè)上含鎘污水的灌溉、含鎘化肥（污泥）的施用，生活上含鎘產(chǎn)品的使用、燃燒，比如電池、雷達(dá)、半導(dǎo)體原件、照相材料等含鎘的生活用品。這些含鎘的物質(zhì)在自然循環(huán)過(guò)程中，直接或者間接的對(duì)土壤產(chǎn)生污染。

土壤鎘的來(lái)源受地理位置和人類(lèi)的影響較大。在礦區(qū)附近的土壤受采礦活動(dòng)的影響很容易造成鎘超標(biāo)[14]。含鎘量高的煤礦在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致鎘元素在礦區(qū)附近的土壤表層富集，如三峽庫(kù)區(qū)的巫山建坪地區(qū)土壤鎘含量大于0.3mg/kg，且具有表層富集特征[15]。

土壤鎘污染不僅存在于礦區(qū)，含鎘產(chǎn)品的生產(chǎn)加工廠附近仍有鎘污染的可能，含鎘廢氣和含鎘污水的排放均是潛在污染源。例如，南京郊區(qū)工廠附近土壤鎘的人為來(lái)源中，大氣降塵貢獻(xiàn)率占79%，為主要污染來(lái)源，大氣降塵中的鎘元素來(lái)自附近工廠煙囪的排放[16]。太原市污灌區(qū)土壤鎘含量是背景值的3倍，且鎘含量從土壤表層往下依次降低[17]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)也易造成土壤鎘的累積，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用的化肥、地膜等含鎘物料都是工業(yè)生產(chǎn)出來(lái)的，污水灌溉所用的污水也可能是工業(yè)生產(chǎn)排出的廢水，所以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)土壤造成的鎘污染從本質(zhì)上說(shuō)就是工業(yè)污染源對(duì)土壤的間接污染。

2? 鎘的存在形態(tài)

土壤中鎘的各種不同存在形態(tài)具有不同的遷移轉(zhuǎn)化能力和毒性，決定著其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度[18]，對(duì)研究土壤鎘污染來(lái)說(shuō)意義重大。

目前，研究重金屬化學(xué)形態(tài)的方法主要有Tessier法和改進(jìn)的BCR法。按照Tessier法，土壤中鎘的存在形態(tài)有可交換態(tài)（包含水溶態(tài)）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳化合物結(jié)合態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)，穩(wěn)定性依次升高。土壤中的可交換態(tài)鎘能被植物吸收，實(shí)現(xiàn)鎘在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化。除了最穩(wěn)定的殘留態(tài)鎘不能被生物所利用，其他形態(tài)的鎘都能在一定的酸性條件下轉(zhuǎn)化為可交換態(tài)鎘，被植物吸收累積[19]。

改進(jìn)的BCR法是在Tessier法的基礎(chǔ)提出的，具有操作步驟少，竄相不嚴(yán)重，重復(fù)操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。按照改進(jìn)的BCR法，土壤鎘的存在形態(tài)有弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，穩(wěn)定性依次升高。弱酸可溶態(tài)鎘主要以Cd2+、CdCl+、CdSO4的形式存在，石灰性土壤中還以CdHCO3+的形式存在[20]，易遷移至植物體內(nèi);殘?jiān)鼞B(tài)鎘主要存在于土壤晶格中，穩(wěn)定性高，不易被植物吸收利用;可還原態(tài)和可氧化態(tài)鎘會(huì)在環(huán)境的影響下向弱酸可溶態(tài)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致土壤鎘污染影響加劇。

在稻田土紅壤鎘形態(tài)的研究中，由Tessier法和改進(jìn)的BCR法分析所得的鎘形態(tài)含量之間的相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，呈極顯著的相關(guān)性[21]，所以，以上兩種方法對(duì)土壤鎘形態(tài)的分類(lèi)測(cè)試具有異曲同工之處。

3? 結(jié)論

研究土壤鎘污染的來(lái)源，首先考慮與土壤鎘污染直接相關(guān)的大氣-水-土壤系統(tǒng)以及人為向土壤添加的物質(zhì)（如化肥、地膜等），其次考慮大氣、水、土壤中鎘的來(lái)源，進(jìn)一步找準(zhǔn)鎘的根本來(lái)源。鎘元素在土壤中只有以殘留態(tài)或殘?jiān)鼞B(tài)的形式存在時(shí)，才是最穩(wěn)定的，在土壤鎘的治理中，根據(jù)需要改變鎘的存在形式，提高土壤鎘的治理效率。

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