導(dǎo) 讀

產(chǎn)地環(huán)境對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全有著十分重要的影響。

本文歸納分析了種植業(yè)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)的土壤、水、空氣及氣候等產(chǎn)地環(huán)境因素及其可能的影響，著重分析了當(dāng)前媒體及社會(huì)公眾關(guān)注的鎘等重金屬超標(biāo)問(wèn)題及其形成原因，提出了改善、修復(fù)產(chǎn)地環(huán)境條件的思路及對(duì)策措施。

文/陳能場(chǎng) 鄭煜基 雷紹榮 楊定清 冷小艷

來(lái)源：《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全》（2015年第2期），略有修改。

優(yōu)質(zhì)安全的農(nóng)產(chǎn)品首先是“產(chǎn)出來(lái)”的?！爱a(chǎn)出來(lái)”至少包括兩個(gè)方面，一是產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量，二是生產(chǎn)過(guò)程行為。近年來(lái)，媒體及社會(huì)關(guān)注的“鎘大米”、“茶葉稀土超標(biāo)”、“石墨玉米”等問(wèn)題，大多與產(chǎn)地的土壤污染或土壤本底有關(guān)。

產(chǎn)地環(huán)境問(wèn)題，尤其是土壤污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的影響越來(lái)越受到關(guān)注。2014年4月，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布了《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，認(rèn)為“全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染嚴(yán)重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂(yōu)，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問(wèn)題突出，“工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人為活動(dòng)以及土壤環(huán)境背景值高是造成土壤污染或超標(biāo)的主要原因”。

2015年1月，新的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》正式實(shí)施，環(huán)境保護(hù)部同月公布了新的《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》。一系列的政策措施及報(bào)告的出爐，將產(chǎn)地環(huán)境對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全影響的關(guān)注度拉抬到了一個(gè)新的高度。本文針對(duì)目前與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全有關(guān)的重金屬超標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，探討了改善、修復(fù)的途徑，期待能為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全工作提供參考。

一、影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的土壤重金屬

重金屬這個(gè)詞匯其實(shí)是個(gè)表意詞，一般情況下是指比重大于5.0（或密度大于4.5g/cm3）的金屬元素的總稱(chēng)，在自然界中大約有45種，這在元素周期表中占了大約40%。

作為發(fā)育于地球的巖石、累積在地球表面的土壤，重金屬是它天然的組分，巖石類(lèi)型不同，土壤重金屬含量也不同，因此從人為規(guī)定的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，有的就是天然的超標(biāo)，有的則是有很低的背景值。

對(duì)于鎘而言，在牙買(mǎi)加發(fā)育于鳥(niǎo)糞形成磷塊巖的土壤的Cd 濃度很高，可達(dá)931mg/kg，堪稱(chēng)世界之最，而發(fā)育于火成巖的土壤的鎘則很低，土壤本底值只有0.001-0.6mg/kg(平均0.12mg/kg)。

不同重金屬在土壤中的性質(zhì)則是千差萬(wàn)別，重金屬土壤-作物系統(tǒng)中的遷移能力也千差萬(wàn)別。

Chaney(1980)將各種重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移能力來(lái)個(gè)概略劃分，并稱(chēng)之為“土壤-植物屏障（soil-plant barrier）”。

第一類(lèi)重金屬元素在土壤中極難溶解，這類(lèi)元素在土壤中哪怕含量再高也不會(huì)影響動(dòng)物、植物和人體健康，例如金、鈦、釔等；第二類(lèi)重金屬元素在土壤中難遷移，在正常土壤中也不會(huì)從土壤到影響到人體如砷、汞、鉛；第三類(lèi)重金屬較容易被植物吸收，但在高濃度下其毒性?xún)?yōu)先表現(xiàn)在植物體內(nèi)，如銅、鋅、錳、鉬等；第四類(lèi)重金屬，它們的毒性一般不會(huì)表現(xiàn)在植物身上，而會(huì)透過(guò)植物讓其毒性表現(xiàn)在動(dòng)物和人體上，這類(lèi)重金屬有鈷、鉬、硒、鉈和鎘等。

目前關(guān)注度比較高的是鎘。鎘之所以容易成為土壤污染和食品安全以及人體健康中很突出的因素在于它的高毒性、致癌性以及在環(huán)境介質(zhì)中的高遷移性。鎘在地殼中的平均含量為0.2mg/kg，在地殼地球背景值中排行32，本身難以單獨(dú)成礦，是個(gè)分散元素，通常與其他礦石共生，由于它與鋅是同族關(guān)系，因此最常伴生在閃鋅礦中；由于它的離子半徑和鈣相近，因此在含鈣的礦物中容易進(jìn)行與鈣進(jìn)行“同晶替代”,也因此很好理解我國(guó)西南部的省份如廣西、貴州、云南的碳酸鹽地區(qū)是高鎘背景區(qū)。

鉛鋅礦、鐵硫礦等等的開(kāi)采因?yàn)榈V物中含有雜質(zhì)鎘，容易導(dǎo)致礦區(qū)存在鎘污染。此外，鎘具有低熔點(diǎn)（321°C）和低沸點(diǎn)（767°C）的特征，因此冶煉、燃煤甚至抽煙都可以將鎘蒸發(fā)到大氣中，這導(dǎo)致了鎘的污染具有廣域性特征，這也能較好的解釋為什么去年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中的耕地重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率以鎘為最高。

因此雖然有眾多的重金屬，真正通過(guò)土地生產(chǎn)的食物而對(duì)人體產(chǎn)生健康損害的目前只有鎘最為突出，其典型案例便是上個(gè)世紀(jì)發(fā)生于日本神通川流域并被稱(chēng)為環(huán)境公害的“痛痛病”。

二、土壤本底及土壤污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量的影響

（一）土壤性質(zhì)

越來(lái)越多的科學(xué)證明，影響植物生長(zhǎng)和重金屬含量的是土壤中的植物有效性部分的含量，而并非其總量, 而重金屬的有效性則很大程度上取決于土壤的性質(zhì)。比較最典型的三個(gè)礦區(qū)的例子，即英國(guó)的Shipham礦區(qū)，日本神岡鉛鋅礦下游發(fā)生痛痛病的神通川污染區(qū)和廣東大寶山鐵銅礦下游的上壩村污染區(qū)[6]即可印證這一點(diǎn)。

三者土壤中的含鎘量各相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，即最高分別是998mg/kg，6.65mg/kg 和1mg/kg左右，但由于土壤中的pH分別是7.5， 5.0和4.5左右，前者高含碳酸鈣和氫氧化物，后兩者分別低含和不含，日本的土壤有機(jī)質(zhì)有10%左右，上壩的土壤1%左右，這些差別導(dǎo)致三者土壤中鎘的有效性分別是0.04%, 4%和85%，也導(dǎo)致了不同的結(jié)局，雖然英國(guó)Shipham礦區(qū)土壤高鎘，剛公布時(shí)一度嘩然，也被建議居民搬離，但到2000年得出結(jié)論是沒(méi)有明顯的證據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】诞a(chǎn)生影響。

而日本的神通川成為“痛痛病”公害地，而上壩村則被媒體稱(chēng)為“癌癥村”（當(dāng)然癌癥高發(fā)可能另有原因，這里不做闡述）。

土壤酸堿度對(duì)重金屬特別是鎘有著決定性的影響。在土壤pH<4.5以下，土壤中的鐵氧化物對(duì)鎘幾乎沒(méi)有吸附能力，但到了土壤pH6.0則可以吸附大部分鎘。雖然土壤有機(jī)質(zhì)在酸化環(huán)境對(duì)鎘有一定的吸附能力，但鎘同時(shí)受到土壤溶液中離子強(qiáng)度的影響，在高強(qiáng)度的施肥條件下，土壤中的離子強(qiáng)度高，鎘的有效性明顯增強(qiáng)。

因此雖然我國(guó)在1995年制定了幾乎是全世界最嚴(yán)格的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這體現(xiàn)在土壤鎘含量上，在pH<6.5以下的耕地，土壤全鎘量不能超過(guò)0.3mg/kg。但在現(xiàn)實(shí)的高強(qiáng)度的耕作制度下，0.3mg/kg在一些區(qū)域并不能確保稻米的鎘安全。

筆者在國(guó)內(nèi)多個(gè)區(qū)域檢測(cè)到鎘不超標(biāo)的土壤所生產(chǎn)的稻米的鎘含量超標(biāo)的現(xiàn)象，如在pH5.33，全鎘0.22mg/kg的情況下，所有進(jìn)行的39個(gè)試驗(yàn)水稻品種的鎘含量都超過(guò)了0.2mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)(內(nèi)部數(shù)據(jù))。

在不超標(biāo)的土壤生產(chǎn)出超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品并非水稻所獨(dú)有，事實(shí)上在文獻(xiàn)中花生[9]和蔬菜也有報(bào)道。

如有研究表明，在土壤Cd含量不超標(biāo)的情況下，供試花生籽實(shí)的Cd含量在0.21～0.748mg/kg間，測(cè)定值全部超標(biāo)，且達(dá)食品Cd限量標(biāo)準(zhǔn)的1～4倍；花生籽實(shí)種皮的重量只占籽實(shí)的2.15%～2.94% ，但由于其中Cd濃度高達(dá)1.1～1.95 mg/kg，建議在含Cd較高的地區(qū)可以去皮食用花生籽實(shí)，以降低其對(duì)人體膳食健康的影響。

2010年中國(guó)農(nóng)大發(fā)表的Science文章表明我國(guó)全域土壤的酸堿度下降0.13-0.80個(gè)pH單位，這意味著土壤的酸度增加1.35-6.31倍，而這個(gè)酸化程度在正常的土壤過(guò)程中需要花數(shù)萬(wàn)年的時(shí)間。

以上例證表明單純的重金屬全量數(shù)值并不一定能實(shí)現(xiàn)糧食的安全，土壤酸化可能是導(dǎo)致我國(guó)糧食重金屬超標(biāo)的重要因素，也因此認(rèn)為在新的土壤環(huán)境質(zhì)量征求意見(jiàn)稿中將重金屬鎘的數(shù)值按照pH細(xì)分四檔（0.3、0.4、0.5和0.6mg/kg）意義不大。

（二）重金屬本底

重金屬高背景的區(qū)域大體上有三種類(lèi)型，第一種類(lèi)型來(lái)自于土壤的母質(zhì)。例如發(fā)育于磷灰?guī)r的土壤鎘含量最高可到30mg/kg； 而因?yàn)殒k的沸點(diǎn)在767°C，因此火山噴發(fā)的火成巖形成的土壤鎘的本底值就非常低。由于鎘與鈣的離子半徑極為相近，在石灰?guī)r形成過(guò)程中鎘、鈣可以發(fā)生同晶替代作用，因此石灰?guī)r地區(qū)的土壤鎘背景值很高，這種高背景在我國(guó)的西南部如貴州的土壤得到了很好的體現(xiàn)。

第二種地質(zhì)高背景區(qū)域類(lèi)型發(fā)生在沖積平原，這是由于高背景的土壤地球化學(xué)過(guò)程中不斷被沖刷到下游，在長(zhǎng)期的積累中造就了高背景。典型的例子是珠三角平原的高鎘區(qū)，珠三角西部流域由于受到西江和北江的長(zhǎng)期鎘積累而比東部流域有更高的鎘含量。

第三種地質(zhì)高背景區(qū)域類(lèi)型則是鉛鋅礦區(qū)的周邊[16]，鋅鎘是同族，鎘在汞、銅、鋅、鉛的硫化物中容易發(fā)生同晶替代，因此有色金屬礦中相對(duì)地含有較多的鎘。

在我國(guó)的某個(gè)地方性氟骨病的發(fā)生區(qū)域，巖石和土壤的天然高背景的鎘是當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)隱藏的毒物，基巖鎘高達(dá)4.48-187mg/kg, 煤中鎘11.5-53.4mg/kg, 耕地鎘1.01-59.7mg/kg, 當(dāng)?shù)刈魑锖k0.58-14.9mg/kg, 居民尿鎘1.7-13.4微克/升，食用農(nóng)作物和燃煤吸入是當(dāng)?shù)鼐用竦膬蓚€(gè)主要來(lái)源，這一發(fā)現(xiàn)表明高鎘區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)性需要得到關(guān)注。

牙買(mǎi)加島也是個(gè)高鎘區(qū)堪稱(chēng)世界最高，最高的鎘可以接近931mg/kg，其葉菜含鎘量達(dá)到0.4mg/kg, 豆類(lèi)含鎘0.33mg/kg，根莖類(lèi)蔬菜0.4mg/kg， 塊根作物鎘0.2mg/kg， 雖然在220個(gè)國(guó)家的壽命排序中排名98，健康年數(shù)排名47，當(dāng)?shù)鼐用衲I含鎘量位居第二(44毫克/公斤)，僅次于日本(62毫克/公斤) ，表明高鎘區(qū)居民會(huì)攝取更多的鎘?？梢?jiàn)，高鎘背景區(qū)的重金屬安全性問(wèn)題需要更多的考慮，如果套用征求意見(jiàn)稿的數(shù)值，則會(huì)“人為”增加了很多污染區(qū)域。

（三）土壤污染

在中國(guó)，對(duì)于土壤重金屬污染影響農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)的研究可以追溯到1974年。當(dāng)時(shí)的中國(guó)科學(xué)院森林生態(tài)研究所對(duì)沈陽(yáng)張士灌區(qū)的研究表明糙米鎘最高可達(dá)2.6mg/kg，隨后在廣西、湖南、廣東、甘肅、浙江、江西等多個(gè)礦山周邊和冶煉廠(chǎng)周邊都陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了土壤污染。

事實(shí)上，由于我國(guó)早期對(duì)環(huán)境污染認(rèn)識(shí)不足，后期在環(huán)保投入不足，由于礦山開(kāi)采、冶煉。電鍍、造紙、印染、化工等等造成的土壤重金屬的點(diǎn)污染遍及大半個(gè)國(guó)土。這些污染呈現(xiàn)星羅棋布狀態(tài)。這類(lèi)污染的范圍通常比較小，但具有高濃度的特征。

土壤重金屬超標(biāo)帶來(lái)糧食超標(biāo)的現(xiàn)象方面目前有非常多的綜述，在此不再展開(kāi)。

三、氣象條件對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量的影響

（一）溫濕度

氣候因素通過(guò)溫度改變植物的根系的吸收能力、溫濕度改變植物的蒸騰作用而會(huì)影響植物對(duì)重金屬的吸收，這種影響不單在年度上，也表現(xiàn)在季度上，甚至表現(xiàn)在大尺度的氣候變化上。

有科學(xué)家研究了毛葉山櫻花等六種牧草在春夏秋三季中鎘含量的變化，總體平均夏天的比春天的降低了47%，而秋天的比夏天的增加了29%。其中各種牧草的變化不同，如毛葉山櫻花葉片夏天比春天降低32%，秋天比夏天又低26%，但S. aucuparia這種牧草的葉片，雖然春天的比夏天低42%，但秋天的比夏天的高53%。

而在英國(guó)的Shipham的鉛鋅礦區(qū)，冬天蔬菜含鎘量0.02-1.77 mg/kg(平均0.23)，而夏天蔬菜含鎘量0.01-3.56mg/kg (平均0.52)，夏天的蔬菜平均值高出冬天的一倍以上。

對(duì)于南方的早晚兩季稻，往往早稻的鎘含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于晚稻，且超標(biāo)率也大幅度降低。這類(lèi)結(jié)果廣東、廣西、韓國(guó)、臺(tái)灣都有過(guò)報(bào)道。

其原因大都認(rèn)為是夏天溫度高，但雨水多，空氣濕度大，鎘的吸收量低，而在秋天，雨水少，土壤容易處于氧化狀態(tài)，加上天氣干燥，水稻葉片的蒸騰量大，有利于水稻對(duì)鎘的吸收(筆者未發(fā)表資料)。在南京一帶，曾有報(bào)道晚稻稻米含鎘量低于早稻的報(bào)告，估計(jì)與晚稻在后期溫度低有關(guān)。

對(duì)于年度變化，日本曾經(jīng)有研究從1954年到1970年同一塊田的稻米含鎘量，每年的大米鎘濃度都不相同，其變化濃度從幾近為0到0.8mg/kg, 通過(guò)分析得出稻米鎘含量與9月份的烤田(指田面沒(méi)水的狀況)的天數(shù)高度相關(guān)。顯然自然界的氣候也會(huì)“暗中”影響著糧食的安全。

地球變暖、二氧化碳濃度升高是個(gè)全球氣候變化的大趨勢(shì)，這樣的變化對(duì)于將來(lái)的糧食安全也會(huì)產(chǎn)生影響。

有研究表明，因?yàn)镃O2升高而顯著增加生物量和重金屬吸收的品種顯示出更大的植物修復(fù)潛力，但稻米鎘含量也會(huì)升高，這可能增加對(duì)人類(lèi)健康的風(fēng)險(xiǎn)。利用單季的研究結(jié)果來(lái)評(píng)估一個(gè)區(qū)域的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)，容易出現(xiàn)與實(shí)際情況有偏差而造成誤導(dǎo)的可能。

（二）酸雨

我國(guó)是三大酸雨重災(zāi)區(qū)之一。在20世紀(jì) 80 年代，酸雨主要集中在西南地區(qū)。2004年估算的面積達(dá)170萬(wàn)平方公里，長(zhǎng)江以南沿海發(fā)達(dá)城市尤其嚴(yán)重，我國(guó)每年排放SO2據(jù)統(tǒng)計(jì)約1200萬(wàn)噸。

近年來(lái)，中國(guó)東部地區(qū)逐漸成為酸雨污染的主要地區(qū)。北部地區(qū)也不時(shí)出現(xiàn)酸雨。以煤炭為主要能源的我國(guó)酸雨問(wèn)題正日益突出。

酸雨可以酸化土壤，提高重金屬活性，從而增加重金屬的有效性而影響農(nóng)產(chǎn)品的安全。此外，酸雨也會(huì)增加葉片上的有害重金屬的吸收。模擬實(shí)驗(yàn)表明，在pH 4. 5 的酸雨作用下，紅壤的鎘的平均釋放水平是對(duì)照的1. 6～1. 7 倍，而在pH 3. 5 的酸雨作用下,鎘的平均釋放水平是對(duì)照的2. 0～6. 5倍。

酸雨通過(guò)酸化土壤、提高重金屬活性從而給土壤生態(tài)和食品安全帶來(lái)潛在的影響。有人用模擬含鎘的酸雨來(lái)噴在苗期、開(kāi)花期、結(jié)莢期和成果期的花生葉片上，噴施連續(xù)3天，每天噴施6次，每次噴施50毫升，含鎘0.5毫克/升，噴施時(shí)地表覆蓋塑料膜防止對(duì)土壤的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)鎘敏感的品種Yuhua-15的籽實(shí)鎘含量分別增加了84%，26%，23% 和1%，而普通品種Huayu-23則分別增加了229%，116%，126%和90%.

但不管?chē)娛r(shí)期，在酸雨環(huán)境中普通品種花生的鎘增加率顯著高于敏感品種，但敏感品種的花生含鎘量總是顯著高于普通品種。而在實(shí)際情況下，由于酸雨對(duì)土壤的酸化作用，含鎘的酸雨將可能使花生籽實(shí)鎘含量更高[32]。以上結(jié)果表明，酸雨對(duì)農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)的影響不管在科研上還是在認(rèn)識(shí)上還有待加強(qiáng)。

（三）大氣污染

在潔凈的大氣環(huán)境中，作物體內(nèi)的重金屬自然主要來(lái)自根系的吸收，而越來(lái)越多試驗(yàn)表明，在含重金屬的大氣環(huán)境中，葉片對(duì)重金屬的吸收其實(shí)是不可忽視的。

在早期，雖然有很多研究表明葉片能吸收重金屬，但研究的方法較為簡(jiǎn)便，如在印度，通過(guò)比較對(duì)照區(qū)的蔬菜重金屬含量來(lái)表明工業(yè)區(qū)或者道路邊的蔬菜葉片吸收了更多的重金屬，這種方法很難區(qū)分來(lái)自葉片吸收和來(lái)自土壤吸收的重金屬。

Delenberg和Van Driel(1990)設(shè)計(jì)了一個(gè)可靠的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定荷蘭北部農(nóng)村田塊中不同作物體內(nèi)的重金屬來(lái)源，其來(lái)自土壤部分的計(jì)算是基于同位素稀釋?zhuān)珌?lái)自土壤部分的109Cd/Cd 比活度則用另外的裝置進(jìn)行測(cè)定，即單獨(dú)將植物放置于無(wú)塵箱中作為對(duì)照。

兩個(gè)試驗(yàn)的作物產(chǎn)量相近，如此試驗(yàn)之結(jié)果比以往的更加準(zhǔn)確。結(jié)果表明，在土壤含鎘量為其背景值0.16-0.29毫克/千克、鎘降塵率為1.6-2.1克鎘/公頃/年的條件下，來(lái)自于空氣的鎘對(duì)于牧草，菠菜，蘿卜根莖的影響不顯著，但對(duì)小麥粉中的鎘含量的貢獻(xiàn)率可達(dá)21%，小麥莖的貢獻(xiàn)率可達(dá)48%，認(rèn)為是小麥生長(zhǎng)期比較長(zhǎng)的緣故。這個(gè)濃度在當(dāng)時(shí)與歐洲中部典型農(nóng)村區(qū)域的鎘沉降濃度相當(dāng)。

一般認(rèn)為如果作物生長(zhǎng)于污染的土壤而且空氣鎘含量低的情況下，氣源鎘的影響可以忽略；但當(dāng)氣源鎘含量高出10倍而且土壤鎘含量并不高時(shí)，那么氣源鎘可能成為植物鎘含量的一個(gè)主要來(lái)源。

預(yù)測(cè)結(jié)果表明，如果鎘沉降量為12克/公頃/年，籽粒中的鎘會(huì)加倍，氣源鎘的貢獻(xiàn)率將達(dá)到60%。在高鎘沉降地帶(如>10鎘/公頃/年),那么氣源鎘可能成為當(dāng)?shù)鼐用竦囊粋€(gè)主要來(lái)源。

同位素示蹤可以很好地研究植物體內(nèi)的重金屬來(lái)源。貴陽(yáng)地化所一項(xiàng)利用同位素鉛來(lái)研究野生植物鉆形紫菀鉛來(lái)源的結(jié)果顯示，雖然植物鉛根>葉>莖，但在總懸浮顆粒含鉛96.5 ± 63.5 納克/立方米的情況下，葉片中的鉛72.2%來(lái)自大氣沉降。

另外還有試驗(yàn)利用鉛同位素研究高速公路邊水稻體內(nèi)重金屬來(lái)源的結(jié)果表明，稻米中46%的鉛和41%的鎘來(lái)自于大氣的葉片吸收，而鉻、鋅和銅的大氣來(lái)源的影響則不明顯，表明高速公路邊的作物生產(chǎn)布局需要考慮食品安全。

我國(guó)是重金屬鉛、鎘、汞、砷的大氣排放大國(guó)，研究表明，我國(guó)2010年有色金屬行業(yè)鎘的大氣排放高達(dá)1681噸，而燃煤來(lái)源的鎘也達(dá)到了303噸。大氣沉降鎘的濃度為0.4-25鎘/公頃/年。

最高值遠(yuǎn)高于10鎘/公頃/年的高鎘沉降范圍。從植物的吸收能力和我國(guó)的鎘等排放量來(lái)看，有理由我們低估了大氣來(lái)源對(duì)農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)的影響。

四、生產(chǎn)過(guò)程行為對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量的影響

（一）作物品種差別

不同作物、同一作物不同品種間的重金屬積累差異很大是一個(gè)眾所周知的事實(shí)。對(duì)于農(nóng)作物，Arthu(2000)等根據(jù)植物體內(nèi)鎘的積累量，把植物分為低積累型(如豆科) ，中等積累型(如禾本科)和高積累型(如十字花科) 三種類(lèi)型。

對(duì)于污染程度不高的土壤，農(nóng)產(chǎn)品的安全可以通過(guò)改變種植結(jié)構(gòu)而得到保障?；谝陨系钠贩N特性，很多科學(xué)家力圖通過(guò)篩選獲得低重金屬吸收的品種，在輕微污染的土壤可以獲得不超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品。

在加拿大，成功找到了鎘的低吸收的硬質(zhì)小麥品種，并得到了大面積的推廣。但對(duì)于水稻，雖然很多研究單位也找到了很多鎘低吸收的品種，但在實(shí)際生產(chǎn)中缺鮮有成功的例子。

這是因?yàn)樗旧L(zhǎng)的土壤環(huán)境多變，加上元素間的相互作用，低鎘品種的表現(xiàn)并不穩(wěn)定。早稻的低鎘品種在晚稻可能就高鎘，一個(gè)地方的低鎘品種到另一個(gè)地方就高鎘了，必須因地制宜地進(jìn)行選擇[39]，所謂“合適的才是最好的”。

（二）耕作強(qiáng)度

在以往的土壤環(huán)境中，土壤受到的人為沖擊小，因此雖然高鎘背景區(qū)大量存在，但一般不會(huì)對(duì)人體的健康帶來(lái)負(fù)面影響。但在高強(qiáng)度的耕作下，土壤酸化過(guò)程明顯，種植于高鎘背景區(qū)土壤的作物鎘含量會(huì)明顯提高。

有人用一整年的時(shí)間研究了溫帶和亞熱帶土壤添加閃鋅礦粉(<63um, 含鎘量0.92%)后鎘的釋放速率，證實(shí)了礦石中的鎘會(huì)以連續(xù)的、很緩慢的溶解而釋放，其速率為0.6-1.2%/年。

而生長(zhǎng)于添加閃鋅礦粉的溫帶土壤的小麥，可吸收釋放出之鎘的38%(29微摩爾/公斤)，造成小麥鎘含量超標(biāo)。而生長(zhǎng)于添加閃鋅礦粉的亞熱帶土壤的水稻吸收的鎘(0.6微摩爾/公斤)要少得多，這主要是稻田土壤環(huán)境呈中性，而釋放出來(lái)的鎘又被轉(zhuǎn)化為極為難溶的硫化鎘。

這個(gè)試驗(yàn)證實(shí)了土壤中閃鋅礦粉可以將鎘釋放到土壤間隙水中，在氧化條件下，鎘的有效性高，會(huì)污染到作物，而淹水的水稻種植則限制了閃鋅礦污染的影響[40]。

（三）產(chǎn)量追求

在盆栽試驗(yàn)中，有研究發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)伴隨高鎘的現(xiàn)象，這在大田中因?yàn)榉N植規(guī)格、苗數(shù)的變動(dòng)而難以確證。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)也曾經(jīng)在媒體報(bào)道了他們的研究成果，即“超級(jí)稻有著更大的鎘風(fēng)險(xiǎn)”。

高產(chǎn)帶來(lái)更多的重金屬？這新聞一聽(tīng)起來(lái)令人擔(dān)心，細(xì)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)不可思議，但仔細(xì)分析這樣的結(jié)果在特定條件下還真的會(huì)發(fā)生。

首先是耕作過(guò)程造成了鎘向耕地表層的累積，由于鎘離子主要吸附在黏粒上，在犁田和耙田過(guò)程中，黏粒上浮，造成鎘在土壤表層的積累。

日本有研究表明，整地后，土壤表層的鎘含量可以高出其下3-4厘米或者更深土層的1倍。

其次是水稻根系的分布。根系主要分布在耕作層(0-20厘米)，而大多數(shù)品種在土層10厘米內(nèi)的根系質(zhì)量可占80%以上。

產(chǎn)量高的水稻根系分布更多的在表層，表層的鎘累積和耕層的根系分布特征造成了水稻容易積累鎘。再次是水稻根系周?chē)乃峄Ｋ臼窍蹭@作物，在淹水環(huán)境中，根系主要吸收銨根離子。

當(dāng)根系吸收銨根離子時(shí)，為了保持電中性，根系將分泌出等當(dāng)量的氫離子（H+）, 雖然高水分環(huán)境有助于減緩根系表面的酸化程度，而淹水環(huán)境有助于難溶解的硫化鎘的形成，但總體上水稻的根際環(huán)境會(huì)比根外土壤pH低0.3-0.5個(gè)單位，這個(gè)酸化過(guò)程將造成硫化鎘溶解，而產(chǎn)量越高，吸收的氮越多，根系酸化效應(yīng)更加明顯，從而吸收了更多的鎘；當(dāng)田面缺水時(shí)，土壤中的硫化鎘將被溶解，表面根系的密集和表層重金屬鎘的富集又有助于鎘被水稻根系的吸收。

在一些報(bào)道中，通常認(rèn)為水稻是吸收鎘能力很強(qiáng)甚至最強(qiáng)的作物，這是一種誤解，稻米容易造成鎘含量的超標(biāo)，其原因在于它的生產(chǎn)環(huán)境、品種和籽粒鎘吸收和積累時(shí)機(jī)等等的碰巧組合，如果上述的表述。在Arthur(2000) 等根據(jù)植物體內(nèi)鎘的積累量的作物類(lèi)型歸類(lèi)中，如禾本科作物屬于中等積累型類(lèi)型。

有實(shí)驗(yàn)用3種不同pH的土壤種植5種作物，包括水稻、大豆、豇豆、燕麥和小麥，發(fā)現(xiàn)在低pH(5.0)的籽粒鎘含量比中(pH6.2)和高pH(7.7)高得多，后兩者差別不大，對(duì)于低pH的土壤，籽粒鎘含量小麥=大豆>燕麥>水稻>豇豆；對(duì)于中高土壤pH, 順序則是小麥>大豆=水稻>燕麥=豇豆。

Zhang等(1998)分析測(cè)定了我國(guó)北方地區(qū)主要禾谷類(lèi)、豆類(lèi)作物收獲籽粒中的Cd 含量,發(fā)現(xiàn)豆類(lèi)作物平均含量達(dá)55.7 ng/g ,顯著高于禾谷類(lèi)作物(9.2 ng/g) ; 豆科作物中以長(zhǎng)豇豆最高,平均達(dá)381.3 ng/g ,其次是大豆為73.5 ng/g ;禾谷類(lèi)中以糯稻最高,達(dá)26.2 ng/g , 玉米最低(4.4 ng/g) , 因此水稻是吸收鎘能力很強(qiáng)甚至最強(qiáng)的作物是種錯(cuò)誤的理解。

需要強(qiáng)調(diào)的是，高鎘和高產(chǎn)并無(wú)必然的聯(lián)系，但在受鎘污染的農(nóng)地，高產(chǎn)背后是否引發(fā)高鎘問(wèn)題需要引起更多的研究。

（四）灌溉用水

灌溉用水是稻田重金屬的主要來(lái)源途徑。伊藤等(1974)年的研究表明，雖然自然界的水體中的鎘通常只有0.1微克/千克，但只要因?yàn)槲廴緷舛壬愿叩?.01mg/L，重金屬就有在土壤中被吸附而給土壤帶來(lái)重金屬的積累。

水稻是需水植物，平均每畝稻田年需要水量1000噸，以水中鎘為0.01mg/L就算，年帶入的鎘總量就有10g。

因此認(rèn)為即使灌溉水水質(zhì)定在0.05mg/L，被認(rèn)為太高了，因?yàn)榘凑者@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)灌溉，在畝用水1000噸的情況下，會(huì)帶入50g的鎘。

我國(guó)是一個(gè)水資源較為缺乏的國(guó)家，也是個(gè)水資源分布相當(dāng)不平衡的國(guó)家。因此自從上個(gè)世紀(jì)50年代末以來(lái)，在北方地區(qū)利用污水灌溉面積一直在擴(kuò)大，而南方水資源雖然充足，但小型礦山多，礦山開(kāi)采后的污水沒(méi)有得到治理，造成河流污水和河水混合，利用河水灌溉的稻田因此遭受污染。

最典型的灌區(qū)當(dāng)屬沈陽(yáng)的張士灌區(qū)。自從1974年中國(guó)科學(xué)院林業(yè)土壤研究所首次監(jiān)測(cè)出灌區(qū)糙米含鎘量最高達(dá)2.6mg/kg,土壤含鎘3-5mg/kg, 糙米含鎘0.2-0.4mg/kg,污染僅限于灌區(qū)核心區(qū)，面積約330hm2, 而1984年以后，重金屬污染發(fā)生擴(kuò)散，下游德勝、沙嶺一帶土壤重金屬濃度增加，總污染面積達(dá)到1260hm2, 土壤含鎘1-2mg/kg,糙米含鎘0.1mg/kg,局部地區(qū)糙米鎘含量超過(guò)0.4mg/kg.90年代以后，由于核心區(qū)的土地利用方式發(fā)生變化，對(duì)該地區(qū)的研究報(bào)道逐漸減少，但環(huán)保部門(mén)的抽樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)下游地區(qū)的鎘含量逐年升高[36]。

潔凈的水源是良好產(chǎn)地環(huán)境的前提?，F(xiàn)在我國(guó)的水體污染嚴(yán)重，除了上述所指出的礦山、冶煉等等帶來(lái)污染水源之外，土壤的面源污染已經(jīng)是水體污染的第一大污染源，導(dǎo)致我國(guó)土壤和水體相互污染、互為源匯的特征。灌溉水體凈化必須成為土壤污染治理的內(nèi)容的一部分，且必須在土壤污染治理之前進(jìn)行，否則土壤污染治理效果將事倍功半。

五、重金屬元素間的相互作用影響重金屬的毒性和遷移性

在各種環(huán)境介質(zhì)包括生命體內(nèi)，重金屬間的相互作用是廣泛的。這種相互作用可分為協(xié)同(synergy)、疊加(additive)、頡頏(antagonism)等幾種形式，有時(shí)也存在沒(méi)有相互作用的現(xiàn)象[47]。Shubert等(1978)用可以讓一只老鼠致死的汞的劑量和可以讓一只老鼠致死的鉛劑量的1/20組合起來(lái)喂食100只老鼠，兩者混合毒死100只老鼠，這是一個(gè)極為典型的重金屬協(xié)同作用[48]。

在土壤中，重金屬間的相互作用關(guān)系極為復(fù)雜，曾經(jīng)有科學(xué)家力圖以鋅為基準(zhǔn)，將各種重金屬的毒性換算成鋅來(lái)表達(dá)，“鋅當(dāng)量”的概念來(lái)表示重金屬的綜合毒性，這樣將各種重金屬毒性統(tǒng)一成一個(gè)指標(biāo)，例如他們認(rèn)為在土壤中, 鋅、銅、鎳的有效態(tài)對(duì)植物的毒性比為1 : 2 : 8 ，當(dāng)然在實(shí)際情況中這種換算并不具有普遍意義。

鎘與鋅在周期表中有著同族的關(guān)系，前者是有毒元素，后者為必須元素，兩者的相互作用得到了較為廣泛的研究。

相互作用是可以變化的，如研究表明，在玉米籽實(shí)中，鎘與鋅之間表現(xiàn)為相互抑制作用，即相互抑制了玉米籽實(shí)中對(duì)方的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)，而在大豆籽實(shí)中卻表現(xiàn)為協(xié)同作用，土壤中鎘的增加有促進(jìn)植株吸收鋅的功能，而土壤中鋅的增加對(duì)植物吸收鎘有激發(fā)作用。

當(dāng)土壤中鎘含量達(dá)4.60mg/kg時(shí)，由于土壤鋅的作用，玉米籽實(shí)中的鎘含量仍在正常水平范圍，當(dāng)然這些結(jié)果與土壤類(lèi)型和環(huán)境條件密切相關(guān)。

Abdelilah等[51]利用大豆進(jìn)行水培試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2、5 ?mol/L的Cd和10、25 ?mol/L的Zn之間的交互作用并未表現(xiàn)出相互拮抗作用，而是表現(xiàn)為協(xié)同作用。Zn促進(jìn)了Cd的吸收和向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)。

在澳大利亞，利用鋅鎘普遍的頡頏關(guān)系，在含鋅低的土壤開(kāi)展“施鋅控鎘”取得相當(dāng)?shù)某晒?，而在瑞典土壤不怎么缺鋅，“施鋅控鎘”效果卻極為有限[。在高鎘背景區(qū)域鎘含量高，但鋅含量同樣也很高，施鋅控鎘的效果并不理想。

六、檢測(cè)時(shí)間與農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量差異

市場(chǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)能較為客觀地反映農(nóng)產(chǎn)品安全狀況，但由于收割后的混合、加工以及勾兌等等工作，田間調(diào)查的數(shù)據(jù)和市場(chǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)其實(shí)有很大的差別。日本曾研究，一方面通過(guò)田間調(diào)查袁發(fā)現(xiàn)調(diào)查區(qū)糙米鎘最低0.6 mg/kg，而最高可達(dá)1.6mg/kg；另一方面對(duì)該調(diào)查區(qū)的稻谷在收割入倉(cāng)裝袋后再次調(diào)查，卻發(fā)現(xiàn)檢測(cè)到的糙米鎘濃度最低在0.1 mg/kg，而最高不超過(guò)0.6 mg/kg。

由于日本的土壤治理對(duì)策是糙米鎘含量高于1.0 mg/kg 時(shí)稻田土壤必須進(jìn)行客土修復(fù)，但在0.4～1.0 mg/kg的區(qū)間時(shí)主要通過(guò)水分管理加以控鎘。

利用市售大米的調(diào)查結(jié)果來(lái)判斷土壤污染會(huì)因為污染程度的低估而造成對(duì)土壤修復(fù)方法選擇錯(cuò)誤，這也表明難以通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查的農(nóng)產(chǎn)品重金屬狀況來(lái)判斷原產(chǎn)地的農(nóng)產(chǎn)品的重金屬含量，這一點(diǎn)在土壤治理的方法選擇上尤其重要。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以看出農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染的問(wèn)題是個(gè)極為復(fù)雜的問(wèn)題，也同時(shí)可以看出，產(chǎn)地的安全對(duì)于種植業(yè)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的重要性。要治理土壤，做到產(chǎn)地安全，污染源的控制是前提，這不僅是因?yàn)榇髿夂臀鬯械闹亟饘俅蟛糠值臍w宿都在于土壤，同時(shí)，大氣污染源是影響農(nóng)作物安全的一條重要途徑，酸雨更增加了這一途徑的風(fēng)險(xiǎn)性。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，我國(guó)農(nóng)地的鎘來(lái)源主要是動(dòng)物性肥料高達(dá)778 t，其次是大氣沉降達(dá)493 t，再次才是各種化學(xué)肥料，為113 t。

按照這個(gè)速度，從土壤的背景值開(kāi)始要達(dá)到目前的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鎘只要50

年。因此大氣污染源和動(dòng)物養(yǎng)殖的鎘控制是重中之重的問(wèn)題。

雖然多種因素可以影響農(nóng)產(chǎn)品的安全性，但歸根到底還是土壤的問(wèn)題，畢竟除了葉片的次要吸收途徑外，根系是重金屬進(jìn)入作物體內(nèi)最重要的途徑遙只有良好的土壤，才能抵御各種外部因素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。比如，改良的土壤的酸度則很大程度上可以降低我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)的百分率。

注：參考文獻(xiàn)51篇（略）

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