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南方稻區土壤重金屬污染防治穩步推進——

[經濟日報]從“土”開始 治鎘之“疾”

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背景圖為位于湖南湘潭的“南方地區稻米重金屬鎘污染綜合防控技術示范基地”,該基地一期建設面積100畝,包括6大功能區,目前已入駐科研團隊14個,相關企業9家。 本報記者 常 理攝

“民以食為天,食以土為本”,土壤是人類賴以生存的物質基礎,同時也是人類食物生產的主要基地。然而,隨著工業化、城鎮化進程的推進,土壤污染問題日益嚴重,給人們的生活帶來了很多安全隱患。

日前,中國農業科學院舉辦了南方稻區重金屬污染綜合防控協同創新行動現場會,介紹了行動推進一年多來,科學團隊在重金屬污染防治方面取得的進展,并揭秘了鎘大米污染的特征與遷轉規律,為土壤重金屬的綜合治理提供了重要的科學依據。

重金屬污染不容小覷

我國是水稻生產和消費大國,約有65%的人口以水稻為主食。近年來,土壤、灌溉水和農業投入品中的重金屬污染問題已經嚴重影響到稻米質量安全,鎘污染尤為嚴重,直接導致稻米鎘超標事件頻發,嚴重影響到人體健康和社會穩定。

從環保部2014年公布的《全國土壤污染狀況調查公報》中可以清楚地看到當前土壤污染面臨的嚴峻形勢:我國土壤總的點位超標率為16.1%,鎘、砷、鎳的點位超標率分別達到了7.0%、1.6%、4.8%。

與“七五”時期相比,土壤中鎘的含量在全國范圍內普遍增加,在西南地區和沿海地區增幅超過50%,在華北、東北和西部地區增加10%至40%。

“土壤污染具有隱蔽性和滯后性,往往要通過土壤樣品分析、農作物檢測,甚至人畜健康的影響研究才能確定。而且,由于重金屬難以降解,導致重金屬對土壤的污染基本是不可逆的。治理土壤污染的成本高、周期長、難度大。”農科院農業資源與農業區劃研究所研究員馬義兵告訴《經濟日報》記者。

面對這一系列棘手問題,我國對土壤污染治理的力度持續加大。農業部、財政部2014年3月批準啟動湖南長株潭地區重金屬污染耕地修復及農業種植結構調整的試點;2015年國務院專門批復了《農業環境突出問題治理總體規劃(2014-2018年)》和《全國農業可持續發展規劃(2015-2030)》,都把重金屬污染防治作為重要內容,提出了明確要求和任務;不久前出臺的“土十條”明確提出,到2020年,全國土壤污染加重趨勢得到初步遏制;到2030年,全國土壤環境質量穩中向好;到本世紀中葉,土壤環境質量全面改善。

“重金屬污染所引發的問題受到我國政府和社會各界的高度關注,特別是2013年湖南等地‘鎘大米’事件以來,重金屬污染問題更是被提到了前所未有的高度。”中國農業科學院黨組書記陳萌山認為,實施重金屬污染綜合防控工程,將極大降低重金屬鎘被稻米吸收和富集的概率,防止外源污染對稻米生產的影響,同時減少農民群眾在生產和消費過程中對重金屬鎘的暴露風險,為人體健康建立有效的安全保障;在保障水稻安全生產的同時也保障了稻米的安全消費,減少污染農產品對人體健康的危害,將極大提高社會各界對農產品質量安全的信心,有效促進社會穩定。

揭秘污染主要途徑

土壤重金屬污染是由多方面因素造成的。首先,自然背景值高是一些區域和流域土壤重金屬超標的原因,如我國西南巖溶地區成土母巖為碳酸鹽巖,在土壤形成的過程中,巖石的主要化學成分碳酸鈣發生溶解淋失,而在巖石中含量很低的砷、鎘、鉛、汞強烈富集,可使土壤中砷、鎘、鉛、汞等元素含量比成土母巖富集10倍至20倍之多。其次,工礦企業排放的廢氣、廢水、廢渣污染了土壤,汽車尾氣排放導致交通干線兩側土壤鉛、鋅等重金屬和多環芳烴污染。第三,農業生產活動中,污水灌溉、化肥、農藥、農膜等農業投入品的不合理使用和畜禽養殖等,導致耕地土壤污染。

既然環境因素嚴重影響了土壤中的重金屬含量,我們所吃的糧食又必須種在土壤里,該如何解決?

“稻米中的重金屬鎘主要是在種植過程中從土壤、灌溉水和肥料轉移而來,土壤污染不等于農產品污染也不等于食品污染,可以通過科學技術手段讓土壤中的重金屬元素不被吸收,或者不被運輸到種子中,這樣就降低了食用風險。”中國農業科學院南方稻區重金屬污染協同創新團隊首席科學家劉仲齊告訴《經濟日報》記者。

科學團隊研究發現,非選擇性陽離子通道是影響大多數水稻品種鎘吸收轉運的關鍵通道。水稻體內生物膜對無機離子的跨膜運輸有被動運輸和主動運輸兩種方式。被動運輸的離子通道和主動運輸的離子載體都會影響鎘的吸收和轉運。

并且,環境因素對于植物體內的鎘含量產生了影響:早稻灌漿期降雨量大,品種的遺傳背景對稻米的鎘含量有極顯著的影響;晚稻灌漿期蒸發量大,稻米鎘超標率更為嚴重。秋季耕層土壤中鎘的富集是導致晚稻鎘超標的主要原因。隨著生長期的延長,水稻根、莖葉及籽粒中鎘逐漸增加,即成熟期>灌漿期>拔節期。

從植物的部位來看,穗軸和旗葉是稻米鎘的直接來源;根系、葉鞘、節間等營養器官是稻米Cd的間接來源。土壤中的鎘會富集在作物的根系中,但是不一定會被傳導至稻米之中,而大氣中的鎘通過沉降在葉片中,會顯著影響稻米中的鎘含量。

協同治理效果好

土壤重金屬治理是一件復雜而精密的工作,中國農科院開展協同創新以來,共有7個研究所、11個團隊加入到協同攻關中來,對選種、種植、加工全過程進行綜合治理,并取得了明顯成效。

中國水稻所副所長胡松培告訴《經濟日報》記者,在品種篩選上,團隊針對200余份南方主栽品種,通過重新篩選,選出了部分鎘積累相對較低的品種。并發現早熟品種鎘積累普遍較低,秈稻交雜交稻糙米鎘含量普遍較高,粳稻鎘積累整體上并不比秈稻要低。

環保所研究人員發現,海泡石和坡縷石可顯著降低酸性稻田土壤中鎘的有效態浸提含量,降幅40%至70%,可以使中輕度鎘污染稻田生長的水稻糙米鎘含量降低至0.2mg/kg的國家標準最大限量值以下。他們制備了羧基和巰基修飾海泡石作為鈍化材料,應用成本顯著降低,修復效應明顯提高,具有大規模推廣的潛力。

此外,麻類對于吸附鎘有著很好的效果。據麻類所研究員王玉富介紹,水稻鎘污染農田經過一年苧麻種植修復后,土壤含鎘量從1.22mg/kg降到了1.12mg/kg,土壤鎘含量降低了8.19%。水稻鎘污染農田經過一年紅麻種植修復后,土壤含鎘量從1.28mg/kg降到了1.23mg/kg,同時紅麻干皮產量保持了較高水平。

稻米從收獲到餐桌,要經歷復雜的加工過程,在這個過程中,也可以通過技術手段去除稻米中的鎘元素。從稻米的營養成分構成來看,淀粉約占70%,蛋白質約占10%,另外還有脂肪、維生素、纖維等成分,而鎘主要是和蛋白質結合。“我們嘗試了在加工的最初環節,用食用醋酸對稻米進行浸泡,以去除蛋白質中的鎘元素,目前看,效果比較明顯。”農科院加工所研究員郭莉波告訴記者。

據介紹,目前加工所正在研制一種再造米,先把稻米全部粉碎,將淀粉蛋白質分離,然后去除掉蛋白質中的鎘元素,然后再根據營養比例將稻米粉末制成米粒形式,形成脫鎘再造米。


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