淺談土壤鎘污染的來源及存在形態

黃鳳 宋磊 周浩 吳勇

摘要：隨著我國生產水平的提高，土壤鎘污染也越發嚴重。鎘是一種有毒元素，其作為植物和人體非必需元素，通過食物鏈最終危害人體健康。本綜述從自然來源和人為來源兩方面分析了我國土壤鎘污染的來源途徑，介紹了鎘元素在土壤中的存在形態，總結了判斷土壤鎘來源的思路和修復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。

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.

關鍵詞：土壤;鎘污染;來源

Key words： soil;cadmium pollution;source

中圖分類號：X173? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0225-02

0? 引言

2018年我國生產總值比2017年增長6.6%[1]，隨著產業的迅速發展，城市化進程的不斷加快，我國水資源遭受污染，生態系統的平衡受到威脅[2]，全國64.2%的地級及以上的城市空氣質量未達標[1]，作為陸地生物食物鏈首端的土壤也不能獨善其身[3，4]。截至2014年，我國土壤污染總超標率達16.1%，以無機污染為主，占全部超標點的82.8%，不同土地利用類型如耕地、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，鎘在全國范圍內的點位超標率達7%，是除鎳以外重金屬點位超標率的2.5～7.8倍[3]。據前人研究，土壤鎘污染具有毒性強且持久[5，6]、難降解、極易在生物體內累積并通過食物鏈危害人體健康[7]等特點。鎘不是植物和人類的必需元素，當鎘通過接觸、攝入等途徑進入人體內，會在人體內積累，形成由鎘過量造成的慢性毒性風險[8]。例如，日本神通川流域的骨痛病就是人類食用了含鎘嚴重超標的稻米造成的[9]。本文對我國土壤鎘污染的來源進行了綜述，以期為土壤鎘污染的防控和修復提供依據。

1? 土壤鎘的來源

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

1.1 自然來源

土壤中鎘的自然來源主要是母巖的自然風化，土壤鎘含量的高低與風化巖石的類型相關，廣西省龍州縣非礦區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還列出了可能會造成土壤鎘污染的一些特殊情況，如火山噴發會將賦存于地下的鎘通過氣體和熱液帶入大氣和地表土壤，自然火災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和自然火災的地區或附近區域才需要將此來源列入考慮。此外，土壤鎘還可能來自自然環境中揚塵顆粒的沉積，鎘污染土壤的顆粒被風揚起搬運至附近區域的土壤沉積，導致土壤鎘含量超標。

1.2 人為來源

圖1列出了土壤鎘污染的多種人為來源途徑，主要有工業上含鎘礦物的開采、運輸、含鎘產品的制造、燃燒，農業上含鎘污水的灌溉、含鎘化肥（污泥）的施用，生活上含鎘產品的使用、燃燒，比如電池、雷達、半導體原件、照相材料等含鎘的生活用品。這些含鎘的物質在自然循環過程中，直接或者間接的對土壤產生污染。

土壤鎘的來源受地理位置和人類的影響較大。在礦區附近的土壤受采礦活動的影響很容易造成鎘超標[14]。含鎘量高的煤礦在開采過程中會導致鎘元素在礦區附近的土壤表層富集，如三峽庫區的巫山建坪地區土壤鎘含量大于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，含鎘產品的生產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，南京郊區工廠附近土壤鎘的人為來源中，大氣降塵貢獻率占79%，為主要污染來源，大氣降塵中的鎘元素來自附近工廠煙囪的排放[16]。太原市污灌區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]。

農業生產活動也易造成土壤鎘的累積，而農業生產所用的化肥、地膜等含鎘物料都是工業生產出來的，污水灌溉所用的污水也可能是工業生產排出的廢水，所以農業生產活動對土壤造成的鎘污染從本質上說就是工業污染源對土壤的間接污染。

2? 鎘的存在形態

土壤中鎘的各種不同存在形態具有不同的遷移轉化能力和毒性，決定著其對生態系統的影響程度[18]，對研究土壤鎘污染來說意義重大。

目前，研究重金屬化學形態的方法主要有Tessier法和改進的BCR法。按照Tessier法，土壤中鎘的存在形態有可交換態（包含水溶態）、碳酸鹽結合態、鐵錳化合物結合態、有機質結合態和殘留態，穩定性依次升高。土壤中的可交換態鎘能被植物吸收，實現鎘在土壤-植物系統中的遷移轉化。除了最穩定的殘留態鎘不能被生物所利用，其他形態的鎘都能在一定的酸性條件下轉化為可交換態鎘，被植物吸收累積[19]。

改進的BCR法是在Tessier法的基礎提出的，具有操作步驟少，竄相不嚴重，重復操作性強的特點。按照改進的BCR法，土壤鎘的存在形態有弱酸可溶態、可還原態、可氧化態和殘渣態，穩定性依次升高。弱酸可溶態鎘主要以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;殘渣態鎘主要存在于土壤晶格中，穩定性高，不易被植物吸收利用;可還原態和可氧化態鎘會在環境的影響下向弱酸可溶態轉變，導致土壤鎘污染影響加劇。

在稻田土紅壤鎘形態的研究中，由Tessier法和改進的BCR法分析所得的鎘形態含量之間的相關系數均在0.9以上，呈極顯著的相關性[21]，所以，以上兩種方法對土壤鎘形態的分類測試具有異曲同工之處。

3? 結論

研究土壤鎘污染的來源，首先考慮與土壤鎘污染直接相關的大氣-水-土壤系統以及人為向土壤添加的物質（如化肥、地膜等），其次考慮大氣、水、土壤中鎘的來源，進一步找準鎘的根本來源。鎘元素在土壤中只有以殘留態或殘渣態的形式存在時，才是最穩定的，在土壤鎘的治理中，根據需要改變鎘的存在形式，提高土壤鎘的治理效率。

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