[四川水稻镉污染的防控技术]水稻镉污染

　　一、土壤镉的来源、性质及四川污染现状 　　 　　镉是地壳中的一种天然元素，元素符号为Cd，原子序数48，原子量为112.411，属周期系ⅡB族元素。在自然界中都以化合物的形式存在，主要矿物为硫镉矿(CdS)，与锌矿、铅锌矿、铜铅锌矿共生。
　　所有的土壤和岩石，包括煤和矿质肥料，都含一定量的镉。在开矿、工业和燃煤、石油、天然气及焚烧家庭垃圾过程中镉进入空气。镉微粒沉降到地面或水中之前可在空气中传播很长距离。由废物处理和有害废物场所的泄漏的镉进入水体及土壤。它被土壤颗粒吸附或形成含镉的各种有机和无机化合物，很难从土壤中移走，另一些镉溶于水中。镉在环境中不分解，但可改变形态。鱼类、植物和动物从环境中吸收镉，通过食物链进入人体。镉可在身体内存留很长时间，经过多年低量镉暴露而逐渐累积，当累积达到一定量时便产生毒害作用。
　　农耕地的镉污染问题，对我们的食品安全、人畜健康和农产品出口，带来严峻的挑战。
　　
　　二、镉污染对人、畜健康的危害
　　
　　镉及其化合物经食物、水和空气进入人体后，主要累积在肾、肝、肺等器官，并产生毒害作用，严重时可导致高血压、肾功能紊乱、肝损害、肺水肿、贫血等疾病以及神经和大脑损伤, 甚至诱发癌症。此外，镉中毒还会使人、畜散失骨质和骨密度，使肌肉萎缩关节变形，骨骼疼痛难忍，不能入睡，发生病理性骨折，以致死亡。例如日本的骨痛病就是因为工厂排放的含镉废水进入河床，灌溉稻田，被植株吸收并在稻米中积累，居民长期食用含镉的大米所致。因此，土壤――作物系统中镉污染已成为国内外环境污染研究的热点。
　　
　　三、水稻镉污染防控技术措施
　　
　　针对土壤镉污染问题，土壤科学家和环境科学家们开展了大量研究，尝试了很多方法，包括物理、化学和物理化学方法，生物修复方法等，取得了较好的成效。但大多数方法成本高、施用繁琐，难以大面积应用推广。
　　近年来，四川农业科学院土壤肥料研究所与省内外的有关大专院校和科研所合作，联合攻关，对土壤和稻米镉污染防治问题开展了大量研究，取得了可喜的进展，形成了一些实用技术，可有效降低水稻对镉的吸收。这些技术包括抗镉污染水稻品种的应用，控制镉污染的肥料技术、水分优化管理技术，农业废弃物管理技术等。通过这些技术的应用，可以在镉污染土壤上生产出无公害大米。
　　1.抗镉污染水稻品种的应用经过对现有栽培水稻品种和育种材料抗镉污染能力的筛选，初步确定了一批高抗性及高富集镉的品种和育种材料。通过田间验证，这些抗性品种能在轻度――中度镉污染的土壤上，通过优化肥水管理等措施，大大降低稻米中的镉含量，达到国家稻米无公害稻米的标准。这些抗性品种包括刚优725、Ⅱ优838和川香优3号等。
　　2.降低土壤镉有效性的适宜肥料和施用技术
　　（1）适合镉污染土壤上水稻生产的肥料品种这些肥料品种包括重金属含量低于国家限量的各种有机肥、饼肥、绿肥；氮肥有尿素、碳铵；磷肥有磷酸一铵、磷酸二铵、钙镁磷肥；钾肥有硫酸钾、氯化钾；其他各种碱性肥料或物料，如石灰氮、石灰、偏硅酸钠；各种微量元素肥料。
　　（2）各种肥料降低镉有效性的原理与施用技术在淹水条件下，稻田施用农家肥后，能有助于快速降低土壤氧化还原电位，使土壤酸性土壤pH值上升到中性，降低土壤镉的生物有效性和毒性，减少水稻对镉的吸收。有机肥宜作底肥，氮肥需要深施，尿素和碳铵在水溶液中呈微碱性，尿素水解后形成碳铵，只要施入稻田的这些氮肥不进入稻田水层的表面，即氧化层，则不会发生硝化作用或形成硝态氮。硝态氮的形成会产生H+离子，即土壤酸性。当产生的H+离子数量很小时，不会对土壤pH产生明显影响而导致土壤镉的有效性增加；如果产生的H+离子数量较大时，会引起土壤pH明显降低而增加镉的有效性和水稻对镉的吸收。在稻田中施用硫酸钾对降低水稻吸收镉的效果显著优于氯化钾，这是因为硫酸根离子在淹水的还原条件下被还原成S2-（硫根离子）离子，S2-会与Cd2+（镉离子）形成CdS（硫化镉）沉淀，从而减少水稻根系对镉的吸收。试验表明，在几种水溶性磷肥（过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾）中，过磷酸钙由于自身含有一定量的游离硫酸，比其他磷酸稍微提高了镉的吸收。但由于镉往往与磷肥伴生，过磷酸钙比其他磷肥含有较多的镉，不适宜在镉污染土壤上施用或长期施用。枸溶性磷肥―钙镁磷肥属于碱性肥料，如果其镉含量低于国家限定指标，适合于镉污染的酸性土壤，但不适宜在碱性土壤上施用。其他碱性肥料或物料，因为能升高土壤pH，降低土壤镉的有效性，特别适合在镉污染的酸性土壤上施用。
　　（3）不适宜使用的肥料
　　①重金属含量高于国家限量的各种有机肥，污染区的农作物秸秆、草木灰、氯化铵、过磷酸钙、磷石膏，以及使土壤酸化的各种物料。
　　②在重金属镉污染的土壤上，要严格限制施入肥料或其他农资的镉含量。因此，镉含量超标或较高的肥料或农资，一定要杜绝施用。人们一般认为，用作物秸秆或其他农家肥（包括绿肥等）可生产出无公害食品或有机食品，这是一种误解。因为在镉污染地区，无论是作物秸秆，还是人畜粪便，在食物链中或其循环过程中已受污染，不宜循环利用。这也是在重金属污染地区用稻草种植的食用菌会检测出镉或其他重金属超标的原因。
　　③氯化铵在镉污染地区因禁止使用。这一方面是因为氯化铵能明显降低土壤pH，增加土壤镉的有效性；另一方面，氯化铵肥料中的氯离子还会与镉形成络合物，提高镉的有效性。过去的已试验证明了氯化铵能显著增加秧苗、稻草和稻米中隔含量。
　　④过磷酸钙和磷石膏中都含有一定量的镉，不宜在镉污染土壤上使用。食品加工、饲料添加剂生产的酸性废液如赖氨酸生产过程中产生的废液，常用作肥料施用，但不能用于受镉污染的土壤上。
　　2.稻田水分管理技术镉污染稻田水分管理应在水稻生长期间始终保持田面有一定的水层，通常3~5cm，即使稻田土壤始终处于还原状态，不能晒田，这是镉污染稻田水分管理的关键。这似乎有悖于常规的水稻丰产水分管理――湿润灌溉和中期排水晒田。如前所述，稻田土壤淹水后，pH迅速上升至中性，氧化还原电位下降，镉的有效性可比淹水前下降60%~80%。因此，保持稻田始终处于淹水状态会大大降低水稻对镉吸收。
　　3.镉污染区农作物秸秆的利用镉污染地区的秸秆利用需要慎重，不宜循环利用作为饲料、还田或堆沤作为肥料，也不宜用于种植食用菌。这些秸秆可以作为燃料，但生成的草木灰不能作为肥料用于农田，可用于林业、花卉和绿化草地；农作物秸秆亦可作为造纸原料，生产煤气等，变废为宝。
　　 （通联：四川省农业科学院土壤肥料研究所成都610066）