陳能場 鄭煜基 何曉峰 李小飛 張曉霞

2014年4月17日環(huán)保部聯(lián)合國土部公布了《全國土壤污染狀況調查公報》（以下簡稱《公報》），為便于公眾理解《公報》內容，新華社記者秦迎編制了“從數字看我國土壤污染現(xiàn)狀”概要圖。但時至今日，仍有很多人對這張圖充滿困惑，有些人將點位超標率誤當超標面積，很多人對鎘的點位超標率高達 7.0%甚為不解。就此，作者從鎘的特性、標準和時間、空間、糧食超標率等角度做一些解讀。

1 從標準角度解讀《公報》的土壤鎘點位超標率

超標率的計算基礎是土壤環(huán)境質量標準（或者特定的評價參比值），標準的高低影響超標率的數值。自從 20世紀中葉日本發(fā)生因為長期食用鎘超標稻米而導致痛痛病的事件之后，很多國家先后對土壤鎘含量制定了標準。目前，在全球所有的土壤標準中，鎘的標準值有400個，最低的是2005年拉脫維亞制定的0.08 mg·kg－1，最高值為美國俄亥俄州環(huán)保局規(guī)定的83000 mg·kg－1，相差 6個數量級（百萬倍），這些標準值的90%都在100 mg·kg－1以內。

對于農田，各個國家的標準也很不一致，我國農地鎘標準為鎘總量 0.3 mg·kg－1（pH＞7.5為0.6 mg·kg－1），而我國臺灣制定的鎘標準高達 5.0 mg·kg－1，相差15.7倍，英國2002年制定的標準為2.0 mg·kg－1也是我國標準的6.7倍。除了丹麥和芬蘭由于實施總量控制法管理土壤重金屬，所定的標準也是 0.3 mg·kg－1之外，其他所有國家的耕地鎘含量均高于我國，如捷克為 0.4 mg·kg－1，加拿大為0.5 mg·kg－1，瑞士和荷蘭為0.8 mg·kg－1，愛爾蘭為 1.0 mg·kg－1，東歐（俄羅斯、烏克蘭、摩爾達維亞和白俄羅斯）為2.0 mg·kg－1，德國沙土設定0.4 mg·kg－1，黏土設定1.5 mg·kg－1。大多數國家以土壤鎘全量為標準設定依據，韓國例外，以 0.1 mol·L－1鹽酸提取態(tài)鎘設置管制標準 1.5 mg·kg－1、整治標準4.0 mg·kg－1，而日本考慮鎘在土壤—水稻之間關系的復雜性，不設定土壤的鎘標準，而設定糙米鎘含量1.0 mg·kg－1為標準。不論以何種形式設定標準，我國和丹麥、芬蘭的耕地鎘標準是最低的，因此我國耕地土壤的鎘超標率高達 7.0%，其實是與我國實行最低的標準有關，以其他國家的土壤鎘標準來計算，則我國耕地土壤的鎘超標率會顯著降低。

2 從空間角度解讀《公報》的鎘點位超標率

1990年《中華人民共和國土壤環(huán)境背景值圖集》公布的全國范圍內調查的4095個分析樣點，其鎘算術平均值為 0.097 mg·kg－1，幾何平均值為 0.074 mg·kg－1，中位數為 0.079 mg·kg－1，95%置信限為0.017～0.333 mg·kg－1，而在美國1986年發(fā)表的36個州偏遠地區(qū)的作物生產區(qū)農業(yè)土壤（刻意避開污染）的 3305個點的鎘中位數為0.2 mg·kg－1，算數平均值為0.27 mg·kg－1，95%置信限為 0.005～2.4 mg·kg－1。可以看出同在這個時期，美國作物生產區(qū)的土壤鎘的含量比我國要高得多，平均值接近我國土壤鎘環(huán)境質量標準0.3 mg·kg－1。

很多國家都對土壤進行了詳細調查，如英國以5 km×5 km尺度調查全英土壤5692個點，鎘的平均值高達 0.7 mg·kg－1，荷蘭調查 708個點鎘平均值為 0.5 mg·kg－1，中位數為 0.4 mg·kg－1，瑞典調查 5138個點，鎘平均值為 0.24 mg·kg－1，中位數為 0.19 mg·kg－1（2010 年數據），日本稻田土壤的鎘平均值為0.45 mg·kg－1，可以看出這些國家的土壤鎘含量都相當高，如果用我國的土壤鎘標準來評價以上國家的土壤鎘含量，則這些國家的土壤都已經超標。從空間角度來看，以上這些發(fā)達國家“土壤污染”相當嚴重，而相比之下我國的7%的點位超標率（其中輕微5.2%，輕度0.8%，中度0.5%，重度0.5%）并不嚴重。

3 從時間角度解讀《公報》的鎘點位超標率

從時間角度來看，我國與發(fā)達國家土壤污染存在著時間跨度的差異：發(fā)達國家的“土壤污染”發(fā)生在兩百多年來的工業(yè)革命進程中，限于當初科學水平沒有進行檢測，而我國則發(fā)生在近 30多年改革開放過程中。我國土壤鎘含量從1990年算術平均值0.097 mg·kg－1上升到2014 年的點位超標（0.3 mg·kg－1）7%，表明有大量的鎘進入土壤。

有研究表明，我國年排放到大氣中的鎘高達2186 t，燃煤排放鎘強度最高可大于0.20 kg·km－2。估算每年進入農田的鎘高達1417 t，其中來自于大氣沉降的鎘高達493 t，占總量的35%；家畜糞便778 t，占總量的 55%；很多人誤以為化肥是鎘的主要污染源，但來自化肥的鎘為113 t，占總量的8%，其中來自復合肥6%，磷肥2%；由于灌水進入農田的鎘為30 t，占總量的2%。在進入農田的總量為1417 t的鎘中，每年通過各種途徑帶走的鎘為178 t，也就是每年只有 13%的鎘被輸出，而87%滯留在農田中。以耕層20 cm、土壤容重為1.15 g·cm－3進行計算，則土壤鎘含量年增0.004 mg·kg－1，按照這個速度，從1990年的土壤背景值起算，50年內所有耕地土壤都將超過目前的標準（0.3 mg·kg－1）。

以上數據不僅表明了土壤污染源，而且也表明在這數十年中有大量的鎘進入土壤，造成《公報》中耕地重金屬污染點位超標率達19.4%，而鎘的點位超標率為7.0%。

4 從鎘的特性角度解讀《公報》的鎘點位超標率

鎘在元素地球化學中是一種分散元素，難以獨立成礦。鎘同銅、鋅、汞、鉛一樣屬于親硫元素，因此鎘容易與這些元素的硫化物通過同晶替代存在于這些礦產中，鎘與鈣的離子半徑相近，因此在方解石和羥基磷灰石等礦物中鎘可替代鈣，因此磷礦含鎘量較高。此外鎘的沸點為767℃，金屬冶煉、燃煤發(fā)電、露天垃圾焚燒乃至吸煙都可以將鎘排放到大氣中。數十年來，我國作為世界工廠，金屬冶煉的地區(qū)廣泛、數量龐大，煤為主要能源，加之污染防控的法律和措施執(zhí)行不力，也就不難理解為什么鎘在整個土壤污染的超標率變得突出了。

5 從糧食超標率看我國土壤重金屬問題的核心

上述表明，我國土壤的鎘含量和其他發(fā)達國家相比并不很高。但為什么我國的糧食鎘超標率在近些年變得很突出，以至于2013年“鎘大米”新聞頻出，而其他國家包括日本、韓國等以水稻為主要作物的國家的大米相對較為安全？這與我國在數十年來施肥結構發(fā)生變化有很大的關系。數十年來我國化肥特別是氮肥施用量不斷攀升，很多學者指出，化肥施用量超過了世界225 kg·hm－2的警戒線近 1倍，其后果是造成了土壤的酸化，加上以燃煤為主要能源導致的酸雨，使我國土壤酸化加劇。有研究表明，我國土壤在1980年到2010年整體pH值下降 0.13～0.81個單位，這就意味著土壤酸度最高增加了6倍多，如果是自然界慢慢變化，到這個酸化程度需要好幾萬年的時間。在長三角有些土壤20年間土壤酸度增加了10倍，而在珠三角，30年間耕地土壤pH值從5.7下降到5.4。

土壤本身對污染物具有緩沖性，土壤膠體對重金屬具有很強的吸附能力。通常進入土壤中的重金屬迅速被土壤膠體固定而“老化”，從而降低其對植物的有效性。但在酸性環(huán)境中，鎘很難被“老化”。有研究者開展了 818 d的試驗，證明除非土壤pH＞6.5，否則外源（污染的）鎘的有效性降低不到20%。因此可以看出我國土壤的重金屬問題不在于重金屬含量本身，而在于污染速度快，且土壤被酸化，導致進入土壤的重金屬對作物的有效性很高。

歐美、日本等國家及我國臺灣地區(qū)的大量試驗表明，當土壤的酸堿度處于 4.5～5.5區(qū)間時，最容易產生鎘大米。本文作者的很多試驗結果也證實了這一結論，如在pH為5.33，土壤全鎘量為 0.22 mg·kg－1，品種篩選試驗中的33個品種的大米鎘含量均超過我國規(guī)定的食品衛(wèi)生標準（0.20 mg·kg－1），也就是在酸性條件下，鎘不超標的土壤一樣產生鎘大米。

結語

綜上所述，我國土壤重金屬污染問題不在于土壤鎘總量，而在于數十年來大量鎘快速進入土壤，且因土壤酸化導致的外源鎘植物有效性很高，因而很有必要客觀看待土壤污染，高度重視糧食安全。認識到這一問題有助于我國對土壤重金屬污染修復的方法選擇，也期待目前在向全社會征求意見的《土壤污染防治法》能在污染源削減問題上得到加強，整個土壤污染防治，不僅需要注意土壤重金屬量的減少或者固定，更應該重視土壤環(huán)境質量的概念，以土壤健康為目標，構建土壤污染的防治體系。

（摘自《農業(yè)環(huán)境科學學報》2017年第9期）