洞庭湖區(qū)土壤、稻米的鎘問題及其治理

童潛明

（湖南省地質研究所，湖南 長沙 410007）

一 鎘對人體的有害性

鎘在地殼中的平均含量是0.2mg/kg，目前在自然界只發(fā)現(xiàn)硫鎘礦（CdS）、菱鎘礦（CdCO3）、方鎘礦（CdO）和硒鎘礦（CdSe）等4種獨立鎘礦物，鎘的絕大多數(shù)以分散狀存在于其它礦物和巖石中，其中以閃鋅礦中最多，可為閃鋅礦重量的0.1%～0.5%。在地表風化條件下，巖石礦物中的鎘易被氧化生成硫酸鎘（CdSO4）而溶解于水體中，又因鎘有強主極化能力，故能被土壤的膠體溶液強烈吸附。因此雖然鎘十分分散和稀少，但在水體和土壤中分布卻很廣泛，并且常為農作物吸收。農作物中的鎘對人體健康是一個有害元素，即使是少量的鎘持續(xù)進入人體可因長期對組織器官造成損傷，使腎、肝、肺、骨骼、生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、胃腸系統(tǒng)和胰臟系統(tǒng)病變，特別容易因對骨骼的破壞而出現(xiàn)以骨痛、骨折為癥狀的“痛痛病”。不過人體鎘慢性中毒病癥的隱伏期比較長，如“痛痛病”據日本的研究就長達15～20年才有癥狀顯示，一旦顯示就難以醫(yī)治，因為鎘在人體內的生物半衰期，即排除50%的蓄積量時間長達20～40年，所以早在1972年，世界衛(wèi)生組織在關于食品污染的毒性報告中指出鎘是僅次于黃曲霉素和砷的有毒物質；1984年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出的具有全球意義的12種危害物質中鎘被列為首位，相對于人體的毒害而言，僅次于汞而居第二位[1]。

農作物的鎘含量多少才對人體有害，以稻米為例，有關研究披露：益陽市安化某鈾礦區(qū)40hm2農田耕層土壤鎘含量平均10.67mg/kg，稻米含鎘，早稻米平均1.13mg/kg，晚稻米平均2.05mg/kg。人群中有高血壓、“痛痛病”流行[2]。株洲市清水塘地區(qū)16km2內抽采樣，鎘含量均值稻田土0.87mg/kg，稻谷均值1.46mg/kg[3]。據湖南國土規(guī)劃院張建新教授查閱的1965～2005年7萬人的健康記錄資料，骨痛、骨癌發(fā)病率上升，血鎘、尿鎘是正常人的2～5倍。醴陵市賀家橋礦區(qū)23km2重污染區(qū)，稻土鎘含量均值4.53mg/kg，晚稻米鎘含量2.24mg/kg，以腰痛、駝背為癥狀的患病率為20%左右，而無污染的鄰村只有2%左右[4]。瀏陽市七寶山礦區(qū)的寶山河沿河長10.5km、寬200m范圍內稻土鎘含量均值6.01mg/kg，稻米鎘含量均值1.16mg/kg，出現(xiàn)了以骨痛為特征的“痛痛病”，如鐵山村紅橋組患腰腿痛村民超過20%[5]。按以上4例，稻田土壤鎘含量大于0.87mg/kg，稻米鎘含量大于1.13mg/kg，只有人們長期食用，通過食物鏈人才會發(fā)生鎘中毒病癥。

二 洞庭湖區(qū)土壤和稻米的鎘含量及對人體健康的影響

通過對洞庭湖區(qū)3.96萬km2淺層土壤4.36萬個樣品和深層土壤0.97萬個樣品的鎘含量分析數(shù)據統(tǒng)計：淺層土壤中鎘含量為0.032～51.20mg/kg，剃出離群值后的均值為0.36mg/kg；深層土壤中鎘含量為0.020～12.26mg/kg，剃出離群值后的均值為0.14mg/kg。淺層土壤是深層土壤的2.57倍①[6]。

稻谷籽實鎘含量范圍早稻為0.27～0.07mg/kg，均值為0.06mg/kg；晚稻為0.76～0.07mg/kg，均值為0.16mg/kg①[6]。

防疫衛(wèi)生部門提供的統(tǒng)計資料顯示，腰腿等骨痛病發(fā)病率只有0.925%，這完全在一般疾病正常范圍之內，故鎘對人體健康不存在影響①。

三 關于稻米鎘的四個問題

（一）鎘的土壤環(huán)境質量標準和稻米食品衛(wèi)生標準問題

我國土壤環(huán)境質量標準是鎘含量小于0.3～0.5mg/kg，稻米食品衛(wèi)生標準是鎘含量小于0.2mg/kg；國外的標準是前者小于1～5mg/kg，后者小于0.4mg/kg。為什么我國標準要比國外大為嚴格呢？因為大米是我國的主要食品，但是曾深受鎘污染之苦，同樣是主要食品的大米其鎘含量標準在日本和我國臺灣也是小于0.4mg/kg，其中日本還是在2009年11月10日厚生勞動省公布了《關于修改食品中鎘的殘留標準》，才將鎘殘留標準小于1mg/kg改為小于0.4mg/kg。如果考慮到蔬菜對全世界的人都是主要食品，那么我國和國外標準應該一致，但我囯標準是小于0.05mg/kg，國外標準則是小于0.2mg/kg，相差如此懸殊又如何解釋？這些標準是根據生態(tài)環(huán)境效應法則，即是說由污染源到土壤到農作物通過食物鏈是否影響人體健康而制定。從前已述及的湖南4例鎘影響人體健康的資料可以看出，稻米鎘含量至少超過1.13mg/kg且長期食用才會影響人體健康。洞庭湖區(qū)晚稻米鎘含量有41.67%超標，長期食用并不影響人體健康①。因此我國稻米食品衛(wèi)生標準鎘含量小于0.2mg/kg大可質疑。筆者于2006年在洞庭湖生態(tài)地球化學調查研究中就提出，雖然認同者不少，但苦于是國家標準，改動談何容易。不過實踐是檢驗真理的唯一標準，因而國內有學者已經對這些標準提出了不同意見，例如中國農科院農業(yè)質量標準與檢測技術研究所的一項研究認為，稻谷產地土壤中重金屬鎘的健康風險基準值應是小于2.3mg/kg[7]，明顯比現(xiàn)土壤環(huán)境質量標準小于0.3～0.5mg/kg要求低，而為國外標準小于1～5mg/kg的中值。據此稻米的衛(wèi)生標準鎘含量也應可以降低，如果我國的標準與國際接軌，即使是降低到與國外標準一致，湖南的稻米特別是洞庭湖區(qū)的稻米超標率就很低了，這就不但從實際，也從標準都認可現(xiàn)在洞庭湖區(qū)稻米是安全的。

（二）施用磷肥的農田土壤鎘面源污染問題

磷肥來自磷礦，自然界磷礦有巖漿和沉積成因兩種，全球磷礦石含鎘巖漿成因平均1.5mg/kg，沉積成因平均20.6mg/kg，而全球生產磷肥88%是沉積成因礦石，在生產過程中約有80%的鎘保留在磷肥中。因此磷肥中就含有一定量的鎘，如磷二銨含鎘10～100mg/kg，其中美國最高，其次是摩洛哥[8]，我國磷肥含鎘平均15.3mg/kg。

據西方國家估計，人類活動對土壤鎘的貢獻中，磷肥占54%～58%，大氣降塵占39%～41%，灌溉水（污泥）占2%～5%。其中磷肥貢獻最大，由施磷肥帶入土壤中的鎘全球每年就有約66萬kg[9]。據報道，澳大利亞新南威爾士由于長期施用磷肥（年約450kg/hm2），農田土壤鎘上升了10倍以上；四川白繕泥耕作土壤連續(xù)施過磷酸鈣（含鎘0.51～1.59mg/kg）15 年（1125kg/hm2·a），土壤鎘含量上升了25%，由 0.0525mg/kg增加到0.0694mg/kg[10]。

隨施磷肥進入土壤的鎘基本上殘存于土壤淺層，美國加利福尼亞洲Citrus農業(yè)實驗站對長期施用磷肥的土壤中鎘的累積性進行了試驗研究，結果表明鎘含量隨土層加深而迅速下降，淺層土中鎘含量是30cm以下的深層土的14倍[11]。土壤淺層土鎘含量顯著高于深層土在我省近年來進行的土壤鎘測定表現(xiàn)很突出：如近年來在有關研究中所采農田土壤分析鎘含量結果都表明淺層土壤高于深層土壤一倍至數(shù)倍（見表1、表2），其中株樹橋水庫上游是完全無任何工業(yè)污染的凈土，而淺層土壤中的鎘含量平均為深層土壤中的3倍，且竟有一個樣品超過我國土壤環(huán)境質量標準，相應的稻米也超過我國食品衛(wèi)生標準；前已述及的洞庭湖區(qū)淺層土壤中的鎘含量是深層土壤中的2.57倍。因此施用磷肥是農田土壤鎘的主要面源污染源是有依據的，而且從對消除鎘污染的治理中也可得到證明。

表1 長沙縣靖港隆平高科農業(yè)合作社土壤鎘含量（mg/kg）

表2 瀏陽市小溪河（株樹橋水庫上游）流域土壤及稻米鎘含量（mg/kg）

眾所周知，歐洲萊茵河在1950～1970年代遭受了嚴重的污染，1980年代全面治理，河水變清，空氣潔凈是其顯著標志，治理后的萊茵河已成為世界環(huán)境保護的楷模。即使如此，但它的農田土壤鎘污染并未徹底解決，據普林斯頓大學和國際應用系統(tǒng)分析研究所一項研究披露：1970年降塵和灌溉水向農田土壤排放鎘為349噸，通過治理后的1988年只有46噸，降塵和灌溉水的鎘減少了97%。如果土壤中的鎘只來源于降塵和灌溉水，農田土壤的鎘也應減少97%。但是農業(yè)土壤的鎘1970年是100噸，治理后1988年還有43噸，1988年比1970年只少了57%，多出的40%的鎘來自那里，認為是“施用磷肥使土壤鎘每年增加達36噸”[12]。這就是說，萊茵河流域大氣降塵和灌溉水中的鎘污染已經解決，可施用磷肥的鎘污染并沒有解決，仍然有較多的鎘在土壤中累積。

為了解決鎘在土壤中的累積，按國內外有關研究有兩種辦法：一是限制磷肥中的鎘含量，如歐盟專家2002年建議逐年減少磷肥的鎘含量，要求到2006 年為 60mg/kgP2O5，2010 年為 40mg/kgP2O5，2015年為20mg/kgP2O5[13]。二是為達到降鎘目的，除了選用低鎘磷礦石外，就是在生產中增加除鎘工藝，這樣就增加了磷肥成本，據推算，磷肥價格將提高5%～10%[13]，也有推算僅提高0.38%～1.51%[14]。

（三）土壤pH值與鎘生物活性問題

土壤pH值是影響鎘生物活性的重要因素，即使土壤鎘含量不增加，pH值下降，也會造成鎘的活化遷移而危及生態(tài)系統(tǒng)安全。按世界衛(wèi)生組織（WHO）推薦的人攝入鎘的極限400～500微克/周，以歐洲萊茵河1990年為例，同一鎘水平下，當土壤pH為6時，鎘的生物活性降低，人體攝鎘量為238微克/周，大大低于WHO的極限；可是當pH值下降半個單位為5.5時，鎘的生物活性大為提高，人體攝鎘量達524微克/周，超過了 WHO的極限[12，14]。

土壤pH值低的酸性環(huán)境里，在一定的時間內鎘活化遷移土壤鎘減少，減少的鎘通過食物鏈將危害人體，目前的洞庭湖區(qū)就在按這種趨勢變化。洞庭湖區(qū)是我國酸雨和土壤酸化最嚴重地區(qū)之一，對3.96萬km2土壤采樣分析pH值，發(fā)現(xiàn)淺層土壤為5.76，深層土壤為6.75，表明鎘在淺層土壤中的生物活性很強[15]。

（四）稻谷品種與鎘富集問題

植物的生物學特性不同，生長時富集的元素含量差異很大。以鎘為例，如上海市郊的蔬菜按對鎘的富集程度分為三類：低富集類，富集系數(shù)小于1.5%，有黃瓜、豇豆、花椰菜、冬瓜等；中富集類，富集系數(shù)小于4.5%，有萵苣、馬鈴薯、蘿卜、蔥、洋蔥和蕃茄等[16]；高富集類，富集系數(shù)大于4.5%，有菠菜、青菜、芹菜、小白菜等。洞庭湖濕地有一種野生優(yōu)勢植物叫萎蒿，它與野芹菜、蘆筍和蓼米被譽為洞庭湖“四珍”，是深受人們青睞的野生綠色蔬菜，但現(xiàn)已研究得出，萎蒿是一種強富鎘植物，可食部分鎘含量平均值為38.75mg/kg，是食品衛(wèi)生標準0.05mg/kg的775倍，最高可達1 283倍，研究者認為不能食用，但卻是一種前景廣闊的重金屬鎘污染修復植物[17]。

水稻是大宗谷類作物中的一種強富集鎘的農作物，且按水稻品種差異性很大，一般是秈型稻大于粳型稻，超級雜交稻大于雜交稻大于常規(guī)稻，對此農業(yè)科學家在這方面有很多研究成果：中科院長沙農業(yè)現(xiàn)代化研究所王凱榮研究員認為：“雜交水稻比常規(guī)水稻對鎘污染具有更大的敏感性”；“糙米鎘的累積率都是雜交稻高于常規(guī)稻”；“糙米鎘含量雜交稻比常規(guī)稻高33%～72%”[18，19]。華南農業(yè)大學資源和環(huán)境學院吳啟堂教授等認為：“雜交稻較常規(guī)稻產量高47%，糙米鎘含量高133%，雜交稻達1.12毫克/公斤，常規(guī)稻只有0.48毫克/公斤?！盵20]南京農業(yè)大學李正文2003年完成的博士論文指出：“相對普通雜交稻而言，超級稻品種具有籽粒高鎘低鋅的現(xiàn)象，酸性土壤更甚。因而對消費者存在鎘暴露和鋅饑餓的潛在食物安全風險?！盵21]楊州大學、江蘇省作物栽培生理重點開放實驗室李坤權認為：“雜交稻產量顯著高于常規(guī)稻，糙米中鎘含量與稻谷產量呈極顯著正相關，水稻產量越高，糙米鎘含量也越高，高產伴隨高鎘。”[22]南京農業(yè)大學農業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所潘根興、龔偉群研究團隊認為：一是超級雜交稻籽粒對鎘的累積強于一般雜交稻，更強于常規(guī)稻，為一般雜交稻的1～2倍，為常規(guī)稻的3～4倍；二是超級雜交稻籽粒對鎘累積的不利效應遠遠超過其產量的增加效應，如比一般雜交稻增產13%，而鎘累積卻增加57%；三是同一品種水稻籽粒的鎘，酸性強土壤顯著高于酸性弱土壤，超級雜交稻尤其如此，如弱酸性土壤中籽粒含鎘0.72毫克/公斤，而強酸性土壤中達1.66毫克/公斤[23，24]。南京農業(yè)大學史靜2008年完成的博士論文指出：“不同水稻品種中，超級雜交稻較普通雜交稻籽粒具高鎘低鋅的現(xiàn)象，就地消費人群鎘的風險水平數(shù)倍于食用其它稻種籽粒的人群。”[25]

以上內容涉及到華南地區(qū)幾所主要的農業(yè)大學和生態(tài)研究單位從1996年到2008年12年中對同一問題的研究，得出的結論是一致的，即鎘在水稻籽粒中的累積超級雜交稻高于一般雜交稻，更高于常規(guī)稻，酸性強土壤中更甚。因此出現(xiàn)了在同一土壤中同一鎘水平下，一般雜交稻和常規(guī)稻遠達不到人體慢性鎘中毒限值，而超級雜交稻達到并超過了，且在酸性強土壤中尤其嚴重，故超級雜交稻籽粒中存在鎘的食品安全風險決不能忽視。

四 解決稻米鎘問題取決于無鎘累積的沃土和良田

雜交稻和超級雜交稻以其逐年攀升的高產給世人帶來巨大的經濟利益是公認的，按袁隆平院士的推測，超級雜交稻如果在適合種植的國家推廣，就能多養(yǎng)活四五億人口。因而推廣超級雜交稻將會是一種全球行為，而我國早在2004年初，農業(yè)部就正式提出“以大力推廣雜交稻和超級雜交稻為主要戰(zhàn)略措施”。在實施這一主要戰(zhàn)略措施時，人們所看到的是它上世紀八九十年代以來，為我國糧食生產解決人們溫飽問題所作出的功德無量的貢獻，以及它迄今為止的世上無可企及的增產效果。但也切不可忽視袁隆平院士說的“良種還需沃土”，“良種、良方、良田是保證水稻增產的三個基本條件”，其中“良田是基礎”。

能夠提供水稻增產所需的有益組分，盡量降低或消除有害組分以保證稻谷沒有食品安全風險，應是袁隆平院士所要求的對沃土或良田的起碼要求。有害組分中鎘首當其沖，危害最大。盡管現(xiàn)在已有鎘影響大米食品安全的諸多報道，但是除個別點源鎘嚴重污染小范圍外，廣大農田在現(xiàn)在的鎘水平及種植的現(xiàn)水稻品種，稻米食品是安全的。如果稻田土壤鎘還在累積，又種植富集鎘強勢的超級雜交稻，那么難免有一天會出現(xiàn)稻米食品不安全。因此不使現(xiàn)在水稻土壤有鎘的累積最為關鍵，這就必須考慮兩點：一是盡量降低施用磷肥的鎘面源污染。磷肥不能不施用，最有效的辦法是在高效磷肥生產工藝中增加去鎘工藝；目前則必須嚴格限制進口磷肥的鎘含量，以及提高磷肥利用率而少施磷肥。二是充分認識土壤中“化學定時炸彈”危害的嚴重后果。1988年歐洲科學家開始認識到土壤具有接受和釋放污染物的雙重功能[14]，土壤對污染物吸收的同時，也會釋放污染物而被植物吸收，當植物吸收污染物達到一定程度時，通過食物鏈危害人體健康，生態(tài)環(huán)境被破壞。據此提出了“化學定時炸彈”的概念，這里“定時”是以危害人體健康為標志的生態(tài)環(huán)境被破壞的時候，其破壞程度就如炸彈爆炸一樣實然和嚴重?，F(xiàn)在施用磷肥的鎘面源污染使土壤鎘累增；現(xiàn)在用提高土壤的酸堿度（pH值）來降低植物的吸鎘性但增加了土壤的總鎘含量。這一現(xiàn)狀從某個意義上講，就在埋設“鎘定時炸彈”。因此稻米鎘問題的關鍵就是對已有鎘污染的土壤進行降鎘修復，同時絕不能繼續(xù)使鎘輸入到土壤中去。

注 釋：

①參見湖南省國土資源廳湖南省洞庭湖區(qū)生態(tài)地球化學調查項目部編《湖南省洞庭湖區(qū)生態(tài)地球化學調查評價報告》，2007年版，第84頁，第135-139頁。

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