從(cong)土(tu)壤(rang)汙染(ran)到農(nong)作(zuo)物(wu)安全

先(xian)有(you)土(tu)壤，再(zai)有人(ren)類(lei)。自古以(yi)來(lai)，人(ren)類(lei)都(dou)將(jiang)土壤(rang)視(shi)同(tong)空(kong)氣(qi)、水(shui)體、樹木(mu)、昆(kun)蟲壹(yi)樣(yang)的天然(ran)存(cun)在並(bing)變(bian)得熟視(shi)無(wu)睹。同時(shi)，人(ren)類(lei)文(wen)明大多(duo)發源(yuan)在(zai)河流兩岸、河口地(di)帶(dai)，是(shi)土壤(rang)為(wei)肥沃(wo)的地(di)方，土(tu)壤為(wei)人(ren)類(lei)的生育、繁(fan)衍乃至文明的發展(zhan)默默地(di)貢(gong)獻。

在(zai)人(ren)類(lei)居(ju)住(zhu)的地(di)方都(dou)有(you)土壤。土壤(rang)形成的平(ping)均(jun)速(su)率(lv)為(wei)0.01毫(hao)米(mi)/年(nian)，而(er)頭發直(zhi)徑為(wei)0.06毫(hao)米(mi)，也(ye)就(jiu)是(shi)說要形成發絲(si)直徑厚度(du)的土壤需(xu)要6年(nian)。同(tong)時(shi)按照我國(guo)糙(cao)米鎘(ge)衛(wei)生標(biao)準(zhun)0.2毫克/千克計算(suan)以(yi)及袁(yuan)隆平(ping)目(mu)前(qian)高(gao)產(chan)的產量“雙季(ji)晚(wan)稻小區折合畝(mu)產可(ke)達到1000千克，壹(yi)季(ji)中稻可(ke)達(da)到1200千克”，所生(sheng)產(chan)的糙米（按0.68克折算(suan)）為(wei)816千克，要讓這個(ge)量的稻米超(chao)標(biao)所需(xu)要的鎘(ge)僅(jin)僅(jin)163.2毫(hao)克, 也(ye)就(jiu)是(shi)0.16克，是我們日(ri)常標(biao)準(zhun)鹽(yan)分(fen)攝取（6克/天）的2.7%，而(er)換(huan)算(suan)成(cheng)每畝(mu)的稻田（15萬(wan)千克），僅(jin)占土(tu)壤鎘(ge)的0.001毫克/千克的量（這裏(li)計(ji)算(suan)不(bu)包(bao)括莖(jing)稈(gan)），也(ye)就(jiu)是(shi)袁(yuan)隆平(ping)院(yuan)士(shi)高(gao)產(chan)的1200稻谷超(chao)標(biao)的鎘(ge)對(dui)土壤來(lai)說僅(jin)能造成0.001毫克/千克的變(bian)化。

 重(zhong)金屬(shu)辨(bian)析(xi)

報刊(kan)常常出現 “重(zhong)金屬(shu)汙(wu)染(ran)”“重(zhong)金屬(shu)超(chao)標(biao)”的話語，如(ru)果沒(mei)有(you)上下文(wen)，這是(shi)令(ling)人(ren)摸(mo)不(bu)著頭腦的詞匯(hui)。重(zhong)金屬(shu)是(shi)54種(zhong)密度(du)大(da)於(yu)4.5g/cm3的金屬(shu)的總稱(cheng)。對(dui)於(yu)重(zhong)金屬(shu)的人(ren)體(ti)健康(kang)影(ying)響，常(chang)常有(you)“重(zhong)金屬(shu)致(zhi)癌(ai)”等(deng)同(tong)樣令(ling)人(ren)摸(mo)不(bu)著頭腦，因為(wei)每個(ge)金屬(shu)在(zai)土(tu)壤、糧食(shi)和(he)人(ren)體(ti)中都(dou)有(you)其不同(tong)的行為(wei)。

在(zai)54種(zhong)重(zhong)金屬(shu)中，要能夠對(dui)人(ren)體(ti)產生較(jiao)大的健康(kang)效應和(he)對生(sheng)態產生較(jiao)大的環境效應主(zhu)要有五(wu)種，即鎘(ge)、汞、鉛、砷(shen)、鉻。這五(wu)個(ge)元素通常也(ye)被稱(cheng)為(wei)“五(wu)毒(du)”。

在這“五(wu)毒(du)”中，如(ru)果考慮(lv)元素在(zai)生(sheng)態系統和(he)食(shi)物鏈(lian)中的遷移能力， 則鎘(ge)的重(zhong)要性就(jiu)排(pai)在位了(le)，因此(ci)現實生(sheng)活(huo)中常常(chang)有(you)“鎘(ge)大(da)米”“鎘(ge)小(xiao)麥”的說法(fa)，而(er)很少(shao)聽到砷(shen)大米(mi)、汞大米(mi)、鉛大(da)米、鉻大(da)米了(le)。鎘(ge)稱(cheng)為(wei)土(tu)壤(rang)中應該(gai)關註的元素還(hai)有以(yi)下壹(yi)些(xie)理(li)由，鎘(ge)是(shi)個(ge)分(fen)散元素，幾乎(hu)難(nan)以(yi)獨(du)立(li)成(cheng)礦；鎘(ge)和(he)汞、鉛、鋅(xin)等(deng)壹(yi)樣(yang)是(shi)壹(yi)個(ge)親(qin)硫(liu)元素，因(yin)此(ci)在(zai)含有硫礦(kuang)床(chuang)包(bao)括鐵(tie)硫(liu)礦(kuang)都(dou)含(han)有微量的鎘(ge)；在(zai)周期(qi)表(biao)中，鎘(ge)與(yu)鋅(xin)、汞同族元素，很(hen)多(duo)性質與(yu)鋅(xin)相(xiang)似；鎘(ge)的離子(zi)半(ban)徑與鈣(gai)離子(zi)相(xiang)似，雖(sui)然(ran)在(zai)礦物質並(bing)不發生(sheng)鎘(ge)對(dui)鈣(gai)的同晶替代，但(dan)在土壤(rang)化學行為(wei)中鎘(ge)鈣(gai)有(you)大(da)致(zhi)的吸(xi)附(fu)能力；在(zai)體內(nei)有(you)大(da)量的鎘(ge)存(cun)在特別(bie)是腎(shen)功(gong)能受(shou)損後(hou)鎘(ge)容(rong)易取代骨(gu)頭中的鈣(gai)，而(er)造成“痛痛病(bing)”，痛痛(tong)病(bing)也(ye)是土(tu)壤(rang)起(qi)始的食(shi)物鏈(lian)中因為(wei)土(tu)壤(rang)遭(zao)受(shou)鎘(ge)汙(wu)染而(er)在日(ri)本(ben)給(gei)人(ren)體(ti)帶(dai)來(lai)環境(jing)公害（其他環境(jing)公(gong)害如(ru)水(shui)俁病(bing)是食(shi)用(yong)汞汙染(ran)魚類(lei)所引(yin)起(qi)），此(ci)外(wai)鎘(ge)的沸點(dian)是(shi)673℃，因此(ci)在(zai)冶煉(lian)、燃(ran)煤(mei)、垃圾焚燒過(guo)程中如(ru)果沒(mei)有(you)回收裝(zhuang)置(zhi)，鎘(ge)容(rong)易散發到大(da)氣(qi)中，從(cong)而(er)造成廣域性的土壤汙染(ran)。

以(yi)上幾種(zhong)元素的人(ren)體(ti)攝取途徑方(fang)面(mian)，汞主要來(lai)自海(hai)產(chan)品(pin)（局部(bu)土壤(rang)汞汙染(ran)區域也(ye)來(lai)自大(da)米(mi)）、砷出來(lai)谷物(wu)外，還(hai)來(lai)自飲(yin)用(yong)水(shui)、鉛除了(le)食(shi)物外(wai)，還(hai)來(lai)自大(da)氣(qi)的鉛汙染，而(er)鎘(ge)對(dui)於(yu)吸(xi)煙者來(lai)說，相當壹(yi)部(bu)分(fen)來(lai)自香(xiang)煙，對於(yu)非吸(xi)煙者來(lai)說，鎘(ge)幾乎(hu)來(lai)自飲(yin)食(shi)。此(ci)外(wai)鎘(ge)具(ju)有高(gao)積(ji)累(lei)性的特點(dian)，在(zai)體內的半衰期(qi)視(shi)情(qing)況可(ke)達(da)17〜38年(nian)，因(yin)此(ci)在(zai)54種重(zhong)金屬(shu)中，對人(ren)體(ti)健康(kang)而(er)言，鎘(ge)似乎(hu)應受(shou)到關(guan)註。

包(bao)括鎘(ge)在(zai)內，重(zhong)金屬(shu)在(zai)土(tu)壤中是天然(ran)存(cun)在。因此(ci)作(zuo)物(wu)生長於(yu)土壤(rang)，體(ti)內(nei)多(duo)多(duo)少少(shao)有含有重(zhong)金屬(shu)。美(mei)國在(zai)無(wu)汙(wu)染(ran)區曾進(jin)行農作(zuo)物(wu)的鎘(ge)含(han)量調查(zha)。從(cong)表(biao)中可以(yi)看出樣品(pin)的中間值(zhi)都(dou)很(hen)低，但從(cong)值(zhi)看，也(ye)有超(chao)標(biao)的情況（見(jian)下(xia)表(biao)）。

因此(ci)，即使(shi)在(zai)無(wu)條件(jian)下(xia)，作(zuo)物(wu)多(duo)少都(dou)含(han)有微量的重(zhong)金屬(shu)，有(you)時(shi)還(hai)存在著超(chao)標(biao)的現象。

土壤無(wu)汙(wu)染(ran)條件(jian)下(xia)糧食(shi)的超(chao)標(biao)

大(da)量研(yan)究表(biao)明，土壤(rang)pH值(zhi)是(shi)影(ying)響土(tu)壤中鎘(ge)有(you)效性的主要因素(su)。土(tu)壤的酸化能促進(jin)土(tu)壤(rang)中鎘(ge)的活(huo)化。由於(yu)中國耕(geng)地(di)在近四(si)十年(nian)中施(shi)肥量大大(da)增(zeng)加(jia)，土(tu)壤(rang)普(pu)遍(bian)酸化。在不超(chao)標(biao)的土壤中檢測(ce)到超(chao)標(biao)的大米是件(jian)很(hen)普(pu)遍(bian)是(shi)事(shi)情(qing)。例(li)如(ru)，在(zai)對廣東(dong)省(sheng)內某(mou)地(di)的土壤和(he)稻米(mi)檢測(ce)時(shi)，我們曾檢測(ce)到土(tu)壤總鎘(ge)為(wei)0.17毫(hao)克/千克，而(er)糙米(mi)中的鎘(ge)可(ke)達0.40毫克/千克。

很多(duo)人(ren)知(zhi)道，葉(ye)片能吸(xi)收大氣(qi)中的重(zhong)金屬(shu)。但(dan)大(da)氣(qi)汙(wu)染對(dui)作(zuo)物(wu)中的重(zhong)金屬(shu)含(han)量的影(ying)響由於(yu)研(yan)究上的困難而(er)較(jiao)難估算(suan)。利用(yong)鉛(qian)同(tong)位(wei)素(su)等(deng)可(ke)以(yi)較(jiao)好(hao)地(di)分(fen)析(xi)其來(lai)源(yuan)。有(you)研(yan)究表(biao)明，在鉛(qian)鋅(xin)礦(kuang)區附(fu)近辣(la)椒中來(lai)自大(da)氣(qi)的鉛可占根(gen)的 30%〜77%，莖43%〜71%，葉(ye)片72%〜85%，果實90%，整(zheng)株(zhu)植(zhi)物(wu)中10%〜70%的鉛來(lai)自於(yu)土壤(rang)。而(er)壹(yi)項(xiang)利用(yong)同(tong)位(wei)素(su)鉛(qian)來(lai)研(yan)究野生植物鉆(zuan)形紫菀的鉛來(lai)源(yuan)顯(xian)示，在總懸浮顆(ke)粒含鉛96.5±63.5 納(na)克/立方(fang)米的條件(jian)下(xia)，雖(sui)然(ran)植(zhi)物鉛根>葉(ye)>莖，但(dan)葉(ye)片中的鉛72.2%來(lai)自於(yu)大氣(qi)。

在(zai)壹(yi)個(ge)精(jing)密設(she)計的試驗(yan)中，在土(tu)壤(rang)含鎘(ge)量為(wei)其背景(jing)值(zhi)0.16-0.29毫(hao)克/千克，大氣(qi)鎘(ge)降塵(chen)率(lv)為(wei)1.6〜2.1 克/公頃/年(nian)的條件(jian)下(xia)，測(ce)得(de)大(da)麥(mai)籽(zi)粒中的鎘(ge)有(you)41%〜58%來(lai)自大(da)氣(qi)。文(wen)章認(ren)為(wei)，如(ru)果鎘(ge)降塵(chen)率(lv)為(wei)10克/公頃/年(nian)，則大氣(qi)源(yuan)的鎘(ge)可(ke)能成為(wei)當地(di)作(zuo)物(wu)鎘(ge)的壹(yi)個(ge)主(zhu)要來(lai)源(yuan)。國(guo)內研(yan)究發現，中國的降塵(chen)率(lv)變(bian)幅(fu)在0.4〜25克/公頃/年(nian)，可(ke)見(jian)，在(zai)高(gao)鎘(ge)降塵(chen)率(lv)的區域，糧食(shi)的安全將(jiang)直接(jie)受(shou)到威(wei)脅(xie)，因(yin)為(wei)水(shui)稻葉(ye)片氣(qi)孔可達: 634個(ge)/mm2，而(er)氣(qi)孔長×寬(kuan)度(du)為(wei): 22.11×17.26μm，對(dui)於(yu)PM2.5霧霾中的重(zhong)金屬(shu)則輕(qing)而(er)易舉地(di)在水(shui)稻葉(ye)片氣(qi)孔中進(jin)出。

此(ci)外(wai)，還(hai)有研(yan)究表(biao)明，如(ru)果酸雨(yu)同步(bu)存(cun)在時(shi)，作(zuo)物(wu)吸(xi)收的鎘(ge)將(jiang)更多(duo)。可見(jian)糧食(shi)安全不(bu)單(dan)因(yin)為(wei)土(tu)壤(rang)汙(wu)染，灌溉(gai)水(shui)中鹽(yan)分(fen)、大(da)氣(qi)中的重(zhong)金屬(shu)、酸雨(yu)環境(jing)都(dou)直(zhi)接帶(dai)來(lai)影(ying)響。

除了(le)土壤的重(zhong)金屬(shu)、水(shui)體和(he)大氣(qi)環(huan)境外(wai)，耕(geng)作(zuo)管(guan)理(li)措(cuo)施(shi)也(ye)是影(ying)響農(nong)作(zuo)物(wu)重(zhong)金屬(shu)安全的壹(yi)個(ge)重(zhong)要因素(su)。近幾十(shi)年(nian)，澳大利亞南部(bu)谷(gu)物種植(zhi)區的輪作(zuo)和(he)耕(geng)作(zuo)系統發生(sheng)了(le)顯著變(bian)化，通過(guo)實施(shi)谷物(wu)、豆類(lei)與(yu)小麥作(zuo)物(wu)輪作(zuo)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)作(zuo)物(wu)病(bing)害、有(you)效控制雜(za)草(cao)，同(tong)時(shi)能改善(shan)土壤(rang)結(jie)構和(he)固氮(dan)，被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)壹(yi)項(xiang)良(liang)好(hao)的管理(li)實踐(jian)。但研(yan)究發現，在(zai)羽(yu)扇(shan)豆後(hou)輪作(zuo)種(zhong)植的春(chun)小麥(mai)籽粒的鎘(ge)含(han)量比麥(mai)麥輪作(zuo)得(de)要高，其原因(yin)在(zai)於(yu)羽(yu)扇(shan)豆在(zai)固氮(dan)過(guo)程中造成根際土壤酸化，且羽(yu)扇(shan)豆根(gen)釋(shi)放(fang)的檸(ning)檬酸使(shi)得(de)後(hou)作(zuo)作(zuo)物(wu)鎘(ge)含(han)量增(zeng)加(jia)。在(zai)加(jia)拿(na)大(da)馬(ma)尼托巴(ba)省(sheng)，壹(yi)項(xiang)為(wei)期(qi)進(jin)行4年(nian)的田間試驗(yan)表(biao)明中，油(you)菜的後(hou)作(zuo)亞(ya)麻小麥的鎘(ge)含(han)量要比小(xiao)麥後(hou)作(zuo)的亞麻小麥(mai)鎘(ge)含(han)量高，由於(yu)油(you)菜屬於(yu)十字(zi)花科，根系能較(jiao)多(duo)積(ji)累(lei)鎘(ge)，其原因(yin)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)油(you)菜有更多(duo)的菌根(gen)定(ding)植(zhi)或到油(you)菜殘留物（根(gen)系）的分(fen)解(jie)所造成。

在伊朗中部的Qom省(sheng)，土壤(rang)存(cun)在(zai)鹽(yan)害(hai)，正如(ru)以(yi)上所述(shu)，鹽(yan)分(fen)高(gao)的區域作(zuo)物(wu)容易造成鎘(ge)超(chao)標(biao)，因(yin)此(ci)在(zai)這區域種(zhong)植(zhi)的小麥的安全性受(shou)到威(wei)脅(xie)。利用(yong)向(xiang)日(ri)葵—小(xiao)麥和(he)棉花—小麥兩種(zhong)輪作(zuo)方(fang)式在(zai)鎘(ge)含(han)量分(fen)別(bie)是1.5毫(hao)克/千克和(he)3.2毫克/千克的地(di)塊進(jin)行試驗(yan)，在種植後(hou)作(zuo)的小麥前，收(shou)割並(bing)移除前作(zuo)（棉花和(he)向日(ri)葵）的殘留，結(jie)果發現收(shou)割並(bing)移除殘留後(hou)，種植(zhi)向日(ri)葵的地(di)塊的鎘(ge)有(you)效性比棉花的要低得(de)多(duo)，自然(ran)而(er)然(ran)地(di)，向日(ri)葵莖(jing)中含鎘(ge)要比棉花高得多(duo)，棉花後(hou)作(zuo)的小麥的莖鎘(ge)含(han)量要比向(xiang)日葵的高2〜4倍(bei)，而(er)向日(ri)葵後(hou)作(zuo)的小麥籽粒中的鎘(ge)含(han)量比棉花的低7倍(bei)以(yi)上。因此(ci)， 向(xiang)日葵—小(xiao)麥的輪作(zuo)制度(du)可(ke)以(yi)大大(da)降低(di)伊(yi)朗中部鹽(yan)害(hai)地(di)域土(tu)壤(rang)的鎘(ge)向(xiang)小麥遷移(yi)的風險。