《全國土壤污染狀況調查公報》探析
2014年4月17日環保部聯合國土部公布了《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狀”概要圖(圖1)。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0.08mg˙kg-1，最高值為美國俄亥俄州環保局規定的83000mg˙kg-1，相差6個數量級(百萬倍)，這些標準值的90%都在100mg˙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0.3mg˙kg-1(pH>7.5為0.6mg˙kg-1)，而我國臺灣制定的鎘標準高達5.0mg˙kg-1，相差15.7倍，英國2002年制定的標準為2.0mg˙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0.3mg˙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0.4mg˙kg-1，加拿大為0.5mg˙kg-1，瑞士和荷蘭為0.8mg˙kg-1，愛爾蘭為1.0mg˙kg-1，東歐(俄羅斯、烏克蘭、摩爾達維亞和白俄羅斯)為2.0mg˙kg-1，德國沙土設定0.4mg˙kg-1，黏土設定1.5mg˙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0.1mol˙L-1鹽酸提取態鎘設置管制標準1.5mg˙kg-1、整治標準4.0mg˙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1.0mg˙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0.097mg˙kg-1，幾何平均值為0.074mg˙kg-1，中位數為0.079mg˙kg-1,95%置信限為0.017~0.333mg˙kg-1,而在美國1986年發表的36個州偏遠地區的作物生產區農業土壤(刻意避開污染)的3305個點的鎘中位數為0.2mg˙kg-1，算數平均值為0.27mg˙kg-1，95%置信限為0.005~2.4mg˙kg-1？梢钥闯鐾谶@個時期，美國作物生產區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境質量標準0.3mg˙kg-1。
很多國家都對土壤進行了詳細調查，如英國以5km×5km尺度調查全英土壤5692個點，鎘的平均值高達0.7mg˙kg-1，荷蘭調查708個點鎘平均值為0.5mg˙kg-1，中位數為0.4mg˙kg-1，瑞典調查5138個點，鎘平均值為0.24mg˙kg-1，中位數為0.19mg˙kg-1(2010年數據)，日本稻田土壤的鎘平均值為0.45mg˙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，我國與發達國家土壤污染存在著時間跨度的差異：發達國家的“土壤污染”發生在兩百多年來的工業革命進程中，限于當初科學水平沒有進行檢測，而我國則發生在近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0.097mg˙kg-1上升到2014年的點位超標(0.3mg˙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2186t，燃煤排放鎘強度最高可大于0.20kg˙km-2。估算每年進入農田的鎘高達1417t，其中來自于大氣沉降的鎘高達493t，占總量的35%;家畜糞便778t，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113t，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30t，占總量的2%。在進入農田的總量為1417t的鎘中，每年通過各種途徑帶走的鎘為178t，也就是每年只有13%的鎘被輸出，而87%滯留在農田中。以耕層20cm、土壤容重為1.15g˙cm-3進行計算，則土壤鎘含量年增0.004mg˙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(0.3mg˙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益，金屬冶煉、燃煤發電、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225kg˙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。但在酸性環境中，鎘很難被“老化”。有研究者開展了818d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的大量試驗表明，當土壤的酸堿度處于4.5~5.5區間時，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0.22mg˙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定的食品衛生標準(0.20mg˙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。
6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。
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