作者:陈能场 来源:中国科学报 发布时间:2017/8/9 9:54:46
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应客观看待农田镉污染

 

■陈能场

时至今日,很多人还对3年多前环保部联合国土资源部公布的《全国土壤污染状况调查公报》中一个问题充满困惑:他们将点位超标率误当超标面积,对镉的点位超标率高达7.0%甚为不解。为什么是镉的超标率高企,镉从何而来?和国外相比,耕地镉太高了吗?曾经在日本带来痛痛病的镉还有什么影响?耕地镉污染与粮食超标是怎样一种关系?……为了正确理解上述问题,笔者将从标准、时间、空间、粮食超标率等维度对此做一些解读。

标准与时空维度

超标率的计算基础是土壤环境质量标准(或者特定的评价参比值),标准的高低影响超标率的数值。

上个世纪中叶日本发生因长期食用镉超标稻米而导致痛痛病事件之后,很多国家都对土壤镉含量制定了标准。时至今日,在全球所有的土壤标准中,镉的标准值有400个,最低的是2005年拉脱维亚制定的0.08 mg/kg,最高的为美国俄亥俄州环保局规定的83000 mg/kg,相差6.0个数量级(百万倍);90%的标准值都在100mg/kg以内。

对于农田,各国标准很不一致。我国农地镉标准为镉总量0.3mg/kg(pH>7.5为0.6mg/kg),而我国台湾于2000年制定的镉标准高达5.0mg/kg,相差16.7倍;英国2002年制定的标准为2.0mg/kg,是我国标准的6.7倍。除了丹麦、芬兰所定标准是0.3mg/kg之外,其他所有国家的耕地镉含量均高于我国,如捷克0.4mg/kg,加拿大0.5mg/kg,德国沙土0.4mg/kg、黏土1.5mg/kg。此外,大多数国家以土壤全量为标准。

不论以何种形式设定标准,我国标准最低,因此我国耕地土壤的镉超标率高其实与实行最低标准有关。若拿其他国家的土壤镉标准来计算,我国耕地土壤的镉超标率就会大大降低。

从时间角度来看,我国1990年《中华人民共和国土壤环境背景值图集》公布的全国范围内调查的4095个分析样点的镉算术平均值为0.097mg/kg,几何平均值0.074mg/kg,中位数为0.079mg/kg,95%置信限为0.017~0.333mg/kg 。

而美国于1986年发表的36个州偏远地区作物生产区的农业土壤(刻意避开污染)3305个点的镉中位数为0.2mg/kg,算数平均值为0.27mg/kg,95%置信限为0.005~2.4mg/kg,可以看出同期美国作物生产区的土壤镉含量比我国要高得多,平均值接近我国土壤镉环境质量标准0.3mg/kg。

很多国家对土壤进行了详细调查,如英国以5km × 5km 调查全英土壤5692个点,镉平均值高达0.7mg/kg;日本稻田土壤的镉平均值为0.45mg/kg。如用我国的土壤镉标准来评价,以上国家都已超标。对比来看,我国7%的点位超标率(轻微5.2%、轻度0.8%、中度0.5%、中度0.5%)并不“严重”。而且发达国家“土壤污染”发生在两百多年来的工业革命进程中,我国则是在近三十多年改革开放过程中,两者存在着时间跨度的差异。

另一方面来说,我国土壤镉含量从1990年算术平均值0.097mg/kg上升到2014年的点位超标(0.3mg/kg)7%,表明有大量的污染物镉进入土壤。

从空间角度来看,有研究表明,我国年排放到大气中的镉高达2186吨,燃煤排放镉强度最高可大于0.20kg/km2。估算每年进入农田的镉高达1417吨,其中来自大气沉降的镉493吨,占总量的35%;家畜粪便778吨,占总量的55%。很多人误以为化肥是镉的主要污染源,但来自化肥的镉为113吨,占总量的8%,其中来自复合肥的6%、磷肥的2%。由于灌水进入农田的镉为30吨,占总量的2%。

在进入农田总量为1417吨的镉中,每年通过各种途径带走的为178吨,也就是只有13%的镉被输入,而87%滞留在农田中。设定耕层20公分、土壤容重为1.15g/cm3,则土壤镉含量年增0.004mg/kg。按照这个速度污染,从1990年的土壤背景值起算,50年内所有耕地土壤都将超过目前标准(0.3mg/kg)。

以上不仅表明了土壤污染源,也表明数十年中有大量镉进入土壤,造成《全国土壤污染状况调查公报》耕地重金属污染点位超标率达19.4%,而镉的点位超标率为7.0%。

土壤重金属问题的核心

由此可见,我国土壤的镉含量和其他发达国家相比并不很高。但为什么我国粮食镉超标率近年来变得很突出,以至于2013年“镉大米”新闻频频,而其他国家包括以水稻为主要作物的日本、韩国的大米相对安全?

金属冶炼、燃煤发电、露天垃圾焚烧乃至吸烟都可以将镉排放到大气中。多年来,我国作为“世界工厂”,金属冶炼地区广泛、数量庞大,煤为主要能源,加之污染防控的法律和措施执行不力,也就不难理解为什么镉在整个土壤污染的超标率变得突出了。

同时,还与我国施肥结构发生变化有很大关系。数十年来,我国化肥特别是氮肥施用量不断攀升。很多学者指出,化肥施用量超过了世界225kg/ha的警戒线近1倍,带来了土壤酸化。长三角有些地方20年间土壤酸度增加了10倍,珠三角30年间耕地土壤pH值从5.7下降到5.4。

土壤对污染物具有缓冲性,土壤胶体对重金属具有很强的吸附能力。通常进入土壤中的重金属迅速被土壤胶体固定而“老化”,从而降低其对植物的有效性。但在酸性环境中,镉很难被“老化”。

欧美、日本等国家及我国台湾地区的大量试验表明,土壤酸碱度处于4.5~5.5区间时最容易产生镉大米。笔者很多试验结果也证实了这一结论,如在pH值为5.33、土壤全镉量为0.22mg/kg,品种筛选试验中的33个品种的大米镉含量均超过我国规定的食品卫生标准0.20mg/kg,也就是在酸性条件下,镉不超标的土壤一样产生镉大米。

综上所述,我国土壤重金属污染问题主要不在土壤镉总量的问题上,而在于数十年快速、大量镉进入土壤,且因土壤被酸化导致的外源镉的植物有效性很高的问题上,因而很有必要客观看待土壤污染,高度重视粮食安全。

认识到这一问题有助于我国对土壤重金属污染修复的方法选择,也期待目前向全社会征求意见的《土壤污染防治法》在污染源消减问题上得到加强。整个土壤污染防治不仅仅关注土壤重金属量的减少或者固定,而应该重视土壤环境质量的概念,以土壤健康为目标,构建土壤污染的防治体系。(作者单位:广东省生态环境技术研究所)

《中国科学报》 (2017-08-09 第5版 农业周刊)
 
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