首先，水田翻耕是一個(gè)重金屬活化過程、再分布過程和表面富集過程。
日本科學(xué)家伊藤等人將黏粒含量少、粒質(zhì)粗和黏粒多且粒質(zhì)細(xì)的兩種土壤加10毫克/千克的鎘進(jìn)行老化風(fēng)干后，各稱取100克放在燒杯中加水?dāng)嚢?，再次等風(fēng)干后將土壤分為上層1.5厘米和下層4.5厘米兩部分，用1M鹽酸浸提重金屬進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于黏粒含量少而粒質(zhì)粗的土壤，上層的鎘含量變?yōu)?8.7毫克/千克，而下層只有5.6毫克/千克;而對(duì)于黏粒多且粒質(zhì)細(xì)的土壤，上層的鎘為9.8，下層的鎘為9.4，上下層次幾乎沒有什么差別。
造成這樣差異的原因主要有兩個(gè)，首先攪動(dòng)過程讓原先吸附在各種粒徑上的鎘重新分布并優(yōu)先吸附在粒徑最小的黏粒上;其次是攪拌后各種粒徑沉降速度不同，粒徑最小的黏粒主要富集在土壤表面。
因此沙多黏粒少的土壤分層效應(yīng)明顯，而黏粒多的土壤分層效應(yīng)則不明顯了。
對(duì)于利用礦山或尾礦污水灌溉造成污染的稻田。礦砂容易隨水侵入稻田，礦砂的粒徑與重金屬含量高度相關(guān)。日本將礦砂分為粗粒(74~120微米)和細(xì)粒(小于74微米)進(jìn)行分析，結(jié)果粗粒部分鎘為3.20毫克/千克，而細(xì)粒部分鎘含量高達(dá)92.8毫克/千克。
雖然這些物質(zhì)的粒徑其實(shí)都已經(jīng)極小，但由于重金屬濃度差異大，在翻耕過程中，其分層效應(yīng)將更明顯。
或許人們忘記了2005年湘江鎘污染事件了。湘江霞灣港清淤工程，攪動(dòng)了底泥，株洲霞灣港至長(zhǎng)沙江段因此出現(xiàn)不同程度的鎘超標(biāo)。從以上的試驗(yàn)則容易理解了。攪動(dòng)之后，黏粒隨水流動(dòng)，由于黏粒中重金屬含量高，下游水體重金屬超標(biāo)就難以避免了。
雖然在未經(jīng)擾動(dòng)時(shí)大氣沉降和隨水流入的重金屬或者含重金屬的泥沙覆蓋在土壤表面而導(dǎo)致上層重金屬含量高于下層，但水田翻耕過程是一個(gè)重金屬活化過程、再分布過程和表面富集過程。因此企圖通過翻耕將富集在土壤表面的重金屬壓入土底的“美好愿望”是難以實(shí)現(xiàn)的。
其次，水田翻耕造成重金屬鎘的表面富集是稻米超標(biāo)的主因。
日本科學(xué)家日暮等在1976年大田試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，就是有些土壤中的鎘含量其實(shí)不高，但生產(chǎn)出來(lái)的大米鎘含量很高。于是對(duì)30厘米深的耕作層按0~1厘米、1~3厘米、3~5厘米、5~10厘米、10~15厘米、15~20厘米、20~30厘米分為7層進(jìn)行土壤分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0~1厘米的土壤中的鎘含量可以比第三層的3~5厘米的高出一倍，而在這個(gè)層次下的土壤鎘含量則變化不大或略有降低。
造成這樣分層的主要原因是重金屬主要吸附在黏粒上，進(jìn)行翻耕時(shí)，小于0.002毫米這么細(xì)小的黏粒就會(huì)上浮并最終沉淀在土壤表面上。文章結(jié)果表明，如果0~1厘米的土壤的鎘含量高，那生產(chǎn)出來(lái)的大米的鎘含量一定高。
另外一個(gè)有趣的試驗(yàn)證明了表土層的鎘積累對(duì)于稻米鎘超標(biāo)的重要性。伊藤等人用添加了10毫克/千克的含鎘土壤進(jìn)行水稻盆栽，到水稻分蘗期將水排干，讓表面土壤變硬，在土壤表面覆蓋一層0.4~1.8厘米厚的土層再淹水，結(jié)果糙米中的鎘含量從對(duì)照的0.34毫克/千克下降到了0.1毫克/千克。證實(shí)了表面在淹水條件下糙米中的鎘主要來(lái)自土壤表面細(xì)薄的氧化層。
對(duì)于中低度污染(稻米鎘含量在0.4~1.0毫克/千克)的稻田土壤，日本采用的方法是抽穗期前后灌水2~3厘米，避免土壤表面細(xì)薄的氧化層的出現(xiàn)，從而有效阻止這個(gè)時(shí)期根系吸收鎘直接進(jìn)入稻米中，收到了良好的效果。
總體上稻米鎘可以從0.50毫克/千克下降到0.08毫克/千克。且到2007年，實(shí)施面積39458公頃(近60萬(wàn)畝)，占日本稻田面積的一大部分。
中國(guó)人多地少，目前稻米鎘超標(biāo)問題擺在世人面前，很多地方領(lǐng)導(dǎo)憂心忡忡，恨不得一口吃出一個(gè)胖子來(lái)。耕地土壤特別是水稻田中鎘的環(huán)境行為其實(shí)很復(fù)雜，因?yàn)楦鬟^程、水分管理等等都會(huì)對(duì)重金屬的分布和有效性產(chǎn)生很大的影響，難以用“常規(guī)出牌規(guī)則”來(lái)對(duì)應(yīng)，可謂細(xì)微之處決定成敗。
不同地方的水稻田污染來(lái)源不同，土壤中固相的原生，次生礦物含量有異，土壤管理方式存在差別，在土壤重金屬污染的治理方法以及實(shí)現(xiàn)稻米重金屬安全措施的采用上需要慎之又慎。
有些措施貌似正確，其實(shí)容易造成反效果，甚至破壞了農(nóng)田，故在大規(guī)模推廣改良或者治理措施之前，應(yīng)該認(rèn)真地進(jìn)行科學(xué)論證和示范驗(yàn)證，投資用到刀刃上，治理達(dá)到對(duì)癥下藥之預(yù)期。
