文/陳世金 談恩培 祖艷紅 陳 軍 汪業(yè)梅 盛 燕 張 霞 黃穎[安徽省科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)中心（安徽省科學(xué)技術(shù)研究院）]

鎘（Cd）作為人體非必需元素，屬致癌物，長(zhǎng)期攝入會(huì)損害心血管、胃腸道、肝、腎、骨骼、神經(jīng)等，對(duì)人民健康造成嚴(yán)重威脅。水稻作為我國(guó)主要糧食作物，自進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)其鎘污染一直被廣泛關(guān)注報(bào)道。根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）的規(guī)定，大米中的鎘限量為0.2 mg/kg。

一、水稻植株中鎘的來(lái)源

按鎘元素進(jìn)入水稻的方式，可將水稻鎘污染的來(lái)源分為兩種：大氣中含有鎘的浮塵沉降至水稻葉片表面，通過(guò)葉片進(jìn)入水稻體內(nèi)；土壤中的鎘被水稻根部吸收進(jìn)入植株體內(nèi)。

1.大氣污染源

大氣中鎘主要來(lái)自工業(yè)煙氣，如金屬冶煉廠、火力發(fā)電廠等工廠排放的廢氣，以及汽車(chē)尾氣、燃煤、輪胎磨損等。

2.土壤污染源

土壤中鎘的來(lái)源主要分為自然來(lái)源和人為污染，后者為主要來(lái)源。自然來(lái)源是指在自然界各種非人類(lèi)活動(dòng)長(zhǎng)期作用地表導(dǎo)致的鎘污染，如巖石風(fēng)化、大氣活動(dòng)、水活動(dòng)，以及動(dòng)植物和微生物活動(dòng)等。人為污染主要包括大氣沉降、污水灌溉、施用化肥或污泥肥料、采礦冶煉、工業(yè)廢棄物或生活垃圾堆積等。大氣中的鎘會(huì)通過(guò)重力沉降和雨淋沉降進(jìn)入土壤；污水灌溉會(huì)使金屬鎘隨著污水進(jìn)入到耕地中；長(zhǎng)期使用含鎘肥料會(huì)使耕地中鎘嚴(yán)重超標(biāo)，污染糧食作物；礦山開(kāi)采冶煉、礦渣堆放以及礦山排水等可能會(huì)導(dǎo)致鎘直接污染土壤；工業(yè)和生活垃圾也含有大量鎘，這些物質(zhì)的長(zhǎng)期隨意堆積會(huì)使得鎘污染以廢棄物為中心，向周?chē)寥谰徛龜U(kuò)散。

二、鎘在水稻內(nèi)部的轉(zhuǎn)運(yùn)和富集

相對(duì)于一般植物，水稻的根部對(duì)于鎘有更強(qiáng)的富集能力。這是由于一方面水稻具有纖維根系，根的表面積較大，進(jìn)而增加了對(duì)土壤中鎘的吸收率；另一方面水稻作為一種半水生植物，其根部表面會(huì)形成鐵氧化物膠膜，同樣會(huì)促進(jìn)對(duì)鎘的吸收。鎘隨著水分和無(wú)機(jī)鹽通過(guò)共質(zhì)體和質(zhì)外體途徑穿過(guò)根部皮層進(jìn)入木質(zhì)部后，大部分在皮層細(xì)胞間沉積，少部分抵達(dá)中柱后受根壓和葉片蒸騰作用的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移到地上部分。受蒸騰速率影響，鎘通過(guò)木質(zhì)部被傳輸?shù)秸趄v速率高的葉片。發(fā)育中的籽粒需要大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，此時(shí)水稻的維管束節(jié)也會(huì)參與元素的分配和定向運(yùn)輸，鎘也因此一同被傳輸至籽粒部位。研究表明，鎘含量在水稻植株內(nèi)的分布為：根＞莖＞葉＞籽粒[1]。

三、水稻和大米鎘消除技術(shù)

降低和消除水稻和大米中鎘含量通常從兩方面著手，一是降低土壤環(huán)境中的鎘含量，從源頭上減少鎘的供給；二是通過(guò)一些措施直接減少大米中鎘含量，使其低于食品限量標(biāo)準(zhǔn)。

1.向土壤中添加鈍化劑

土壤中最容易被水稻吸收的鎘的形態(tài)為離子交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)。土壤鈍化劑的作用機(jī)理主要是通過(guò)將土壤中這兩種形態(tài)的鎘轉(zhuǎn)化為其他不易被水稻吸收的形態(tài)的鎘來(lái)降低水稻對(duì)鎘的吸收。

向鎘脅迫土壤中添加水溶性有機(jī)質(zhì)，可降低土中有效態(tài)鎘含量，同時(shí)還能抑制水稻根系對(duì)鎘的吸收，達(dá)到抑制稻米鎘累積的目的。辜嬌峰[2]研發(fā)了一種由羥基磷灰石、沸石和改性秸稈炭組成的組培改良劑，基施可有效降低生育期水稻各部位中的鎘含量。陳德[3]發(fā)現(xiàn)在酸性土壤中施用生物質(zhì)炭，可有效降低水稻植株內(nèi)的鎘。

2.調(diào)節(jié)改善土壤pH

水稻為喜酸性植物，一般情況下稻田土壤呈弱酸性，鎘活性較強(qiáng)。為了保證稻米產(chǎn)量與鎘含量不超標(biāo)，陳楠[4]通過(guò)構(gòu)建土壤pH 與糙米中鎘含量和產(chǎn)量方程，計(jì)算出早稻最佳土壤pH 區(qū)間為6.49～7.34，晚稻最佳土壤pH 區(qū)間為5.17～7.68。故在不影響水稻生長(zhǎng)的情況下，使用石灰調(diào)節(jié)土壤pH，將酸性土壤改良至中性或弱堿性，可能會(huì)降低稻米中的鎘含量。

3.施用葉面肥

近年來(lái)以葉面阻控劑來(lái)治理水稻鎘污染的方法日趨成熟，這種防治方式更為直接，且產(chǎn)生二次污染的可能性較小。此方法主要是通過(guò)向水稻葉面噴灑阻控肥來(lái)抑制水稻對(duì)土壤中鎘的吸收。已有報(bào)道的葉面肥有硅肥[5]、硫肥[6]、錳肥[7]等。

4.施用微量元素肥料

基施硅肥和硒肥能夠促進(jìn)水稻合成更多的維生素C 和谷胱甘肽來(lái)提高對(duì)鎘的耐受性，維持幼苗根系活力，降低鎘脅迫傷害。硒肥能降低水稻各部位的鎘含量，并能顯著降低精米中鎘的分配比例，保證稻米的食用安全性[8]。錳肥能顯著抑制鎘進(jìn)入根系和葉片的流速，錳與鎘產(chǎn)生顯著的拮抗作用。

5.合理施用營(yíng)養(yǎng)肥料

根施鈣鎂磷肥不僅可以促進(jìn)水稻根系發(fā)育，而且在根際環(huán)境中提高磷酸鹽濃度，可以有效抑制水稻根部對(duì)鎘的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)。

6.施用生物有機(jī)肥

生物有機(jī)肥尤其是微生物有機(jī)肥作為土壤鎘污染治理劑已經(jīng)成為稻田鎘污染研究的一大熱點(diǎn)。沙雷菌[9]、枯草芽孢桿菌[10]、YM 菌[11]等生物有機(jī)肥菌已被報(bào)道對(duì)土壤鎘污染產(chǎn)生一定的防治作用，能有效降低土壤中鎘含量。

7.選育鎘低積累型水稻品種

不同秈稻品種間稻米鎘含量存在顯著差異，秈米、糯米和粳米之間鎘積累也存在差異，因此可通過(guò)改良水稻基因，選育鎘低積累型水稻品種，改善稻米的品質(zhì)。

8.改變田間管理方式

水稻生長(zhǎng)期進(jìn)行淹水灌溉時(shí)，各器官鎘含量較其他時(shí)期都更低。稻田長(zhǎng)期淹水條件下一些金屬離子與Cd2+的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用增強(qiáng)，同時(shí)S2-和Cd2+發(fā)生共沉淀，使得土壤中生物利用性鎘濃度降低，并且還會(huì)降低水稻根表鐵膜對(duì)鎘的吸附固定量。因此，不同田間水分管理方式會(huì)影響水稻對(duì)鎘的積累，可通過(guò)科學(xué)調(diào)控稻田水分來(lái)降低水稻鎘污染。

9.微生物脫除

此類(lèi)方法主要是以鎘大米為研究對(duì)象，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下利用微生物發(fā)酵來(lái)脫除大米中的鎘，以符合食品限量標(biāo)準(zhǔn)。脫除原理是大米中的鎘主要以蛋白質(zhì)螯合形態(tài)存在，而發(fā)酵有利于蛋白質(zhì)的溶出，借此可降低大米中鎘的含量。目前用于大米發(fā)酵降鎘的微生物有枯草芽孢桿菌[12]、酵母菌[13]、乳酸菌[14]等。

10.大米加工

稻米加工工序主要為礱谷和碾米。礱谷即脫殼，指利用擠壓、撞擊、端壓等方式脫除稻米表面穎殼獲得糙米的加工工序。碾米即糙米碾白，指剝離糙米籽粒皮層、胚和胚乳以提供其食用品質(zhì)及貯藏性的加工工序。此外，大米加工還有水洗浸泡和蒸煮等方式。大米中鎘含量受加工工藝影響較大。大米浸泡過(guò)程中所含的鎘會(huì)遷移到浸泡液中，從而降低大米本身鎘含量。趙美鳳等[15]發(fā)現(xiàn)糙米通過(guò)碾白制成精米后，鎘含量下降了14.25%。魏帥等[16]通過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)鎘含量低于0.226 mg/kg 的稻谷通過(guò)礱谷后能獲得鎘含量達(dá)標(biāo)的糙米，鎘含量低于0.288 mg/kg 的糙米通過(guò)碾米后可獲得鎘含量達(dá)標(biāo)的大米。何瑞等[17]的研究也表明隨著糙米碾磨時(shí)間的延長(zhǎng)，稻谷中鎘含量呈下降趨勢(shì)，所以可通過(guò)適當(dāng)提高加工精度來(lái)降低大米的鎘含量。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)工業(yè)化的飛速發(fā)展，稻田及水稻鎘污染愈發(fā)嚴(yán)重，關(guān)系到人民身體健康的糧食污染問(wèn)題也越來(lái)越受到社會(huì)的廣泛重視。上述水稻和大米鎘消除技術(shù)只是筆者整理總結(jié)出的部分鎘污染防治措施，有一些還停留在理論研究階段，還需要不斷全面深入研究，以期用科學(xué)方法改善糧食鎘污染現(xiàn)狀。［本文系2021 安徽省重點(diǎn)研發(fā)與開(kāi)發(fā)計(jì)劃面上攻關(guān)項(xiàng)目“安徽主產(chǎn)區(qū)稻米中典型重金屬污染物的遷移規(guī)律與風(fēng)險(xiǎn)控制研究及應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：202104a07020008）、2020 年度安徽省科技廳直屬單位科技服務(wù)能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“安徽省科學(xué)技術(shù)研究院科技創(chuàng)新與服務(wù)能力提升”、2021 年度安徽省科技廳直屬單位科技服務(wù)能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“安徽省科技成果轉(zhuǎn)化與科技創(chuàng)新服務(wù)能力建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：202106b03020004）的研究成果之一。 ］