稻米镉污染及防控对策

刘晶晶 ，康升云

摘  要：稻米镉超标现象仍在我国一定范围内发生，镉污染治理是当前和今后一段时期农产品质量安全工作的重点和难点。从镉元素的理化特性及毒性、稻米镉来源及分布出发，分析了物理降镉、化学降镉、生物降镉等治理方法，提出了稻米降镉相关对策建议，为稻米镉污染防控提供参考依据。

关键词：稻米；镉污染；防控措施

中图分类号：S511;R99;X5                              文献标志码：A      文章编号：1673-6737（2023）05-0060-05

Cadmium Pollution in Rice and its Prevention and Control Countermeasures

LIU Jing-jing1 ， KANG Sheng-yun2*

（1 Nanchang Normal University Affiliated High School， Nanchang 330029， China;

2 Jiangxi Agricultural Technology Extension Center， Nanchang 330046， China）

Abstract： The phenomenon of excessive cadmium in rice still occurs in a certain range in China. The control of cadmium pollution is the key and difficult point in the current and future agricultural product quality safety work. Based on the physicochemical properties and toxicity of cadmium， the source and distribution of cadmium in rice， the control methods of physical cadmium reduction， chemical cadmium reduction and biological cadmium reduction were analyzed， and the relevant countermeasures and suggestions were put forward to provide reference for the prevention and control of cadmium pollution in rice.

Key words： Rice; Cadmium pollution; Prevention and control measures

2013年5月，广东省在对市场销售大米抽检时，发现产自湖南省攸县等地的多个批次大米镉超标[1]，由此引发了“镉大米”事件。不仅湖南省存在“镉大米”[2]，我国其他省市的局部地区也存在一定程度的“镉大米”问题。针对大米镉超标问题，我国各级政府和有关部门采取了一系列措施，包括对生产源头、稻米加工、市场流通等环节进行控制，尽量减少或降低“镉大米”造成的危害。

“镉大米”是由镉超标的稻谷加工而成，稻谷中的镉主要来源于种稻环境。在农业生产环境中，与产生化学污染的农药、兽药可在不同程度上被降解不同，镉无法被有效降解，因此会对农产品质量安全造成持续性影响危害。截至2022年6月，距“镉大米”事件曝光已经过去了9 a时间，但是环境镉污染治理效果仍不太理想，稻米镉超标现象仍屡有发生。镉污染治理是当前和今后一段时期农产品质量安全工作的重点和难点，作为我国种植最为广泛的农作物之一，水稻中富集镉元素的问题尤为严重，因此，有必要对稻米镉污染进行梳理分析，探讨解决问题的思路和方法。

1  镉的理化特性及毒性

1.1  镉的理化特性

镉（Cadmium，Cd）原子序数为48，位于元素周期表第ⅡB族，是一种灰色而有光泽的金属，原子量为112.41，密度为8.642 g/cm3，具有韧性和延展性。镉的熔点为321.03 ℃，沸点为765 ℃。镉的化合价为2，常温下镉在空气中会被氧化迅速失去光泽，表面生成棕色氧化镉。镉不溶于水，但能在硝酸、醋酸、稀盐酸和稀硫酸中缓慢溶解，同时释放出氢气。镉盐大多数溶于水，在消化道、呼吸道均可吸收。镉在自然界主要以硫镉矿形式存在，并常与锌、铅、铜、锰等矿共存，所以在这些有色金属的冶炼过程中可能产生大量镉[3]。

镉是人体非必需元素，为有害重金属元素，少量即可对人体产生危害。镉元素与锌元素位于同一副族，其原子大小、结构和化学性质有一定的相似性。镉可以借助细胞膜上的锌、铁等离子通道进行跨膜转运。镉在人体内易与金属硫蛋白结合形成相对稳定的镉-金属硫蛋白复合物（Cd-MT复合物），减少对人体细胞和组织器官的损伤。

1.2  镉的吸收和代谢

镉可以通过肠道和表皮进入人体内。随着含镉食物、饮用水等进入消化道后，镉主要在小肠的前段进行吸收。部分鎘也可以随空气（大气污染、吸烟等）通过呼吸方式进入人体内。进入人体内的镉主要以Cd-MT复合物形式存在，有小部分以游离形式或者小分子结合形式存在。结合形式的镉对机体没有损害作用，游离形式的镉才会对机体产生损伤。在肝脏中形成的Cd-MT复合物通过血循环富集在肾脏，肝脏和肾脏贮存的镉约占人体内镉总量的60%[4]。

体内镉主要通过肾脏排出体外。镉在人体内的生物半衰期长达10～30 a，为已知的最易在体内蓄积的毒物[5]。

1.3  镉的毒害作用与镉毒性干预治疗药物

1.3.1  对肾脏的毒害  Cd-MT复合物在肾脏经肾小球滤过、肾小管重吸收后，在肾小管上皮细胞溶酶体中分解形成游离镉，对肾脏产生实质性毒害；严重时可以造成肾小球不可逆损伤，在尿液中出现大分子蛋白质。

1.3.2  对骨骼的影响  镉先引起腎脏特别是肾小管损伤，继而引起机体活性维生素D合成受阻、钙磷代谢和内分泌异常，最终引起骨组织钙磷丢失、骨密度下降和骨质疏松、骨萎缩、骨变形[6]。在日本发生的“痛痛病”就是镉中毒引起的。

1.3.3  对人体的其他危害  镉还可以引发人体肿瘤、炎症反应，对生殖系统、神经系统等造成危害。

1.3.4  镉毒性干预治疗药物  对于急性镉中毒的治疗[7]，临床上常用二硫代氨基甲酸类、氨羧类以及巯基类络合剂，主要药物有依地酸二钠钙（Ca2NaEDTA）、促排灵、二乙烯五乙酸盐（DTPA）、二巯基丙醇（BAL）、二巯基丁二酸（DMSA）等，主要作用是增加尿镉的排出。对于慢性镉中毒，目前没有特效药物，大剂量使用促排镉的药物还可能造成肾损伤。

1.4  镉的限量标准

WHO对镉的安全标准是基于对肾脏的毒性建立的，上限是每周每公斤体重7 μg。这相当于一个60 kg的人，每天摄入量不超过60 μg。我国GB 2762—2017《食品安全国家标准  食品中污染物限量》中关于大米镉的限量标准是0.2 mg/kg，相对于CAC和日本的0.4 mg/kg要更加严格；主要原因是我国为水稻种植和稻米消费大国，特别是南方地区居民多以米饭为主食，大米日摄入量较大，稻米镉暴露水平更高。

2  稻米镉来源及分布

2.1  稻米中的镉来源

2.1.1  环境来源  镉由于同时具有很好的韧性和延展性，被作为合金元素广泛应用于工业生产，包括合金制造、冶金、电镀、电子、原子反应堆平衡棒、颜料、荧光染料、杀虫剂、充电电池等[8-9]。2014年4月17日我国原环境保护部和原国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示：全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%；污染类型以无机型为主，其中镉的点位超标率为7.0%[10]。镉的点位超标率是所涉无机污染物点位超标率最高的，且远高于其它化学元素。目前我国大部分城市尚未做到较好的垃圾分类，含镉的有害废弃物还没有很好地被回收利用，无论是焚化还是掩埋处理，都可能造成土壤镉污染[11]。

在自然状态下，我国受镉污染的耕地非常少。由于含镉的矿产资源开发和金属冶炼加工，矿区的尾砂及废水、冶炼厂的废渣及废水等富含镉的固态、液态废弃物随着雨水的冲刷、淋溶、灌溉水、土壤渗透转移等进入农田系统。在有关矿区或冶炼厂附近，含有镉的粉尘可以随大气污染颗粒飘散和沉降，进入到耕地环境中。

环境镉污染具有典型的区域性和带状分布特征，我国镉污染多集中在南方省份，其中湖南省以“有色金属之乡”著称，铅锌矿等矿产资源丰富，而且有色金属冶炼企业比较集中，因此湘江流域耕地的镉污染相对严重。

2.1.2  农业投入品来源  磷肥主要来源于磷矿石开采，磷矿石中可能含有镉、铅等有害杂质，施用含镉的磷肥会给种稻带来污染。鲁如坤等[12]对全国30个主要磷肥厂生产的磷肥进行测定后发现，磷肥平均含镉量为0.61 mg/kg。照此测算，我国每年随磷肥带入土壤的总镉量为37.3 t，随磷肥带入的镉量平均为0.497～0.746 g/hm2。虽然对单位面积的土壤影响不大，但是长期大量使用含镉的磷肥，特别是每年近40 t的磷肥镉进入耕地，仍应引起全社会的高度重视。

除含镉肥料外，使用其他含有镉的农业投入品（如含镉农药等），均可能增加耕地中的镉含量，进而造成种稻过程中的镉富集超标。

2.2  水稻中的镉分布

镉在水稻地下和地上部分的累积量随生育期变化而变化，根、叶和籽粒的累积量均在成熟期达到峰值，镉在籽粒中的迁移富集能力仅次于根[13]。杨居荣等[14]研究了污染水稻籽实中镉的分布及存在形态，结果表明，镉在水稻籽实各结构中的浓度顺序是皮层>胚>胚乳>颖壳。胚中镉元素的浓度高于胚乳，但胚乳通常可占籽粒总重量的80%左右，因此从镉的总含量来说，胚乳的镉含量远远大于其他结构，约为整个籽粒镉含量的70%[14-15]。

3  稻米镉污染防控措施

3.1  物理降镉

利用物理方法降低土壤镉的残留，包括换土、电泳等。

土壤中的镉无法被自然降解消除，将长期存在并不断危害农作物种植，因此对于一些受镉污染的耕地，可以通过换土、移土、客土等方式，将原有的受污染土壤移除，更换无镉污染的新土，同时提供不含镉的灌溉水源，以保证耕地种稻的长期安全有效。该方法彻底有效，可以说是一劳永逸，但是施工成本非常高，特别是涉及大量的土建工程。有条件的地方，可以结合高标准农田建设或耕地保护、管护等农业建设工程项目进行换土。

电泳方法则是在受污染土壤中设置电极并施加外界电场，让镉离子等阳离子在电场的持续作用下从正极区域不断向负极区域迁移和聚集，再以适当方式消除镉，从而降低土壤中的镉污染。该方法操作简便、效果明显，但是很难大面积推广应用。

3.2  化学降镉

土壤的干湿状况、pH、Eh（氧化还原电位）等均会影响到土壤镉的存在形态，继而影响到作物对镉的吸收转移[16]。提高土壤pH、降低土壤Eh、保持相对干旱均可降低土壤有效态镉的含量，达到减少作物中镉含量的目的。因此施用生石灰、节水灌溉等都是有效的降镉方法。

在农业生产中使用一些土壤调理剂、镉的化学阻断剂或螯合物，把游离的镉变成络合状态或沉淀状态，可以阻碍水稻对镉的吸收。利用有机钝化材料（如维地康等）、黏土矿物（如森美思等）、金属氧化物（如丰收延等）、生物质炭等，通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等作用来降低土壤镉的生物有效性，进而抑制水稻对镉的吸收[17]。有的耕地大量施用化学肥料或不平衡施用化学肥料，导致有机质降低、土壤酸化、土地板结，在某种程度上促进了作物对镉的吸收。

施用生石灰或增加钙肥（如钙镁磷肥）的使用量，利用钙离子与镉离子竞争，阻碍作物对镉的吸收。叶面喷施特定氨基酸[18]和硒肥，也可以降低水稻对镉的吸收。梁欢婷等[19]研究表明，施用亚硒酸钠和纳米硒均可以降低稻米镉含量，而且可以适当增加稻米中硒的含量。

化学降镉方法操作方便、效果显著，而且单次成本相对较低，容易大面积推广应用；但化学方法并非有效降低土壤中镉的总量，只是起到阻碍、延缓迁移或吸收作用，一旦化学药物或化学试剂停止使用后，作物对镉的吸收可能会出现反弹，镉阻断与镉吸收始终处于一种博弈状态。

3.3  生物降镉

主要是利用某些特定的对镉具有显著的吸收和富集作用的植物，通过一定方式从土壤中转移镉，从而达到修复污染土壤的目的。

柳赛花等[20]筛选了2个高镉累积水稻品种并进行了镉移除试验，在耕层土壤（0～20 cm）镉含量为1.69 mg/kg（农田耕层土壤镉含量为253.5 g/hm2）的田块种植玉珍香（YZX，湘审稻2009，常规中熟晚籼）和扬稻6号（9311，苏审稻1997，常规迟熟中籼），结果表明，在整株移除的情况下，每公顷农田每年种植一季水稻9311与YZX分别可以带走土壤中9.1%和8.5%的镉，据此推算在该污染水平区连续单季种植水稻9311与YZX 8～9 a时间可以使得该片农田土壤恢复至安全健康水平（农田土壤镉含量小于筛选值0.4 mg/kg）。

植物降镉法生态环保，通过植物富集镉后移除植株，不会带来化学污染，可以有效减少土壤中镉的含量；不足之处是植物生长所需的时间较长，土壤修复周期长、见效慢。

3.4  加工过程降镉

镉超标稻米经生产加工流入市场，一旦被摄食可能造成严重不良后果。对于镉大米产品，要积极采取多种方式，尽可能将危害和损失最小化。

3.4.1  无害化处理  镉在生物体内主要以镉金属硫蛋白复合物的形式存在，因此可以考虑将镉超标大米打碎、成分分离，去除含镉的蛋白质部分，留下基本不含镉的淀粉部分。姜毅康等[21]、傅亚平等[22]利用化学方法改变镉在大米中的结合形态，镉的脱除率分别达87.90%、97.08%。此类无害化处理方式可以将镉去除得相对比较干净，但是大米中最具营养的蛋白质部分也被去除了，从某种意义上说有些得不偿失，只能作为一种补救途径。

3.4.2  精细加工  陈露[23]试验表明，加工精度对大米中的镉含量影响较大，加工越精细的大米镉含量越低，糙米和一级大米镉含量差异显著。

3.4.3  浸泡  陆金鑫等[24]基于蒸谷米小试装置加工不同镉含量水平稻谷的实验数据，初步推断蒸谷米镉的迁移主要发生在浸泡过程中，且从精米向米糠是主要的迁移方向；经浸泡，精米中的镉含量可降低约40%。

3.4.4  转为他用  如果大米中的镉含量比较高，通过一般的机械加工或化学处理仍然无法使其符合食用大米镉限量标准，则应该考虑将其转变为其他用途。镉超标的大米可以用于微生物发酵，制取食用酒精等产品，然后剔除含镉较高的糟粕。对于符合动物营养卫生标准的镉大米，也可以用作饲料加工原料，为动物提供淀粉和蛋白质来源。

4  稻米降镉对策建议

4.1  科学编制水稻种植规划

各级政府和有关部门应在调查土壤各种重金属背景值的基础上，根据水稻容易富集镉的生理特点，编制耕地利用和水稻种植规划，科学合理划定水稻适宜种植区、镉污染风险区、不宜种植区等区域；要将有色金属矿山开采、尾矿处理、冶炼加工等污染源充分考虑进去，并从流域层面上加以系统谋划。

4.2  加強稻米镉污染风险监测

土壤镉污染、稻米镉污染必须借助检验检测手段加以判定，不但要密切关注稻米中的镉残留量，而且要注意镉含量的变化趋势，及时进行分析研判并做出必要应对。要加强对环境土壤、灌溉水、环境空气的监测，维护水稻生产所需要的安全环境，同时要对农业投入品进行监测，防止镉超标的农药、肥料等农资进入水稻生产环节。

4.3  强化农产品质量安全监管

推行食品农产品承诺达标合格证制度，要求生产企业在检测的基础上开具合格证，切实履行农产品质量安全第一责任人的责任。继续加大《食品安全法》和《农产品质量安全法》的执法监督力度，严格落实农产品销售企业的农产品质量安全责任。近年来，许多稻米经销商自行配备了镉残留检测仪器设备，或委托专业检测机构开展检测，自觉把好农产品进货质量安全关。要加强稻米镉污染风险评估，将稻米纳入农产品质量安全追溯管理，提高稻米镉污染的预防和风险应对能力。

4.4  调整耕地种植结构

不同水稻品种、不同作物、作物不同器官对镉的吸附转移能力存在较大差异。李铭红等[25]经研究分析发现，不同农作物对重金属镉的吸收程度不同，镉富集系数为紫云英>水稻>大豆>大麦>玉米>小麦；不同农作物果实的镉富集系数为紫云英>大麦>大豆>水稻>小麦>玉米。在镉污染风险区，应尽可能种植富集镉能力较弱的水稻品种。如果种植的水稻不能符合镉限量标准，可以考虑换成其它农作物，或者干脆种植非食用农产品（如棉花）、花卉苗木等植物。

4.5  适当调整饮食习惯

一般而言，粳稻的镉富集能力弱于籼稻，早稻的镉富集能力弱于晚稻。我国南方部分地区发生稻米镉污染超标现象相对严重，从农产品质量安全的角度来看，可以适当在稻米类食物中增加粳稻、早稻的比例，多食用面制食品或适当搭配五谷杂粮，以减少食物中镉的摄入量。另外，食用富含钙和富含维生素D的食物，有助于增强人体对镉毒害的抵抗力。

参考文献：

[1] 高志，崔海涛，张高科，等.什么污染了我们的大米？——关于湖南攸县“镉大米”的调查[J].中国农资，2013（22）：5-7.

[2] 雷鸣，曾敏，王利红，等.湖南市场和污染区稻米中As、Pb、Cd污染及其健康风险评价[J].环境科学学报，2010，30（11）：2314-2320.

[3] 任继平，李德发，张丽英.镉毒性研究进展[J].动物营养学报，2003，15（1）：1-6.

[4] 蔡婷峰.一种新型络合剂的驱镉作用初步研究[D].太原：山西医科大学，2010.

[5] 刘杰.镉的毒性和毒理学研究进展[J].中华劳动卫生职业病杂志，1998，16（1）：4-6.

[6] 朱海美，王淑颜，常艳.镉毒性分子机制及评价方法的研究进展[J].环境与职业医学，2020，37（11）：1132-1139.

[7] 李宇兴.镉毒性干预治疗药物的初步筛选研究[D].成都：西南交通大学，2017.

[8] 张鼎.镉中毒及锌对镉中毒的作用机理研究[D].武汉：华中农业大学，2015.

[9] 安红敏，郑伟，高扬.镉的健康危害及干预治疗研究进展[J].环境与健康杂志，2007，24（9）：739-742.

[10] 环境保护部，国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[J].中国环保产业，2014（5）：10-11.

[11] 张曼，张璟，普蓂喆，等.我国农业产地环境污染成因及治理对策—以镉大米为例[J].林业经济，2014，36（6）：20-29.

[12] 鲁如坤，时正元，熊礼明.我国磷矿磷肥中镉的含量及其对生态环境影响的评价[J].土壤学报，1992，29（2）：150-157.

[13] 陈宝玉，王洪君，曹铁华，等.不同磷肥浓度下土壤-水稻系统重金属的时空累积特征[J].农业环境科学学报，2010，29（12）：2274-2280.

[14] 杨居荣，查燕，刘虹.污染稻、麦籽实中Cd、Cu、Pb的分布及其存在形态初探[J].中国环境科学，1999，19（6）：500-504.

[15] 刘旸，易翠平.稻米中镉的分布规律及降镉方法研究进展[J].粮食科技与经济，2018，43（1）：110-113.

[16] 陈志良，莫大伦，仇荣亮.镉污染对生物有机体的危害及防治对策[J].环境保护科学，2001，27（4）：37-39.

[17] 林小兵，张秋梅，武琳，等.南方镉污染水稻产区土壤调理剂、叶面阻控剂产品调查与分析[J].环境生态学，2021，3（9）：57-64.

[18] 袁凯.氨基酸和钙镁磷肥对水稻镉积累的影响[D].北京：中国农业科学院，2021.

[19] 梁欢婷，何冰，顧明华，等.施硒对镉污染稻米中镉、硒含量的影响及其膳食风险评估[J].食品工业，2021，42（3）：331-335.

[20] 柳赛花，陈豪宇，纪雄辉，等.高镉累积水稻对镉污染农田的修复潜力[J].农业工程学报，2021，37（10）：175-181.

[21] 姜毅康，吴卫国.镉超标大米碱法提取淀粉的工艺条件优化[J].粮食与油脂，2017，30（2）：63-67.

[22] 傅亚平，廖卢艳，王巨涛，等.酸溶技术脱除大米粉中重金属镉的工艺优化[J].中国粮油学报，2017，32（3）：103-109.

[23] 陈露.大米镉结合蛋白的纯化及形成机理研究[D].武汉：武汉轻工大学，2015.

[24] 陆金鑫，程国强，时超，等.稻谷水热加工过程中镉迁移规律研究[J].食品安全质量检测学报，2016，7（6）：2216-2220.

[25] 李铭红，李侠，宋瑞生.受污农田中农作物对重金属镉的富集特征研究[J].中国生态农业学报，2008，16（3）：675-679.

（责任编辑：李明）