土壤重金屬污染對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的影響

徐蘇利

（貴州農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550024）

土壤是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的環(huán)境要素，它的質(zhì)量好壞與可持續(xù)利用度將直接影響到人類獲得農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。近年來，由于工業(yè)和農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對我國自然環(huán)境造成了極大的影響。重金屬鉛、鎘、汞、砷、銅、鋅、鎳等在土壤中不易被微生物降解，在土壤中逐漸富集，一旦污染很容易被植物所吸附，從而引發(fā)了一系列農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題。2016年6月《國務(wù)院印發(fā)土壤污染防治的行動計劃的通知》中將土壤中重金屬污染作為重點監(jiān)測對象。根據(jù)農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)報發(fā)布的《土壤重金屬污染現(xiàn)狀及植物修復(fù)研究進(jìn)展》顯示，2007年我國有將近兩千萬公頃的農(nóng)田受到了各種程度的影響，大約是我國農(nóng)田總量的五分之一。我國每年因為重金屬的影響，會減少大約一千萬噸的谷物和一千兩百萬噸左右的重金屬。此外，全國24個省市，在快速發(fā)展的320個主要污染源區(qū)域，包括城市周邊、城市污水灌溉渠、工礦等區(qū)域，有超過60%的農(nóng)田，超過了環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了20%，而污染嚴(yán)重的農(nóng)田和面積，則達(dá)到了80%。這一狀況到2020年已有部分緩解，但農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中存在的重金屬問題依然存在，因此進(jìn)行科學(xué)、高效地控制與治理，是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的重要課題。

1.土壤重金屬污染物的主要來源

土壤中的重金屬污染，是由于污染物的累積超出了自身的凈化功能，或者在土壤中累積的污染物超出了參考標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。不同地區(qū)的重金屬污染可以通過一條或多條渠道引起。由于成土母質(zhì)自身存在著大量的重金屬元素，并且由于母質(zhì)和成土作用而產(chǎn)生的土壤中存在著大量的重金屬元素。同時，由于人類在工業(yè)化、農(nóng)業(yè)等方面發(fā)展的原因，也會對土壤中的重金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

1.1 大氣中重金屬沉降

空氣中的重金屬主要來源于能源、冶金、建材生產(chǎn)、交通、運輸?shù)确矫妗４蟛糠值闹亟饘偻ㄟ^氣溶膠形式排入大氣層，通過自然沉淀和降雨到達(dá)地表。其污染范圍以礦區(qū)和鐵路兩側(cè)為重點。據(jù)農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報發(fā)布的《礦區(qū)和鐵路兩側(cè)土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染的研究調(diào)查》顯示，煤炭含有 Ce、 Cr、 Pb、 Hg等多種元素，而原油中含有較高的 Hg，當(dāng)燃油在燃燒時，會產(chǎn)生一些懸浮微粒和易揮發(fā)性金屬，并隨著煙氣的飄散而進(jìn)入大氣層，其中10%～30%則會在距離排放點十多公里處沉淀。道路運輸中的重金屬污染是由燃油燃燒引起的，金屬零件與輪胎摩擦，路面老化，汽車在行駛過程中所造成的粉塵等。道路兩旁的土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Hg，其中Pb、Cd的含量最高，Zn的含量最低，其它的重金屬含量也比較低。道路運輸過程中產(chǎn)生的大量重金屬污染，不但會使道路沿線的土壤受到污染，而且還會使路邊的植被吸附大量的重金屬元素。

1.2 農(nóng)用物資不合理的使用

由于在農(nóng)業(yè)中大量使用含有Pb、Hg、Cd、As等重金屬的殺蟲劑，以及不適當(dāng)使用肥料和牲畜糞便作為肥料，會造成土壤中的重金屬污染。肥料中的重金屬是以礦物和化學(xué)物質(zhì)為主，普通的含有過磷酸根的肥料中重金屬Hg、Cd、As、Zn和Pb的比例最高，其次是磷肥，氮肥和鉀肥含量相對較低，而Pb含量則是最少的。通過對國內(nèi)外化肥中的污染情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)土壤中的重金屬元素隨化肥品種和所測定的重金屬類型而變化，其中Cr的含量最多，Cu的含量最少。雖然中國的磷元素總量比世界上其他幾個發(fā)達(dá)國家要少得多，但是一些化肥的長期使用也會對土壤中的Cd、Hg產(chǎn)生一定的影響。我國現(xiàn)行肥料中的重金屬元素濃度沒有一個完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在一定范圍內(nèi)，難以量化地評估土壤中的重金屬污染。另外，利用糞便、生活垃圾和其它垃圾作為肥料，在一定程度上促進(jìn)了土壤中的Cu、Zn、Hg等元素的積累，從而增加了農(nóng)作物中的重金屬元素。

殺蟲劑、殺鼠劑、殺菌劑中多數(shù)都含有As，過量施用會造成重金屬的嚴(yán)重污染。目前，農(nóng)用膠膜廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，且用量較大，其熱固性成分中存在 Cd和 Pb，因此，在大規(guī)模應(yīng)用塑料溫室、地膜時，會對土壤產(chǎn)生一定的污染，進(jìn)而引起植物中的重金屬積累。

1.3 污水和污泥的施用

污水根據(jù)污染源和量可劃分為城市污水、工業(yè)污水、商業(yè)污水、城市混合污水和養(yǎng)殖業(yè)污水。城市生活廢水中的重金屬元素普遍偏少，其他廢水中的重金屬元素含量高。近年來，由于工業(yè)化進(jìn)程的加快，大量的工業(yè)廢水與城市生活廢水混合，利用廢水進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成了土壤中的重金屬污染。從分配來看，一般都是接近污染源和都市工業(yè)地區(qū)的土壤污染最大。通過對北京郊區(qū)污染灌區(qū)土壤—小麥系統(tǒng)中的重金屬元素的富集特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：在十多年的雨水和污水處理后，農(nóng)田中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等元素的累積，且地表作物的麥類中Cr、Zn元素的濃度均超過了國標(biāo)規(guī)定。近年來，農(nóng)業(yè)廢水已逐漸發(fā)展為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源，因使用了飼料添加劑，導(dǎo)致廢水中的Cu、Zn等重金屬含量高。

污泥是一種富含有機(jī)物和 N、 P、 K等營養(yǎng)元素的固體廢物，其營養(yǎng)成分比普通的畜禽糞便要多。但是，由于污泥中的Zn、Cu、Cd、As、Hg等元素的存在，導(dǎo)致了土壤中的重金屬濃度呈逐年上升的趨勢。結(jié)果表明，長時間使用污泥會造成蔬菜中Zn、Cu、Cd的污染，并且會導(dǎo)致小麥和玉米中Hg、Cd的含量較高。

1.4 含重金屬廢棄物堆積

重金屬固體廢物類型多樣、類型各異，對環(huán)境造成的影響也各不相同，尤其是礦山和工業(yè)固體廢物的污染最大。這些垃圾在堆積和處置時，由于日曬、雨水沖刷等原因，會導(dǎo)致重金屬隨著水分的流動，呈放射形或漏斗形擴(kuò)散到周邊的土體和水體中。分析固體廢物處理區(qū)和城市垃圾堆填區(qū)的土壤中的重金屬污染情況，發(fā)現(xiàn)其中的Cd、Cu、Hg、Zn、Ni、Pb、Sn等元素濃度顯著大于本地環(huán)境。

2.重金屬污染對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與人類健康的危害

重金屬在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的累積，不但會對糧食產(chǎn)量、品質(zhì)造成明顯的影響，而且還會透過食品鏈條，在人體體內(nèi)不斷累積，對人體造成極大的威脅。

2.1 農(nóng)業(yè)環(huán)境中的重金屬污染及其對食品品質(zhì)和安全性的影響

在眾多的重金屬元素中，對植物的危害與毒性最強(qiáng)的幾種重金屬主要包括Pb、Cd、Hg、As、Cr和Cu，它們對植物的毒性高低表現(xiàn)為：Hg＞As＞Cd≈Cu＞Pb＞Cr，但這并不是絕對的，不同植物對金屬離子的反應(yīng)順序可能有所變化。植物長期處于重金屬的環(huán)境中，大量的重金屬會損傷其細(xì)胞膜，并會對其結(jié)構(gòu)和作用產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致機(jī)體的多種生理、化學(xué)活動受到影響，從而降低作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。重金屬污染的最主要的表征是抑制作物的生長。通過對植株的細(xì)胞和分子量分析，發(fā)現(xiàn)植株的某些光合酶和葉綠素的合成會因 Hg和 Pb的脅迫而受損，從而使植株的光合作用下降。Pb可使植株體內(nèi) SOD、 POD、CAT等多種酶的活力比例失調(diào)，從而引發(fā)生物化學(xué)變化，進(jìn)而對植株產(chǎn)生損害。結(jié)果表明： 在Pb和Cd脅迫下，小麥株高、根品質(zhì)明顯下降、次生根數(shù)減小、根系活動和吸收區(qū)域減小，從而使產(chǎn)量進(jìn)一步下降。重金屬元素如Cd、Hg、Pb、As將會引起植株失去根瘤的功能，進(jìn)而徹底地限制了土壤的同化作用，顯著地減少了大豆的產(chǎn)量。在我國主要的城市郊外地區(qū)，由于重金屬的大量累積，造成了農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境污染，其中以Cd、Hg、Pb為主。

2.2 重金屬對人體的影響

人在食用被重金屬污染的食物后，對人體的健康會造成很大的影響。在全球各地，由于重金屬所致的各種病害十分常見。重金屬元素通過呼吸道、消化道、肌膚等途徑侵入體內(nèi)，一旦在體內(nèi)大量累積，會對機(jī)體的代謝和正常的功能造成嚴(yán)重影響，從而影響機(jī)體的正常功能，最終引起多種慢性和急性病癥。Pb對人體的毒性主要表現(xiàn)在造血、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等方面，而Pb中毒則會對人類和動物的甲狀腺機(jī)能產(chǎn)生一定的損害，從而導(dǎo)致機(jī)體的荷爾蒙分泌和腎上腺素的功能下降。Cd可以與體內(nèi)含有羥基和氨基的大分子有機(jī)分子相連接，從而影響肝腎等器官的正常運作。長期食用含有鎘的食品，會對人體的鈣磷類物質(zhì)的代謝產(chǎn)生一定的作用，引起腎、肺、肝等臟腑的病變，引起骨質(zhì)疏松性、軟骨化、腎結(jié)石等多種病癥，引起“骨痛病”。另外， Cd對哺乳類的致畸、致癌性及致畸效應(yīng)也很明顯。Hg對腎臟的神經(jīng)毒性和腎臟的影響是國際上廣泛認(rèn)可的，近幾年， Hg的生殖和基因毒性越來越受到重視。科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，與成年人相比，胎兒對水銀的毒性反應(yīng)更為靈敏，特別是懷孕婦女在暴露于水銀之后，通過胎盤進(jìn)入到胎兒的身體中， Hg的脂溶性及短鏈烴基團(tuán)的存在，使得其能與嬰兒的血液中的血紅素高度親和，一旦與之發(fā)生，就會造成嚴(yán)重的神經(jīng)損害。As對人類的毒害也不可忽略， As在動物中具有較高的累積能力，三價 As主要是與大分子的硫磺鍵結(jié)合而發(fā)揮毒害效應(yīng)，而五價 As因其化學(xué)特性及分子構(gòu)造與磷類似，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，會取代磷酸鹽而導(dǎo)致中毒，從而導(dǎo)致“三致”效應(yīng)。有些重金屬是鋅、銅、鐵等人類必需的元素，但當(dāng)這些元素積累到一定程度，甚至發(fā)生形態(tài)和價態(tài)變化時，就會對人類造成極大的危害。

3.農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染的防治措施

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的重金屬污染是由多種因素引起的，同時也造成了嚴(yán)重的破壞。從源頭上抑制污染物的流入，是降低土壤重金屬污染的有效途徑。當(dāng)土壤環(huán)境受到了嚴(yán)重的影響時，必須根據(jù)具體情況，進(jìn)行針對性地處理。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地土壤中，必須從三個角度進(jìn)行治理。

3.1 強(qiáng)化治理和治理手段的構(gòu)建

由于重金屬的隱蔽性、滯后性、不可逆性和難以治療性，因此，在防治中必須堅持“防重于治”的原則。通過消除重金屬在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對土壤特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響，達(dá)到抑制重金屬超標(biāo)的目的，降低對人類的健康威脅。首先，要加強(qiáng)耕地的生態(tài)保護(hù)，嚴(yán)格禁止“三廢”、城鎮(zhèn)垃圾、生活廢水等直接排放到耕地中，嚴(yán)格限制農(nóng)田的使用。其次，要強(qiáng)化“三廢”的治理，達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，城市生活垃圾和污泥等作為化肥，必須事先進(jìn)行高效的工藝，以保證其重金屬等的含量達(dá)到綠色的要求，從而避免二次污染土壤。

3.2 實行科學(xué)有效的生產(chǎn)經(jīng)營管理

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，肥料和疾病控制是導(dǎo)致土壤中重金屬元素最多的一個方面。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍然存在著一味強(qiáng)調(diào)糧食產(chǎn)量而忽略糧食品質(zhì)的問題。所以，如何有效地控制和處理農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬超標(biāo)問題，就需要從全產(chǎn)業(yè)鏈入手。首先，要對農(nóng)藥產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。要加強(qiáng)農(nóng)資市場的全面執(zhí)法，加強(qiáng)對化肥、殺蟲劑等農(nóng)資產(chǎn)品的源頭管理，定期組織市場監(jiān)督、監(jiān)督抽查，嚴(yán)厲打擊制售假冒偽劣農(nóng)資產(chǎn)品行為，凈化農(nóng)資市場，杜絕已禁用的農(nóng)資產(chǎn)品流入市場、用于生產(chǎn)。尤其要加強(qiáng)對各類磷的市場管理。其次要選用質(zhì)量合格、有害物質(zhì)和重金屬等質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品，并對重金屬進(jìn)行嚴(yán)格的管理，防止重金屬超標(biāo)。最后，要對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥用量進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)控，并遵循科學(xué)、高效的施肥方針。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)積極推廣應(yīng)用微生物肥，以減少重金屬在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的累積。在施用化肥時，要加強(qiáng)化肥的源頭管理，禁止利用含有大量重金屬的工業(yè)廢料和生活廢物用作肥料。在農(nóng)藥施用上應(yīng)堅持“因材施治、適時施用”的方針，選用高效低毒、低重金屬、低殘毒的高質(zhì)量殺蟲劑，合理選用合適的藥物，并嚴(yán)格控制藥物的劑量和使用頻次。在處理使用過的塑膠薄膜時，應(yīng)盡量將其從田間土壤中除去，以降低其對土壤的環(huán)境影響。

3.3 利用科技手段，有效地解決了土壤中的重金屬污染問題

當(dāng)前，土壤中的重金屬污染控制研究主要集中在3個領(lǐng)域：一是通過改變土壤中的形態(tài)，使其保持穩(wěn)定性，減少其遷移和可利用；二是通過去除土壤中的重金屬，通過一些特殊的方法，將其吸附在土壤中的重金屬去除掉，又通過工程學(xué)方法將其轉(zhuǎn)化成溶解狀態(tài)和自由狀態(tài)，通過沖洗來提取重金屬，以實現(xiàn)對重金屬的回收，同時降低土壤中的重金屬含量；三是要改革農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體制，防止污染的重金屬進(jìn)入食品鏈條，對人類和動物的身體造成危害。按照修復(fù)技術(shù)方法，可以分為工程法、化學(xué)法、生物法和農(nóng)業(yè)法。不同的技術(shù)手段，因其難度、治理效果、經(jīng)濟(jì)效益而不同，都存在著不同的優(yōu)點和缺點。比如，對于污染嚴(yán)重、面積較小的地區(qū)，可以采取客土、換土、深耕、與污染土混配等技術(shù)手段來減少土壤中的重金屬。但是，如果是大范圍的污染，不僅要耗費大量的時間和精力，而且還會造成結(jié)構(gòu)的損壞，從而降低土地的肥力。通過將改性劑和抑制劑注入土壤中，對重金屬進(jìn)行氧化還原沉淀吸附，從而達(dá)到減少重金屬的生物利用率的目的。農(nóng)業(yè)生態(tài)恢復(fù)是指改變耕地的經(jīng)營管理體制，降低土壤中的重金屬污染，其優(yōu)勢是操作簡單、成本低廉，但其使用時間過久，效益不明顯。生物恢復(fù)是指通過微生物或植株自身的生理代謝過程，對土壤中的重金屬進(jìn)行分類或萃取，具有成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、可操作性強(qiáng)、不會產(chǎn)生二次環(huán)境污染等特點。這些技術(shù)具有各自的功能和使用領(lǐng)域，但是它們之間卻是相互關(guān)聯(lián)、互補的，因此，在實踐中要根據(jù)具體情況，采用多種方式進(jìn)行處理，并根據(jù)具體情況選用相應(yīng)的處理措施。

4.結(jié)語

由于我國工業(yè)和工業(yè)發(fā)展水平的提高，我國的土壤環(huán)境問題日益突出。土壤中的重金屬污染來源廣泛，污染范圍廣，持續(xù)時間長，而且是一種難以降解的、相對穩(wěn)定的污染物質(zhì)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤中存在著大量的重金屬，這些問題不僅會引起食品的質(zhì)量問題，而且會在食品中不斷積累，從而對人們的身體和生活造成威脅。在今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，必須加強(qiáng)對農(nóng)產(chǎn)品的生態(tài)環(huán)境的監(jiān)控，對其進(jìn)行重點監(jiān)控，并進(jìn)一步加強(qiáng)對產(chǎn)地的重金屬的處理，為進(jìn)一步提升農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全水平提供了強(qiáng)有力的保證。