土壤重金屬污染對農產品質量安全的影響

徐蘇利

（貴州農業職業學院，貴州 貴陽 550024）

土壤是一種農業生產中最重要的環境要素，它的質量好壞與可持續利用度將直接影響到人類獲得農產品的數量和質量。近年來，由于工業和農業的不斷發展，對我國自然環境造成了極大的影響。重金屬鉛、鎘、汞、砷、銅、鋅、鎳等在土壤中不易被微生物降解，在土壤中逐漸富集，一旦污染很容易被植物所吸附，從而引發了一系列農產品質量安全問題。2016年6月《國務院印發土壤污染防治的行動計劃的通知》中將土壤中重金屬污染作為重點監測對象。根據農業科學學報發布的《土壤重金屬污染現狀及植物修復研究進展》顯示，2007年我國有將近兩千萬公頃的農田受到了各種程度的影響，大約是我國農田總量的五分之一。我國每年因為重金屬的影響，會減少大約一千萬噸的谷物和一千兩百萬噸左右的重金屬。此外，全國24個省市，在快速發展的320個主要污染源區域，包括城市周邊、城市污水灌溉渠、工礦等區域，有超過60%的農田，超過了環境質量標準，達到了20%，而污染嚴重的農田和面積，則達到了80%。這一狀況到2020年已有部分緩解，但農產品生產過程中存在的重金屬問題依然存在，因此進行科學、高效地控制與治理，是當前我國農業發展面臨的重要課題。

1.土壤重金屬污染物的主要來源

土壤中的重金屬污染，是由于污染物的累積超出了自身的凈化功能，或者在土壤中累積的污染物超出了參考標準，對環境產生了嚴重的影響。不同地區的重金屬污染可以通過一條或多條渠道引起。由于成土母質自身存在著大量的重金屬元素，并且由于母質和成土作用而產生的土壤中存在著大量的重金屬元素。同時，由于人類在工業化、農業等方面發展的原因，也會對土壤中的重金屬產生嚴重的影響。

1.1 大氣中重金屬沉降

空氣中的重金屬主要來源于能源、冶金、建材生產、交通、運輸等方面。大部分的重金屬通過氣溶膠形式排入大氣層，通過自然沉淀和降雨到達地表。其污染范圍以礦區和鐵路兩側為重點。據農業環境科學學報發布的《礦區和鐵路兩側土壤和農產品中重金屬污染的研究調查》顯示，煤炭含有 Ce、 Cr、 Pb、 Hg等多種元素，而原油中含有較高的 Hg，當燃油在燃燒時，會產生一些懸浮微粒和易揮發性金屬，并隨著煙氣的飄散而進入大氣層，其中10%～30%則會在距離排放點十多公里處沉淀。道路運輸中的重金屬污染是由燃油燃燒引起的，金屬零件與輪胎摩擦，路面老化，汽車在行駛過程中所造成的粉塵等。道路兩旁的土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Hg，其中Pb、Cd的含量最高，Zn的含量最低，其它的重金屬含量也比較低。道路運輸過程中產生的大量重金屬污染，不但會使道路沿線的土壤受到污染，而且還會使路邊的植被吸附大量的重金屬元素。

1.2 農用物資不合理的使用

由于在農業中大量使用含有Pb、Hg、Cd、As等重金屬的殺蟲劑，以及不適當使用肥料和牲畜糞便作為肥料，會造成土壤中的重金屬污染。肥料中的重金屬是以礦物和化學物質為主，普通的含有過磷酸根的肥料中重金屬Hg、Cd、As、Zn和Pb的比例最高，其次是磷肥，氮肥和鉀肥含量相對較低，而Pb含量則是最少的。通過對國內外化肥中的污染情況進行了分析，發現土壤中的重金屬元素隨化肥品種和所測定的重金屬類型而變化，其中Cr的含量最多，Cu的含量最少。雖然中國的磷元素總量比世界上其他幾個發達國家要少得多，但是一些化肥的長期使用也會對土壤中的Cd、Hg產生一定的影響。我國現行肥料中的重金屬元素濃度沒有一個完全統一的標準，因此在一定范圍內，難以量化地評估土壤中的重金屬污染。另外，利用糞便、生活垃圾和其它垃圾作為肥料，在一定程度上促進了土壤中的Cu、Zn、Hg等元素的積累，從而增加了農作物中的重金屬元素。

殺蟲劑、殺鼠劑、殺菌劑中多數都含有As，過量施用會造成重金屬的嚴重污染。目前，農用膠膜廣泛應用于農業，且用量較大，其熱固性成分中存在 Cd和 Pb，因此，在大規模應用塑料溫室、地膜時，會對土壤產生一定的污染，進而引起植物中的重金屬積累。

1.3 污水和污泥的施用

污水根據污染源和量可劃分為城市污水、工業污水、商業污水、城市混合污水和養殖業污水。城市生活廢水中的重金屬元素普遍偏少，其他廢水中的重金屬元素含量高。近年來，由于工業化進程的加快，大量的工業廢水與城市生活廢水混合，利用廢水進行農業生產，造成了土壤中的重金屬污染。從分配來看，一般都是接近污染源和都市工業地區的土壤污染最大。通過對北京郊區污染灌區土壤—小麥系統中的重金屬元素的富集特性進行了分析，結果表明：在十多年的雨水和污水處理后，農田中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等元素的累積，且地表作物的麥類中Cr、Zn元素的濃度均超過了國標規定。近年來，農業廢水已逐漸發展為農業生產的主要水源，因使用了飼料添加劑，導致廢水中的Cu、Zn等重金屬含量高。

污泥是一種富含有機物和 N、 P、 K等營養元素的固體廢物，其營養成分比普通的畜禽糞便要多。但是，由于污泥中的Zn、Cu、Cd、As、Hg等元素的存在，導致了土壤中的重金屬濃度呈逐年上升的趨勢。結果表明，長時間使用污泥會造成蔬菜中Zn、Cu、Cd的污染，并且會導致小麥和玉米中Hg、Cd的含量較高。

1.4 含重金屬廢棄物堆積

重金屬固體廢物類型多樣、類型各異，對環境造成的影響也各不相同，尤其是礦山和工業固體廢物的污染最大。這些垃圾在堆積和處置時，由于日曬、雨水沖刷等原因，會導致重金屬隨著水分的流動，呈放射形或漏斗形擴散到周邊的土體和水體中。分析固體廢物處理區和城市垃圾堆填區的土壤中的重金屬污染情況，發現其中的Cd、Cu、Hg、Zn、Ni、Pb、Sn等元素濃度顯著大于本地環境。

2.重金屬污染對農產品質量安全與人類健康的危害

重金屬在農業生產過程中的累積，不但會對糧食產量、品質造成明顯的影響，而且還會透過食品鏈條，在人體體內不斷累積，對人體造成極大的威脅。

2.1 農業環境中的重金屬污染及其對食品品質和安全性的影響

在眾多的重金屬元素中，對植物的危害與毒性最強的幾種重金屬主要包括Pb、Cd、Hg、As、Cr和Cu，它們對植物的毒性高低表現為：Hg＞As＞Cd≈Cu＞Pb＞Cr，但這并不是絕對的，不同植物對金屬離子的反應順序可能有所變化。植物長期處于重金屬的環境中，大量的重金屬會損傷其細胞膜，并會對其結構和作用產生干擾，導致機體的多種生理、化學活動受到影響，從而降低作物的產量和質量。重金屬污染的最主要的表征是抑制作物的生長。通過對植株的細胞和分子量分析，發現植株的某些光合酶和葉綠素的合成會因 Hg和 Pb的脅迫而受損，從而使植株的光合作用下降。Pb可使植株體內 SOD、 POD、CAT等多種酶的活力比例失調，從而引發生物化學變化，進而對植株產生損害。結果表明： 在Pb和Cd脅迫下，小麥株高、根品質明顯下降、次生根數減小、根系活動和吸收區域減小，從而使產量進一步下降。重金屬元素如Cd、Hg、Pb、As將會引起植株失去根瘤的功能，進而徹底地限制了土壤的同化作用，顯著地減少了大豆的產量。在我國主要的城市郊外地區，由于重金屬的大量累積，造成了農村地區的環境污染，其中以Cd、Hg、Pb為主。

2.2 重金屬對人體的影響

人在食用被重金屬污染的食物后，對人體的健康會造成很大的影響。在全球各地，由于重金屬所致的各種病害十分常見。重金屬元素通過呼吸道、消化道、肌膚等途徑侵入體內，一旦在體內大量累積，會對機體的代謝和正常的功能造成嚴重影響，從而影響機體的正常功能，最終引起多種慢性和急性病癥。Pb對人體的毒性主要表現在造血、神經系統、消化系統、生殖系統等方面，而Pb中毒則會對人類和動物的甲狀腺機能產生一定的損害，從而導致機體的荷爾蒙分泌和腎上腺素的功能下降。Cd可以與體內含有羥基和氨基的大分子有機分子相連接，從而影響肝腎等器官的正常運作。長期食用含有鎘的食品，會對人體的鈣磷類物質的代謝產生一定的作用，引起腎、肺、肝等臟腑的病變，引起骨質疏松性、軟骨化、腎結石等多種病癥，引起“骨痛病”。另外， Cd對哺乳類的致畸、致癌性及致畸效應也很明顯。Hg對腎臟的神經毒性和腎臟的影響是國際上廣泛認可的，近幾年， Hg的生殖和基因毒性越來越受到重視。科學家們還發現，與成年人相比，胎兒對水銀的毒性反應更為靈敏，特別是懷孕婦女在暴露于水銀之后，通過胎盤進入到胎兒的身體中， Hg的脂溶性及短鏈烴基團的存在，使得其能與嬰兒的血液中的血紅素高度親和，一旦與之發生，就會造成嚴重的神經損害。As對人類的毒害也不可忽略， As在動物中具有較高的累積能力，三價 As主要是與大分子的硫磺鍵結合而發揮毒害效應，而五價 As因其化學特性及分子構造與磷類似，在發生化學反應時，會取代磷酸鹽而導致中毒，從而導致“三致”效應。有些重金屬是鋅、銅、鐵等人類必需的元素，但當這些元素積累到一定程度，甚至發生形態和價態變化時，就會對人類造成極大的危害。

3.農產品產地土壤重金屬污染的防治措施

農業生產環境中的重金屬污染是由多種因素引起的，同時也造成了嚴重的破壞。從源頭上抑制污染物的流入，是降低土壤重金屬污染的有效途徑。當土壤環境受到了嚴重的影響時，必須根據具體情況，進行針對性地處理。在農業生產基地土壤中，必須從三個角度進行治理。

3.1 強化治理和治理手段的構建

由于重金屬的隱蔽性、滯后性、不可逆性和難以治療性，因此，在防治中必須堅持“防重于治”的原則。通過消除重金屬在農業生產過程中對土壤特別是對農業生產產生的影響，達到抑制重金屬超標的目的，降低對人類的健康威脅。首先，要加強耕地的生態保護，嚴格禁止“三廢”、城鎮垃圾、生活廢水等直接排放到耕地中，嚴格限制農田的使用。其次，要強化“三廢”的治理，達到嚴格的排放標準，城市生活垃圾和污泥等作為化肥，必須事先進行高效的工藝，以保證其重金屬等的含量達到綠色的要求，從而避免二次污染土壤。

3.2 實行科學有效的生產經營管理

在農業生產中，肥料和疾病控制是導致土壤中重金屬元素最多的一個方面。當前，農業生產中仍然存在著一味強調糧食產量而忽略糧食品質的問題。所以，如何有效地控制和處理農產品中的重金屬超標問題，就需要從全產業鏈入手。首先，要對農藥產品的品質進行嚴格的監控。要加強農資市場的全面執法，加強對化肥、殺蟲劑等農資產品的源頭管理，定期組織市場監督、監督抽查，嚴厲打擊制售假冒偽劣農資產品行為，凈化農資市場，杜絕已禁用的農資產品流入市場、用于生產。尤其要加強對各類磷的市場管理。其次要選用質量合格、有害物質和重金屬等質量優良的產品，并對重金屬進行嚴格的管理，防止重金屬超標。最后，要對農業生產中的化肥用量進行科學、合理的調控，并遵循科學、高效的施肥方針。在農業生產中，應積極推廣應用微生物肥，以減少重金屬在農業生產中的累積。在施用化肥時，要加強化肥的源頭管理，禁止利用含有大量重金屬的工業廢料和生活廢物用作肥料。在農藥施用上應堅持“因材施治、適時施用”的方針，選用高效低毒、低重金屬、低殘毒的高質量殺蟲劑，合理選用合適的藥物，并嚴格控制藥物的劑量和使用頻次。在處理使用過的塑膠薄膜時，應盡量將其從田間土壤中除去，以降低其對土壤的環境影響。

3.3 利用科技手段，有效地解決了土壤中的重金屬污染問題

當前，土壤中的重金屬污染控制研究主要集中在3個領域：一是通過改變土壤中的形態，使其保持穩定性，減少其遷移和可利用；二是通過去除土壤中的重金屬，通過一些特殊的方法，將其吸附在土壤中的重金屬去除掉，又通過工程學方法將其轉化成溶解狀態和自由狀態，通過沖洗來提取重金屬，以實現對重金屬的回收，同時降低土壤中的重金屬含量；三是要改革農業生產體制，防止污染的重金屬進入食品鏈條，對人類和動物的身體造成危害。按照修復技術方法，可以分為工程法、化學法、生物法和農業法。不同的技術手段，因其難度、治理效果、經濟效益而不同，都存在著不同的優點和缺點。比如，對于污染嚴重、面積較小的地區，可以采取客土、換土、深耕、與污染土混配等技術手段來減少土壤中的重金屬。但是，如果是大范圍的污染，不僅要耗費大量的時間和精力，而且還會造成結構的損壞，從而降低土地的肥力。通過將改性劑和抑制劑注入土壤中，對重金屬進行氧化還原沉淀吸附，從而達到減少重金屬的生物利用率的目的。農業生態恢復是指改變耕地的經營管理體制，降低土壤中的重金屬污染，其優勢是操作簡單、成本低廉，但其使用時間過久，效益不明顯。生物恢復是指通過微生物或植株自身的生理代謝過程，對土壤中的重金屬進行分類或萃取，具有成本低、不破壞土壤生態環境、可操作性強、不會產生二次環境污染等特點。這些技術具有各自的功能和使用領域，但是它們之間卻是相互關聯、互補的，因此，在實踐中要根據具體情況，采用多種方式進行處理，并根據具體情況選用相應的處理措施。

4.結語

由于我國工業和工業發展水平的提高，我國的土壤環境問題日益突出。土壤中的重金屬污染來源廣泛，污染范圍廣，持續時間長，而且是一種難以降解的、相對穩定的污染物質。農業生產的土壤中存在著大量的重金屬，這些問題不僅會引起食品的質量問題，而且會在食品中不斷積累，從而對人們的身體和生活造成威脅。在今后的農業生產中，必須加強對農產品的生態環境的監控，對其進行重點監控，并進一步加強對產地的重金屬的處理，為進一步提升農產品的質量和安全水平提供了強有力的保證。