我国稻田镉污染现状·危害·来源及其生产措施

罗 琼，王 昆，许靖波，陈光辉*

(1.湖南农业大学农学院，湖南长沙410128;2.湖南省农业厅粮油处，湖南长沙410128)

水稻是我国主要的粮食作物，约占粮食作物的38%，其种植面积也最大，已达到0.3亿hm2，约占粮食作物的27%;同时稻米也是我国的主要口粮，在全国居民口粮消费结构中约占65%［1-4］。水稻生产在我国粮食生产中占有十分重要的地位，而稻米则在我国口粮中占有举足轻重的地位。因此，提高水稻产量的同时，更要提高水稻质量，改善稻米品质，以确保粮食安全。水稻镉污染日趋严重，已成为不容忽视的食品安全问题，所以需要引起各界各部门高度重视。为此，笔者介绍了我国土壤及稻米镉污染现状，综述了稻田镉污染的危害及其来源，并提出了降低稻田镉污染的生产措施，以期为控制我国稻田镉污染提供借鉴。

1 我国土壤及稻米镉污染现状

目前根据统计，我国受镉、铅、铬等重金属污染的耕地面积将近2 000万hm2，约占总耕地面积的20%，我国平均每年被重金属污染的粮食达1 200万t，造成直接经济损失超过200亿元［5］。其中重金属镉污染问题相对突出。据统计，20世纪90年代初我国镉污染耕地面积达1.3万hm2，涉及11个省(市)的25个地区［6］。而近几年统计，我国镉污染农田面积达到28.0万hm2，年产镉超标农产品数量超过150万t［7］，短短20年就使得我国镉污染农田面积增加约20倍，足见我国稻田镉污染日趋严重。以湖南省为例，湖南省既是我国双季稻生产大省，也是我国的有色金属生产之乡。据统计，1998年湖南省被重金属污染的稻田面积已增至1.13万hm2，占全省稻田面积的0.45%，而且具有加重趋势［8］。近年来，根据湖南省农业环境质量监测和重金属污染专项调查表明，湖南省被污染的耕地面积已占全省总耕地面积的23.70%，还有25%左右的农田大气污染和27%左右的农田灌溉水污染，主要污染物为镉、铅等重金属。例如，2006年1月株洲市新马村发生震惊全国的镉污染事件，有2人因不明原因死亡，150名村民经检验被判定为慢性轻度镉中毒［9］。

2 稻田镉污染的危害

世界卫生组织已将重金属镉确定为食品污染物，并将其定为优先研究的对象。联合国环境规划署也将镉列为12种具有全球性意义的危险化学物质中的第1位危险物质，由此可见镉污染在全球范围内的影响及重视［10-13］。镉是一种对动植物均具有很强毒性的重金属。对于植物，镉通过损伤植物呼吸作用、光合作用和营养代谢等使植物表现出养分和水分的吸收受抑制、根系生长受阻碍、呼吸强度和光合强度下降、碳水化合物代谢失调及其他一系列生理代谢紊乱，从而强烈抑制植物生长，使得生长量和产量下降，甚至导致植物死亡［14-20］。在镉胁迫条件下，该种毒害作用随镉浓度的上升而加剧，并存在显著的镉耐性基因型差异［21-22］。镉还会导致籽粒和植株中营养元素的改变，通过影响细胞质膜的透性从而影响一些营养元素的积累和吸收［23-24］。对于动物和人，主要是通过进食食物，食物中的镉元素在动物和人身体中聚集吸收从而产生危害。镉毒害不仅影响身体本身的钙、磷吸收代谢，造成骨痛等疾病，而且影响造血系统，引发贫血、造成肾损害肾功能紊乱等，从而引发糖尿、蛋白尿、氨基酸尿、肺气肿以及高血压等病症，严重者甚至引起突变、畸形和癌症［25-27］。

3 稻田镉污染的来源

大气降尘、污水灌溉、污泥农用及农业施肥已成为稻米镉污染的主要污染源。环境中的镉进入农业环境后被水稻植株吸收并向地上部分迁移，富集在稻米中，从而造成稻米镉污染。

3.1 大气降尘 机动车辆排放以及工矿业生产的粉尘和气体含有大量含镉污染物，它们进入大气后会通过雨水淋洗或重力沉降等方式输入稻田土壤，通过水稻植株吸收后累积在稻米中。通过该种途径进入稻米中的镉含量一般会随着与污染源距离的增大而降低。据报道，在日、英、法等一些工业化国家，农作物籽粒中的镉有50%以上来自大气降尘［28-29］。可见，大气降尘已成为老工业区稻米等农作物籽粒镉污染的主要来源。

3.2 污水灌溉和污泥农用 随着我国工业的迅速发展，污水灌溉和污泥农用已逐步成为稻田镉污染的又一重要来源。污水灌溉是使用经过一定处理的工商业废水灌溉稻田。近年来，我国污水的排放量日益增加，处理不当或未处理的废水排入环境中，导致稻田用水中镉含量增加，污染稻田土壤，威胁稻米质量与安全。据报道，日本富山市出现的骨痛病(又名痛痛病)原因之一就是由于当地居民食用了经含镉废水灌溉的农田生产的稻米引起的［30-32］。污泥农用是一种土壤改良措施，是将养分含量丰富的污泥施用于农田。作为土壤改良剂的的污泥，常含有大量的镉、汞、铅、砷等重金属污染物。因此，污泥农用在改良农田土壤的同时也使镉等重金属含量升高，对粮食安全构成威胁［33］。

3.3 含镉肥料的施用 除大气降尘、污水灌溉和污泥农用外，以磷肥为主的各类含镉农用化肥的长期不合理施用也使稻米镉污染日趋严重。农用化肥中的镉、汞、砷、锌等重金属含量一般较高，尤其是镉。据文献报道，含磷肥料中镉含量最高可达174 mg/kg，若长期施用，可造成农田土壤中镉严重超标，污染粮食作物。据报道，以磷肥为主的各类含镉化肥的过度施用导致全球66 000 hm2的农田土壤遭到镉污染，由此造成的粮食污染达120万t［34-37］。可见，含镉肥料的施用已成为农作物籽粒镉污染的重要来源之一。

4 降低稻田镉污染的生产措施

4.1 镉低积累水稻品种的选育 据报道［38］，在浙江省所种植的水稻，其稻米中镉积累的品种间差异达4倍以上，而且在籼稻和粳稻之间镉积累也存在显著差异。这些显著的基因型差异为选育优良的低镉品种提供了有力条件。因此，可通过研究选择低积累、低吸收的水稻品种，还可通过选择籽粒部分低镉、镉能固定在水稻根茎部的品种降低水稻镉污染，改善水稻品种品质。

4.2 控制稻田镉污染和选择非镉污染稻田 土壤是水稻生长的根本，因此稻米镉污染的最根本原因是土壤受到镉污染，土壤中镉积累增加，从而引起水稻镉积累增加。因此，要降低水稻镉污染的根本途径就是防止稻田镉污染，控制稻田镉污染。通过选择在未被镉污染的稻田进行稻米生产，并加强监控与管理，防止镉污染源进入稻田，从而生产出低镉稻米。

4.3 水分调控 稻田通过水淹可抑制水稻对镉的吸收，使籽粒和茎叶中的镉积累量下降，从而有效减少水稻镉积累量。淹水能够减少水稻镉积累其原因是，淹水不仅使土壤的还原性提高，而且使土壤中的还原性物质增加，从而使土壤中还原性物质与镉结合，不仅减少了根系对镉的吸收，而且降低了镉的生物有效性，使得植株中镉的积累量下降。因此，可通过科学调控稻田中的水分来实现低镉积累。

4.4 合理施用肥料 合理施用肥料是通过影响土壤pH、带入竞争离子、结合基团，并促进水稻生长、影响地上部和根系的代谢等过程，减少对镉的吸收与积累。因此，可通过合理施用肥料来降低稻田镉污染，当然，不能施用含镉的肥料，以防镉进入土壤中，从而降低稻田镉污染。

4.5 使用石灰调控土壤pH 镉的活性与pH息息相关，pH越高，镉的活性越弱，所以可在稻田中施用石灰等物质来调节稻田中的pH，通过提高稻田中的pH降低稻田中镉的活性。研究表明，在镉污染的土壤上施用石灰，一般每公顷土壤施用750 kg，可使土壤中重金属有效态镉含量降低15%左右，使水稻、小麦籽粒、玉米籽实和白菜中镉含量分别下降55.9% 、50.0% 、21.0%和 43.0%［39-40］。

4.6 施用有机肥 施用有机肥不仅可改良土壤性状，提高土壤肥力，对于镉污染的稻田，施用有机肥还可降低镉的生物有效性。因此，可通过科学施用有机肥来降低镉的生物有效性，减少水稻镉积累含量，但在施用有机肥时要防止含镉物质混杂施入。

4.7 施用微肥 施用微肥是因为作物对镉、铁、锰、锌、硅等矿质元素的吸收存在共同的途径，当土壤中某种重金属对土壤污染较严重且含量较高时，则可利用另一种浓度低、对作物危害较轻、对作物生长有利的微量元素拮抗该重金属［41-47］。因此，可通过科学施用铁肥、锌肥、硅肥等微肥来降低水稻镉污染。

4.8 避免进行高盐含量的水或污水灌溉 高盐含量的水或污水灌溉是将经过一定处理的生活污水、工业废水和商业污水来灌溉稻田。随着经济和城市工业化的快速发展，许多工业化工厂没有采取一定的措施，就直接将含有镉离子的工业废水排入河流从而直接或间接地流入稻田，污染水稻。因此，要采取相关措施治理污水排灌，避免镉污染源，从而逐步改善稻田镉污染现状，降低镉积累。

5 结语

水稻是我国主要的粮食作物，对稻田及水稻镉污染问题进行研究具有十分重要的意义。对于上述降低稻田镉污染的生产措施，还需不断地全面深入研究，利用科学的方法逐步改善稻田镉污染现状。

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