土壤重金屬污染對糧食安全的影響及應對措施

□ 吳樹錚

（福建船政交通職業學院，福建 福州 350000）

土壤是動物與植物活動還有微生物菌種開展物質傳遞的環境，是生態體系主要的構成要素。由于現代工業化進程和城市化進程的扎實推進，人類活動對土壤的質量改變形成了巨大影響。尤其是近數十年來，各種類型化工用品的制造和應用，人們生活廢棄物、固體廢物的任意堆積，農牧業化學物質的使用，還有人們開采活動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，對土壤環境、水質及大氣質量形成比較嚴重的損害。重金屬污染物質有著隱秘性高、易累積、不易遷移及損害效果明顯等特性，對土壤生態資源的影響程度更強。土壤本身有著一定程度的自凈功能及抗侵蝕功能，但進入到土壤環境的污染物質超出土壤環境承受度時，便會帶來比較嚴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，維護綠色健康的種植環境［1］。

一、土壤重金屬污染的現狀及危害

（一）土壤重金屬污染的現狀

重金屬是一種有機污染物，一旦進入土壤，不僅無法被微生物降解，還會與某些有機物發生反應，從而形成有毒的化學物質，這類物質在土壤中逐漸積累，并被植物吸收，再通過食物鏈向人體輸送。一般認為，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構成分的作用，有很大部分無法被作物吸取利用，還有一些重金屬元素存在毒性，而與此同時又有部分元素可被作物吸取利用，且對人體會形成相應良性作用，是有利于生態資源的物質。所以，應對重金屬污染的防治作業，并不是要將全部重金屬元素都確認為污染源，當然，如果有利于作物吸取利用的重金屬元素過多，則依然會造成相應的不良作用。不一樣品類的重金屬污染存在不一樣的遷徙轉化特性和污染特征，且存在于土壤環境中的方式也會有很大差別，所以，在評價重金屬污染物也許造成的損害時，不但要定性地從重金屬污染源的品類實施分析，還要定量地考慮污染源的總數量和當中各種污染源分別的占比。結合我國生態環境部2019年、2020年發布的《中國生態環境狀況公報》中針對土壤污染狀況的調查結果可知，我國目前農用地的土壤環境狀況整體呈穩定狀態，對農業用地土壤環境產生污染的主要為重金屬，其中以鎘為最大污染物。在《土壤污染防治行動計劃》完成狀況中，針對受污染耕地的安全利用率達到了90%左右，污染地塊的安全利用率高于目標90%。至2019年年底，我國農業用耕地質量的平均等級為4.76等（根據我國《耕地質量等級》顯示，我國耕地質量共分為十個等級，一等級的耕地質量為最佳，十等級的為最差。其中一等至三等被劃分為高等級地；四等至六等被劃分為中等級地；四等至六等被劃分為低等級地）。目前我國耕地中高等級地的占比為31.24%，中等級為46.81%，低等級為21.95%。相對于2014年時期的高等級地占比為26.5%，中等級為52.9%，低等級為17.7%，高等級地的占比明顯上升，而同時，中等級地占比出現下降，低等級地占比呈上升狀態。這說明我國的土壤污染問題雖然得到了一定的控制，但仍然存在較大的問題，新的污染依然存在。

（二）土壤重金屬污染的危害

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

二、土壤重金屬對糧食安全造成影響的途徑

（一）土壤重金屬污染對種植作物的直接污染

農作物生長發育過程中，營養物質的來源以土壤為主。重金屬超標會影響農作物的正常生長、發育和繁殖。重金屬污染會對植物的生態平衡產生一定的影響，從而導致作物的產量和品質下降。對作物而言，土壤中的重金屬污染物很容易在根部積累，這與根的分泌物質以及特性相關。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，其對重金屬的吸收與傳遞能力也不盡相同。

重金屬對作物的傷害具體有兩個特征：首先，傷害作物的營養成分吸收和運用，導致營養成分匱乏；其次，伴隨著重金屬污染元素在作物內的累積，作物的體內代謝均衡遭到破壞，導致作物出現生長受阻等狀況。

重金屬對作物的毒害作用因作物的類型、環境狀況等不一樣而有區別，但具有相應的基本規律。室內成長箱培養實驗發現，蔬菜株高與重金屬濃度值呈較好的負相關，根長抑制率與重金屬濃度值關聯性其次，重金屬對根伸展抑制效果最突出，蔬菜對銅的毒性反應比別的重金屬敏銳，但蔬菜在重金屬重度污染的土壤中總體展現出相對較好的成長情況，說明重金屬通過蔬菜吸附可對人體構成潛在性的傷害。

（二）土壤重金屬污染對種植作物的間接污染

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

（三）食草動物食物鏈循環對糧食安全的影響

在我們生存的環境中，不光有人類，還有很多動物，比如牛、羊等，這些動物以食草為主。當土壤受到重金屬污染，后生長出來的植物中也會含有相當含量的重金屬，被食草動物食用以后，其產生的糞便等會對土壤形成二次污染，從而產生食草動物鏈之間的循環，從而對糧食安全產生影響。

三、土壤重金屬污染對糧食安全造成的影響

不同的植物對土壤重金屬的富集能力不同，并且同一園區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不同糧食作物造成的影響，將有助于制定準確的應對措施。

（一）對水稻生長的影響

水稻是我國主要的糧食作物，我國有一大半的地區都是水稻種植區。研究人員對金華市稻田和稻米重金屬含量進行測定，在18個鄉鎮采集了275份的土壤和稻米樣品，對其存在的潛在風險進行評估。結果發現，金華市重金屬鉛的污染比鉻和鎘更為嚴重，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。稻米中的重金屬含量由高到低排列為鎘、鉻、鉛，這說明雖然鉛為土壤重金屬污染的主要污染物，但稻米對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。朱超等人對桂林靈川縣有機水稻田進行重金屬含量檢測，分別檢測了土壤和水稻根、莖、葉和糙米中的砷、鎘、鉻、汞、鎳、鉛、鋅8種重金屬，結果表明，雖然稻米無食用安全風險，但是調查的水稻田環境均未達到綠色產地的質量要求。稻米的不同組織部位對重金屬的富集能力不同，富集能力由強到弱依次是根、莖、葉和糙米，砷是最容易從土壤富集到水稻根部的，而鉛的活動性比較弱，不易進入水稻體內，銅和鋅則是在水稻體內轉移效率比較高的重金屬，鎘是水稻污染的主效因子。結合當地的生產活動，建議當地部門對石灰的使用必須加以控制，降低水稻中鎘超標的風險。

（二）對玉米生長的影響

玉米是國內重點的糧食作物中的一種，其根莖、秸桿有著吸附土壤環境重金屬元素的特點，但是，濃度較高的重金屬元素會對玉米的生長造成危害影響。不一樣的類型和濃度值的重金屬元素對玉米的發育生長有不一樣的影響。玉米幼株受鎘危害后，伴隨著Cd濃度值擴大和時間的提高，幼株受遏制的狀態擴大，玉米根莖吸附鎘后，不僅對根莖可以直接造成危害影響，而且會進入到玉米內部，造成玉米內部營養成分的不平衡，造成基礎代謝失衡，遏制植物的生長。李國良研究表明，當Cd濃度值超過50mg/L時，明顯遏制種子發芽和幼株的生長；在120mg/L時，玉米種幾乎不出芽。周振明研究表明，伴隨著土壤環境鉛嚴重污染濃度值的上升，平均單棵穗長、穗粗、穗重、總粒數、百粒重降低，禿尖的長度提高，玉米產量呈下降趨勢。巢麗儀等研究表明，伴隨著Cr3+濃度值的提高和侵犯時間的提高，其對玉米幼株的危害影響越明顯，主要表現為Cr3+對玉米幼株的生長，包含株高、根長、鮮重和干重有明顯的壓制作用。濃度低的Hg+對玉米種子發芽早期呼吸有短時間推動作用，同時主要表現出一種中后期危害反應，能抑制玉米種的呼吸作用，使組織細胞產能代謝變弱。

（三）對麥子的影響

麥子是中國北方的重點糧食和糧食作物，在很多區域已遭受環境中重金屬元素的嚴重污染。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，當土壤環境中外源Cd的濃度值提高時，土壤環境有效態Cd成分持續上升，麥子子粒生產量明顯降低。濃度較高的的Pb會減緩和遏制麥子種子發芽和幼株的生長，同時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，造成麥子的生長遇阻。

（四）對果蔬造成的影響

果蔬的范圍非常廣泛，分布也比較廣，針對每一種果蔬，可能都有著不同的污染主效因子。任曉雨等調查了黑龍江省綠豆主產區（泰來縣、杜蒙縣、龍江縣和大慶市）的土壤重金屬污染情況，并對其作為生態種植的風險展開了評估。結果顯示，其中砷含量超過了國家制定的風險篩選值，處于輕度污染水平，還可以通過積極的應對措施進行管理和扭轉。鎘的生物毒性是重金屬元素中最強的，并且它的遷移性強、毒性持續的時間長，容易聚集在葉菜類蔬菜的可食部位，通過人類的進食影響人類健康。有關專家對不同地區的葉菜類蔬菜產地進行了土壤鎘生態安全閾值的研究，研究結果表明，生物聚集系數高的地區是華南與西南熱區冬春蔬菜優勢區域，位居第二位的是環淮海與環渤海設施蔬菜優勢區域，排在第三位的是長江流域冬春蔬菜優勢區域，最后為云貴高原夏秋蔬菜優勢區域，充分證明了人類活動對土壤鎘含量的影響，進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最低。

（五）對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，當人們食用被重金屬污染的糧食時，會間接大量攝入重金屬，從而對身體健康造成嚴重的危害。

四、土壤重金屬污染對糧食安全影響的應對措施

通過對不同類型糧食受污染情況的統計分析，明確了相應的應對措施。要保證糧食安全，首先就要確保土壤的質量，降低土壤中重金屬的含量，這是最有效、最可靠、最直接的應對措施。對土壤重金屬污染的應對工作，要以預防為主，治理為輔，提高人民群眾的環保意識，確保土壤的無污染，就是確保自己的身體健康。

（一）物理化學修復技術

物理修復技術的指導思想就是，在不加入任何物質的情況下，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，只適合小范圍內使用。化學修復技術主要是向土壤中加入化學物質，使之與土壤中的重金屬結合或產生反應，減弱重金屬在土壤中的遷移能力，使重金屬實現鈍化。這種方法比較適合于出現輕度或輕微污染的土壤治理中，常用的化學物質有石灰、磷酸鹽、碳酸鈣等。研究人員利用石灰、硫酸銨等對土壤進行修復，確定了對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對土壤中的重金屬進行淋洗時，顯示他們對鉛、鎘、銅、鋅的淋洗效果都比較好，其中以EDTA效果最佳。

（二）生物修復技術

生物修復技術被認為是最有前景的修復技術，它安全、無毒，不會造成土壤的二次污染，并且生物修復技術效果長久，被寄予了厚望。生物修復技術可分為植物修復技術、動物修復技術和微生物修復技術。在植物修復中，最早是英國人成功地利用具有超富集能力的遏藍菜屬植物清除了由于長期使用淤泥地而造成的土壤污染，證實了這一方法的有效性。另有研究人員綜合應用蘆竹和木本植物對土壤重金屬進行修復，結果表明，蘆竹和木本植物的間種對土壤中的重金屬有超強的吸附能力，從而降低土壤的重金屬含量。在動物修復中，主要是利用老鼠、蚯蚓等低等動物在土壤中進行吞噬、吸收和排泄的生理代謝活動轉化和吸收重金屬，提高土壤質量，改善土壤結構，增加土壤肥力。Zeb等對蚯蚓修復技術進行了展望，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據，證明蚯蚓去除重金屬、多氯聯苯、多溴聯苯醚、多環芳烴等有毒物質的活性。但實際上，如果土壤是重度污染，那么蚯蚓本身的生長都有可能受到限制，所以動物修復法更多地適合于中低度的土壤污染。微生物修復技術就是利用土壤中的微生物降低土壤中重金屬含量，實現對重金屬的轉化。功能微生物可以是土壤中本身存在的，也可以是外來的或人工改造的。微生物修復技術被認為是安全無毒的，經濟廉價的修復技術，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L5和L6，它們具有良好的抗金屬性能，并且對土壤中重金屬有較強的固定能力，使其不易往農作物中轉移。研究結果表明，隨著L5和L6菌株接種時間的延長，土壤中的鎘和鎳濃度大大地降低，并且土壤對鎘和鎳的固定作用增強，與土壤凈化能力有關的一些酶，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，并且微生物生長和代謝速度快，能在短時間內解決土壤的重金屬污染問題，被視為期望度最高的治理方法。

（三）聯合修復技術

聯合修復技術就是將幾種修復技術或修復試劑搭配使用，以達到更好的修復效果，比如化學修復法和生物修復法的聯用、化學修復法和培育抗性品種的聯用、EDTA和石灰聯用等。研究人員使用淋洗和鈍化的聯合修復技術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合使用，效果也比較顯著。

土壤是人類生存的基礎，土壤的重金屬問題已經成為全球性的問題，并且污染的重金屬的種類越來越多，重度土壤污染的比例在逐年增加。土壤重金屬污染對糧食安全的影響比較大，研究人員為此作出了不少的努力，提出了物理化學修復技術、生物修復技術、培育抗性強的農作物品種和聯合修復技術，以期能改善嚴峻的土壤重金屬污染現狀，確保糧食安全。