張慧敏，鮑廣靈，周曉天，高琳琳，胡宏祥，馬友華

（安徽農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，合肥 230036）

0 引言

耕地土壤重金屬污染對糧食安全及人類健康造成很大威脅，人體重金屬危害主要是源于受污染的食品，而作為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地，其質(zhì)量狀況與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境健康及人類可持續(xù)發(fā)展息息相關。因此確保國家耕地土壤安全，是當前和今后一個時期的重要任務。

《中華人民共和國土壤污染防治法》明確指出，建立農(nóng)用地分類管理制度，根據(jù)土壤污染程度和相關標準，將農(nóng)用地劃分為優(yōu)先保護類、安全利用類和嚴格管控類。其中嚴格管控類耕地是指土壤重金屬鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)含量大于《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地風險管控標準》(GB15618—2018)中風險管制值的耕地。對嚴格管控類耕地，主要采取種植結構調(diào)整、退耕還林還草等風險管控措施。其中農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整，建議選擇改種蠶桑、麻、花卉苗木，以及經(jīng)過安全評估的油料作物、特色水果、玉米、糖料作物、飼用作物等農(nóng)作物或生物質(zhì)高粱等植物，確保舌尖上的安全。從農(nóng)產(chǎn)品安全的角度，評估嚴格管控類耕地特定食用類農(nóng)作物重金屬安全性，非常重要和迫切。

1 油料作物重金屬安全性評價

1.1 油菜

油菜Oilseed rape (Brassica napus)屬于十字花科蕓薹屬植物，是中國重要的油料作物之一，具有明顯的重金屬耐受性[1]。油菜不同部位重金屬Cd積累量由高到低依次為：根莖＞莢果＞籽粒，且籽粒中的Cd 主要分布在菜籽餅粕中，其含量是菜籽油中的2倍。Cd從油菜籽到菜籽油的轉移率為2%～10%，即使是油菜重金屬高積累品種，向籽粒中轉移的Cd 含量也是有限的[2]。Yang 等[3]分析了重度污染耕地(pH 5.25±0.2，Pb 699±124 mg/kg，Cd 10.3±0.5 mg/kg)油菜中重金屬累積特征，結果顯示，油菜籽粒中Cd、Pb超過食品安全國家標準(Pb 0.2 mg/kg，Cd 0.5 mg/kg；GB2762—2017)，菜籽油中Cd、Pb含量分別為0.01、0.03 mg/kg，積累量低，與黎紅亮等[4]先前的研究結果一致。其中，Pb 含量未超過食品安全國家標準(0.1 mg/kg；GB2716—2005)，目前雖尚無食用油Cd含量限量標準，但其含量低于同類研究的含量值(≤0.05 mg/kg)，健康風險評估顯示，終生癌癥風險指數(shù)(ILCRs)（兒童9.26×10-5；成人8.81×10-6）在國際安全標準范圍內(nèi)(10-6～10-4；U.S.EPA)[5-6]。

此外，油菜具有吸收積累重金屬的特征[7]，不同品種油菜吸收重金屬的能力不同。其中芥菜型油菜是超積累植物印度芥菜的同屬同種植物，其對Cd污染土壤的修復能力有可能超過印度芥菜[8]。甘藍型油菜在中國南北地區(qū)廣泛種植，常年種植面積約達700萬hm2[9]。甘藍型油菜修復Cd、Pb 等污染土壤的效果顯著，在典型的大面積Cd、Pb 重金屬污染區(qū)進行替代種植修復，是一種綠色經(jīng)濟高效的重金屬污染土壤修復技術[10]。在不停止農(nóng)業(yè)活動的情況下，油菜在冬季對Cd、Pb 重金屬污染的農(nóng)業(yè)土壤具有植物提取的潛力[11]。嚴格管控類耕地可種植低重金屬積累的品種，以減少菜籽油中重金屬的累積，在安全生產(chǎn)的同時起到提取土壤重金屬的效果。

1.2 花生

花生Peanut (Arachishypogaea)是中國產(chǎn)量豐富、用途廣泛的一種農(nóng)作物。重金屬主要積累于花生根、莖、葉以及果皮中，其中Cd 在根、莖、葉中的富集系數(shù)都高于4，為土壤本底值的5～6 倍。對比之下，花生果肉中Cd 累積量較少。不同種類重金屬在花生果肉的富集順序由大到小依次為：Zn＞Cu＞Cd＞Pb＞As＞Hg?；ㄉ墒秤貌糠种谢ㄉt皮對銅的富集能力較強，富集系數(shù)為3.30，富集濃度高達358.26 mg/kg[4]。

在土壤pH 6.23，土壤中重金屬Pb、Cd、As和Hg的含量分別為767.85、6.42、292.92、1.46 mg/kg 的重金屬污染土壤上種植花生，果肉中重金屬Pb、Cd、As 和Hg的含量分別為3.45、3.53、2.45、0.14 mg/kg，其中Pb、Cd含量超過食品安全國家標準限量值(Pb 0.2 mg/kg，Cd 0.5 mg/kg；GB2762—2017)[4]，因此在Pb、Cd 污染嚴格管控類耕地上種植的花生，其籽粒不建議作為食品直接食用。

除直接食用外，花生主要作為油料作物榨油食用，用正己烷和石油醚分別對花生果實進行萃取，結果顯示，花生毛油中重金屬As、Hg 的含量未檢測出，Cd 和Pb 的含量都低于0.1 mg/kg，在國家食用油衛(wèi)生標準(0.1 mg/kg；GB2716—2005)[3]范圍內(nèi)，因此重度污染耕地上花生及其成品油的安全性值得進一步開展研究。

從重金屬修復的角度，花生具有一定的重金屬修復效果。王帥等[12]的研究結果也表明花生對Cr、Pb的耐受力和富集能力較強，建議可將花生作為修復Cr、Pb污染環(huán)境的油料作物。

1.3 芝麻

芝麻Sesame(Sesamum)被列為重要的油料作物之一，在世界食用油生產(chǎn)方面排名第8[13]。有關芝麻中重金屬的研究較少，現(xiàn)有的研究表明芝麻對重金屬的耐受能力較強，重金屬離子Cd2+、Ni2+、Cr6+、Hg2+、Pb2+對芝麻種子萌發(fā)毒害的致死濃度分別為20、20、20、50、100 mg/L[14]。且重金屬Cd、Pb在芝麻中的積累量由高到低依次為根＞葉＞莖＞殼＞籽粒。Yang 等[3]在土壤pH 5.25±0.2，Pb、Cd 含量分別為699±124、10.3±0.5 mg/kg的重金屬污染土壤上種植芝麻，其籽粒Pb、Cd 含量分別為6.9、0.3 mg/kg，Pb 含量超標，但Cd 含量未超過國家標準。索氏提取法提取后，芝麻油中的Pb含量未超過食用植物油衛(wèi)生標準(0.1 mg/kg；GB2716—2005)，Cd含量在安全水平范圍內(nèi)，對環(huán)境和人類健康沒有影響。

芝麻對Cd 的總吸附量為(1.55±0.093) kg/hm2，對Pb 的總吸附量為(4.03±0.234)kg/hm2[3,5]。芝麻秸稈等可用作生物質(zhì)燃料，制作肥料、生物炭等。也可用作吸附材料，去除水溶液中的Cd(II)離子[15]。

1.4 向日葵

向日葵Sunflower (Helianthus annuusL.)，是一種生物量高、適應性強、經(jīng)濟價值高的油料作物，具有生長迅速、種植簡便，易于收割的特點，在世界油料作物生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。已被證實向日葵對重金屬有較強的耐受性和富集能力，能有效去除土壤中的重金屬[16]，利用向日葵來開展重金屬污染土壤的治理修復具有廣闊的應用價值和潛力。

但葵花籽重金屬含量存在超標的情況。在土壤pH 4.97，Cd、Pb 含量分別為0.80、93.10 mg/kg 的中度污染土壤上種植向日葵，籽粒Cd、Pb含量分別為3.18、2.50 mg/kg，超過國家標準限量值(Cd 0.5、Pb 0.2 mg/kg；GB2762—2017)限量值[17]。在重度污染耕地(pH 5.25±0.2，Pb 699±124 mg/kg，Cd 10.3±0.5 mg/kg)種植向日葵其籽粒Cd、Pb 也超過國家標準限量值，但葵花籽油中Cd未檢出，Pb含量為0.07 mg/kg[3]，符合國家標準。

向日葵品種篩選試驗發(fā)現(xiàn)，在中度Cd 污染土壤(pH 5.55，Cd 0.85 mg/kg)中種植的向日葵存在籽粒和油中Cd含量均超標的情況，且不同向日葵品種對重金屬的吸收積累差異顯著：不同品種籽粒Cd 含量范圍0.59～5.27 mg/kg，不同品種間最大相差6倍；籽粒油中Cd 濃度范圍為0.09～1.96 μg/g，品種間有23 倍的差異[18]，因此選種低積累品種對于確保嚴格管控類耕地種植向日葵的安全性尤為重要。

1.5 大豆

大豆(Glycine maxL.)是植物性食用蛋白質(zhì)的主要來源，如豆腐、豆?jié){、蔬菜和醬油，這些大豆制品被亞洲居民和世界各地的素食者廣泛食用。正因為如此，大豆食品中的重金屬污染引起了人們極大的關注[19-20]。

有研究表明大豆對重金屬Cd、Hg、As、Pb 均具有一定的耐受性，主要由于其對以上重金屬有獨特的重金屬避性機制，生物轉移能力較小[21]。楊燕媛等[22]小區(qū)試驗結果表明，對于單Pb 污染土壤，種植大豆的超標風險較玉米和蔬菜類低。但也有研究表明在0.5 μmol/L Cd 處理下，‘Enrei’大豆品種籽粒Cd 含量為4.89 mg/kg[23]，超過食品安全國家標準中對Cd 的限量值。對不同土壤種植大豆重金屬超標情況的研究結果顯示，在20 個Cd、Pb 重度污染土壤（Cd、Pb 均值分別為21 mg/kg，1500 mg/kg）中，19 個土壤種植出的大豆籽粒Cd 超標，Pb 的積累量較低[24]。在100 mg/L Cr處理下，大豆對Cr 的遷移率為54.2%，地上部Cr 鉻積累量可達1533.7 μg/株，表現(xiàn)出較高的富集能力[12]，這與大豆對Pb的積累量（184.2 μg/株）對比懸殊。

大豆各部位對Cd、Pb 的吸收能力表現(xiàn)為：根＞秸稈＞葉＞籽粒[25]，其中籽粒對Cd、Pb 的積累量最低。大豆籽粒中重金屬分布的同步輻射X射線熒光微光譜(SR-μXRF)圖像顯示，Cu、Zn、Cr、Ni、Pb 和Hg 主要聚集在大豆胚芽中，Cd和As在胚芽中沒有特異性富集，而是在籽粒周圍表現(xiàn)出均勻的濃縮[26]。因此，在食品加工過程中可以取出胚芽，以減少重金屬的富集。大豆籽粒中Cd主要富集于蛋白質(zhì)和淀粉中，脂肪中積累較少。己烷抽提法提取的豆油中含Cd 量為全籽粒中的0.3%左右，即使當籽粒Cd4.89 mg/kg嚴重超標的情況下，大豆油分中Cd含量僅為0.015 mg/kg[23]。但是由于Cd 主要存在于蛋白質(zhì)及淀粉中，要重視豆制品（豆腐類、豆粉類等）的重金屬安全性。Cr 污染嚴格管控類耕地需進一步檢測豆油中重金屬Cr的含量，評估其食用安全性。

1.6 油茶

油茶(Camellia oleiferaAbel.)是中國重要的木本食用油料樹種，其主要產(chǎn)物——茶油是一種優(yōu)質(zhì)食用油，被譽為“東方橄欖油”。茶油也可用作工業(yè)潤滑油、防銹油；茶餅既是肥料，又是農(nóng)藥，可提高農(nóng)田蓄水能力并起到防治稻田害蟲的作用；果皮是提制栲膠的原料。

油茶地上部分重金屬Pb、Zn、Cd 含量顯著大于根，轉移系數(shù)均大于1，吸收重金屬后表現(xiàn)出較強的向地上部分轉移的能力[27]。而油茶果肉對重金屬Cr、Pb的富集系數(shù)顯著大于根、葉的富集系數(shù)[28]，尤其對Pb表現(xiàn)出較強的富集能力。

在浙江省油茶主產(chǎn)區(qū)隨機抽取12個樣品，分別對油茶籽果肉、外殼及通過壓榨（熱榨、冷榨）和浸提兩種方式獲得的油茶籽油、殘渣等進行檢測，分析了6種重金屬元素(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Se)的含量及其相關性。結果表明，浸提油中重金屬含量平均值的大小順序依次為Pb＞Cr＞Se＞As＞Cd＞Hg，壓榨油中重金屬含量平均值的大小順序依次為Cr＞Pb＞Se＞As＞Cd＞Hg；浸提油和浸提殘渣中Pb 含量均有樣品超過國家食用油衛(wèi)生標準(GB2716—2005)中0.1 mg/kg 的限量值，其中浸提油Pb 超標率為33.3%，浸提殘渣Pb 超標率為35.7%[29]。油茶籽油存在重金屬超標風險，在嚴格管控類耕地種植需進一步評估品種的積累特性以及籽粒油的安全性。

綜合以上對油菜、花生、芝麻、向日葵、大豆、油茶等油料作物的研究，除油茶以外，籽粒中重金屬主要與蛋白質(zhì)絡合，富集在粕餅中，而植物油中的重金屬含量在安全范圍內(nèi)（表1）。從降低農(nóng)產(chǎn)品超標風險來看，Pb污染耕地適宜種植向日葵，Cd污染適宜種植芝麻。在植物油萃取劑的選擇上，正己烷是菜籽油和芝麻油的最佳萃取劑，石油醚是花生油的最佳萃取劑。

表1 幾種油料作物重金屬積累情況匯總 mg/kg

餅粕經(jīng)過重金屬去除后，可以作為優(yōu)良的動物飼料和有機肥，能將資源利用最大化[30]。且油料作物對重金屬具有很好的耐性和積累特性，尤其是地上部分生物量大，從重金屬提取量來看，油菜、花生、芝麻、向日葵中，提取重金屬Pb 效果最好的是向日葵，其次是油菜；提取重金屬Cd 效果最好的也是向日葵，其次是花生。因此，油菜、花生、芝麻、向日葵、大豆等油料作物在嚴格管控類耕地重金屬污染修復中具有良好的應用前景[12]。

2 玉米重金屬安全性評價

2.1 玉米重金屬含量

玉米Maize(Zea maysL.)是重要的谷類作物，中國是世界第二大玉米生產(chǎn)和消費國[31]。按收獲物和用途可分為籽粒用玉米、鮮食玉米、青貯玉米等，其中籽粒用玉米是中國主要玉米產(chǎn)品。近年來，中國籽粒用玉米大約總產(chǎn)量的10%作為食用玉米，68%作為飼料，20%以上作為工業(yè)加工原料[32]。

對于食用玉米，其重金屬安全性是首先要考量內(nèi)容。玉米對重金屬如Cd 和Pb 有一定的耐受性[33-34]，不少文獻報導了玉米與不同作物重金屬安全性的對比。焦位雄等[35]對在甘肅省Cd、Hg、Pb重度污染的土壤上種植當?shù)?0 種主要栽培作物的安全性進行評價，結果表明玉米對重金屬的敏感性最弱，吸收和富集能力較小，玉米污染指數(shù)最小，并推薦玉米作為甘肅省農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治中低風險區(qū)域種植業(yè)結構調(diào)整的首選作物。在馬鈴薯、玉米、啤酒大麥、谷子等糧食作物中，玉米籽粒對重金屬的富集能力最低，且玉米生物量大，是典型的重金屬富集作物[36]。也有研究表明，對于單Cd 污染以及Cd、Pb 復合污染土壤，玉米的超標風險較大豆以及蔬菜低[22]。對廣西省玉米、花生Cd、Hg、Pb、Cu、Zn 5 種重金屬的預測和風險評估表明玉米根際土壤重金屬含量高于花生根際土壤，而玉米籽粒無重金屬污染，Cd 和Pb對花生籽粒有潛在的危害，且相對于花生和小麥，玉米籽粒吸收和積累重金屬的能力較弱[38-39]。王娟等[37]分析了銅陵Cd 重度污染耕地玉米不同組織重金屬含量，結果顯示玉米籽粒Cd 含量為(0.07±0.08) mg/kg，未超過《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB2762—2017) 中Cd 的 限 量 值(Cd 0.2 mg/kg)。Beri[40]體外消化和細胞吸收研究結果顯示，大部分玉米籽粒Cd 是生物不可利用的，不會對人體產(chǎn)生負面影響。

作為飼料玉米，則不僅要考慮籽粒重金屬安全性，還要考核秸稈重金屬積累情況。玉米秸稈對重金屬富集 量 與 籽 粒 不 同，在Cd 含 量1.58 mg/kg，Pb 含 量256.75 mg/kg，As 含量90.82 mg/kg，pH 6.98 的重金屬中度污染農(nóng)田種植玉米，玉米不同品種莖葉Cd、Pb、As平均值分別為1.73、21.80、5.10 mg/kg[41]，其中Cd、As含量已超過了國家飼料衛(wèi)生標準(Cd 1.0 mg/kg，Pb 30.0 mg/kg，As 4.0 mg/kg；GB13078—2017)。

因此，嚴格管控類耕地種植玉米，若全株作青貯玉米飼料，存在重金屬超標風險。而籽粒重金屬超標風險相對較低，可進一步種植低積累玉米品種以達到籽粒安全生產(chǎn)的目的。

2.2 玉米大豆間作模式對嚴格管控類耕地玉米重金屬影響

玉米間作種植是獲得可安全食用農(nóng)產(chǎn)品的可行方法。其中，玉米/大豆間作還具有互補優(yōu)勢，提高單位面積土地產(chǎn)出量，減少氮肥投入和土壤碳排放等特點[42]。

李涵等[43]在Cd 污染嚴格管控類耕地(pH 5.51，Cd 1.98 mg/kg)分別開展Cd低積累、高積累玉米和大豆間作試驗，結果表明間作模式下Cd高積累和低積累玉米品種籽粒Cd含量平均分別為0.139、0.003 mg/kg，分別較單作降低了14.88%和88.46%；大豆秸稈和籽粒的富集系數(shù)分別為2.567～3.329和0.667～0.764，玉米秸稈和籽粒的富集系數(shù)分別為0.729～3.339和0.001～0.079，間作玉米秸稈富集系數(shù)較單作增加0.15%～46.22%，低Cd 積累玉米籽粒富集系數(shù)較單作降低84.62%～92.31%。間作大豆可以保證低Cd積累玉米籽粒在Cd污染土壤的安全生產(chǎn)，為土地合理利用提供有效的參考途徑。

3 茶樹重金屬安全性評估

中國茶樹(Camellia sinensis)種植面積和產(chǎn)量分別占全球茶葉種植面積和產(chǎn)量的54%和41%[44]。近年來，茶葉中重金屬的安全性也逐漸被重視，《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB2762—2017)和《茶葉中鉻鎘汞砷及氟化物限量》(NY659—2003)分別規(guī)定了茶葉中Pb、Cr、Cd、Hg、As 5種重金屬元素的限量分別為5.0、5.0、1.0、0.3、2.0 mg/kg。

已有不少針對不同地區(qū)茶園土壤及茶葉重金屬含量的調(diào)查及研究，顯示了不同程度重金屬污染土壤茶葉超標情況。吳愛美等[45]對池州市茶葉上市期間4個縣區(qū)的10批次茶葉樣品中Pb、Cr、Cd、As、Hg 5種重金屬含量進行抽樣檢測，結果顯示茶葉Pb 含量為0.07～4.90 mg/kg，Cr 含 量 為0.71～2.49 mg/kg，Cd 含 量 為0.03～0.36 mg/kg、總As 含量為0.02～0.92 mg/kg、總Hg含量為0.0018～0.095 mg/kg，均未超國家標準，但有2個樣品Pb 含量已處于臨界值。劉春林等[46]對貴州雷山茶區(qū)土壤-茶葉體系重金屬含量特征的研究表明，研究區(qū)土壤重金屬除Hg以外均低于國家限定標準，茶葉重金屬含量未超標，且符合富鋅要求。也有研究顯示，在Cd、Se地質(zhì)高背景區(qū)（土壤Cd含量均值1.35 mg/kg，所有樣點均遠高于風險篩選值，其中8 個樣點高于風險管制值；53.33%的土壤樣品Se 含量達到高硒水平，46.67%的土壤樣品Se 超標）富硒茶中Se、As、Hg、Cd的EDI均低于TDI值，THQ 遠小于1，無明顯健康風險[47]。Ning 等[48]對產(chǎn)自中國的30 種茶葉重金屬含量分析發(fā)現(xiàn)，Pb含量為0.26～3.2 mg/kg，As含量為0.035～0.24 mg/kg，Cd 含量為0.0059～0.085 mg/kg，全部在國家標準范圍內(nèi)。

自然背景下的土壤類型對茶葉重金屬的積累有一定影響。一般來講源自二疊系石灰石和寒武紀弱礦化白云巖的土壤中的重金屬含量明顯高于志留系碎屑巖，而茶葉中Cd、Hg、As、Pb、Cr 的積累與土壤中重金屬的含量正相關，因此從重金屬安全角度考慮，源自志留系碎屑巖的土壤更適宜種植茶樹[49]。

茶葉一般不直接食用而是用熱水浸泡后飲用茶湯。因此，在分析茶葉中重金屬元素含量的同時，需分析茶葉重金屬浸出特征，并進行重金屬風險評價。茶葉重金屬浸出率實驗顯示，同一沖水量條件下，As、Hg、Pb、Cd 的浸出率在30 min 時最高（分別為52.2%、51.2%、27.1%、11.2%），且浸出量隨著浸泡時間的延長而增長[50]。茶葉健康風險評價研究顯示，茶葉老葉中重金屬含量以及累積危害指數(shù)(HI)顯著高于嫩葉[49]。嫩葉對Cu、Zn、Ni、Co的富集能力強于老葉，而老葉對Mn、Pb、Hg、Cd、Cr、As 的富集能力強于嫩葉[46]。

但目前針對嚴格管控類耕地的茶葉重金屬安全性的研究較少，在嚴格管控類耕地開辟茶園，茶葉的重金屬安全性有待進一步研究。

4 展望

面對中國人多地少的實際情況以及耕地重金屬污染的現(xiàn)狀，在嚴格管控類耕地上種植經(jīng)過安全性評估的特定可食用農(nóng)產(chǎn)品，以保障農(nóng)產(chǎn)品安全，具有良好的應用價值，但目前尚出于起步階段，需進一步研究、完善。

食用類作物重金屬安全閾值體系尚需進一步完善，如補充中藥、油料等重金屬安全限量值，構建以重金屬有效態(tài)為評價標準的生態(tài)安全閾值等。在此基礎上篩選出可在嚴格管控類耕地安全生產(chǎn)、可推廣的作物品種，確保舌尖上的安全，并探究降低作物食用部分重金屬積累、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的方法，研發(fā)相應作物秸稈資源化利用同時，防止二次污染。

針對嚴格管控類耕地進行種植結構調(diào)整或種植經(jīng)過安全評估的特定食用農(nóng)產(chǎn)品的，建議政府給予生態(tài)補償。同時針對廣大農(nóng)戶可能存在的資金投入、技術知識、銷售渠道等方面的問題，給予相應的政策支持。完善全產(chǎn)業(yè)鏈，推動產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展、因地制宜開展特色農(nóng)產(chǎn)品品牌建設，推動產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。