[摘 要]稻田是由土壤、水稻、微生物等构成的一个人工生态系统。土壤中的镉（Cd）在不同的农艺措施及微生物的作用下，表现出不同的生物活性，主要体现在水稻对Cd的富集。由于Cd在土壤——水稻系统中具有很强的迁移、转化特性，使得Cd富集在稻米中而对人体健康造成威胁。通过分析稻田系统中Cd的主要来源、迁移转化特性及其影响因素等，阐述稻田土壤Cd污染的成因，以期为我国水稻Cd污染防治提供参考。
[关键词]稻田生态系统；镉；富集；迁移转化；污染成因
[中图分类号]X50 [文献标识码]A
水稻在我国的种植面积占粮食作物种植面积的比重最大，2011年约占27.2%。但由于工业“三废”排放，加上施肥、农药、污泥和畜禽粪便农用等农业面源污染凸显，稻米Cd污染超标现象也常有发生。稻田是一个人工生态系统，在频繁的农业活动下，土壤中Cd的有效性会随着淹水、排水、翻耕、施肥等农业活动而变化，当Cd具有较强的有效性时就会增加稻米中Cd超标的风险，进而可能对人体健康安全带来威胁。本文通过分析稻田系统中Cd的主要来源、迁移转化特性及其影响因素等，阐述了稻田土壤Cd污染的成因，为稻田土壤Cd污染防控提供了理论参考。
1 Cd进入稻田的途径
1.1 自然来源
自然来源主要指土壤Cd含量的背景差异，这与土壤的成土母质有关。根据“七·五”期间土壤元素调查成果，我国土壤A层中Cd的背景值为0.001mg·kg-1～13.430 mg·kg-1，变异系数达到81.44%，可见不同土壤其背景含量差异显着。其中，Cd背景含量最低的是风沙土，为0.044 mg/kg；最高的是石灰（岩）土，为1.115 mg·kg-1。
1.2 人为来源
稻田Cd的人为来源主要指工业源和农业源等。工业源主要指废气、废水、废渣等“三废”的排放，即含Cd颗粒的大气沉降、含Cd的废渣污染和含Cd的污水农灌等。据研究，农田土壤Cd浓度与农灌污水Cd浓度的相关系数达到0.996 。农业源主要指施肥、农药及畜禽粪便和污泥农用等。据研究报道，磷矿石中的Cd约60%～80%进入到磷肥成品中；畜禽粪便中Cd含量均严重超标。
2 稻田土壤中Cd有效性的影响因素
土壤中Cd的生物有效性主要取决于其化学形态。有研究结果显示，土壤中残渣态Cd不容易被水稻等吸收，而水溶态和交换态Cd在土壤中的迁移转运快，更易被水稻等植被吸收利用。影响稻田土壤中Cd有效性的因素主要有土壤pH值、有机质含量、土壤吸附能力、其他元素离子的干扰、土壤水分状况和氧气含量等。
2.1 土壤pH值
pH上升会增加土壤颗粒和有机质的负电荷，从而减少可交换态Cd。有研究发现，酸性土壤下，Cd的有效性较高；在中、碱性环境下，Cd的有效性降低，这与Cd形成OH-、S2-、PO43-和CO32-沉淀等有关。
2.2 土壤氧化还原电位（Eh）
水稻在生长期间需要淹水，这使得土壤会处在还原状态，土壤中的硫酸根离子被还原成硫离子，而与Cd形成硫化镉沉淀；且淹水状态下有机质与Cd形成较稳定的有机结合态，使得Cd的有效性降低。研究表明，还原状态下氧化物结合态Cd占55%，有机结合态的Cd占25%，可见土壤氧化还原电位对土壤Cd的有效性有一定影响。
2.3 土壤有机质
有机质对Cd有效性具有正、负效应，这是由于不同腐殖化的有机质对Cd的络合效应存在差异。据报道，固相单分子胡敏酸等有机质具有更多的吸附位点吸附Cd；移动性强的可溶态富里酸等有机质会增加Cd在土壤中的迁移性。
2.4 土壤质地
黏粒多的土壤对Cd的吸附能力强，这与其表面积大，团聚能力强有关，而且黏土矿物带负电荷，可与Cd离子发生静电吸附，进而降低Cd的迁移能力。据研究，沙壤土的SQS50（50%未超过食品质量标准时土壤质量标准）低于0.3mg·kg-1，黏壤中SQS50大于6mg·kg-1。
2.5 共存离子
不同离子间存在着竞争、拮抗、联合和独立等互作关系。稻田土壤中存在多种离子与Cd共存，这些离子与土壤胶体和水稻根表等相关作用，与Cd离子之间存在着竞争、拮抗、联合和独立等互作关系，而改变Cd的有效性。土壤中钙、镁、钾、锌等阳离子与Cd离子是竞争关系，进而影响土壤胶体等吸附Cd离子。
3 稻田Cd污染的防控对策
土壤受到重金属污染之后修复难度大、修
3.1 源头控制
土壤Cd污染具有隐蔽性、累积性、滞后性等特点，所以源头控制是关键。
一是加强污染源控制指标体系和限量值研究。主要是针对污水灌溉、污泥农用、化肥和农药等入田污染源的控制。二是制定基于不同土壤性质的Cd限量行业标准。我国现行的《土壤环境质量标准》与实际应用需求存在较大差异，应根据不同土壤特性、地理区域差异、行业特点等分门别类制定可行的环境质量标准。
3.2 过程阻断
过程阻断是指通过切断稻田系统中Cd迁移转化途径，降低土壤中Cd进入稻米中的含量，确保稻米中Cd含量满足国家食品安全限值。一是加强水分管理，改变土壤的氧化还原条件，进而降低土壤Cd的有效性。二是采用离子拮抗技术，如施肥增加Cd的拮抗离子，减少水稻根系对Cd的吸收。三是选育低累积Cd水稻品种，这是一种经济、有效的方法。
3.3 末端治理
末端治理是指通过物理化学或生物技术手段对那些已受污染的稻田土壤实施有效的土修复，使稻田土壤恢复到污染水平以下。但往往修复难度大、成本高、周期长。
综上，在稻田Cd污染防治中，通过源头控制降低稻田Cd输入含量，其次采取控制措施阻断土壤中Cd的迁移转化以及水稻对Cd的吸收，最后对污染严重的土壤采用多种修复措施修复稻田土壤，最终形成系统性稻田Cd污染防控管理体系。
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