我国农田土壤重金属污染防治与粮食安全保障

粮食作物重金属超标问题

近年来，我国重金属污染事件频发，“镉米”“镉麦”等事件的曝光，引起了全社会对水稻、小麦等主要粮食作物重金属超标问题的广泛关注。据报道，全国每年仅因重金属污染而减产的粮食达 1 000 多万吨，被重金属污染的粮食也多达 1 200 万吨，合计损失至少 200 亿元人民币。

水稻是我国种植面积最大、单产最高的粮食作物，也是对重金属吸收最强的大宗谷类作物。镉作为对人体危害性最强的重金属元素之一，加上多数稻米对镉具有超富集能力，使其成为影响稻米质量安全的重要限制性因素。农业部稻米及制品质量监督检验测试中心对我国部分地区稻米质量安全普查结果表明，约有 10% 的稻米中 Cd 含量超过《食品中镉限量卫生标准》（GB15201294）限定标准值 0.2 mg/kg；我们通过对长江中下游某县级市农田土壤-水稻系统中重金属近 10 年来的定位监测，发现 2006、2011 和 2016 年采集的稻米中 Cd 的点位超标率分别为 9.3%、22.2% 和 20.7%，10 年间稻米 Cd 超标率显著增加。除镉污染外，稻米中重金属 Pb、Hg 和 As 元素含量超标现象也时有发生。

近年来，有关我国小麦重金属超标的报道也逐渐增多，陆美斌等在中国黄淮海平原和长江中下游平原两大优势产区的 8 个省（市）采集的 393 份小麦籽粒中 Cd 的超标率分别为 0.7% 和 9.0%；陈京都等发现江苏省某典型区农田小麦籽粒中 Pb、铬（Cr）、Hg、Ni 和 As 样品超标率分别为 100%、58.97%、33.33%、10.26% 和 2.56%，而Cu、Zn 和 Cd 未超标；强承魁等发现高速公路两侧、污灌区以及污泥施用区等农田土壤种植小麦中部分重金属元素超标较严重。

目前，有关粗粮类、豆类、木薯、番薯和马铃薯等粮食作物中重金属污染多见于实验室和小区研究。区域尺度下针对这些粮食作物重金属超标状况报道较少，有待开展进一步的研究。

土壤与粮食作物重金属之间的关系

农田土壤生态系统中，土壤重金属的积累与粮食作物吸收之间的关系复杂多样。具体而言，粮食作物中重金属含量受产地环境重金属污染水平、土壤性质、气候、作物品种和种植管理水平等诸多因素影响。目前，大多数相关研究局限在盆栽试验或田间小区尺度，控制条件与大田实际产地环境和生产操作存在较大的差异。由于缺乏大数据量以及多变量的监测与分析，难以对全国土壤污染状况调查结果与粮食作物重金属超标之间进行统计学上的相关性分析，尤其是二者的空间对应定量关系尚不清楚。土壤污染评价结果与粮食作物污染评价结果可能一致，也可能存在土壤重金属超标而对应作物中重金属不超标，或者土壤重金属不超标而生长的作物中重金属超标的现象。而当前，学界对土壤污染问题关注较多，但对土壤-粮食作物系统重金属污染及二者之间的定量化关系研究相对较少。

我们前期对长江中下游某县级市稻米及其对应土壤中的重金属分析发现，稻米 Cd 与土壤总 Cd 含量呈显著正相关。而对另一地点土壤及早稻（中早39）中重金属调查结果则显示，土壤As不超标，但对应的稻米中As超标率达18.9%，统计结果分析表明稻米 As 含量与土壤中 As 的总量和有效态含量相关性均不显著。

因此，需要明晰土壤重金属形态与粮食作物吸收的耦合机理，厘清影响不同粮食作物对重金属吸收的土壤关键因子以及驱动机制，并在此基础上研发农田土壤重金属污染防控技术，为我国重金属污染农田土壤的安全利用提供决策支撑。