稻米重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)及控制

王偉平， 黎 妮

(1.雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/湖南雜交水稻研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410128)

稻米重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)及控制

王偉平1，2， 黎 妮1

(1.雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/湖南雜交水稻研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410128)

稻米是我國(guó)的主糧，隨著工農(nóng)業(yè)和城市化的快速發(fā)展，稻米重金屬污染脅迫問(wèn)題日益突出。針對(duì)我國(guó)稻米重金屬污染的種類(lèi)、形成原因進(jìn)行了分析，并對(duì)稻米重金屬的控制技術(shù)及對(duì)策提出了建議，以期待為稻米重金屬污染的解決、保障食品安全提供指導(dǎo)。

稻米； 重金屬污染； 食品安全； 控制技術(shù)

水稻是世界三大糧食作物之一，全球有一半以上的人口以稻米為主食，2013年世界水稻播種面積1.647 2×108hm2，總產(chǎn)量約7.457 1×108t[1]。在中國(guó)，2013年水稻種植面積3.031×107hm2，總產(chǎn)2.036 1×108t[2]，約占國(guó)內(nèi)糧食總產(chǎn)量的1/3，有60%以上的人口以稻米為主食，稻米對(duì)保障國(guó)家糧食安全的重要性日益突出。近年來(lái)，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，稻米質(zhì)量安全問(wèn)題呈多發(fā)態(tài)勢(shì)，“鎘米”、“血鉛”、“砷毒”等事件屢見(jiàn)報(bào)道，有關(guān)稻米重金屬污染問(wèn)題日益受到關(guān)注，特別是2013年“鎘米”事件后[3]，國(guó)家和省級(jí)有關(guān)部門(mén)，迅速行動(dòng)，啟動(dòng)了有關(guān)水稻重金屬污染防控的相關(guān)重大課題研究，通過(guò)育種、栽培、生化、加工等多學(xué)科的參與，開(kāi)展稻米重金屬污染防控的協(xié)同攻關(guān)。但由于稻米重金屬污染面廣、類(lèi)型多樣、成因復(fù)雜，解決起來(lái)技術(shù)難度較大。因此，本文針對(duì)我國(guó)稻米重金屬污染的種類(lèi)、成因及控制對(duì)策進(jìn)行分析，以期待為稻米重金屬污染的解決、保障食品安全提供幫助。

1 稻米重金屬污染的種類(lèi)及危害

重金屬在化學(xué)中的定義是指密度大于4.5 g/cm3的金屬，包括金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鎘(Cd)、鉻(Cr)和汞(Hg)等54種，但在進(jìn)行元素分類(lèi)時(shí)，由于有的又劃歸為稀土金屬，有的劃歸為難熔金屬，最終在工業(yè)上劃入重金屬的一般指10種金屬元素：Cd、Pb、Zn、Ni、Cu、Co、Hg、銻(Sb)、錫(Sn)和鉍(Bi)。環(huán)境污染方面所說(shuō)的重金屬主要是指能產(chǎn)生生物毒性顯著的重金屬及類(lèi)金屬，這類(lèi)重金屬通過(guò)土壤—作物—人體食物生態(tài)鏈系統(tǒng)進(jìn)入人體后，不能被生物快速降解，卻能在食物鏈的生物放大作用下，不斷在人體的某些器官中富積，最終造成慢性中毒，主要包括Cd、Pb、As、Hg、Cr等。

1.1 Cd的污染情況

Cd是一種有色重金屬元素，于1817年被發(fā)現(xiàn)[4]。有研究表明，Cd可能為某些動(dòng)物所必需，在一定條件下，對(duì)特定種類(lèi)的動(dòng)物起著特殊的生物學(xué)功能[5]；但對(duì)于人體而言，Cd不是必需元素，并且進(jìn)食少量便可能引發(fā)嚴(yán)重的中毒癥狀。Cd對(duì)人體的毒性危害表現(xiàn)為：Cd能通過(guò)食物鏈的方式進(jìn)入人體后，能與含羥基、氨基、巰基的高分子有機(jī)物結(jié)合，使許多酶系統(tǒng)受到抑制，影響肝、腎等器官中酶系統(tǒng)的正常功能，引起肝、腎、肺等內(nèi)臟器官的病理變化，誘發(fā)骨質(zhì)疏松、骨軟化和腎結(jié)石等疾病，最終引發(fā)“骨痛癥”[6]。20世紀(jì)五六十年代，日本神通川流域的骨痛病(也叫“痛痛病”)，就是由于攝取了富Cd的稻米(俗稱(chēng)“鎘米”)和飲用水中的Cd超標(biāo)造成的[7]。

在所有的重金屬污染中，Cd污染最受關(guān)注。原因在于：1)Cd的半衰期長(zhǎng)。Cd的半衰期最長(zhǎng)可達(dá)3000年，在人體內(nèi)的半衰期也可長(zhǎng)達(dá)10～30年，難以通過(guò)生物降解方式解除毒性[8]。2)Cd的遷移率強(qiáng)，富集系數(shù)高，最易通過(guò)耕作系統(tǒng)在稻米中積累，且毒性作用濃度低，通常是對(duì)水稻生長(zhǎng)表現(xiàn)無(wú)害時(shí)，但稻米中積累的Cd含量已達(dá)到或超過(guò)國(guó)家規(guī)定的上限標(biāo)準(zhǔn)，不易被發(fā)現(xiàn)。3)Cd的污染面廣、范圍大，并有擴(kuò)大趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)受Cd污染的耕地面積已由20世紀(jì)90年代初期的約1.3×104hm2擴(kuò)大到了2.8×105hm2，涉及11個(gè)省(市)[9]。1972年，F(xiàn)AO/WHO把Cd列為第3位優(yōu)先研究的食品污染物，1974年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署提出具有全球意義的12種危險(xiǎn)化合物中，Cd被列為首位[10]。

1.2 Pb的污染情況

Pb是一種青灰色重金屬，對(duì)植物及動(dòng)物均有較強(qiáng)的毒害作用[11-12]。人體食用含Pb超標(biāo)的稻米，Pb則在人體內(nèi)富積。進(jìn)入體內(nèi)的Pb，通過(guò)置換骨骼中鈣(Ca)的方式，有90%～95%形成難溶性的磷酸鉛(Pb3(PO4)2)，沉積于骨骼，其余則通過(guò)排泄系統(tǒng)排出體外。蓄積在骨骼中的Pb，當(dāng)遇上過(guò)度疲勞、外傷、感染發(fā)燒、患傳染病、缺鈣或食入酸堿性藥物，使血液酸堿平衡改變時(shí)，Pb便可再變?yōu)榭扇苄粤姿釟溷U(PbHPO4)進(jìn)入血液循環(huán)。人體內(nèi)血鉛和尿鉛的含量能反映出體內(nèi)對(duì)鉛的吸收情況，當(dāng)人體血鉛含量>80 μg/100 mL(正常值應(yīng)<40 μg/100 mL)和尿鉛含量>80 μg/L(正常值應(yīng)<50 μg/L)時(shí)，即認(rèn)為體內(nèi)Pb吸收過(guò)量[13]，易引起內(nèi)源性鉛中毒，使人的中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、腎臟等多個(gè)系統(tǒng)及器官受到損傷，引發(fā)頭痛、頭暈、疲乏、記憶力減退和失眠，并伴有食欲不振、便秘、腹痛等消化系統(tǒng)的癥狀，造成人的認(rèn)知能力、行動(dòng)功能發(fā)生改變，遺傳物質(zhì)損傷、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并且具有一定致癌性[14]。Pb對(duì)兒童的危害更大，是一種親神經(jīng)毒物，會(huì)影響兒童的智力、行為及生長(zhǎng)發(fā)育，引起兒童智能發(fā)育障礙和行為異常，造成兒童學(xué)習(xí)困難、綜合控制能力下降、運(yùn)動(dòng)失調(diào)、多動(dòng)、易沖動(dòng)、注意力不集中、侵襲性增強(qiáng)和智商下降等[15]，Pb還可增加先天性缺陷嬰兒發(fā)生的概率，對(duì)兒童骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育也能造成損害[16]。鉛中毒的主要作用機(jī)制是通過(guò)抑制血紅素合成過(guò)程中δ-氨基-γ-酮戊酸脫水酶(ALAD)和血紅素合成酶活性，使血紅蛋白合成受阻，另通過(guò)抑制體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)，削弱機(jī)體清除氧自由基的能力，使體內(nèi)自由基積聚[17]。據(jù)報(bào)道，我國(guó)受Pb污染的面積2 000萬(wàn)hm2，主要分布在南方稻區(qū)，珠江三角洲農(nóng)田鉛含量比自然土壤高20%以上，局部地區(qū)高2倍以上[18]，湖南省稻田受Pb污染面積占總面積的21.95%[19]。稻米中鉛污染多數(shù)是以鉛鎘、鉛砷等復(fù)合污染形式存在[20]。

1.3 As的污染情況

As是一種非金屬元素，灰白色，有金屬光澤的結(jié)晶塊，俗稱(chēng)砒。單質(zhì)砷幾乎無(wú)毒，其化合物均有毒性，其中無(wú)機(jī)As毒性大于有機(jī)砷，三價(jià)As毒性大于五價(jià)As，約為60倍[21]。As的毒害作用，主要是三價(jià)As離子極易與人體細(xì)胞中酶系統(tǒng)的巰基結(jié)合，使酶失去活性，細(xì)胞代謝失調(diào)，營(yíng)養(yǎng)發(fā)生障礙，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的危害最大[22]。三價(jià)As離子還能通過(guò)血液循環(huán)，作用于毛細(xì)血管壁，使其通透性增大，麻痹毛細(xì)血管，造成營(yíng)養(yǎng)組織障礙，產(chǎn)生急性或慢性中毒[23]。急性中毒表現(xiàn)為立即出現(xiàn)嘔吐、食道、腹部疼痛出血及血便，搶救不及時(shí)可造成死亡；慢性砷中毒有消化系統(tǒng)癥狀(如食欲不振、胃痛、惡心、肝腫大)、神經(jīng)系統(tǒng)癥狀(神經(jīng)衰弱癥狀群、多發(fā)性神經(jīng)炎)和皮膚病等，其中尤以皮膚病變比較突出，主要表現(xiàn)為皮膚色素高度沉著和皮膚高度角化，發(fā)生龜裂性潰瘍，有時(shí)可惡變成皮膚原位癌，因此，As被認(rèn)為是“致癌、致畸、致突變”的三致物質(zhì)。一般稻米中As的含量不會(huì)太高，因此食用As污染的稻米常表現(xiàn)為慢性中毒，As的慢性中毒具有長(zhǎng)期潛伏性，有的甚至經(jīng)過(guò)幾十年才表現(xiàn)癥狀，最明顯癥狀是皮膚色素沉積，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致腎癌、膀胱癌、皮膚癌、肺癌等病發(fā)生[24-25]。我國(guó)是受As污染較嚴(yán)重的國(guó)家之一，全球已探明的砷礦約70%分布在中國(guó)，稻田受As污染面積較大，并且南方明顯高于北方，其中江西、湖南等省為污染相對(duì)較重地區(qū)，有多起因長(zhǎng)期飲用As污染水和稻米出現(xiàn)As中毒的報(bào)道[24，26-28]。

1.4 Hg的污染情況

Hg為銀白色的液態(tài)金屬，又稱(chēng)水銀，是一種毒性很強(qiáng)的重金屬污染物，自然界以單質(zhì)、無(wú)機(jī)和有機(jī)3種形式存在，其中以有機(jī)態(tài)毒性最強(qiáng)[29]。1953年，日本九州水俁灣發(fā)生的“水俁病”，就是由于Hg污染中毒而引起[30]。有機(jī)態(tài)汞以甲基汞(MeHg)對(duì)人體健康影響最大，它易在人體內(nèi)大量積累，吸收率高[31]，很容易穿過(guò)血腦和胎盤(pán)障礙，嚴(yán)重?fù)p傷人體神經(jīng)系統(tǒng)，造成幼兒自閉癥，也易誘發(fā)成人心血管疾病，并對(duì)人類(lèi)生殖產(chǎn)生不良后果[32-35]。Hg的毒害機(jī)制主要是Hg2+具有高度的親電子性，能對(duì)體內(nèi)的巰基、羥基、羧基、氨基、磷?；群辛?、氧、氮等電子供體的活性基團(tuán)具有很強(qiáng)的攻擊性，上述基團(tuán)與Hg2+結(jié)合后即失去活性，進(jìn)而對(duì)機(jī)體的生理生化功能產(chǎn)生巨大影響[36]。我國(guó)的汞污染區(qū)主要分布在貴州、吉林、陜西、湖北、遼寧和重慶等地，受汞污染的稻田涉及15個(gè)省、市、自治區(qū)，約有6.67萬(wàn)hm2農(nóng)田由于受Hg嚴(yán)重污染而不能耕，特別是礦區(qū)周?chē)牡咎镂廴靖鼮閲?yán)重[37-38]。我國(guó)的Hg污染區(qū)域范圍較大，但稻米受汞污染程度整體而言并不重，如宋雯等[39]對(duì)我國(guó)南方6省1 321份稻米汞含量抽樣調(diào)查，雖然有76.2%的樣品總汞含量高于檢出限，但僅有2.3%的樣本超出了最高限量；袁曉博等[40]對(duì)從國(guó)內(nèi)9省、市或地區(qū)的市場(chǎng)采集的303個(gè)大米樣品檢測(cè)其總汞和甲基汞的含量，評(píng)估食用稻米導(dǎo)致汞暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果表明，我國(guó)稻米的總汞和甲基汞對(duì)居民健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率分別為1.7%～12%和1.2%～6.9%，受Hg污染整體處于較低水平。

1.5 Cr的污染情況

Cr為銀白色金屬，是人體必需的微量元素。三價(jià)的Cr是對(duì)人體有益的元素，為人體內(nèi)葡萄糖耐量因子(glucose tolerance factor，GTF)的重要組成成分，能增強(qiáng)胰島素的生物學(xué)作用，并能抑制膽固醇的生物合成，降低血清總膽固醇含量，老年人缺鉻時(shí)易患糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化[41]。研究還發(fā)現(xiàn)三價(jià)Cr能促進(jìn)RNA的合成，影響氨基酸在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，鉻攝入不足時(shí)，可出現(xiàn)生長(zhǎng)遲緩，影響生長(zhǎng)發(fā)育[42]。因此，人體不能缺Cr，但是Cr的過(guò)量攝入會(huì)造成中毒，尤其是六價(jià)Cr，具有強(qiáng)毒性作用，它進(jìn)入血液后，主要與血漿中的球蛋白、白蛋白、r-球蛋白結(jié)合，且有強(qiáng)氧化作用，易穿入生物膜而起作用。Cr對(duì)人體主要是慢性毒害，它可以通過(guò)消化道、呼吸道、皮膚和黏膜侵入人體，在體內(nèi)主要積聚在肝、腎和內(nèi)分泌腺中，引起肝臟、腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)和血液的廣泛病變，甚至導(dǎo)致死亡。農(nóng)田重金屬的污染多表現(xiàn)為復(fù)合污染，稻米中Cr的含量與Cd、Pb、As含量呈極顯著正相關(guān)[43]，因此Cr對(duì)人體的影響常被危害程度更大的Cd、Pb、As的作用所掩蓋，至今未見(jiàn)單獨(dú)食用超標(biāo)鉻米而造成危害的事件報(bào)道。

除上述重金屬外，其他的重金屬如銅(Cu)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錫(Sn)、釩(V)等雖過(guò)量攝入對(duì)人體可能產(chǎn)生危害，但在稻米重金屬污染中，其含量超標(biāo)事件少，有些還是人體必需的微量元素，需要長(zhǎng)期補(bǔ)充，因此一般難以通過(guò)食用稻米途徑對(duì)人體產(chǎn)生危害。

2 稻米重金屬污染成因分析

稻米重金屬污染類(lèi)型多樣，成因復(fù)雜，按污染途徑可分為兩大部分，即生產(chǎn)途徑和加工途徑，以生產(chǎn)途徑為主。

2.1 生產(chǎn)途徑

生產(chǎn)途徑指在水稻種植過(guò)程中，由于土壤、水、肥、大氣等受重金屬的污染和脅迫，重金屬通過(guò)土壤耕作系統(tǒng)進(jìn)入稻株，進(jìn)而在稻米中積累。

2.1.1 土壤重金屬沉積

土壤污染是稻米重金屬污染形成的最重要直接誘因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)受重金屬污染的耕地有2 500 hm2，約占耕地總面積的1/5[44]，每年因重金屬污染減少糧食產(chǎn)量1 000多萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)損失約200億元[45]。在我國(guó)水稻生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)南方稻區(qū)，由于工礦企業(yè)較多，有色金屬礦過(guò)度開(kāi)采，工業(yè)“三廢”不合理排放，大量重金屬離子通過(guò)水系統(tǒng)或直接進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤重金屬沉積，含量超標(biāo)，尤其是工礦企業(yè)周?chē)?、大中型冶煉廠附近的稻田，農(nóng)田重金屬污染尤為嚴(yán)重[46-47]。近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)田重金屬污染總體呈現(xiàn)出從輕度污染向重度復(fù)合型污染發(fā)展、從局部污染向區(qū)域污染發(fā)展、從城市郊區(qū)向廣大農(nóng)村發(fā)展的趨勢(shì)，重金屬污染治理的形勢(shì)不容樂(lè)觀。

2.1.2 污水灌溉

污水灌溉是稻米重金屬污染形成的重要原因。工礦企業(yè)形成的廢水、城市生活形成的生活污水、商業(yè)廢水等如果不經(jīng)過(guò)處理，直接灌溉稻田或者經(jīng)過(guò)河流匯聚后再灌溉稻田，都會(huì)對(duì)稻米重金屬的富集具有推動(dòng)作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)污水灌溉的農(nóng)田面積達(dá)到139.86萬(wàn)hm2，其中有30%受不同程度的重金屬污染[48]。城市郊區(qū)、工礦企業(yè)附近以及河流附近的農(nóng)田重金屬污染一般相對(duì)較重，主要是受污水灌溉所致[49]。

2.1.3 肥料污染

研究表明，生產(chǎn)磷肥的原料磷礦石多為伴生性礦，含有不同程度的Cd、鉛等其他重金屬元素[50]。有害重金屬離子隨磷肥通過(guò)施肥途徑進(jìn)入土壤，再進(jìn)入稻株，不斷在稻米中富集，當(dāng)達(dá)到一定的積累量時(shí)，則造成稻米重金屬污染，對(duì)人體健康帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)重金屬Cd污染由點(diǎn)到面擴(kuò)大、從局部向區(qū)域發(fā)展與過(guò)量長(zhǎng)期施用含Cd的磷肥有較大的關(guān)系[51-52]。

2.1.4 大氣沉降

工礦企業(yè)排放的“廢氣”、汽車(chē)尾氣均含有一定的有害重金屬離子，通過(guò)自然沉降或雨水淋降直接進(jìn)入農(nóng)田，不斷在稻田中積累，對(duì)稻米質(zhì)量產(chǎn)生潛在危害。據(jù)邵勁松等[53]對(duì)滬寧高速公路兩側(cè)稻田生產(chǎn)的稻米重金屬含量分析表明，4個(gè)監(jiān)測(cè)路段兩側(cè)出產(chǎn)的稻米樣本均出現(xiàn)鉛超標(biāo)，有些路段鉛超標(biāo)率高達(dá)78.9%，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)4倍，部分路段Cd超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)1.9倍；且距離越靠近高速路，稻米重金屬污染越重。

2.2 加工途徑

加工途徑指稻谷收割后，在烘曬、精米加工、拋光等過(guò)程中，由于稻米與加工機(jī)械的充分摩擦、接觸，加工機(jī)械表面的金屬離子有可能污染稻米。如翟愛(ài)華等[54]對(duì)制米廠各工藝階段采集的樣品進(jìn)行有害重金屬檢測(cè)分析表明，原糧經(jīng)過(guò)膠輥礱谷機(jī)后，砷(As)的含量增加，主要原因是礱谷機(jī)膠輥的主要材料是橡膠，橡膠中含有大量的As，As含量的增加是膠輥的磨損所致；另外，稻米經(jīng)鐵輥碾米機(jī)、色選機(jī)、拋光機(jī)后，鉛(Pb)含量升高，主要是由于機(jī)器內(nèi)壁成分中含有Pb，當(dāng)米粒與機(jī)器內(nèi)壁撞擊和摩擦?xí)r，機(jī)器內(nèi)壁表面磨損，夾雜到成品中，導(dǎo)致成品米中Pb的含量超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。總體而言，單獨(dú)通過(guò)加工途徑引起稻米重金屬含量超標(biāo)事件較罕見(jiàn)，但也不可忽視。

3 稻米重金屬污染控制技術(shù)對(duì)策

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)稻米重金屬污染問(wèn)題日益突出，解決稻米重金屬污染問(wèn)題已提上了各級(jí)部門(mén)的日程，國(guó)家也已出臺(tái)了相應(yīng)的治理規(guī)劃，并啟動(dòng)了一些重大專(zhuān)項(xiàng)，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)入手，開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)。對(duì)于稻米中金屬污染的控制，筆者認(rèn)為，由于稻米重金屬污染成因復(fù)雜，類(lèi)型多樣，應(yīng)堅(jiān)持“重視源頭、預(yù)防為主、攻防并舉”的原則，采取“技術(shù)集成，分段推進(jìn)，主抓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”工作方針，從稻米生產(chǎn)的源頭抓起，通過(guò)育種、栽培、土肥、加工等多學(xué)科攻關(guān)，達(dá)到最佳防控效果。

3.1 做好稻田重金屬污染的普查

水稻種植前，應(yīng)開(kāi)展種植區(qū)域的重金屬污染狀況調(diào)查，重點(diǎn)檢查稻田土壤、灌溉水的重金屬含量，評(píng)價(jià)稻田種植水稻可能帶來(lái)的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制。按照我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[55]，達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)以上的農(nóng)田，是維護(hù)人體健康的土壤限制值，Ⅲ類(lèi)土壤為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)的土壤臨界值，土壤質(zhì)量基本上對(duì)植物和環(huán)境不造成危害和污染，超過(guò)此限制值的土壤，則可能對(duì)農(nóng)田生產(chǎn)帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，當(dāng)水稻種植的農(nóng)田土壤達(dá)不到Ⅲ類(lèi)時(shí)，應(yīng)積極采取應(yīng)對(duì)措施。一般而言，當(dāng)?shù)咎锏闹亟饘傥廴境潭饶軌蛲ㄟ^(guò)系列技術(shù)集成調(diào)控使稻米質(zhì)量符合相關(guān)要求的，則可以種植水稻，若稻田重金屬污染過(guò)重，難以通過(guò)技術(shù)調(diào)控，則考慮緩種或改種其他作物。

3.2 重視品種的篩選與選育

研究表明，不同的水稻種質(zhì)、品種吸收重金屬能力因基因型有差異。如張玉燭等[49]對(duì)47個(gè)大面積應(yīng)用的水稻品種Cd含量分析表明，7種不同類(lèi)型的水稻品種中，稻米(糙米)Cd含量差異顯著，含量由高到低依次是特種稻、常規(guī)早稻、三系雜交晚稻、兩系雜交晚稻、常規(guī)晚秈、常規(guī)粳稻、爪哇稻，常規(guī)早秈品種的Cd含量高于雜交秈稻。馮文強(qiáng)等[56]對(duì)四川20個(gè)水稻育種材料污染物Pb脅迫下含量研究表明[56]，20個(gè)育種材料精米中Pb的平均質(zhì)量比為(0.987±0.44) mg/kg，最高值達(dá)1.89 mg/kg，最低的未檢測(cè)出含量。李波等[57]對(duì)廣東主要種植的27個(gè)品種243個(gè)樣品重金屬含量調(diào)查表明，稻米中Cr的質(zhì)量比范圍為0.08～1.04 mg/kg，最大值與最小值相差13倍；As的質(zhì)量比范圍0.04～0.15 mg/kg，最大值與最小值相差3.8倍；Hg的質(zhì)量比范圍為0.002～0.000 8 mg/kg，最大值與最小值相差4倍。在開(kāi)展水稻品種的篩選與選育過(guò)程中，應(yīng)重視以下三項(xiàng)工作：一是要開(kāi)展與重金屬含量相關(guān)的遺傳力研究，可提高品種選育效果。例如曹應(yīng)江等[58]的研究表明，稻米Cd含量以基因加性作用為主，親本改良在早期世代選擇的效果較好；另外，利用現(xiàn)代分子育種技術(shù)，通過(guò)開(kāi)展與重金屬吸收相關(guān)的分子標(biāo)記輔助選擇，也可以提高育種選擇效果。二是由于稻米重金屬的含量是基因型與環(huán)境互作的結(jié)果[59]，遺傳表現(xiàn)受環(huán)境影響較大，因此 應(yīng)采取多年多點(diǎn)篩選，才能取得成效。三是確定合適的重金屬污染篩選指標(biāo)。以筆者3年多點(diǎn)的低Cd水稻育種材料篩選為例，當(dāng)?shù)咎锿寥乐锌侰d質(zhì)量比在1.0～1.5 mg/kg，pH值在5.5～6.5的中度污染環(huán)境中，有約6.4%的育種材料(包括種質(zhì)、親本、品種)稻米中Cd質(zhì)量比穩(wěn)定在0.2 mg/kg以?xún)?nèi)(國(guó)家規(guī)定的稻米Cd達(dá)標(biāo)極限值)；若土壤中的總Cd質(zhì)量比超過(guò)3.0 mg/kg，則篩選不到任何達(dá)標(biāo)材料，而當(dāng)土壤中的總Cd質(zhì)量比在0.6～0.8 mg/kg時(shí)，則篩選的達(dá)標(biāo)材料可達(dá)50%左右。因此，含量太高或過(guò)低，都不利于重金屬低積累品種或材料的篩選。

3.3 強(qiáng)化田間農(nóng)藝措施的綜合利用

當(dāng)田間重金屬的污染程度較輕時(shí)，可以通過(guò)種植重金屬低積累水稻品種達(dá)到目標(biāo)。如果僅靠品種不能達(dá)標(biāo)，則要通過(guò)田間農(nóng)藝措施的綜合利用，促使稻米質(zhì)量達(dá)標(biāo)。對(duì)于Cd污染的稻田，在確保使用無(wú)污染水灌溉的前提下，通過(guò)加強(qiáng)田間水分管理調(diào)節(jié)耕層土壤的氧化還原電位、使用生石灰調(diào)節(jié)土壤pH值[49]、施用鈍化劑或土壤改良劑[60-61]等，可達(dá)到降低稻米Cd含量的目的；對(duì)于Pb污染的稻田，可以通過(guò)增施磷肥[62]、施用有機(jī)酸[63]、離子拮抗劑[64]等方法降低鉛在稻米中的積累；同理，對(duì)于Hg、As、Cr污染超標(biāo)的稻田，也可以通過(guò)使用石灰肥料[65]、施用穩(wěn)定劑[66]、增施葉面肥[67-68]、離子交換劑[69]等措施達(dá)到降低重金屬危害的目的。需要指出的是，在田間農(nóng)藝措施的實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)注意以下問(wèn)題：一是堅(jiān)持統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，集成優(yōu)化最佳技術(shù)。由于水稻重金屬的污染多為復(fù)合污染，且多存在共—伴生關(guān)系，因此，在采取農(nóng)藝措施的調(diào)控中，要考慮重金屬污染的主次因素、危害輕重以及重金屬之間的協(xié)同關(guān)系，選擇適合的技術(shù)或技術(shù)集成。二是要了解各類(lèi)重金屬在水稻生產(chǎn)過(guò)程的富集特性和規(guī)律，主抓關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)，分段推進(jìn)，達(dá)到最佳控制效果。例如，對(duì)Cd污染的水稻全生育期水分落干處理試驗(yàn)表明[70]，稻米Cd含量的影響大小時(shí)期分別為：開(kāi)花期>抽穗期>分蘗期>乳熟期，開(kāi)花期是加強(qiáng)水分管理的關(guān)鍵時(shí)期。三是要協(xié)調(diào)好水稻生產(chǎn)與稻米重金屬調(diào)控的關(guān)系，盡量采用一些不影響水稻生產(chǎn)、甚至增加稻谷產(chǎn)量，同時(shí)又能達(dá)到調(diào)控目的的技術(shù)，注重效益優(yōu)先原則，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)保的良性協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.4 合理利用耕作措施

不同作物對(duì)重金屬吸收存在較大的差異，通過(guò)建立重金屬超富積作物與水稻輪作的合理耕作制度，對(duì)于污染程度偏重稻田重金屬的降低具有積極作用。如前茬種植高粱、棉花、亞麻、油菜、綠肥等重金屬富積能力較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)作物[71]，實(shí)行水旱輪作制[72]，不但有利于提高土壤肥力，也可以減輕后茬水稻中稻米重金屬的污染。另外，由于重金屬在水稻植株內(nèi)主要富積在根、莖、葉等部位，因此，對(duì)于重金屬污染區(qū)的稻田，不宜實(shí)施秸稈返田，應(yīng)移出銷(xiāo)毀或其他處理，通過(guò)多年輪作，也可以逐步減輕重金屬污染的脅迫。

3.5 稻米加工環(huán)節(jié)的消減技術(shù)

稻谷的穎殼、種皮中含有一定量的重金屬，在稻谷加工的過(guò)程中，通過(guò)谷糙分離、白米分級(jí)、色選等工序，可以除去大部分的重金屬[54]，因此，稻谷加工過(guò)程對(duì)稻米重金屬的消減非常重要，應(yīng)予重視。但同時(shí)，在加工過(guò)程中，因機(jī)械設(shè)備與稻米的充分接觸，特別是礱谷機(jī)橡膠帶、機(jī)械內(nèi)壁不清潔可能造成AS、Pb等對(duì)稻米的二次污染，因此，應(yīng)考慮建立相應(yīng)的綠色清潔稻米加工技術(shù)體系加以避免。另外，對(duì)于加工后仍存在重金屬超標(biāo)的稻米，也可以考慮采用提取淀粉、生產(chǎn)大米肽、米胚油等的方式加以利用[73]，相關(guān)的技術(shù)有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié) 論

稻米重金屬污染控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，單一的技術(shù)或措施作用效果有限，應(yīng)兼顧產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后3個(gè)過(guò)程，以產(chǎn)前預(yù)防為基礎(chǔ)、產(chǎn)中控制為關(guān)鍵、產(chǎn)后消減為保證，通過(guò)多學(xué)科協(xié)作攻關(guān)，分階段分層次依次推進(jìn)，才能取得最佳的效果。

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Safety Risk of Heavy Metal Pollution and Its Control of Rice

WANG Weiping1, 2， LI Ni1

(1.NationalKeyLaboratoryofHybridRice/HunanHybridRiceResearchCenter,Changsha410125，China;2.SouthernRegionalCollaborativeInnovationCenterforGrainandOilCrops,Changsha410128,China)

Rice is the staple food in China. With the rapid development of industry, agriculture, and urbanization, heavy metal pollution of rice has become an important problem. In this study, kinds of heavy metal pollution and the formation reasons were analyzed. Meanwhile, the control technology and countermeasures were recommended, which would be helpful for the solution of the heavy metal pollution in rice.

rice; heavy metal pollution; food safety; control technology

李 寧)

專(zhuān)家論壇專(zhuān)欄

編者按：谷物是我國(guó)主要糧食作物，谷類(lèi)食物含有豐富的碳水化合物，是人體所需能量的最經(jīng)濟(jì)和最重要的食物來(lái)源，也是B族維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和蛋白質(zhì)的重要食物來(lái)源，在保障兒童青少年生長(zhǎng)發(fā)育，維持人體健康方面發(fā)揮著重要作用。上期欄目文章已經(jīng)對(duì)小麥、玉米及其制品可能出現(xiàn)的質(zhì)量安全問(wèn)題及控制對(duì)策進(jìn)行了解析，本期繼續(xù)邀請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)水稻、大麥的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行深入闡述。希望專(zhuān)家的分析和建議，對(duì)我國(guó)糧食質(zhì)量安全問(wèn)題的預(yù)警有所幫助和借鑒。

(欄目策劃：李 寧)

10.3969/j.issn.2095-6002.2016.05.002

2095-6002(2016)05-0012-09

王偉平,黎妮.稻米重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)及控制[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2016,34(5):12-20. WANG Weiping， LI Ni. Safety risk of heavy metal pollution and its control of rice [J]. Journal of Food Science and Technology, 2016,34(5):12-20.

2016-07-21

“十三五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2016YFD0101100)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201403002)；湖南省重大科技專(zhuān)項(xiàng)(2015NK1001)。

王偉平，男，副研究員，主要從事水稻遺傳育種及種子學(xué)方面的研究。

TS210.1

A