土壤重金屬污染對(duì)糧食安全的影響及應(yīng)對(duì)措施

□ 吳樹錚

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350000）

土壤是動(dòng)物與植物活動(dòng)還有微生物菌種開展物質(zhì)傳遞的環(huán)境，是生態(tài)體系主要的構(gòu)成要素。由于現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程和城市化進(jìn)程的扎實(shí)推進(jìn)，人類活動(dòng)對(duì)土壤的質(zhì)量改變形成了巨大影響。尤其是近數(shù)十年來(lái)，各種類型化工用品的制造和應(yīng)用，人們生活廢棄物、固體廢物的任意堆積，農(nóng)牧業(yè)化學(xué)物質(zhì)的使用，還有人們開采活動(dòng)形成的固體廢物露天堆積淋溶等，形成了大量的污染性物質(zhì)，對(duì)土壤環(huán)境、水質(zhì)及大氣質(zhì)量形成比較嚴(yán)重的損害。重金屬污染物質(zhì)有著隱秘性高、易累積、不易遷移及損害效果明顯等特性，對(duì)土壤生態(tài)資源的影響程度更強(qiáng)。土壤本身有著一定程度的自凈功能及抗侵蝕功能，但進(jìn)入到土壤環(huán)境的污染物質(zhì)超出土壤環(huán)境承受度時(shí)，便會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)重的重金屬污染后果。因此，我們要重視土壤重金屬污染，弄清楚土壤重金屬污染對(duì)糧食安全影響的途徑，并積極尋求方法解決土壤重金屬污染，維護(hù)綠色健康的種植環(huán)境［1］。

一、土壤重金屬污染的現(xiàn)狀及危害

（一）土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

重金屬是一種有機(jī)污染物，一旦進(jìn)入土壤，不僅無(wú)法被微生物降解，還會(huì)與某些有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，從而形成有毒的化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)在土壤中逐漸積累，并被植物吸收，再通過(guò)食物鏈向人體輸送。一般認(rèn)為，鉛、汞、鎘、鉻、銅、鋅、鎳、砷等是引起土壤重金屬污染的主要污染物。重金屬元素基于本身結(jié)構(gòu)成分的作用，有很大部分無(wú)法被作物吸取利用，還有一些重金屬元素存在毒性，而與此同時(shí)又有部分元素可被作物吸取利用，且對(duì)人體會(huì)形成相應(yīng)良性作用，是有利于生態(tài)資源的物質(zhì)。所以，應(yīng)對(duì)重金屬污染的防治作業(yè)，并不是要將全部重金屬元素都確認(rèn)為污染源，當(dāng)然，如果有利于作物吸取利用的重金屬元素過(guò)多，則依然會(huì)造成相應(yīng)的不良作用。不一樣品類的重金屬污染存在不一樣的遷徙轉(zhuǎn)化特性和污染特征，且存在于土壤環(huán)境中的方式也會(huì)有很大差別，所以，在評(píng)價(jià)重金屬污染物也許造成的損害時(shí)，不但要定性地從重金屬污染源的品類實(shí)施分析，還要定量地考慮污染源的總數(shù)量和當(dāng)中各種污染源分別的占比。結(jié)合我國(guó)生態(tài)環(huán)境部2019年、2020年發(fā)布的《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》中針對(duì)土壤污染狀況的調(diào)查結(jié)果可知，我國(guó)目前農(nóng)用地的土壤環(huán)境狀況整體呈穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)農(nóng)業(yè)用地土壤環(huán)境產(chǎn)生污染的主要為重金屬，其中以鎘為最大污染物。在《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》完成狀況中，針對(duì)受污染耕地的安全利用率達(dá)到了90%左右，污染地塊的安全利用率高于目標(biāo)90%。至2019年年底，我國(guó)農(nóng)業(yè)用耕地質(zhì)量的平均等級(jí)為4.76等（根據(jù)我國(guó)《耕地質(zhì)量等級(jí)》顯示，我國(guó)耕地質(zhì)量共分為十個(gè)等級(jí)，一等級(jí)的耕地質(zhì)量為最佳，十等級(jí)的為最差。其中一等至三等被劃分為高等級(jí)地；四等至六等被劃分為中等級(jí)地；四等至六等被劃分為低等級(jí)地）。目前我國(guó)耕地中高等級(jí)地的占比為31.24%，中等級(jí)為46.81%，低等級(jí)為21.95%。相對(duì)于2014年時(shí)期的高等級(jí)地占比為26.5%，中等級(jí)為52.9%，低等級(jí)為17.7%，高等級(jí)地的占比明顯上升，而同時(shí)，中等級(jí)地占比出現(xiàn)下降，低等級(jí)地占比呈上升狀態(tài)。這說(shuō)明我國(guó)的土壤污染問(wèn)題雖然得到了一定的控制，但仍然存在較大的問(wèn)題，新的污染依然存在。

（二）土壤重金屬污染的危害

重金屬在自然環(huán)境中很難被降解，比如鉛、汞等，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生很大的傷害，而土壤中的重金屬含量極高，會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生一定的污染，如果水中含有大量的重金屬，則會(huì)對(duì)飲用這種水的人產(chǎn)生很大的危害。

二、土壤重金屬對(duì)糧食安全造成影響的途徑

（一）土壤重金屬污染對(duì)種植作物的直接污染

農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源以土壤為主。重金屬超標(biāo)會(huì)影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖。重金屬污染會(huì)對(duì)植物的生態(tài)平衡產(chǎn)生一定的影響，從而導(dǎo)致作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降。對(duì)作物而言，土壤中的重金屬污染物很容易在根部積累，這與根的分泌物質(zhì)以及特性相關(guān)。一般情況下，土壤污染程度愈高，則植物根部所吸收的重金屬元素在土壤中所占的比重就愈大，而同一類型的作物，其對(duì)重金屬的吸收與傳遞能力也不盡相同。

重金屬對(duì)作物的傷害具體有兩個(gè)特征：首先，傷害作物的營(yíng)養(yǎng)成分吸收和運(yùn)用，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)成分匱乏；其次，伴隨著重金屬污染元素在作物內(nèi)的累積，作物的體內(nèi)代謝均衡遭到破壞，導(dǎo)致作物出現(xiàn)生長(zhǎng)受阻等狀況。

重金屬對(duì)作物的毒害作用因作物的類型、環(huán)境狀況等不一樣而有區(qū)別，但具有相應(yīng)的基本規(guī)律。室內(nèi)成長(zhǎng)箱培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蔬菜株高與重金屬濃度值呈較好的負(fù)相關(guān)，根長(zhǎng)抑制率與重金屬濃度值關(guān)聯(lián)性其次，重金屬對(duì)根伸展抑制效果最突出，蔬菜對(duì)銅的毒性反應(yīng)比別的重金屬敏銳，但蔬菜在重金屬重度污染的土壤中總體展現(xiàn)出相對(duì)較好的成長(zhǎng)情況，說(shuō)明重金屬通過(guò)蔬菜吸附可對(duì)人體構(gòu)成潛在性的傷害。

（二）土壤重金屬污染對(duì)種植作物的間接污染

土壤重金屬污染對(duì)種植作物的間接污染主要體現(xiàn)在水資源的污染上。土壤中的某些重金屬化合物溶解性較好，土壤無(wú)法對(duì)所有的重金屬化合物都有很強(qiáng)的吸附作用，這部分無(wú)法被土壤吸收的重金屬就會(huì)通過(guò)滲濾或淋溶的方式溶解在地表或地下水中，對(duì)水源造成污染。這些水往往會(huì)被用在各類食物的制作當(dāng)中，對(duì)糧食造成污染，繼而對(duì)人們的健康產(chǎn)生較大的影響。

（三）食草動(dòng)物食物鏈循環(huán)對(duì)糧食安全的影響

在我們生存的環(huán)境中，不光有人類，還有很多動(dòng)物，比如牛、羊等，這些動(dòng)物以食草為主。當(dāng)土壤受到重金屬污染，后生長(zhǎng)出來(lái)的植物中也會(huì)含有相當(dāng)含量的重金屬，被食草動(dòng)物食用以后，其產(chǎn)生的糞便等會(huì)對(duì)土壤形成二次污染，從而產(chǎn)生食草動(dòng)物鏈之間的循環(huán)，從而對(duì)糧食安全產(chǎn)生影響。

三、土壤重金屬污染對(duì)糧食安全造成的影響

不同的植物對(duì)土壤重金屬的富集能力不同，并且同一園區(qū)種植作物或果樹的年限不同，土壤中重金屬污染的狀況也不一樣，所以弄清楚土壤重金屬污染對(duì)不同糧食作物造成的影響，將有助于制定準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)措施。

（一）對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

水稻是我國(guó)主要的糧食作物，我國(guó)有一大半的地區(qū)都是水稻種植區(qū)。研究人員對(duì)金華市稻田和稻米重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，在18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)采集了275份的土壤和稻米樣品，對(duì)其存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金華市重金屬鉛的污染比鉻和鎘更為嚴(yán)重，而鉛是汽車尾氣中的主要成分，提示可以從提倡綠色出行入手，改善土壤重金屬狀態(tài)。稻米中的重金屬含量由高到低排列為鎘、鉻、鉛，這說(shuō)明雖然鉛為土壤重金屬污染的主要污染物，但稻米對(duì)不同重金屬的富集也有選擇性，鎘是稻米中主要的重金屬污染物，在稻田控制中要著力降低鎘的含量。朱超等人對(duì)桂林靈川縣有機(jī)水稻田進(jìn)行重金屬含量檢測(cè)，分別檢測(cè)了土壤和水稻根、莖、葉和糙米中的砷、鎘、鉻、汞、鎳、鉛、鋅8種重金屬，結(jié)果表明，雖然稻米無(wú)食用安全風(fēng)險(xiǎn)，但是調(diào)查的水稻田環(huán)境均未達(dá)到綠色產(chǎn)地的質(zhì)量要求。稻米的不同組織部位對(duì)重金屬的富集能力不同，富集能力由強(qiáng)到弱依次是根、莖、葉和糙米，砷是最容易從土壤富集到水稻根部的，而鉛的活動(dòng)性比較弱，不易進(jìn)入水稻體內(nèi)，銅和鋅則是在水稻體內(nèi)轉(zhuǎn)移效率比較高的重金屬，鎘是水稻污染的主效因子。結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)活動(dòng)，建議當(dāng)?shù)夭块T對(duì)石灰的使用必須加以控制，降低水稻中鎘超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

玉米是國(guó)內(nèi)重點(diǎn)的糧食作物中的一種，其根莖、秸桿有著吸附土壤環(huán)境重金屬元素的特點(diǎn)，但是，濃度較高的重金屬元素會(huì)對(duì)玉米的生長(zhǎng)造成危害影響。不一樣的類型和濃度值的重金屬元素對(duì)玉米的發(fā)育生長(zhǎng)有不一樣的影響。玉米幼株受鎘危害后，伴隨著Cd濃度值擴(kuò)大和時(shí)間的提高，幼株受遏制的狀態(tài)擴(kuò)大，玉米根莖吸附鎘后，不僅對(duì)根莖可以直接造成危害影響，而且會(huì)進(jìn)入到玉米內(nèi)部，造成玉米內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)成分的不平衡，造成基礎(chǔ)代謝失衡，遏制植物的生長(zhǎng)。李國(guó)良研究表明，當(dāng)Cd濃度值超過(guò)50mg/L時(shí)，明顯遏制種子發(fā)芽和幼株的生長(zhǎng)；在120mg/L時(shí)，玉米種幾乎不出芽。周振明研究表明，伴隨著土壤環(huán)境鉛嚴(yán)重污染濃度值的上升，平均單棵穗長(zhǎng)、穗粗、穗重、總粒數(shù)、百粒重降低，禿尖的長(zhǎng)度提高，玉米產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。巢麗儀等研究表明，伴隨著Cr3+濃度值的提高和侵犯時(shí)間的提高，其對(duì)玉米幼株的危害影響越明顯，主要表現(xiàn)為Cr3+對(duì)玉米幼株的生長(zhǎng)，包含株高、根長(zhǎng)、鮮重和干重有明顯的壓制作用。濃度低的Hg+對(duì)玉米種子發(fā)芽早期呼吸有短時(shí)間推動(dòng)作用，同時(shí)主要表現(xiàn)出一種中后期危害反應(yīng)，能抑制玉米種的呼吸作用，使組織細(xì)胞產(chǎn)能代謝變?nèi)酢?/p>

（三）對(duì)麥子的影響

麥子是中國(guó)北方的重點(diǎn)糧食和糧食作物，在很多區(qū)域已遭受環(huán)境中重金屬元素的嚴(yán)重污染。蔡保松等研究表明，鎘處置顯著降低或抑制了麥子植株的高度、根莖、地下端和上部的干重和鮮重。華珞等研究表明，當(dāng)土壤環(huán)境中外源Cd的濃度值提高時(shí)，土壤環(huán)境有效態(tài)Cd成分持續(xù)上升，麥子子粒生產(chǎn)量明顯降低。濃度較高的的Pb會(huì)減緩和遏制麥子種子發(fā)芽和幼株的生長(zhǎng)，同時(shí)濃度值越高壓制作用越明顯。徐瀾研究表明，有害重金屬元素Cr、Pb在麥子的根莖、莖葉和子粒中累積，造成麥子的生長(zhǎng)遇阻。

（四）對(duì)果蔬造成的影響

果蔬的范圍非常廣泛，分布也比較廣，針對(duì)每一種果蔬，可能都有著不同的污染主效因子。任曉雨等調(diào)查了黑龍江省綠豆主產(chǎn)區(qū)（泰來(lái)縣、杜蒙縣、龍江縣和大慶市）的土壤重金屬污染情況，并對(duì)其作為生態(tài)種植的風(fēng)險(xiǎn)展開了評(píng)估。結(jié)果顯示，其中砷含量超過(guò)了國(guó)家制定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，處于輕度污染水平，還可以通過(guò)積極的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行管理和扭轉(zhuǎn)。鎘的生物毒性是重金屬元素中最強(qiáng)的，并且它的遷移性強(qiáng)、毒性持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，容易聚集在葉菜類蔬菜的可食部位，通過(guò)人類的進(jìn)食影響人類健康。有關(guān)專家對(duì)不同地區(qū)的葉菜類蔬菜產(chǎn)地進(jìn)行了土壤鎘生態(tài)安全閾值的研究，研究結(jié)果表明，生物聚集系數(shù)高的地區(qū)是華南與西南熱區(qū)冬春蔬菜優(yōu)勢(shì)區(qū)域，位居第二位的是環(huán)淮海與環(huán)渤海設(shè)施蔬菜優(yōu)勢(shì)區(qū)域，排在第三位的是長(zhǎng)江流域冬春蔬菜優(yōu)勢(shì)區(qū)域，最后為云貴高原夏秋蔬菜優(yōu)勢(shì)區(qū)域，充分證明了人類活動(dòng)對(duì)土壤鎘含量的影響，進(jìn)而影響蔬菜中的鎘含量，云貴高原人煙稀少，其鎘的生物富集系數(shù)最低。

（五）對(duì)人體健康造成的影響

人類生活所需要的食物以及飲用水等均離不開土壤，當(dāng)人們食用被重金屬污染的糧食時(shí)，會(huì)間接大量攝入重金屬，從而對(duì)身體健康造成嚴(yán)重的危害。

四、土壤重金屬污染對(duì)糧食安全影響的應(yīng)對(duì)措施

通過(guò)對(duì)不同類型糧食受污染情況的統(tǒng)計(jì)分析，明確了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。要保證糧食安全，首先就要確保土壤的質(zhì)量，降低土壤中重金屬的含量，這是最有效、最可靠、最直接的應(yīng)對(duì)措施。對(duì)土壤重金屬污染的應(yīng)對(duì)工作，要以預(yù)防為主，治理為輔，提高人民群眾的環(huán)保意識(shí)，確保土壤的無(wú)污染，就是確保自己的身體健康。

（一）物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)的指導(dǎo)思想就是，在不加入任何物質(zhì)的情況下，降低土壤中重金屬的含量，可用客土法和換土法。客土法就是在已經(jīng)污染的土壤表面再覆蓋一層污染的土壤，從而降低已污染土壤中的重金屬濃度。換土法的思想相似，就是挖去一定深度的污染土壤，換上無(wú)污染的土壤。這兩種方法效果非常明顯，但是由于工作量大，只適合小范圍內(nèi)使用?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)主要是向土壤中加入化學(xué)物質(zhì)，使之與土壤中的重金屬結(jié)合或產(chǎn)生反應(yīng)，減弱重金屬在土壤中的遷移能力，使重金屬實(shí)現(xiàn)鈍化。這種方法比較適合于出現(xiàn)輕度或輕微污染的土壤治理中，常用的化學(xué)物質(zhì)有石灰、磷酸鹽、碳酸鈣等。研究人員利用石灰、硫酸銨等對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)，確定了對(duì)土壤中重金屬鈍化效果最好的是石灰，其濃度為2%。在用EDTA、檸檬酸、FeCl3對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行淋洗時(shí)，顯示他們對(duì)鉛、鎘、銅、鋅的淋洗效果都比較好，其中以EDTA效果最佳。

（二）生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是最有前景的修復(fù)技術(shù)，它安全、無(wú)毒，不會(huì)造成土壤的二次污染，并且生物修復(fù)技術(shù)效果長(zhǎng)久，被寄予了厚望。生物修復(fù)技術(shù)可分為植物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。在植物修復(fù)中，最早是英國(guó)人成功地利用具有超富集能力的遏藍(lán)菜屬植物清除了由于長(zhǎng)期使用淤泥地而造成的土壤污染，證實(shí)了這一方法的有效性。另有研究人員綜合應(yīng)用蘆竹和木本植物對(duì)土壤重金屬進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果表明，蘆竹和木本植物的間種對(duì)土壤中的重金屬有超強(qiáng)的吸附能力，從而降低土壤的重金屬含量。在動(dòng)物修復(fù)中，主要是利用老鼠、蚯蚓等低等動(dòng)物在土壤中進(jìn)行吞噬、吸收和排泄的生理代謝活動(dòng)轉(zhuǎn)化和吸收重金屬，提高土壤質(zhì)量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力。Zeb等對(duì)蚯蚓修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了展望，表明土壤污染的治理辦法之一就是用蚯蚓治理，并列舉出了大量的數(shù)據(jù)，證明蚯蚓去除重金屬、多氯聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚、多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)的活性。但實(shí)際上，如果土壤是重度污染，那么蚯蚓本身的生長(zhǎng)都有可能受到限制，所以動(dòng)物修復(fù)法更多地適合于中低度的土壤污染。微生物修復(fù)技術(shù)就是利用土壤中的微生物降低土壤中重金屬含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化。功能微生物可以是土壤中本身存在的，也可以是外來(lái)的或人工改造的。微生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是安全無(wú)毒的，經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的修復(fù)技術(shù)，Wang等從受重金屬鎘和鎳污染的土壤中分離提取出了兩種菌株，分別命名為L(zhǎng)5和L6，它們具有良好的抗金屬性能，并且對(duì)土壤中重金屬有較強(qiáng)的固定能力，使其不易往農(nóng)作物中轉(zhuǎn)移。研究結(jié)果表明，隨著L5和L6菌株接種時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中的鎘和鎳濃度大大地降低，并且土壤對(duì)鎘和鎳的固定作用增強(qiáng)，與土壤凈化能力有關(guān)的一些酶，如磷酸酶、脲酶等多種酶的酶活力均有所提升，表明微生物修復(fù)法的確可以作為土壤重金屬治理的一種嘗試方法，并且微生物生長(zhǎng)和代謝速度快，能在短時(shí)間內(nèi)解決土壤的重金屬污染問(wèn)題，被視為期望度最高的治理方法。

（三）聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)就是將幾種修復(fù)技術(shù)或修復(fù)試劑搭配使用，以達(dá)到更好的修復(fù)效果，比如化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法的聯(lián)用、化學(xué)修復(fù)法和培育抗性品種的聯(lián)用、EDTA和石灰聯(lián)用等。研究人員使用淋洗和鈍化的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)大大降低了土壤中鉛和鎘的含量，而用EDTA和納米羥基磷灰石聯(lián)合使用，效果也比較顯著。

土壤是人類生存的基礎(chǔ)，土壤的重金屬問(wèn)題已經(jīng)成為全球性的問(wèn)題，并且污染的重金屬的種類越來(lái)越多，重度土壤污染的比例在逐年增加。土壤重金屬污染對(duì)糧食安全的影響比較大，研究人員為此作出了不少的努力，提出了物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、培育抗性強(qiáng)的農(nóng)作物品種和聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，以期能改善嚴(yán)峻的土壤重金屬污染現(xiàn)狀，確保糧食安全。