黄凤 宋磊 周浩 吴勇

摘要：随着我国生产水平的提高，土壤镉污染也越发严重。镉是一种有毒元素，其作为植物和人体非必需元素，通过食物链最终危害人体健康。本综述从自然来源和人为来源两方面分析了我国土壤镉污染的来源途径，介绍了镉元素在土壤中的存在形态，总结了判断土壤镉来源的思路和修复镉污染土壤的研究方向，以期为土壤镉污染的治理提供依据。

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.

关键词：土壤;镉污染;来源

Key words： soil;cadmium pollution;source

中圖分类号：X173                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）29-0225-02

0  引言

2018年我国生产总值比2017年增长6.6%[1]，随着产业的迅速发展，城市化进程的不断加快，我国水资源遭受污染，生态系统的平衡受到威胁[2]，全国64.2%的地级及以上的城市空气质量未达标[1]，作为陆地生物食物链首端的土壤也不能独善其身[3，4]。截至2014年，我国土壤污染总超标率达16.1%，以无机污染为主，占全部超标点的82.8%，不同土地利用类型如耕地、林地、草地以及未利用地，主要污染物都有镉，相比于其他重金属，镉在全国范围内的点位超标率达7%，是除镍以外重金属点位超标率的2.5～7.8倍[3]。据前人研究，土壤镉污染具有毒性强且持久[5，6]、难降解、极易在生物体内累积并通过食物链危害人体健康[7]等特点。镉不是植物和人类的必需元素，当镉通过接触、摄入等途径进入人体内，会在人体内积累，形成由镉过量造成的慢性毒性风险[8]。例如，日本神通川流域的骨痛病就是人类食用了含镉严重超标的稻米造成的[9]。本文对我国土壤镉污染的来源进行了综述，以期为土壤镉污染的防控和修复提供依据。

1  土壤镉的来源

土壤镉污染如今仍然备受人们关注，谈及其来源，一般来说，自然来源和人为来源是土壤镉污染的两种来源途径。研究表明，西南岩溶地区地层风化成土过程中经历元素淋失和残留物中元素的浓缩，常导致土壤镉的背景值偏高[10]。而煤矿的采矿区和工厂区附近的土壤镉主要来源于大气降尘或灌溉水[11，12]。

1.1 自然来源

土壤中镉的自然来源主要是母岩的自然风化，土壤镉含量的高低与风化岩石的类型相关，广西省龙州县非矿区的石灰土镉含量最高，其次为水稻土、紫色土、潮土、赤红壤、红壤和黄壤[13]。图1还列出了可能会造成土壤镉污染的一些特殊情况，如火山喷发会将赋存于地下的镉通过气体和热液带入大气和地表土壤，自然火灾让地表植物中的镉重新回到土壤中，需要注意的是，只有在历史上存在火山喷发和自然火灾的地区或附近区域才需要将此来源列入考虑。此外，土壤镉还可能来自自然环境中扬尘颗粒的沉积，镉污染土壤的颗粒被风扬起搬运至附近区域的土壤沉积，导致土壤镉含量超标。

1.2 人为来源

图1列出了土壤镉污染的多种人为来源途径，主要有工业上含镉矿物的开采、运输、含镉产品的制造、燃烧，农业上含镉污水的灌溉、含镉化肥（污泥）的施用，生活上含镉产品的使用、燃烧，比如电池、雷达、半导体原件、照相材料等含镉的生活用品。这些含镉的物质在自然循环过程中，直接或者间接的对土壤产生污染。

土壤镉的来源受地理位置和人类的影响较大。在矿区附近的土壤受采矿活动的影响很容易造成镉超标[14]。含镉量高的煤矿在开采过程中会导致镉元素在矿区附近的土壤表层富集，如三峡库区的巫山建坪地区土壤镉含量大于0.3mg/kg，且具有表层富集特征[15]。

土壤镉污染不仅存在于矿区，含镉产品的生产加工厂附近仍有镉污染的可能，含镉废气和含镉污水的排放均是潜在污染源。例如，南京郊区工厂附近土壤镉的人为来源中，大气降尘贡献率占79%，为主要污染来源，大气降尘中的镉元素来自附近工厂烟囱的排放[16]。太原市污灌区土壤镉含量是背景值的3倍，且镉含量从土壤表层往下依次降低[17]。

农业生产活动也易造成土壤镉的累积，而农业生产所用的化肥、地膜等含镉物料都是工业生产出来的，污水灌溉所用的污水也可能是工业生产排出的废水，所以农业生产活动对土壤造成的镉污染从本质上说就是工业污染源对土壤的间接污染。

2  镉的存在形态

土壤中镉的各种不同存在形态具有不同的迁移转化能力和毒性，决定着其对生态系统的影响程度[18]，对研究土壤镉污染来说意义重大。

目前，研究重金属化学形态的方法主要有Tessier法和改进的BCR法。按照Tessier法，土壤中镉的存在形态有可交换态（包含水溶态）、碳酸盐结合态、铁锰化合物结合态、有机质结合态和残留态，稳定性依次升高。土壤中的可交换态镉能被植物吸收，实现镉在土壤-植物系统中的迁移转化。除了最稳定的残留态镉不能被生物所利用，其他形态的镉都能在一定的酸性条件下转化为可交换态镉，被植物吸收累积[19]。

改进的BCR法是在Tessier法的基础提出的，具有操作步骤少，窜相不严重，重复操作性强的特点。按照改进的BCR法，土壤镉的存在形态有弱酸可溶态、可还原态、可氧化态和残渣态，稳定性依次升高。弱酸可溶态镉主要以Cd2+、CdCl+、CdSO4的形式存在，石灰性土壤中还以CdHCO3+的形式存在[20]，易迁移至植物体内;残渣态镉主要存在于土壤晶格中，稳定性高，不易被植物吸收利用;可还原态和可氧化态镉会在环境的影响下向弱酸可溶态转变，导致土壤镉污染影响加剧。

在稻田土红壤镉形态的研究中，由Tessier法和改进的BCR法分析所得的镉形态含量之间的相关系数均在0.9以上，呈极显著的相关性[21]，所以，以上两种方法对土壤镉形态的分类测试具有异曲同工之处。

3  结论

研究土壤镉污染的来源，首先考虑与土壤镉污染直接相关的大气-水-土壤系统以及人为向土壤添加的物质（如化肥、地膜等），其次考虑大气、水、土壤中镉的来源，进一步找準镉的根本来源。镉元素在土壤中只有以残留态或残渣态的形式存在时，才是最稳定的，在土壤镉的治理中，根据需要改变镉的存在形式，提高土壤镉的治理效率。

参考文献：

[1] 2018年国民经济和社会发展统计公报http：//www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201902/t20190228

_1651265.html.

[2]滕清华.宁夏市级饮用水水质水环境承载力研究[D].首都经济贸易大学，2018.

[3]环境保护部，国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[R].2014-4-17.

[4]毕润成，等.土壤污染物概论[M].北京：科学出版社，2014.

[5]吴霄霄，米长虹，吴昊，胡均铭，林大松，郑宏杰，焦位雄.镉污染稻田修复效果评估指标体系的构建[J].农业环境科学学报，2019，38（07）：1498-1505.

[6]冉烈，李会合.土壤镉污染现状及危害研究进展[J].重庆文理学院学报（自然科学版），2011，30（04）：69-73.

[7]张敏.湖南攸县水稻田土壤镉污染评估与控制[D].山西大学，2015.

[8]C.A. Granta， J.M. Clarkeb， S. Duguidc and so on. Selection and breeding of plant cultivars to minimize cadmium accumulation[J]. Science of the Total Environment，2008：301-310.

[9]骨痛病和镉污染[J].海洋科技资料，1973（11）：95-99.

[10]郭超，文宇博，杨忠芳，李伟，管冬兴，季峻峰.典型岩溶地质高背景土壤镉生物有效性及其控制因素研究[J].南京大学学报（自然科学），2019，55（04）：678-687.

[11]张敏，王美娥，陈卫平，牛俊杰.湖南攸县典型煤矿和工厂区水稻田土壤镉污染特征及污染途径分析[J].环境科学，2015，36（04）：1425-1430.

[12]吴洋，杨军，周小勇，雷梅，高定，乔鹏炜，杜国栋.广西都安县耕地土壤重金属污染风险评价[J].环境科学，2015，36（08）：2964-2971.

[13]邓齐玉.基于地理探测器的广西土壤镉来源识别及高风险靶区界定[D].广西师范学院，2018.

[14]许紫峻，汪溪远，师庆东，袁婷婷，王显，祖拜代·木依不拉，王伟.准东煤矿区土壤镉污染风险评价及敏感性分析[J].生态毒理学报，2018，13（02）：159-170.

[15]刘意章，肖唐付，宁增平，贾彦龙，黎华军，杨菲，姜涛，孙旻.三峡库区巫山建坪地区土壤镉等重金属分布特征及来源研究[J].环境科学，2013，34（06）：2390-2398.

[16]黄顺生，华明，金洋，颜朝阳，朱佰万，仇慎平.南京郊区某菜地土壤镉污染水平及其来源调查[J].土壤通报，2008（01）：129-132.

[17]张萌，毋燕妮，解静芳，刘瑞卿，郭晓君，范仁俊.太原市污灌区土壤镉存在形态与生物可利用性研究[J].环境科学学报，2015，35（10）：3276-3283.

[18]陈怀满.土壤中化学物质的行为与环境质量[M].北京：中国科学出版社，2002.

[19]刘瑞雪.农田土壤典型指标对镉活性的影响效应研究[D].中国农业科学院，2019.

[20]房存金.土壤中主要重金属污染物的迁移转化及治理[J].当代化工，2010，39（04）：458-460.

[21]邓晓霞，米艳华，黎其万，段红平，杜丽娟，和丽忠，尹本林，陈璐.利用改进的BCR法和Tessier法提取稻田土壤中Pb、Cd的对比研究[J].江西农业学报，2016，28（09）：64-68.