齊 菲，付同剛，高 會，劉金銅①

(1.中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北 石家莊 050022；2.中國科學院大學，北京 100049)

污水灌溉指利用工業(yè)廢水或城市生活污水灌溉農(nóng)田。由于淡水供應(yīng)的不足，污水灌溉在很多國家和地區(qū)已有很長的發(fā)展歷史。德國早在16世紀就將污水用于灌溉，美國是世界上較早利用污水灌溉的國家之一，日本也因污水灌溉爆發(fā)了著名的“痛痛病”事件。全球約有7%的地區(qū)，涉及50多個國家進行污水灌溉[1]。由于我國水資源短缺以及相關(guān)法律法規(guī)的不健全，早在20世紀50年代污水灌溉就已被廣泛運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。目前，我國污灌農(nóng)田面積達140萬hm2，已報道的污灌區(qū)有131個，其中，鎘污染最為普遍，面積達1.3萬hm2，涉及11個省的25個地區(qū)[2-3]。2014年全國土壤污染調(diào)查公報顯示，鎘點位超標率高居土壤重金屬污染榜首，達7.0%。鎘是農(nóng)田土壤重金屬中主要污染物質(zhì),與其他重金屬相比，鎘具有分解周期長、移動性大、毒性高、降解難、易被作物吸收等特點。鑒于鎘的特殊性及危害性，農(nóng)田土壤鎘污染問題越來越受到眾多學者的關(guān)注。已有研究表明，北京涼鳳、石家莊欒城、沈陽沈撫、甘肅白銀、河南開封、山西惠明和新疆石河子等地污水灌溉農(nóng)田土壤中均檢測到鎘，且伴有不同程度的積累[4-5]，污水灌溉導(dǎo)致的農(nóng)田土壤鎘污染已直接影響土壤質(zhì)量及農(nóng)作物質(zhì)量。目前，國內(nèi)外污水灌溉農(nóng)田土壤鎘污染研究的總體情況、研究內(nèi)容和最新研究進展還不明確，理清上述問題，對系統(tǒng)性了解國內(nèi)外污水灌溉農(nóng)田土壤鎘污染研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢具有重要意義。

近年來，有關(guān)農(nóng)田土壤鎘污染的研究較多，但針對污灌農(nóng)田土壤鎘污染的綜述鮮見報道,對污灌農(nóng)田土壤鎘在土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)的含量特征、運移機制和修復(fù)技術(shù)方面尚缺乏系統(tǒng)總結(jié)。因此，從土壤-作物系統(tǒng)的整體視角出發(fā)，采用CiteSpace軟件對污灌導(dǎo)致的土壤重金屬污染相關(guān)文獻進行計量分析，獲取污灌農(nóng)田土壤鎘污染的發(fā)展歷程，并闡述污灌農(nóng)田土壤鎘在不同研究方向上的進展以反映污灌農(nóng)田土壤鎘的研究現(xiàn)狀，最后對污灌農(nóng)田土壤鎘污染研究中尚需加強的方面作出展望，為今后污灌農(nóng)田鎘污染土壤修復(fù)提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。

1 文獻計量分析

為探明污水灌溉農(nóng)田土壤鎘污染在研究中的發(fā)展歷程，采用CiteSpace軟件進行文獻計量分析。以中國學術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(簡稱CNKI)和SCI科學引文索引核心數(shù)據(jù)庫(簡稱WOS)為檢索源，檢索時間為2021年3月12日，期刊時間跨度均設(shè)定為1991—2020年。CNKI以“污灌”和“重金屬”為檢索主題詞，WOS以“sewage irrigation”和“heavy metal”為檢索主題詞，采用高級檢索對檢索結(jié)果逐條篩選，并刪除與該研究無關(guān)的文獻，最終得到285篇中文文獻和520篇英文文獻。

1.1 總體研究概況

文獻發(fā)文量可以反映污水灌溉土壤重金屬污染研究領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢。由圖1可知，CNKI文獻數(shù)量遠少于WOS文獻數(shù)量，在近30 a間，英文文獻發(fā)文量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，而中文文獻發(fā)文量則呈現(xiàn)波動變化，中國學者的WOS發(fā)文量在2005年之后開始緩慢增加，至2020年，中國學者的WOS發(fā)文量已超過CNKI發(fā)文量。

圖1 CNKI和WOS污水灌溉重金屬研究相關(guān)文獻發(fā)文量

根據(jù)不同年份發(fā)文量及其增長情況，將污水灌溉土壤重金屬污染研究分為：1991—2000、2001—2010和2011—2020年3個階段，并采用CiteSpace提取不同時期的前15位高頻關(guān)鍵詞(表1)。3個時間段內(nèi)，在英文文獻中，“cadmium”“zinc”“copper”3個重金屬關(guān)鍵詞均出現(xiàn)且頻次較高，隨時間推移，“cadmium”頻次逐漸增多且一直是出現(xiàn)次數(shù)最多的重金屬種類之一，說明污水灌溉土壤鎘污染相關(guān)研究在英文文獻中越來越受到關(guān)注。在中文文獻中，1991—2000年高頻關(guān)鍵詞僅有7個，這說明國內(nèi)關(guān)于污水灌溉土壤重金屬污染研究起步較晚；“重金屬”“污灌”等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次均較高，但“鎘”并未出現(xiàn)，這說明中文文獻單獨針對鎘的研究相對較少，與英文文獻差別較大。鎘具有強致癌性，是一種有毒的重金屬元素，污水灌溉引起的土壤鎘污染應(yīng)給予重點關(guān)注。

表1 污水灌溉土壤重金屬污染研究在不同時期的前15位高頻關(guān)鍵詞Table 1 The top 15 high frequency keywords in different periods on heavy metal research in sewage irrigation

1.2 污水灌溉土壤重金屬污染研究熱點的演化

關(guān)鍵詞突現(xiàn)度可以反映一段時間內(nèi)影響力較大的研究領(lǐng)域。通過分析突現(xiàn)關(guān)鍵詞，可以了解研究熱點的動態(tài)變化。通過Citespace軟件提取了中、英文文獻突現(xiàn)關(guān)鍵詞(表2～3)。

表2 1991—2020年英文文獻污水灌溉土壤重金屬污染研究突現(xiàn)關(guān)鍵詞Table 2 Keywords with bursts of heavy metal research in sewage irrigation in English literatures from 1991 to 2020

由表2可知，“cadmium”“zinc”是英文污水灌溉土壤重金屬污染研究中最早出現(xiàn)的突現(xiàn)關(guān)鍵詞，在2002年之后逐漸轉(zhuǎn)為“nickel”(鎳)和“copper”(銅)的研究，其中，鎘在1995—2006年是英文污水灌溉土壤重金屬污染研究領(lǐng)域的熱點，且鎘是研究熱點持續(xù)時間最長的重金屬種類。從突現(xiàn)詞終止年份來看，“TriticumaestivumL.”(小麥)、“amendment”(土壤改良)和“China”(中國污灌區(qū))是目前英文文獻中新興熱點。由表3可知，早年間中文文獻污水灌溉土壤重金屬污染研究熱點為“農(nóng)田土壤”，在2009年逐漸轉(zhuǎn)為污染評價方面研究。與英文文獻相比，中文文獻突現(xiàn)關(guān)鍵詞數(shù)量較少，且并未出現(xiàn)“鎘”，這說明中文文獻關(guān)于污灌農(nóng)田鎘的研究還需要進一步深入。

表3 1991—2020年中文文獻污水灌溉土壤重金屬污染研究突現(xiàn)關(guān)鍵詞Table 3 Keywords with bursts of heavy metal research in sewage irrigation in Chinese literatures from in 1991 to 2020

2 污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)中鎘研究

2.1 污灌農(nóng)田土壤與作物鎘含量特征

2.1.1鎘在污灌農(nóng)田土壤中的分布特征

要了解污灌農(nóng)田土壤鎘的污染現(xiàn)狀，首先要明確土壤鎘在水平和垂直2個方向的分布情況，國內(nèi)外學者在這方面做了大量工作。克里格插值法是目前研究污灌農(nóng)田土壤鎘的水平分布特征最有效且最常用的方法。鎘在水平方向上的分布特征有一定規(guī)律可循，主要受位置影響，污灌農(nóng)田表層土壤鎘含量大致表現(xiàn)為以污灌主河道或污染最嚴重區(qū)域為中心逐漸向周邊遞減的分布狀態(tài)[6-7]。而關(guān)于污灌農(nóng)田土壤鎘在垂直方向上的分布特征，眾多學者意見并不一致。相關(guān)研究結(jié)果表明，污灌農(nóng)田土壤鎘具有表聚性，主要集中在地表約20 cm深以內(nèi)的耕層，很少向下遷移[8-10]，表層土壤鎘含量甚至可為深層土壤的2倍多[11-12]。但也有學者研究發(fā)現(xiàn)，在30 m深[13]甚至是40 m深[14]的深層土壤中仍能檢測到鎘。最新研究結(jié)果表明，在華北平原污灌區(qū)13 m深的深層土壤鎘含量可高達3.8 mg·kg-1[13]，鎘在垂直剖面上呈現(xiàn)出不規(guī)則的分布狀態(tài)，并伴有局部范圍上低下高的情況[15-16]，這種分布模式可能是由于長時間的污灌導(dǎo)致鎘向更深土層遷移[13，15,17]，也可能是不同土壤理化性質(zhì)和成土母質(zhì)所致[18-19]，相關(guān)研究還有待進一步深入。

綜上所述，污灌農(nóng)田土壤鎘的空間分布特征，在水平方向上，污灌農(nóng)田土壤鎘的分布主要取決于距污染源距離，而在垂直方向上，鎘的分布特征目前在學術(shù)界仍存在較大爭議，尚無令人信服的結(jié)論，但多項研究結(jié)果表明長期污水灌溉可能會導(dǎo)致鎘向更深層土壤遷移。

2.1.2鎘在污灌農(nóng)田作物中的富集規(guī)律

生長在污灌農(nóng)田鎘污染土壤的作物，鎘必然會在其體內(nèi)積累，隨著污灌時間增長，也會導(dǎo)致作物可食用部位鎘含量升高[20-22]。關(guān)于鎘在作物各器官的分布，國外內(nèi)學者也進行了大量研究。一般認為，污灌農(nóng)田大多數(shù)作物吸收的鎘主要積累在根系，而地上部含量較低，各部位鎘含量由高到低通常依次為根、莖、葉和籽實[23-24]，而塊根類作物比較特殊，各部位鎘含量由高到低通常依次為莖葉和塊根[25-26]。另外，王春等[27]研究表明，污灌農(nóng)田作物鎘含量也隨著距污染源距離增大而逐漸減少。

在土壤鎘含量相同的情況下，作物種類不同，其可食部位所吸收的鎘含量也會有所差異。如董克虞等[28]和秦世學[29]研究表明塊根作物可食部位鎘含量大于籽粒類作物。張紅振等[30]通過文獻調(diào)查系統(tǒng)研究了不同作物可食部位鎘的富集能力，結(jié)果表明各類作物可食部位鎘含量由高到低依次為葉菜類、根菜類、果菜類和籽粒類。SLAVIN等[31]研究表明污灌區(qū)葉菜類作物鎘含量大于根菜類，且葉菜類作物含水量大于根菜類，這說明污灌農(nóng)田作物吸收和富集鎘所表現(xiàn)出的差異可能與作物含水量有關(guān)，也有學者認為這種差異可能是由于不同作物的生理特性及遺傳差異所致[32]。

綜上所述，鎘在同一作物不同器官以及不同作物中的富集程度差異較大，因此，可以在污灌農(nóng)田鎘污染土壤選擇種植鎘低富集作物品種或食用作物鎘富集較少部位以實現(xiàn)食品安全。

2.1.3土壤與作物鎘含量的相關(guān)性

從已有研究來看，作物鎘含量與土壤鎘的關(guān)聯(lián)特征研究通常采用相關(guān)系數(shù)分析方法，關(guān)于兩者在空間上的定量對應(yīng)關(guān)系尚不明確。

一些研究表明土壤與作物鎘含量存在明顯相關(guān)性，例如，通過盆栽試驗證明小麥[33]、水稻[34]、胡蘿卜[35]和辣椒[35]等作物鎘含量與土壤鎘全量之間均具有良好相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上。但在田間尺度上，受多種環(huán)境因素影響，相關(guān)性往往會減弱，如李宗梅[36]發(fā)現(xiàn)天津污灌區(qū)小麥籽粒鎘含量與土壤鎘含量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)僅為0.44。

還有一些研究表明兩者不存在相關(guān)性，這主要表現(xiàn)為土壤鎘污染評價結(jié)果與作物鎘污染評價結(jié)果不一致，存在“土壤鎘超標、作物鎘不超標”和“土壤鎘不超標、作物鎘超標”等鎘含量不對稱的現(xiàn)象[7,37]。如朱云等[38]發(fā)現(xiàn)廣東省樂昌縣污灌區(qū)土壤鎘含量超過GB 15618—1995《國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準限值，但生長的長豇豆果實鎘含量卻絕大多數(shù)符合國家食品衛(wèi)生標準；XUE等[12]研究表明保定污灌區(qū)48%的土壤樣品鎘含量超過GB 15618—1995的0.6 mg·kg-1安全限值，但生長的小麥和玉米籽粒鎘含量均未超標；AHMED等[37]研究也表明，研究區(qū)土壤符合孟加拉國規(guī)定限值，但生長的蔬菜鎘含量高于植物的允許限值。這主要是由于作物鎘含量更容易受土壤鎘有效態(tài)含量影響，而不是鎘全量。

綜上所述，不同研究結(jié)果表明，與盆栽試驗相比，田間試驗中土壤-作物系統(tǒng)鎘相關(guān)性不顯著，部分區(qū)域土壤與作物鎘含量存在不對稱現(xiàn)象。由于土壤與作物鎘含量的相關(guān)性不明確，因此需要深入研究鎘在土壤-作物系統(tǒng)中的運移機制，以探討兩者的定量關(guān)系。

2.1.4污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)鎘的環(huán)境風險評價

鎘污染環(huán)境風險評價通常采用單因子指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)、地累積指數(shù)、潛在生態(tài)風險和人體健康風險等評價方法，不同評價方法存在不同優(yōu)缺點，這些方法在不同污灌農(nóng)田土壤鎘污染狀況研究中均有一定使用。安婧等[39]采用潛在生態(tài)風險評價法對沈撫污灌農(nóng)田土壤鎘進行風險評估；曹春等[40]采用人體健康風險評價法評估了大寶山污灌農(nóng)田食用受污染糧食作物的健康風險，結(jié)果表明兒童和成人食用途徑攝入的鎘超過了每日允許攝入標準的5倍多；LI等[41]對華東污灌農(nóng)田5種不同土地利用類型的表層土壤進行潛在生態(tài)風險評價，發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤鎘表現(xiàn)出高比例的強和嚴重的潛在生態(tài)風險。

目前，針對污灌農(nóng)田土壤鎘環(huán)境風險評價的研究主要針對表層土壤鎘含量的分析和評價，對污灌農(nóng)田作物鎘含量的環(huán)境風險評價和人體暴露風險評價的研究相對較少，對污水灌溉導(dǎo)致鎘向深層土壤遷移的環(huán)境風險評價則更少。因此，亟需加強污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)鎘的遷移轉(zhuǎn)化方面研究，進一步明確污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)鎘污染的環(huán)境影響。

2.2 污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)鎘的運移機制

2.2.1鎘在土壤-作物系統(tǒng)中的存在形態(tài)與遷移轉(zhuǎn)化方式

目前，最常用的鎘形態(tài)提取方法為Tessier五步提取法，可提取5種形態(tài)，其風險由高到低依次為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)[42]。各形態(tài)間會隨環(huán)境條件變動而互相轉(zhuǎn)化，其中可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)容易被植物吸收，具有很大的遷移性[43]。大量研究結(jié)果表明污灌會改變農(nóng)田土壤鎘的存在形態(tài)，提高鎘的生物有效性[2,44]，與清水灌溉相比，污灌降低了鎘殘渣態(tài)占比，使鎘的遷移能力明顯提高[45]。

停止污灌后，鎘的生態(tài)風險也并未降低，如沈陽張氏污灌農(nóng)田在停止污灌15 a后，鎘的可交換態(tài)與碳酸鹽態(tài)含量之和仍高達78%[46]。這是由于鎘一旦進入土壤就很難被徹底去除，土壤中鎘只能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)，從一個地方遷移到另一個地方。因此，探明鎘從土壤向作物地上部的遷移轉(zhuǎn)化方式，對于土壤-作物系統(tǒng)中鎘污染治理具有重要意義。

污灌農(nóng)田土壤中的鎘從被作物根系吸收到在作物體內(nèi)積累是一個較為復(fù)雜的過程。首先，隨污水進入土壤中的鎘可以隨蒸騰作用在作物吸收水分時與水一起到達作物根部，也可以通過擴散作用移動到根表面[23]。然后，到達根部的鎘離子通過土壤與作物體內(nèi)的離子濃度差擴散到根細胞內(nèi)，也可以通過占用Fe2+、Zn2+和Ca2+離子通道與轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合進入根細胞內(nèi)[47]。之后，被根系吸收的鎘通過木質(zhì)部運輸?shù)角o、葉等其他部位[48]。已有研究表明，木質(zhì)部是鎘在作物體內(nèi)運輸?shù)闹匾ǖ繹49]，而這一運輸過程主要受蒸騰作用控制，蒸騰作用越強，向莖、葉運輸?shù)逆k就越多[50-51]。最后，作物葉片中的鎘可以通過再分配方式進入籽粒，也可以在籽粒灌漿期通過鎘在木質(zhì)部到韌皮部的橫向運輸進入籽粒，在這一過程中莖、節(jié)是鎘從木質(zhì)部到韌皮部轉(zhuǎn)移的中心器官[52]。蒸騰作用在作物根部吸收鎘和鎘在作物體內(nèi)運輸中都起著至關(guān)重要的作用。但在這一過程中，鎘從土壤到作物體內(nèi)的形態(tài)變化仍不明確，還需要深入研究。

2.2.2鎘在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化驅(qū)動因子

鎘的遷移轉(zhuǎn)化受到土壤pH值、有機質(zhì)含量、土壤氧化還原電位(Eh)和土壤質(zhì)地等土壤理化性質(zhì)的共同作用，土壤理化性質(zhì)主要是通過影響鎘在土壤中的形態(tài)來影響鎘的遷移能力，對于這些驅(qū)動因子，學者們已經(jīng)做了大量研究和報道。

土壤pH值是影響鎘遷移轉(zhuǎn)化的最重要驅(qū)動因子之一。土壤pH值通過改變鎘在土壤中的形態(tài)進而影響鎘在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化能力，隨著pH增大，鎘的遷移能力會降低[53]。與pH相比，土壤有機質(zhì)對鎘的遷移轉(zhuǎn)化的影響較復(fù)雜，既有正效應(yīng)，也有負效應(yīng)。一般認為，有機質(zhì)能與鎘結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而降低鎘的移動性[54]；但也有研究表明，有機質(zhì)為土壤溶液提供了有機化學物質(zhì)，可以作為螯合物提高作物對鎘的利用率[55]，溶解性有機質(zhì)(DOM)也會與鎘形成可溶性絡(luò)合物，抑制鎘沉淀，增加鎘遷移能力[56-57]。土壤氧化還原電位也是重金屬遷移轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵影響因子?？山粨Q態(tài)鎘含量會隨著土壤Eh的增大而降低，殘渣態(tài)鎘含量會隨著土壤Eh的增大而增加[58-59]。因此，適當提高土壤體系氧化還原電位，可以有效降低鎘遷移能力。土壤質(zhì)地對鎘的遷移轉(zhuǎn)化也有一定影響，不同土壤質(zhì)地中鎘移動性由高到低依次為砂土、壤土和黏土，這是因為土壤質(zhì)地越重，土壤對鎘的吸附能力就越強[60-61]，鎘淋溶程度越低，其遷移性也就越差。

綜上所述，影響土壤-作物系統(tǒng)鎘遷移轉(zhuǎn)化的因素較為復(fù)雜，可以通過調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)改變鎘形態(tài)，進而影響鎘在土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)的遷移能力。目前研究以單一驅(qū)動因子為主，且大部分為室內(nèi)試驗，污灌區(qū)田間試驗研究則相對缺乏。為全面了解土壤-作物系統(tǒng)中鎘的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，下一步建議在污灌區(qū)實地研究的基礎(chǔ)上對各驅(qū)動因子進行分析。

2.2.3鎘在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化數(shù)值模擬

鎘已經(jīng)在污灌農(nóng)田土壤中遷移了幾年甚至幾十年，其過程十分漫長，且鎘在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化受多種因素的制約和影響，因此，很難通過試驗準確模擬整個過程。為研究各驅(qū)動因子對鎘在土壤-作物系統(tǒng)中遷移特征的影響，國內(nèi)外學者嘗試采用數(shù)學模型模擬鎘在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移。應(yīng)用較多的模型為多元線性回歸模型，不同研究區(qū)的主要驅(qū)動因子也不同，常采用的驅(qū)動因子有鎘總量、鎘形態(tài)或其他土壤理化性質(zhì)[62-64]。程峰等[65]基于偏最小二乘法建立了線性回歸模型來模擬鎘的遷移過程，有效提高了數(shù)值模擬的精確度。

關(guān)于土壤-作物系統(tǒng)中鎘的遷移規(guī)律，有學者基于溶質(zhì)遷移理論采用吸附模型進行模擬，如商建英[66]采用Freundlich模型探討了pH、土壤質(zhì)地和有機質(zhì)對鎘遷移吸附的影響，焦藝博[67]基于室內(nèi)土柱淋溶試驗和HYDRUS-1D軟件建立模型對污水灌溉條件下鎘的遷移進行模擬和預(yù)測，也有學者基于重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移過程建立一套完整的數(shù)學模型[68]，這些模型均能較好模擬作物籽粒中鎘含量。

綜上所述，多個數(shù)學模型已在土壤-作物系統(tǒng)鎘遷移規(guī)律研究中得到廣泛應(yīng)用，模型的使用有利于發(fā)現(xiàn)作物鎘含量與土壤理化性質(zhì)、鎘總量和鎘形態(tài)之間的定量關(guān)系，為治理污灌農(nóng)田鎘污染土壤打下基礎(chǔ)。但受不同污灌農(nóng)田的灌溉時間、灌溉量和灌溉頻次的影響，尚未形成可以廣泛應(yīng)用的模型。

2.3 污灌農(nóng)田鎘污染土壤的修復(fù)技術(shù)

2.3.1單一修復(fù)技術(shù)在污灌農(nóng)田鎘污染中的應(yīng)用

目前污灌農(nóng)田鎘污染土壤的修復(fù)技術(shù)可分為移除修復(fù)技術(shù)和固定修復(fù)技術(shù)2大類[69]。移除修復(fù)技術(shù)是采用客土法、換土法、淋洗法或種植超富集植物等方法將鎘從土壤中移除出去；固定修復(fù)技術(shù)是使鎘盡可能多地固定在土壤中，從而抑制其進入生物鏈，從而保障農(nóng)田安全生產(chǎn)。在污灌區(qū)鎘污染土壤修復(fù)中較常用方法為種植超富集植物、施用鈍化劑和種植鎘低積累作物。

目前已發(fā)現(xiàn)的鎘超富集植物包括龍葵、東南景天、伴礦景天、籽粒莧、蓖麻、圓錐南芥、寶山堇菜、商陸和毛竹等[70-72]，這些超富集植物均可種植在污灌區(qū)從而緩解農(nóng)田土壤鎘負荷。有學者通過種植濱藜屬植物將埃及阿蘇特省污灌農(nóng)田土壤鎘含量降低14%[73]。修復(fù)鎘污染土壤常用鈍化劑包括石灰、生物炭、有機廢棄物、磷肥、海泡石、沸石、羥基磷灰石、赤泥和膨潤土[74-80]。不同性質(zhì)鈍化劑對污灌區(qū)農(nóng)田鎘污染土壤的修復(fù)效果不同。劉歡[80]在西安污灌農(nóng)田土壤中通過施加石灰石使農(nóng)田土壤鎘含量降低52%；SOHAIL等[81]在巴基斯坦費薩拉巴德市污灌農(nóng)田中施加稻殼生物炭，既降低了土壤中鎘的有效性，又降低了玉米和小麥鎘含量。對于中、輕度鎘污染土壤，可以通過種植鎘低吸收作物來有效降低農(nóng)作物污染風險，如孫洪欣[82]和孟楠[83]在河北保定污灌農(nóng)田篩選出玉米和小麥的鎘低積累品種。

值得注意的是，超富集植物都存在生物量小、修復(fù)時間長的局限性，且僅能修復(fù)0～100 cm土層[84]土壤，難以去除深層土壤中的鎘；施用鈍化劑雖簡便快捷，但需實施長期監(jiān)測，避免施加過量鈍化劑引發(fā)土壤理化性質(zhì)改變及產(chǎn)生二次污染等問題。

2.3.2聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在污灌農(nóng)田鎘污染中的應(yīng)用

相比于單一修復(fù)技術(shù)，聯(lián)合使用多種修復(fù)技術(shù)在保障污灌農(nóng)田生產(chǎn)出鎘含量不超標的農(nóng)產(chǎn)品上更具優(yōu)勢，是當前污灌農(nóng)田鎘污染土壤修復(fù)的重要研究方向。如，孟楠等[85]采用盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，基于種植高丹草、蘇丹草和狼尾草的植物修復(fù)技術(shù)并輔以間作的農(nóng)藝措施具有在河北污灌農(nóng)田實現(xiàn)小麥安全生產(chǎn)的潛力。張春慧[86]也采用盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，基于種植油料作物油葵的植物修復(fù)技術(shù)并輔以施用鈍化劑EDTA能促進油葵對鎘的富集作用，提高污灌區(qū)鎘污染土壤的修復(fù)效率。井永蘋等[87]在山東省某污灌農(nóng)田通過田間小區(qū)試驗發(fā)現(xiàn)，采用增施有機肥、鈍化劑和深翻耕等聯(lián)合修復(fù)措施能顯著降低表層土壤和小麥籽粒中鎘含量。徐應(yīng)明等[88]基于鈍化修復(fù)技術(shù)并結(jié)合施肥、種植鎘低積累吸收品種等措施，建立了針對鎘中度污染菜地土壤治理的高效鈍化修復(fù)-農(nóng)藝調(diào)控聯(lián)合技術(shù)體系，并已成功推廣。

在污灌農(nóng)田鎘污染土壤治理研究中，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)通常以植物修復(fù)為主，同時聯(lián)合農(nóng)藝措施、鈍化劑或種植低積累作物進行修復(fù)，總體上理論研究較多，示范推廣較少，從盆栽試驗到農(nóng)田生產(chǎn)、從小區(qū)試驗到大田應(yīng)用還需要進一步的驗證和推廣研究。

3 總結(jié)與展望

針對污灌農(nóng)田土壤鎘污染現(xiàn)狀，從污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)鎘含量特征、遷移機制和修復(fù)技術(shù)等方面對國內(nèi)外相關(guān)研究進行了歸納總結(jié)，旨在為污灌農(nóng)田土壤鎘污染治理和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)提供參考和理論依據(jù)。

3.1 污灌農(nóng)田鎘累積影響因素的定量化

污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)鎘含量存在不對應(yīng)的現(xiàn)象，這一方面是由于現(xiàn)行土壤環(huán)境質(zhì)量標準不完善，農(nóng)用地土壤質(zhì)量標準不應(yīng)僅針對土壤重金屬含量，還應(yīng)考慮作物重金屬含量[89]，同時要綜合考慮土壤各種理化性質(zhì)、成土母質(zhì)以及重金屬全量和有效態(tài)含量等指標；另一方面是由于目前鎘在污灌農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化和傳遞積累研究尚不夠完善，如鎘從土壤到作物體內(nèi)的形態(tài)變化仍不明確，仍需深入研究作物對鎘的吸收、轉(zhuǎn)運和累積機制，進一步加強針對不同地區(qū)及不同污染狀況的鎘污染土壤模型模擬與預(yù)測研究，構(gòu)建不同環(huán)境下鎘積累驅(qū)動因子綜合指標，明確土壤鎘含量與作物鎘含量的定量關(guān)系，從而實現(xiàn)鎘在土壤-作物系統(tǒng)內(nèi)的遷移可調(diào)控。

3.2 污灌農(nóng)田深層土壤鎘的調(diào)查與監(jiān)測

在污水灌溉地區(qū)，農(nóng)戶一般自由引水灌溉，土壤-作物系統(tǒng)中很難避免外源污染，從而產(chǎn)生交叉污染現(xiàn)象，因此鎘向深層土壤的遷移問題不可忽視。目前，研究土壤重金屬垂直遷移的方法主要包括土柱實驗法和野外取樣法，由于不同污灌農(nóng)田的灌溉時間、灌溉量和灌溉頻次不同，只能通過試驗?zāi)M方式進行研究。受土柱高度限制，一般研究較難模擬重金屬在深層土壤的遷移，而野外采樣雖能獲取深層土壤樣品卻不能進行動態(tài)模擬。因此，后續(xù)應(yīng)重點關(guān)注污水灌溉農(nóng)田深層土壤中鎘的調(diào)查與監(jiān)測，了解鎘在土壤垂直方向上的遷移范圍。

3.3 污灌農(nóng)田鎘污染土壤修復(fù)與安全利用

與其他鎘污染土壤修復(fù)不同，污水灌溉導(dǎo)致的農(nóng)田鎘污染土壤修復(fù)不僅要關(guān)注表層土壤，更要關(guān)注污水灌溉導(dǎo)致的深層土壤污染問題。污灌農(nóng)田土壤受鎘污染的同時，很可能伴隨其他重金屬污染，且不同污灌農(nóng)田土壤理化性質(zhì)、重金屬類型和污染程度也不同，因此很難通過單一修復(fù)技術(shù)達到修復(fù)目標，應(yīng)加大聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用。同時，我國耕地資源十分緊張，在污灌農(nóng)田生產(chǎn)出鎘含量不超標的農(nóng)產(chǎn)品是當前首要任務(wù)，建立長期高效可行的鎘污染土壤安全利用修復(fù)技術(shù)，實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)顯得尤為重要。