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南方稻区土壤重金属污染防治稳步推进——

[经济日报]从“土”开始 治镉之“疾”

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背景图为位于湖南湘潭的“南方地区稻米重金属镉污染综合防控技术示范基地”,该基地一期建设面积100亩,包括6大功能区,目前已入驻科研团队14个,相关企业9家。 本报记者 常 理摄

“民以食为天,食以土为本”,土壤是人类赖以生存的物质基础,同时也是人类食物生产的主要基地。然而,随着工业化、城镇化进程的推进,土壤污染问题日益严重,给人们的生活带来了很多安全隐患。

日前,中国农业科学院举办了南方稻区重金属污染综合防控协同创新行动现场会,介绍了行动推进一年多来,科学团队在重金属污染防治方面取得的进展,并揭秘了镉大米污染的特征与迁转规律,为土壤重金属的综合治理提供了重要的科学依据。

重金属污染不容小觑

我国是水稻生产和消费大国,约有65%的人口以水稻为主食。近年来,土壤、灌溉水和农业投入品中的重金属污染问题已经严重影响到稻米质量安全,镉污染尤为严重,直接导致稻米镉超标事件频发,严重影响到人体健康和社会稳定。

从环保部2014年公布的《全国土壤污染状况调查公报》中可以清楚地看到当前土壤污染面临的严峻形势:我国土壤总的点位超标率为16.1%,镉、砷、镍的点位超标率分别达到了7.0%、1.6%、4.8%。

与“七五”时期相比,土壤中镉的含量在全国范围内普遍增加,在西南地区和沿海地区增幅超过50%,在华北、东北和西部地区增加10%至40%。

“土壤污染具有隐蔽性和滞后性,往往要通过土壤样品分析、农作物检测,甚至人畜健康的影响研究才能确定。而且,由于重金属难以降解,导致重金属对土壤的污染基本是不可逆的。治理土壤污染的成本高、周期长、难度大。”农科院农业资源与农业区划研究所研究员马义兵告诉《经济日报》记者。

面对这一系列棘手问题,我国对土壤污染治理的力度持续加大。农业部、财政部2014年3月批准启动湖南长株潭地区重金属污染耕地修复及农业种植结构调整的试点;2015年国务院专门批复了《农业环境突出问题治理总体规划(2014-2018年)》和《全国农业可持续发展规划(2015-2030)》,都把重金属污染防治作为重要内容,提出了明确要求和任务;不久前出台的“土十条”明确提出,到2020年,全国土壤污染加重趋势得到初步遏制;到2030年,全国土壤环境质量稳中向好;到本世纪中叶,土壤环境质量全面改善。

“重金属污染所引发的问题受到我国政府和社会各界的高度关注,特别是2013年湖南等地‘镉大米’事件以来,重金属污染问题更是被提到了前所未有的高度。”中国农业科学院党组书记陈萌山认为,实施重金属污染综合防控工程,将极大降低重金属镉被稻米吸收和富集的概率,防止外源污染对稻米生产的影响,同时减少农民群众在生产和消费过程中对重金属镉的暴露风险,为人体健康建立有效的安全保障;在保障水稻安全生产的同时也保障了稻米的安全消费,减少污染农产品对人体健康的危害,将极大提高社会各界对农产品质量安全的信心,有效促进社会稳定。

揭秘污染主要途径

土壤重金属污染是由多方面因素造成的。首先,自然背景值高是一些区域和流域土壤重金属超标的原因,如我国西南岩溶地区成土母岩为碳酸盐岩,在土壤形成的过程中,岩石的主要化学成分碳酸钙发生溶解淋失,而在岩石中含量很低的砷、镉、铅、汞强烈富集,可使土壤中砷、镉、铅、汞等元素含量比成土母岩富集10倍至20倍之多。其次,工矿企业排放的废气、废水、废渣污染了土壤,汽车尾气排放导致交通干线两侧土壤铅、锌等重金属和多环芳烃污染。第三,农业生产活动中,污水灌溉、化肥、农药、农膜等农业投入品的不合理使用和畜禽养殖等,导致耕地土壤污染。

既然环境因素严重影响了土壤中的重金属含量,我们所吃的粮食又必须种在土壤里,该如何解决?

“稻米中的重金属镉主要是在种植过程中从土壤、灌溉水和肥料转移而来,土壤污染不等于农产品污染也不等于食品污染,可以通过科学技术手段让土壤中的重金属元素不被吸收,或者不被运输到种子中,这样就降低了食用风险。”中国农业科学院南方稻区重金属污染协同创新团队首席科学家刘仲齐告诉《经济日报》记者。

科学团队研究发现,非选择性阳离子通道是影响大多数水稻品种镉吸收转运的关键通道。水稻体内生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输和主动运输两种方式。被动运输的离子通道和主动运输的离子载体都会影响镉的吸收和转运。

并且,环境因素对于植物体内的镉含量产生了影响:早稻灌浆期降雨量大,品种的遗传背景对稻米的镉含量有极显著的影响;晚稻灌浆期蒸发量大,稻米镉超标率更为严重。秋季耕层土壤中镉的富集是导致晚稻镉超标的主要原因。随着生长期的延长,水稻根、茎叶及籽粒中镉逐渐增加,即成熟期>灌浆期>拔节期。

从植物的部位来看,穗轴和旗叶是稻米镉的直接来源;根系、叶鞘、节间等营养器官是稻米Cd的间接来源。土壤中的镉会富集在作物的根系中,但是不一定会被传导至稻米之中,而大气中的镉通过沉降在叶片中,会显著影响稻米中的镉含量。

协同治理效果好

土壤重金属治理是一件复杂而精密的工作,中国农科院开展协同创新以来,共有7个研究所、11个团队加入到协同攻关中来,对选种、种植、加工全过程进行综合治理,并取得了明显成效。

中国水稻所副所长胡松培告诉《经济日报》记者,在品种筛选上,团队针对200余份南方主栽品种,通过重新筛选,选出了部分镉积累相对较低的品种。并发现早熟品种镉积累普遍较低,籼稻交杂交稻糙米镉含量普遍较高,粳稻镉积累整体上并不比籼稻要低。

环保所研究人员发现,海泡石和坡缕石可显著降低酸性稻田土壤中镉的有效态浸提含量,降幅40%至70%,可以使中轻度镉污染稻田生长的水稻糙米镉含量降低至0.2mg/kg的国家标准最大限量值以下。他们制备了羧基和巯基修饰海泡石作为钝化材料,应用成本显著降低,修复效应明显提高,具有大规模推广的潜力。

此外,麻类对于吸附镉有着很好的效果。据麻类所研究员王玉富介绍,水稻镉污染农田经过一年苎麻种植修复后,土壤含镉量从1.22mg/kg降到了1.12mg/kg,土壤镉含量降低了8.19%。水稻镉污染农田经过一年红麻种植修复后,土壤含镉量从1.28mg/kg降到了1.23mg/kg,同时红麻干皮产量保持了较高水平。

稻米从收获到餐桌,要经历复杂的加工过程,在这个过程中,也可以通过技术手段去除稻米中的镉元素。从稻米的营养成分构成来看,淀粉约占70%,蛋白质约占10%,另外还有脂肪、维生素、纤维等成分,而镉主要是和蛋白质结合。“我们尝试了在加工的最初环节,用食用醋酸对稻米进行浸泡,以去除蛋白质中的镉元素,目前看,效果比较明显。”农科院加工所研究员郭莉波告诉记者。

据介绍,目前加工所正在研制一种再造米,先把稻米全部粉碎,将淀粉蛋白质分离,然后去除掉蛋白质中的镉元素,然后再根据营养比例将稻米粉末制成米粒形式,形成脱镉再造米。


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