“我买的大米生长的那块地周边明明没有什么工业,一检测怎么会是镉超标了呢?”“是不是水稻吸镉能力超强?”……又到了稻米丰收季节,稻米的安全性(重金属安全的)、哪里能吃到“好大米”等等又成为不少朋友关心的话题。
其实这些问题不能完全怪罪于水稻。根据有关研究,在不同种类的植物对镉的吸收累积能力划分中,水稻本身的吸收能力并非最强。此外,不同品种的水稻在镉吸收能力上,本身也有差别,总体上籼稻的镉吸收能力和稻米镉含量会高于粳稻。
那么好米与生态环境究竟存在哪些错综复杂的关系呢?怎样才能种出安全的好大米呢?
水稻环境轻易积累重金属
在重金属污染点或污染区周边,水稻环境比旱作环境多了一条重金属积累途径,比起旱作更轻易积累重金属。原因在于水稻生长在水作环境中,水里含有重金属,重金属随着水流进入稻田中而积累。
根据日本学者伊藤研究,当水体中含有0.1微克/升时,90%左右的镉会被水稻土壤所吸附,开始积累重金属。通常情况下一亩地种一季稻需要1500吨水,河水中的镉浓度为0.05-0.1微克/升,假如以标准0.01毫克/升的标准计算,每亩地每季计入的镉可达15克,以每亩土壤150吨计算,理论上可以使得土壤镉浓度上升至0.1毫克/公斤。
此外,水作不同于旱作,水稻生长需要一个平整的田面并覆盖水层,以形成淹水环境,由于重金属主要吸附在土壤中极细的黏粒部分,田块在整平和灌水过程中,极细部分形成泥浆积累于表层,导致整地后播种前稻田土壤表面3厘米中的重镉含量会高于其下土层一倍或者以上,因此污染的稻田此时就对水稻的重金属吸收埋下了“隐患”。
当外源镉碰到酸化的土壤
中国的农田有数千年的耕作历史,近千年来,先民们不断施用塘泥、动物性肥料、绿肥进行轮作,虽然每年为了培肥外加的物质不少,但在工业污染之前,这些物质含有害重金属极少,土壤越来越肥沃,土壤却越来越安全。在“六五”期间调查4095个土壤点,中国土壤的镉很低,仅仅0.097毫克/千克。
但随着矿山的大量开采、化石能源的广泛应用、金属冶炼工业的极速发展,而环保措施并没有同步控制有害重金属向环境的排放,导致数十年间重金属大量进入土壤中。
与之相应,在这个时期,大量化肥的施用让土壤酸化,本来重金属进入土壤会不断被土壤中的黏土矿物和铁锰氧化物等不断固定而“老化”,但在酸性条件下,这个老化过程变慢或不存在了,重金属的活性一直很高,这为水稻吸收镉,以及镉大米的形成进一步创造了条件。
此外,大量化肥的施用,使得土壤因缺乏高分子有机质而降低了吸收重金属的能力,另一方面也导致了土壤的板结,根系难以向下生长,根系几乎生长在土壤表层。
研究表明当表层土中镉浓度为5毫克/千克时,水稻籽粒中的镉含量则为0.264毫克/千克,超过国家粮食卫生标准(0.2毫克/千克);表层土壤未污染时,即使当深层土壤镉浓度为10毫克/千克时,水稻籽粒中镉含量也仅为0.032毫克/千克,低于国家粮食卫生标准。
同时,由于酸雨频发,土壤积累了大量的硫,这导致土壤中的重金属有效性提高。虽然在还原条件(土壤缺氧,同时也缺乏其他带氧化性的物质)下,有利于通过硫化物的形式让重金属“失效”,但一旦土壤干旱,通常稻田只要4天,镉就可以从硫化镉溶出来,让镉在土壤的含量达到淹水前的水平,在酸化环境下有效性很高,从而导致镉的快速吸收。
水稻生长环境对重金属“敏感”
水稻生长于淹水环境中,土壤中的氧化还原电位可低到在-100毫伏,在这样环境下可以让镉、铅等重金属转化为溶解性很低的金属硫化物而不被水稻吸收。
很多科研工作者在进行淹水种植水稻时,都发觉被污染的农田在长期淹水的情况下大米的镉、铅不轻易超标。Bingham等在1976年研究了在淹水和落干的条件下,镉对水稻经济产量的影响。在淹水的还原状态下,土壤中镉含量为320毫克/千克,对水稻产量并没有产生影响;而在落干的氧化条件下,土壤中镉的浓度17毫克/千克,却会造成水稻减产,可见长期淹水的效果。
淹水治理也因此成为日本控制大米镉积累的重要措施,在2007年实施了近60万亩耕地的淹水治理,总结其效果为在不淹水情况下大米镉含量可达0.58毫克/千克,而有效的水分治理下大米镉含量可达0.08毫克/千克。
为了促进长期淹水下的养分转化和控制分蘖,在农作上,水稻有个中干排水的过程,此外后期由于天气因素经常缺水,土壤从还原状态转化为氧化态,还原环境下形成的硫化镉等迅速溶解,本来土壤中的锌和铁等可以通过根系的吸收竞争抑制镉的吸收。
有研究表明,在硫化物溶解过程中,硫化锌等的溶出慢了半拍,导致土壤溶液中的镉锌比和镉铁比提高,镉被根系的吸收因变得“畅通无阻”而轻易被吸收,而这个时期根系吸收的镉轻易直接进入籽粒,从而导致稻米的镉含量的快速提高。
淹水环境对镉、铅的控制有着很好的作用,但假如有汞、砷的污染存在时,还原环境则强化了水稻的砷和汞的吸收,这是因为在淹水条件下,砷以亚砷酸存在,汞在还原条件下轻易被还原成甲基汞,这两类物质变得更毒,且更轻易被吸收,因此在污染的条件下,稻米就轻易积累这两个元素(甲基汞和砷)。
大米的安全性与生态环境高度相关
进入稻米中的重金属并不仅土壤一条途径。有人于2008年研究了离高速公路不同距离10米、40米、100米、200米、300米和450米的大气污染对大米中的重金属含量的影响,并以铅同位素为研究对象,比较曝露与不曝露于高速公路污染下两种情形。
结果发觉,叶片中的铅、镉、锌、茎中的锌以及谷物中的铅和镉在两种曝露情形下差别很大,谷物中约46%的铅和41%的镉可以归因于叶面从大气的吸收,而对于铬、锌和铜,大气源对籽粒中的这三个重金属则没有明显的贡献。可见大气污染对稻米安全也有着显著的影响,同时也表明生长于繁忙的高速公路两侧的作物的安全性需要更多的关注。
近年来,对镉大米的关注让我们发觉大米的安全性与其生态环境高度相关。数年来我们也测定到很多重金属含量很低的大米,分析发觉,这些大米大都产自环境美丽的乡村中。一方面,乡村的重金属源较少,另一方面乡村的有机肥在肥料施用中的比例相对较高,有机肥的安全性也较高,土壤也不易板结等等。
值得欣慰的是,在中国广袤的国土上,依然分布众多漂亮的乡村,这些乡村仍在默默地为我们生产着安全健康营养的好大米。作为以大米为主食的我们,是时候要珍惜保护这些漂亮的乡村乡土了。
