当外源镉遇到酸化的土壤

中国的农田有数千年的耕作历史，近千年来，先民们不断施用塘泥、动物性肥料、绿肥进行轮作，虽然每年为了培肥外加的物质不少，但在工业污染之前，这些物质含有害重金属极少，土壤越来越肥沃，土壤却越来越安全。在“六五”期间调查4095个土壤点，中国土壤的镉很低，仅仅0.097毫克/千克。 　　但随着矿山的大量开采、化石能源的广泛应用、金属冶炼工业的极速发展，而环保措施并没有同步控制有害重金属向环境的排放，导致数十年间重金属大量进入土壤中。 　　与之相应，在这个时期，大量化肥的施用让土壤酸化，本来重金属进入土壤会不断被土壤中的黏土矿物和铁锰氧化物等不断固定而“老化”，但在酸性条件下，这个老化过程变慢或不存在了，重金属的活性一直很高，这为水稻吸收镉，以及镉大米的形成进一步创造了条件。 　　此外，大量化肥的施用，使得土壤因缺乏高分子有机质而降低了吸收重金属的能力，另一方面也导致了土壤的板结，根系难以向下生长，根系几乎生长在土壤表层。 　　研究表明当表层土中镉浓度为5毫克/千克时，水稻籽粒中的镉含量则为0.264毫克/千克，超过国家粮食卫生标准(0.2毫克/千克)；表层土壤未污染时，即使当深层土壤镉浓度为10毫克/千克时，水稻籽粒中镉含量也仅为0.032毫克/千克，低于国家粮食卫生标准。 　　同时，由于酸雨频发，土壤积累了大量的硫，这导致土壤中的重金属有效性提高。虽然在还原条件（土壤缺氧，同时也缺乏其他带氧化性的物质）下，有利于通过硫化物的形式让重金属“失效”，但一旦土壤干旱，通常稻田只要4天，镉就可以从硫化镉溶出来，让镉在土壤的含量达到淹水前的水平，在酸化环境下有效性很高，从而导致镉的快速吸收。