土壤重金属污染对农产品质量安全的影响

徐苏利

（贵州农业职业学院，贵州 贵阳 550024）

土壤是一种农业生产中最重要的环境要素，它的质量好坏与可持续利用度将直接影响到人类获得农产品的数量和质量。近年来，由于工业和农业的不断发展，对我国自然环境造成了极大的影响。重金属铅、镉、汞、砷、铜、锌、镍等在土壤中不易被微生物降解，在土壤中逐渐富集，一旦污染很容易被植物所吸附，从而引发了一系列农产品质量安全问题。2016年6月《国务院印发土壤污染防治的行动计划的通知》中将土壤中重金属污染作为重点监测对象。根据农业科学学报发布的《土壤重金属污染现状及植物修复研究进展》显示，2007年我国有将近两千万公顷的农田受到了各种程度的影响，大约是我国农田总量的五分之一。我国每年因为重金属的影响，会减少大约一千万吨的谷物和一千两百万吨左右的重金属。此外，全国24个省市，在快速发展的320个主要污染源区域，包括城市周边、城市污水灌溉渠、工矿等区域，有超过60%的农田，超过了环境质量标准，达到了20%，而污染严重的农田和面积，则达到了80%。这一状况到2020年已有部分缓解，但农产品生产过程中存在的重金属问题依然存在，因此进行科学、高效地控制与治理，是当前我国农业发展面临的重要课题。

1.土壤重金属污染物的主要来源

土壤中的重金属污染，是由于污染物的累积超出了自身的净化功能，或者在土壤中累积的污染物超出了参考标准，对环境产生了严重的影响。不同地区的重金属污染可以通过一条或多条渠道引起。由于成土母质自身存在着大量的重金属元素，并且由于母质和成土作用而产生的土壤中存在着大量的重金属元素。同时，由于人类在工业化、农业等方面发展的原因，也会对土壤中的重金属产生严重的影响。

1.1 大气中重金属沉降

空气中的重金属主要来源于能源、冶金、建材生产、交通、运输等方面。大部分的重金属通过气溶胶形式排入大气层，通过自然沉淀和降雨到达地表。其污染范围以矿区和铁路两侧为重点。据农业环境科学学报发布的《矿区和铁路两侧土壤和农产品中重金属污染的研究调查》显示，煤炭含有 Ce、 Cr、 Pb、 Hg等多种元素，而原油中含有较高的 Hg，当燃油在燃烧时，会产生一些悬浮微粒和易挥发性金属，并随着烟气的飘散而进入大气层，其中10%～30%则会在距离排放点十多公里处沉淀。道路运输中的重金属污染是由燃油燃烧引起的，金属零件与轮胎摩擦，路面老化，汽车在行驶过程中所造成的粉尘等。道路两旁的土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Hg，其中Pb、Cd的含量最高，Zn的含量最低，其它的重金属含量也比较低。道路运输过程中产生的大量重金属污染，不但会使道路沿线的土壤受到污染，而且还会使路边的植被吸附大量的重金属元素。

1.2 农用物资不合理的使用

由于在农业中大量使用含有Pb、Hg、Cd、As等重金属的杀虫剂，以及不适当使用肥料和牲畜粪便作为肥料，会造成土壤中的重金属污染。肥料中的重金属是以矿物和化学物质为主，普通的含有过磷酸根的肥料中重金属Hg、Cd、As、Zn和Pb的比例最高，其次是磷肥，氮肥和钾肥含量相对较低，而Pb含量则是最少的。通过对国内外化肥中的污染情况进行了分析，发现土壤中的重金属元素随化肥品种和所测定的重金属类型而变化，其中Cr的含量最多，Cu的含量最少。虽然中国的磷元素总量比世界上其他几个发达国家要少得多，但是一些化肥的长期使用也会对土壤中的Cd、Hg产生一定的影响。我国现行肥料中的重金属元素浓度没有一个完全统一的标准，因此在一定范围内，难以量化地评估土壤中的重金属污染。另外，利用粪便、生活垃圾和其它垃圾作为肥料，在一定程度上促进了土壤中的Cu、Zn、Hg等元素的积累，从而增加了农作物中的重金属元素。

杀虫剂、杀鼠剂、杀菌剂中多数都含有As，过量施用会造成重金属的严重污染。目前，农用胶膜广泛应用于农业，且用量较大，其热固性成分中存在 Cd和 Pb，因此，在大规模应用塑料温室、地膜时，会对土壤产生一定的污染，进而引起植物中的重金属积累。

1.3 污水和污泥的施用

污水根据污染源和量可划分为城市污水、工业污水、商业污水、城市混合污水和养殖业污水。城市生活废水中的重金属元素普遍偏少，其他废水中的重金属元素含量高。近年来，由于工业化进程的加快，大量的工业废水与城市生活废水混合，利用废水进行农业生产，造成了土壤中的重金属污染。从分配来看，一般都是接近污染源和都市工业地区的土壤污染最大。通过对北京郊区污染灌区土壤—小麦系统中的重金属元素的富集特性进行了分析，结果表明：在十多年的雨水和污水处理后，农田中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等元素的累积，且地表作物的麦类中Cr、Zn元素的浓度均超过了国标规定。近年来，农业废水已逐渐发展为农业生产的主要水源，因使用了饲料添加剂，导致废水中的Cu、Zn等重金属含量高。

污泥是一种富含有机物和 N、 P、 K等营养元素的固体废物，其营养成分比普通的畜禽粪便要多。但是，由于污泥中的Zn、Cu、Cd、As、Hg等元素的存在，导致了土壤中的重金属浓度呈逐年上升的趋势。结果表明，长时间使用污泥会造成蔬菜中Zn、Cu、Cd的污染，并且会导致小麦和玉米中Hg、Cd的含量较高。

1.4 含重金属废弃物堆积

重金属固体废物类型多样、类型各异，对环境造成的影响也各不相同，尤其是矿山和工业固体废物的污染最大。这些垃圾在堆积和处置时，由于日晒、雨水冲刷等原因，会导致重金属随着水分的流动，呈放射形或漏斗形扩散到周边的土体和水体中。分析固体废物处理区和城市垃圾堆填区的土壤中的重金属污染情况，发现其中的Cd、Cu、Hg、Zn、Ni、Pb、Sn等元素浓度显著大于本地环境。

2.重金属污染对农产品质量安全与人类健康的危害

重金属在农业生产过程中的累积，不但会对粮食产量、品质造成明显的影响，而且还会透过食品链条，在人体体内不断累积，对人体造成极大的威胁。

2.1 农业环境中的重金属污染及其对食品品质和安全性的影响

在众多的重金属元素中，对植物的危害与毒性最强的几种重金属主要包括Pb、Cd、Hg、As、Cr和Cu，它们对植物的毒性高低表现为：Hg＞As＞Cd≈Cu＞Pb＞Cr，但这并不是绝对的，不同植物对金属离子的反应顺序可能有所变化。植物长期处于重金属的环境中，大量的重金属会损伤其细胞膜，并会对其结构和作用产生干扰，导致机体的多种生理、化学活动受到影响，从而降低作物的产量和质量。重金属污染的最主要的表征是抑制作物的生长。通过对植株的细胞和分子量分析，发现植株的某些光合酶和叶绿素的合成会因 Hg和 Pb的胁迫而受损，从而使植株的光合作用下降。Pb可使植株体内 SOD、 POD、CAT等多种酶的活力比例失调，从而引发生物化学变化，进而对植株产生损害。结果表明： 在Pb和Cd胁迫下，小麦株高、根品质明显下降、次生根数减小、根系活动和吸收区域减小，从而使产量进一步下降。重金属元素如Cd、Hg、Pb、As将会引起植株失去根瘤的功能，进而彻底地限制了土壤的同化作用，显著地减少了大豆的产量。在我国主要的城市郊外地区，由于重金属的大量累积，造成了农村地区的环境污染，其中以Cd、Hg、Pb为主。

2.2 重金属对人体的影响

人在食用被重金属污染的食物后，对人体的健康会造成很大的影响。在全球各地，由于重金属所致的各种病害十分常见。重金属元素通过呼吸道、消化道、肌肤等途径侵入体内，一旦在体内大量累积，会对机体的代谢和正常的功能造成严重影响，从而影响机体的正常功能，最终引起多种慢性和急性病症。Pb对人体的毒性主要表现在造血、神经系统、消化系统、生殖系统等方面，而Pb中毒则会对人类和动物的甲状腺机能产生一定的损害，从而导致机体的荷尔蒙分泌和肾上腺素的功能下降。Cd可以与体内含有羟基和氨基的大分子有机分子相连接，从而影响肝肾等器官的正常运作。长期食用含有镉的食品，会对人体的钙磷类物质的代谢产生一定的作用，引起肾、肺、肝等脏腑的病变，引起骨质疏松性、软骨化、肾结石等多种病症，引起“骨痛病”。另外， Cd对哺乳类的致畸、致癌性及致畸效应也很明显。Hg对肾脏的神经毒性和肾脏的影响是国际上广泛认可的，近几年， Hg的生殖和基因毒性越来越受到重视。科学家们还发现，与成年人相比，胎儿对水银的毒性反应更为灵敏，特别是怀孕妇女在暴露于水银之后，通过胎盘进入到胎儿的身体中， Hg的脂溶性及短链烃基团的存在，使得其能与婴儿的血液中的血红素高度亲和，一旦与之发生，就会造成严重的神经损害。As对人类的毒害也不可忽略， As在动物中具有较高的累积能力，三价 As主要是与大分子的硫磺键结合而发挥毒害效应，而五价 As因其化学特性及分子构造与磷类似，在发生化学反应时，会取代磷酸盐而导致中毒，从而导致“三致”效应。有些重金属是锌、铜、铁等人类必需的元素，但当这些元素积累到一定程度，甚至发生形态和价态变化时，就会对人类造成极大的危害。

3.农产品产地土壤重金属污染的防治措施

农业生产环境中的重金属污染是由多种因素引起的，同时也造成了严重的破坏。从源头上抑制污染物的流入，是降低土壤重金属污染的有效途径。当土壤环境受到了严重的影响时，必须根据具体情况，进行针对性地处理。在农业生产基地土壤中，必须从三个角度进行治理。

3.1 强化治理和治理手段的构建

由于重金属的隐蔽性、滞后性、不可逆性和难以治疗性，因此，在防治中必须坚持“防重于治”的原则。通过消除重金属在农业生产过程中对土壤特别是对农业生产产生的影响，达到抑制重金属超标的目的，降低对人类的健康威胁。首先，要加强耕地的生态保护，严格禁止“三废”、城镇垃圾、生活废水等直接排放到耕地中，严格限制农田的使用。其次，要强化“三废”的治理，达到严格的排放标准，城市生活垃圾和污泥等作为化肥，必须事先进行高效的工艺，以保证其重金属等的含量达到绿色的要求，从而避免二次污染土壤。

3.2 实行科学有效的生产经营管理

在农业生产中，肥料和疾病控制是导致土壤中重金属元素最多的一个方面。当前，农业生产中仍然存在着一味强调粮食产量而忽略粮食品质的问题。所以，如何有效地控制和处理农产品中的重金属超标问题，就需要从全产业链入手。首先，要对农药产品的品质进行严格的监控。要加强农资市场的全面执法，加强对化肥、杀虫剂等农资产品的源头管理，定期组织市场监督、监督抽查，严厉打击制售假冒伪劣农资产品行为，净化农资市场，杜绝已禁用的农资产品流入市场、用于生产。尤其要加强对各类磷的市场管理。其次要选用质量合格、有害物质和重金属等质量优良的产品，并对重金属进行严格的管理，防止重金属超标。最后，要对农业生产中的化肥用量进行科学、合理的调控，并遵循科学、高效的施肥方针。在农业生产中，应积极推广应用微生物肥，以减少重金属在农业生产中的累积。在施用化肥时，要加强化肥的源头管理，禁止利用含有大量重金属的工业废料和生活废物用作肥料。在农药施用上应坚持“因材施治、适时施用”的方针，选用高效低毒、低重金属、低残毒的高质量杀虫剂，合理选用合适的药物，并严格控制药物的剂量和使用频次。在处理使用过的塑胶薄膜时，应尽量将其从田间土壤中除去，以降低其对土壤的环境影响。

3.3 利用科技手段，有效地解决了土壤中的重金属污染问题

当前，土壤中的重金属污染控制研究主要集中在3个领域：一是通过改变土壤中的形态，使其保持稳定性，减少其迁移和可利用；二是通过去除土壤中的重金属，通过一些特殊的方法，将其吸附在土壤中的重金属去除掉，又通过工程学方法将其转化成溶解状态和自由状态，通过冲洗来提取重金属，以实现对重金属的回收，同时降低土壤中的重金属含量；三是要改革农业生产体制，防止污染的重金属进入食品链条，对人类和动物的身体造成危害。按照修复技术方法，可以分为工程法、化学法、生物法和农业法。不同的技术手段，因其难度、治理效果、经济效益而不同，都存在着不同的优点和缺点。比如，对于污染严重、面积较小的地区，可以采取客土、换土、深耕、与污染土混配等技术手段来减少土壤中的重金属。但是，如果是大范围的污染，不仅要耗费大量的时间和精力，而且还会造成结构的损坏，从而降低土地的肥力。通过将改性剂和抑制剂注入土壤中，对重金属进行氧化还原沉淀吸附，从而达到减少重金属的生物利用率的目的。农业生态恢复是指改变耕地的经营管理体制，降低土壤中的重金属污染，其优势是操作简单、成本低廉，但其使用时间过久，效益不明显。生物恢复是指通过微生物或植株自身的生理代谢过程，对土壤中的重金属进行分类或萃取，具有成本低、不破坏土壤生态环境、可操作性强、不会产生二次环境污染等特点。这些技术具有各自的功能和使用领域，但是它们之间却是相互关联、互补的，因此，在实践中要根据具体情况，采用多种方式进行处理，并根据具体情况选用相应的处理措施。

4.结语

由于我国工业和工业发展水平的提高，我国的土壤环境问题日益突出。土壤中的重金属污染来源广泛，污染范围广，持续时间长，而且是一种难以降解的、相对稳定的污染物质。农业生产的土壤中存在着大量的重金属，这些问题不仅会引起食品的质量问题，而且会在食品中不断积累，从而对人们的身体和生活造成威胁。在今后的农业生产中，必须加强对农产品的生态环境的监控，对其进行重点监控，并进一步加强对产地的重金属的处理，为进一步提升农产品的质量和安全水平提供了强有力的保证。