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柏连阳:水稻重金属污染防治实施与研究进展
时间:2014-12-02 来源:中国乡村发现 点击:
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湖南省稻田及稻米重金属污染防治实施与研究进展
柏连阳
去年以来湖南省的稻米中以镉为主的重金属超标的问题，引起全社会的关注。湖南省的重金属污染治理，得到了党中央、国务院的高度重视，今年财政部和农业部对湖南的长株潭地区实施重金属污染的治理试点，下拨经费11.56亿，希望湖南长株潭试点的经验在全国可复制、可推广。
一、湖南省稻田土壤镉污染和稻米镉超标原因剖析
1.最主要原因是湖南有色金属矿中伴生镉较高
湖南伴生镉的铅锌矿等采、选、冶和化工等通过大气沉降和水源扩散导致区域环境镉污染。直接排放、工业废渣排放等是重金属污染的重要原因。从全国来看，第一次污染源普查显示，2007年全国废水中铅、汞、镉、铬、砷等5种重金属产生量为2.54万吨，排放量897.5万吨，大气中5种重金属排放量约9500吨。
土壤重金属来源主要有以下几个方面：一是大气沉降。包括工业生产、汽车尾气、轮胎磨损。二是农药化肥农膜。三是污水灌溉。四是污泥施用。五是重金属废弃物堆积和金属矿山酸性废水。在株洲清水塘的霞湾港每天向湘江排放的工业废水超过10万吨，在湘江汇入口形成了巨大的污染带。根据湖南省环保厅的数字，仅在2007年，湘江流域汞、镉、铅、砷的排放量，就分别占到了全国排放量的54.5%、37.0%、6.0%和14.1%。当时的湘江是国内污染最严重的河流之一。
湖南农田镉的污染仍然存在。局部污染，污染程度高、范围小的，像株洲的清水塘镉污染，株化铅锌矿的精细化工镉逸出；浏阳镇头镇镉污染，利用株化锌矿冶炼后的废渣提炼镉形成扩散；长沙北山镇镉污染，20世纪80-90年代小型化工厂污染上游排入小溪，下游灌溉农田；长沙江背镇局部农田镉污染，水泥厂镉扩散，长沙福临、开慧等农田镉污染，养殖粪水排入，长沙干杉小片农田污染塘泥农田镉带入等。区域污染，污染程度小、范围大的，如湘潭、湘阴、攸县等农田镉污染，湘江灌溉水镉带入等。
2.肥料施用有导致农田镉污染的风险，但影响较小
有文献认为：农田镉35.6%来源于大气沉降，56.2%来源于有机肥，8.2%来源于化肥。西方国家的估计，在人类活动对土壤镉的贡献中，磷肥占54%-58%，空气沉降占39%-41%，污泥占2%-5%。田间试验的结果，磷肥施用量对土壤残留的影响：准许带入稻田Cd总量最低为3.50 g·hm-2；磷肥最大含Cd量为2.34mg·kg-1。有机肥试验结果表明：有机肥的镉含量普遍在0-62.7mg/kg，差异较大，平均2.57 mg/kg，超过国家标准《有机肥料 NY525－2011》规定的精制有机肥Cd3.0 mg/kg约10%左右，城市、工业淤泥制成有机肥普遍超过3.0mg/kg的标准。目前湖南有机肥稻田利用存在一定风险，需要限量农业利用；城市污泥普遍镉含量较高，在10mg/kg左右，建议禁止稻田利用。
二、稻米镉等重金属污染防治对策
1.污染源减排是关键
国家对湘江河的治理支持力度很大，着力打造东方莱茵河，污染治理的状况也是明显好转。
2.土壤镉污染修复技术有待完善
当前湖南还没有非常成熟的适用的技术用于镉污染的治理。国际上有这么几个方法：客土法，这个简单、实用，成本高、清洁土源。电化学法，针对小面积、高污染土壤、离子态。植物修复法成本低、难以彻底治理、时间长。微生物法技术现在不够成熟。化学钝化法成本低、不影响农作物生产，但是存在可逆性，如何确保农产品达标等问题还没有保障。离子颉颃技术存在一定的效果，但只能是辅助。农作物改制与低吸收品种能有效降低污染风险，但改变农民习惯难，且面临粮食安全问题。长株潭今年把一些地区镉含量高的改种别的作物，比如种葡萄、种花卉、种苗木，不种水稻，农民很难接受，因为长期几十年的习惯要改，还存在市场问题，不种粮食，粮食安全也会存在问题。所以，应该根据区域农业生产、镉污染情况合理利用相关的修复技术。
3.镉污染治理的技术思路
预期控制：大气沉降、农田灌溉、有机肥、磷肥复合肥，要分析它的成因，实行来源控制。循环阻控：稻草镉移出、轮作富集植物、生活养殖废弃物。综合修复：轮作富集植物、镉有效性钝化、淹水还原控制。界面阻控：颉颃镉进入根系、颉颃镉进入籽粒、镉在水稻茎叶内固定，用这些办法优先保障农产品镉不超标，逐步的修复土壤污染，先治标后治本，先保证农产品镉不超标，然后再慢慢的把土壤里的状况改善。
三、当前湖南耕地重金属污染防治的主要做法
降低土壤镉活性。施用石灰，降低土壤镉活性是简单、适用、低成本的方法。有研究表明，pH提高1个单位，稻米镉含量降低30%。适用范围是酸性镉污染土壤。并不是pH越高越好，PH值超过7也会有一些问题。长期淹水管理：通过还原形成二价S2-，与Cd形成沉淀，能显著降低镉活性。适用范围：长期淹水也是“双刃剑”，有污水负面影响，还受水源条件影响、水利条件影响。施用有机肥：有机质与镉络合。施用100kg有机肥能使稻米镉含量降低5%。施用活性硅肥：形成硅酸镉沉淀，比碱性石灰等更稳定，但受活性硅材料影响、且成本相对较高。
降低土壤镉活性的主要技术措施。技术的推广由省土肥站与市、县各级土肥站负责，技术支撑为省农业科学院土肥所、亚热带生态所、湖南农业大学等单位。施用生石灰（170万亩）提高土壤pH、钝化土壤镉活性；种植绿肥（50万亩）和增施有机肥（50万亩）促进有机质与镉络合；深耕改土（小面积试验）以提高土壤的环境容量；优化稻田水分管理（小面积试验）以降低水稻生育期内镉向水稻籽粒迁移；施用含锌、硒、硅的叶面肥等（4000亩）阻控镉在植株体内的迁移等措施。
研发和示范的主要技术产品。针对石灰存在稳定性差、施用困难（影响身体健康）、石灰品质不稳定、影响土壤性质等问题，科研院校和企业从其他机理寻找修复技术产品。基于硅材料活化：提高有效硅对镉的作用；基于生物质炭化：高活性比表面的吸附功能。高活性磷物质：如羟基磷灰石，增加磷与镉作用的活性。活性巯基物质：利用高活性-SH基与镉形成难溶物质。湖南省农业科学院、湖南农业大学与湖南宇丰农科生态工程有限公司、广东健地农业科技公司正在研发的“宇丰土壤调理剂”、“健地丰”土壤调理剂，在大田试验示范表现出显著的效果。
从技术效果来看，初步试验示范的监测结果表明，单季施用生石灰100kg/亩，可使稻米镉含量降低30%-50%，可使酸性轻度污染土壤（土壤全镉<0.6mg/kg，稻米镉含量<0.4mg/kg）的稻米镉含量不超标。
推广镉低积累品种。水稻品种之间差异很大，目前湖南已筛选的低积累水稻品种有：湘早籼32号、株两优819、湘晚籼12号、湘晚籼13号。今年我们省推广面积比较大，明年要大面积推广。水稻产量与籽粒镉无相关性，筛选高产、低积累水稻品种可兼顾粮食安全与质量安全。针对长株潭76万亩中轻度镉污染稻田（称为达标生产区），推广已基本确认的镉低积累品种，包括湘早籼32号、株两优819两个早稻品种和湘晚籼12号、湘晚籼13号两个晚稻品种。已落实早稻面积4.1万亩，晚稻面积13.9万亩。同时预留补贴资金进行种子预订，确保2015年的76万亩全面推广。
针对当前主推品种进行多区域、盆栽和大田相结合的筛选试验。省里面很重视这个项目，拿出5000万用于这方面研究，这也是最大的一个科研项目。探索低积累品种机理：温度、灌溉方式、土壤pH等条件对低积累品种的差异影响。进行低积累亲本材料的筛选的创制。利用低积累亲本材料进行低积累品种选育。低积累基因识别、克隆和分子育种。基因敲除技术：识别高积累基因，然后进行敲除，不影响品种的其它性能。
农作物的结构调整：针对重度污染稻田进行低积累农作物替代种植。改制低积累粮食作物：玉米、高粱，高粱酿酒，玉米有很多品种。改制非食用农作物：棉花0.2万亩、蚕桑1.75万亩、麻类0.35万亩、花卉（0.35万亩）等，通过低积累农作物或耨食用农作物替代，达到污染稻田安全利用。今年筛选到的西瓜，湖南农业大学和岳阳农科所对西瓜所有品种都进行了筛选，发现我们现在推广的西瓜品种没有一个超标的，西瓜都可以吃，含量很低。西瓜能在1.0 mg/kg以上的Cd污染污染土壤上确保镉不超标。蚕桑能确保叶片Cd含量低于0.5 mg/kg，作饲料也是安全的。我们省前几年在重点专项的支持下，开发了VIP加N，V就是品种，I是灌溉，P是PH值，英文单词的缩写。通过低积累品种和灌水、调节PH值，再加上其他的辅助措施，可以对重金属镉的治理起到很好的效果。
湖南省农业科学院也开发了一个多靶向的定量控制技术。在省里面这个研究工作是起步比较早的，这个技术已经示范了比较大的面积，效果比较明显。省里面确定的重金属污染的治理项目，以水稻品种、农作物品种为主，兼顾其他的技术，这个项目是个开放性的项目，现在省农业委员会确定我当首席科学家，经费安排是5000万，有1000万元是向全社会开放，只要大家做了这方面相关的技术，有效果，就可以进行收购，明年还会继续实施，还会有超过1000万的收购计划。希望通过大家努力，使普遍关注的农产品重金属超标的问题，能够得到遏制，得到有效的解决。
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来源:中国乡村发现
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