导 读
对生态系统而言，镉是一个毫无生物学功能且具有强烈负面健康意义的元素。中国当前的土壤问题不单是个污染问题，而是高强度的工业污染源和酸性物质沉降带来的土壤外源重金属过量、土壤酸化，与高化肥、农药投入下土壤酸化、土壤结构变化、功能衰退这两方面联合冲击形成的问题。
以上也是粮食，特别是稻米镉高超标率的根源所在。因此，在土壤污染治理资金有限的情况下，中国土壤污染治理的当务之急与其说是开发和应用去除土壤重金属的技术本身，不如说应该是污染源控制和土壤酸化的矫正。
文/陈能场（广东省生态环境与土壤研究所研究员） 郑煜基（广东省生态环境与土壤研究所高级工程师）
来源：《中国经济报告》（2015年11期）
时下，土壤污染问题成为社会热点，但就目前状况客观来说，土壤污染问题并不能单从土壤中的重金属含量来判断，从地质背景、土壤重金属的时空变化、污染源以及土壤自身性质的劣化等等来看土壤污染会有另外一个风景。
而另一方面，土壤污染和粮食安全并非有固定的相关关系，粮食超标也并非单由土壤污染引起。当前，客观看待土壤污染，高度重视粮食重金属安全是个极为迫切的问题。
备受关注的土壤污染
观察中国土壤重金属污染和“镉大米”的新闻报道，不难发现让这两个此后成为媒体和公众热点的时间分别是在2004年和2011年。
在2004年，媒体报道了总投资达4500万元的“珠江三角洲经济区土壤污染调查”项目。之所以启动该项目，是缘于1999年10月至2002年12月，广东省地质调查院完成的“广东珠江三角洲多目标地球化学调查项目”。
该调查显示，广东省的农业地质不容乐观，耕地土壤质量有恶化趋势。在珠江河口周边约1万平方米范围内，土壤高氟异常区5263平方千米，高镉异常区逾6000平方千米，人为污染导致土壤中有毒有害重金属元素异常高，镉、汞、砷、铜、铅、镍、铬等8种元素污染面积达5500平方千米，其中仅汞污染便达1257平方千米，污染深度达40厘米。
随后，由国家环保总局开展“典型区域土壤环境质量状况探查研究”，得出“珠三角四成农田菜地遭重金属污染”的结论，让这一话题再次成为新闻热点。
在2011年举办的第九届广东省科协学术活动周开幕会上，中国工程院院士罗锡文发布的“全国3亿亩耕地受重金属污染威胁”消息，引起了国内外震动。
2013年初，有律师向环保部申请原定2010年底公布的土壤污染调查结果，但被答复为“土壤污染信息是国家秘密”，由此引起了整个虚拟网络和现实社会的讨论和猜测。“土壤污染”一词在2013年再次引爆人们的眼球。
2013年12月30日，在国务院新闻办举办的新闻发布会上，国土资源部副部长王世元称，全国中重度污染耕地大体在5000万亩左右。而到2014年4月17日由环保部和国土部联合公布的《全国土壤污染状况调查公报》终于将土壤污染状况定格在“全国土壤总的超标率为16.1%，耕地的点位超标率为19.4%，未利用地点位超标率为11.4%，主要污染的重金属为镉，点位超标率为7.0%等等”。
“镉大米（粮食重金属超标）”一词成为公众热点话题则是缘于2011年由财新《新世纪》杂志刊登的《镉米杀机》及其随后的一系列报道。
2013年发生的几个事件再次让“镉大米”声名远播。2013年2月26日南方日报报道称“湖南万吨镉超标大米流入广东”；同年5月17日，广州食药监局公布，18批检测的大米有44.4%超标；7月，韶关农业局副局长的不当言论又让“镉大米”成为热词。
中国人多地少，粮食问题突出，粮食安全事关国民健康，自然更受关注。粮食安全建立在土壤安全的基础之上，土壤污染问题得到高度关注便成为必然。但是，中国的土壤污染问题急需客观解读。
客观解读土壤污染
中国土壤污染是这30年经济快速发展的后果，污染源控制是比土壤修复本身更为紧迫的事情。虽然《全国土壤污染状况调查公报》对中国土壤的污染状况给出了一定的数字印象，但从普查精度、标准可用性等等来看，这个结果依然是模糊的，所反映的也只是现状，以前如何？将来态势又如何？这个调查并不能给出太多的信息。
以1990年国家环保局发布的重金属含量来看，镉平均值0.097mg/kg（95%范围为0.017-0.033mg/kg）,砷11.2mg/kg（95%范围为2.5-33.5）汞0.065mg/kg（95%范围为0.006-0.272mg/kg），铅 36mg/kg（95%范围为10.0-56.1mg/kg），铬61mg/kg（95%范围为19.5-150.2mg/kg），并结合1995年制订的土壤环境质量标准来看，可以看出镉、砷、汞的95%范围的上限与这个标准（镉0.30 mg/kg，砷30 mg/kg，汞0.30 mg/kg）极为相近，也就意味着镉、砷、汞尤其是镉这个在《全国土壤污染状况调查公报》中点位超标率最高（7.0%）的重金属是这30三十年快速经济快速发展背景下镉的大量排放的结果。
这一点也可以从最近发表的数篇关于镉排放和农田的重金属来源的文章得到证明。每年进入耕地的镉高达1417吨，各种途径排出的只有178吨，净累积1239吨，导致每年0.004mg/kg的增加，按照这个速度，只要50年全部土壤都会超过目前的环境质量标准。
从以上数据可以看出，要控制和改善土壤重金属污染，早日实现粮食安全，当务之急在于污染源控制。
以稻米镉标准0.2mg/kg为例，年产1200公斤的稻谷的大米（假定1200公斤稻谷可以得到1000公斤大米），所需要的镉的数量仅为2克而已。
但从2010的大气沉降镉来估算，当年仅从大气进入农田的镉就达0.26克（变幅0.03克-1.7克）。不控制如此庞大的污染源，土壤污染治理就失去了意义。
以日本为例，其在1968年确定镉是痛痛病的元凶之后，迅速控制各种污染源的排放。到1974年，镉的使用量从1969年的2253吨下降到927吨，下降了60%，到1975年，关闭了几乎所有的矿山。在2005年以前，日本就关掉了大部分的镍镉电池生产厂。日本环境的镉安全很大程度上就是在这样严格的镉排放控制下实现的。
中国耕地大量施用化肥带来的土壤酸化是土壤污染外的另一主要问题。有文章比较了广东1984年第二次土壤普查取得的24671份土壤样品的pH值和30年后的数值，发现整体上pH从平均的5.70下降到5.44，也就是土壤中的酸度增加了1.82倍。
而2010年《科学》杂志载文表明，30多年来，中国所有土壤的pH值下降0.13-0.80单位，尤以耕地土壤pH下降最多，也就是说耕地土壤的酸度增加了6倍，这在自然条件下需要数万年的时间。
土壤酸化主要是中国20世纪80年代后施肥结构从传统的农家肥转为化肥造成的，一方面大量施用化肥造成的土壤酸化将很大程度上改变植物对土壤养分的吸收效率，同时造成土壤重金属有效性的提高，另一方面，有机肥施用的减少，降低了土壤中的有机质，减弱了土壤对有效重金属的固定能力。
从以上分析可以看出，对中国土壤问题，不能单看到土壤重金属污染的一面，还有土壤酸化的问题。从时间角度来看，这个污染是30年来重金属向环境的大量排放所造成的，即使到2010年，大气污染沉降还是一个主要污染源。因此，土壤问题是土壤污染和土壤酸化双重冲击下的结果。
在大气污染严重的情况下，叶片的重金属吸收途径也是作物重金属的一个重要来源。在现实科研中很多科学工作者发现，土壤重金属特别是铅并不超标，但蔬菜中的重金属超标了，结果往往解释为中国土壤的铅标准过高(250mg/kg)之故。
的确，中国耕地土壤的铅标准和其他国家相比偏高，这一点容易被用来解释整个现象，但大量研究表明，在大气重金属含量很高的情况下，叶片吸收大气中重金属是导致粮食不安全的元凶之一。
如，有研究表明，在土壤含镉量为其背景值0.08毫克/千克，但镉降尘中镉含量达1.3克镉/公斤/年的情况下，小麦籽粒中21%的镉、大麦籽粒中41%-58%的镉来自大气污染。
因此在土壤重金属含量很低、但大气中的重金属含量很高的情况下，作物中的重金属并非只有土壤一个来源。
据2010年推算，中国大气沉降中的镉含量高达0.4-25克/公顷/yr年，这意味着着我们似乎忽视或者低估了大气污染对粮食重金属超标的影响，也意味着我们对土壤污染特别是其对粮食安全的影响需要一种更为客观的审视。
高度重视粮食安全
镉等有害重金属并非人体所需的元素，且镉具有极为明确的目标器官，即肾和肝，吸收到体内的镉1/3将蓄积在肾脏，1/4在肝脏，且在体内滞留时间长，肾脏中镉的半衰期可高达17-38年。人体中的镉主要是通过食物链进入的，因此粮食中的重金属问题亟需得到高度重视。
1.大米中的镉超标问题。
对于大米的镉含量问题，有两组数据被媒体广泛应用。
一是2002年，农业部稻米及制品质量监督检验测试中心曾对全国市场稻米进行安全性抽检。结果显示，稻米中超标最严重的重金属是铅，超标率28.4％，其次就是镉，超标率10.3％。
二是2007年，南京农业大学教授潘根兴及其研究团队，在全国六个地区（华东、东北、华中、西南、华南和华北）县级以上市场随机采购大米样品91个，结果同样表明：10％左右的市售大米镉超标。
而在2013年，广州食药监局对18批次的大米检测后样品超标率高达44.4%，随后广东开展全域155批的大规模调查，结果超过0.2mg/kg这一标准的比例也相当高。而据2012年常德市疾病预防控制中心发表的“南方某市2012年市售大米镉污染状况及膳食暴露评估”一文披露，外省超标率为16.1%，本省外市超标50.0%，本市61.1%，大型超市52.4%, 农贸市场41.4%。
当然，中国0.2mg/kg的大米镉标准比世界卫生组织和日本以及中国台湾省0.4mg/kg的标准要低一倍，同时以上大米的镉超标也大都在一倍以内，远远低于日本当时痛痛病区的糙米镉含量（平均0.99 mg/kg，变幅在0.25-4.23 mg/kg， n=544) ；同时，目前中国大米的食用量也比日本当时(500克/天)低。
随着交通的发达，中国居民饮食结构、营养结构相比当时的日本改善良多，理论上不会带来显著的人体健康负效应。我们完全可以客观看待这类数据，通过科学普及让公众理解这些数据，同时增强公众的防范意识，提高人体健康水平。
2.不超标的土壤产生超标粮食。
由于土壤酸化以及水稻生产环境的特殊性，一些地方的检测结果表明，即使我们执行着全世界最为严格的土壤环境质量标准（比如镉0.3mg/kg），但粮食作物（水稻、花生和蔬菜）的可食部位依然会超标。
导致这一问题的原因可能有：
（1）土壤外源污染物质的侵入；
（2）高强度的大气沉降增加了生长时间长的作物如水稻的吸收；
（3）土壤自身酸化等导致吸附于土壤颗粒上活性极低的重金属被活化，从而增加了作物的吸收。在这种情况下，土壤重金属污染问题并非当前时髦的土壤修复方法所能解决，而在于控制污染源和重构土壤健康。
3.稻米营养低增加了人体镉吸收及随后的健康风险。
相对于大豆、小麦和玉米，稻米（特别是精米）中铁、锌和钙的含量都比较低，而大量研究表明，食物中有较高含量的铁、锌和钙或者人体中这些元素充足的情况下都有助于大大降低人体对重金属镉的吸收。
日本痛痛病患者大都发生于贫穷、营养结构单一、多胎生育的老年妇女身上，正是由于这一群体的食物和体内缺乏铁、锌、钙等元素；而在格陵兰高镉海域中生长的环斑海豹体内的镉即使高过哺乳动物肾皮质镉200毫克/千克的临界值三倍，其身体依然很健康而不表现任何痛痛病的症状；新西兰东南部一个小岛的居民嗜吃高镉生蚝，镉摄取量高达目前世界卫生组织设定的镉月耐受量PTMI（25ug/kg人体）的10倍，同样不表现出负面的健康效应，其原因都被解释为其食物中有含量高的铁、锌、钙等物质。
大豆、小麦、玉米和稻米间矿物质元素含量的差异被用来解释欧美与亚洲高镉矿区之间人体健康效应差异的原因。欧美也不乏高镉污染区域，但并没有带来显著的健康负效应，其原因亦被解释为矿区土壤含有较多的锌，大豆、小麦、玉米等食物中含有比水稻更多的锌等元素。
中国65%的人口以粮食为主食，因为生产环境的原因，中国更容易产生镉超标大米，且稻米中铁、钙、锌等元素含量较少。鉴此，我们必须高度重视大米的镉安全。
结语
对生态系统而言，镉是一个毫无生物学功能且具有强烈负面健康意义的元素。
中国当前的土壤问题不单是个污染问题，而是高强度的工业污染源和酸性物质沉降带来的土壤外源重金属过量、土壤酸化，与高化肥、农药投入下土壤酸化、土壤结构变化、功能衰退这两方面联合冲击形成的问题。
以上也是粮食，特别是稻米镉高超标率的根源所在。因此，在土壤污染治理资金有限的情况下，中国土壤污染治理的当务之急与其说是开发和应用去除土壤重金属的技术本身，不如说应该是污染源控制和土壤酸化的矫正。
