镉铅污染下油菜和玉米食用安全性与秸秆资源化利用风险.pdf

第 卷第 期 年 月西南科技大学学报 ：收稿日期：；修回日期：基金项目：四川省科技厅重大科技专项（）第一作者简介：王卫红（），女，博士，教授，研究方向为资源调查与环境评估、定量遥感技术，：镉铅污染下油菜和玉米食用安全性与秸秆资源化利用风险王卫红梁斌宋怀庆（西南科技大学环境与资源学院四川绵阳 ）摘要：针对镉、铅污染土壤种植的油菜和玉米存在食用安全性和秸秆资源化利用风险问题，进行了土壤镉浓度梯度为 ，与铅浓度梯度为 ，的盆栽实验。结果如下：（）实验条件下油菜籽镉含量最高为 ，低于安全临界值 ；但浓度为 的土壤镉污染可能会造成玉米籽粒镉超标。即使在铅含量低于农用地土壤污染风险筛选值的情况下，菜籽油的铅含量超标风险也较大；但浓度为 的土壤铅污染下，玉米籽粒的铅含量符合国家食品安全标准中食品中污染物限量的要求。（）油菜和玉米秸秆满足植物性饲料原料对应的土壤镉含量上限分别为 ，；而满足有机肥料限量标准对应的土壤镉含量临界值分别为 ，。要保证秸秆作为食用菌培养主料的安全，种植油菜和玉米的土壤镉含量应分别低于 ，。（）油菜和玉米秸秆的铅含量最低分别为 ，最高分别为 ，均超过了饲料和有机肥料的铅含量标准，但低于作为食用菌培养主料的铅含量临界值 。研究表明：（）从食用安全性的角度考虑，应重点关注玉米籽粒的镉含量和菜籽油的铅含量是否超标。（）对土壤镉污染比较严重地区的油菜和玉米秸秆最好集中进行无害化处理，尽量避免养畜、还田和种植食用菌之类的资源化利用。（）铅污染下油菜和玉米秸秆作为饲料和有机肥料均存在较高风险，但其作为食用菌培养主料的风险较低。关键词：镉污染铅污染油菜玉米食用安全性秸秆资源化利用中图分类号：；文献标志码：文章编号：（），（，）：，：（），（），（），（）：（），（），（），：；油菜是我国最主要的油料作物之一，而玉米作为三大主粮之一，不仅是广大民众最喜爱的杂粮，也是重要的家禽、家畜饲料原料。另外，油菜与玉米秸秆也常用做食用菌的培养主料。保障国家粮食安全、保障重要农产品供给是我国农业生产的中心任务。近年来，我国油菜和玉米产量稳步增长，年全国油菜籽产量为 万，年我国玉米产量达 万 。但随着经济的快速发展，我国环境污染问题也非常严重。农用地土壤污染状况详查结果显示，影响农用地土壤环境质量的主要污染物是重金属，其中镉为首要污染物 。据统计，我国受镉、铅、砷、铬等各种重金属污染的耕地面积近 ，约占全国总耕地面积的五分之一。其中，工业三废污染耕地 ，污 水 灌 溉 的 农 田 面 积 则 高 达 。在各种重金属污染中，镉污染事件的发生频率最高，年，经媒体报道的镉污染事件就多达 起，其中较典型的有 年的湖南株洲镉污染事件及 年的湖南浏阳镉污染事件 。铅污染也值得警惕。年我国有近 个城市对 名 岁儿童进行了血铅水平调查，工业区内儿童血铅水平 ，儿童铅中毒流行率 。我国的重金属污染形势已经出现了从工业向农业转移、从城区向农村转移、从地表向地下转移、从上游向下游转移、从水土污染向食品链转移。逐步积累的污染进入了突发性、连锁性、区域性并存的爆发阶段 。镉、铅等重金属进入人体，可能会对各器官产生毒害，严重时甚至致命。重金属污染下油菜与玉米的安全性备受关注。目前国内对土壤镉、铅等重金属污染与油菜关系的研究主要关注油菜对镉、铅等重金属的修复作用 ，而忽视其作为农作物的食用安全性和秸秆资源化利用的风险。镉和铅污染对玉米的安全性研究也很少。管伟豆等 研究了北方农田镉污染土壤玉米籽粒作为食物和饲料的安全生产阈值，未涉及铅污染和玉米秸秆的资源化利用风险。本文对无污染的农田土壤添加不同浓度的镉和铅，播种油菜和玉米进行盆栽实验，研究镉、铅污染下油菜和玉米籽粒的食用安全性与其秸秆进行还田、养畜、种植食用菌等资源化利用可能带来的风险。材料与方法 浓度设计相关组织和国家对土壤环境质量的常见重金属西南科技大学学报第 卷含量都制定了相应的标准。我国的 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）（），作为 土壤环境质量标准（）的替代标准，规定了农用地土壤中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍的污染风险筛选值和镉、汞、砷、铅、铬的管制值，该标准是本文添加镉、铅浓度设计的重要依据，其中镉、铅污染风险管控标准如表 所示。当土壤中污染物含量风险筛选值时，污染风险低，一般情况下可以忽略；规定的风险筛选值且风险管制值时，可能存在食用农产品不符合质量安全标准等土壤污染风险，原则上应当采取农艺调控、替代种植等安全利用措施 。而当土壤中污染物含量风险管制值时，农用地土壤污染风险高，原则上应当采取禁止种植食用农产品、退耕还林等严格管控措施 。虽然如此，但实际上由于符合标准的土地资源少、农民不了解污染现状和重金属污染危害等原因，在超标土壤、甚至在矿区废弃地进行耕种的现象屡见不鲜。因此，本盆栽实验浓度设计的另一个依据是近年相关文献中报道的我国重金属污染区土壤的镉和铅含量。农用地土壤镉污染风险筛选值和管制值的规定对于不同 值土壤的跨度比较小，而关于铅的筛选值、管制值规定的跨度比较大。本实验参照表 设计的土壤镉浓度为 ，铅的浓度则为 ，。罗谦等 发现贵州省都匀范家河铅锌矿区周围耕地土壤样品的镉含量均值为 ；高月等 对贵州省丹寨县某铅锌矿区及周边土壤的调查结果显示镉含量为 ；龙家寰等 的研究表明贵州省典型污染区土壤中的镉平均含量介于 之间；据刘义富等 测试，云南某矿区的尾矿下游土壤镉含量接近 ，而矿区废弃地土壤样品镉含量分别为 和 ；福建尤溪、连城有色金属矿区周边土壤中含镉量也高达 。综合上述文献报道，取矿区废弃地、矿区周边土壤含镉量最大值的 作为本实验镉浓度的最大值 ，另设计其他浓度 ，。任秀娟等 对湖南桂阳某铅锌矿区进行采样，检出铅的土壤样品平均铅含量为 ，据此本文设计的铅浓度最高为 。在 和 之间增加了 。表 农用地土壤镉、铅污染风险管控标准 项目农用地土壤污染风险筛选值农用地土壤污染风险管制值 镉水田 其他 铅水田 其他 实验材料与方法盆栽实验在西南科技大学校内温室进行，油菜和玉米品种分别采用德油 号和黔北 号。取实验地点旁边农田的紫色壤土，测试其主要参数，如表 所示。将土壤过 筛，每盆 干重，盆深 ，上部和底部直径分别为 和 。参照表 中列出的实验土壤镉和铅的背景值，分别添加镉和铅，达到 节中设计的浓度梯度，其中添加的镉来源于分析纯氯化镉（水），而铅来源于分析纯乙酸铅。采用饱和持水量法配制好实验土壤后放置 ，使所添加的镉经土壤充分吸附后播种。每个浓度表 盆栽实验土壤主要参数 值有机质 总氮 总磷 总钾 总镉（背景值）总铅（背景值）碱解氮 有效磷 有效钾 第 期王卫红，等：镉铅污染下油菜和玉米食用安全性与秸秆资源化利用风险个重复。在油菜和玉米发芽后生长至 片真叶时定苗 株 盆，每 浇水 次，每次每盆 ，保持土壤湿度为田间持水量的 。各处理一致。在植物成熟后按处理分别收割籽粒和秸秆。将所收获的植物样本先用自来水洗净，再用超纯水清洗，然后用吸湿纸吸去表面水分烘至恒重。粉碎成细小粉末，每份样本称取约 ，加入 分析纯硝酸、双氧水。用意大利 公司生产的 型微波消解仪消解为液体。用日立 原子吸收分光光度计测定样本的镉和铅含量。结果与讨论 污染土壤种植的油菜和玉米的镉、铅含量不同处理浓度下油菜、玉米籽粒与秸秆的镉和铅含量如表 和表 所示。对于不同浓度处理的样品方差齐性检验显著性 的指标，采用 方法进行了单因素方差分析（）；方差齐性检验显著性 的指标，采用 方法进行事后检验的多重比较。表 说明不同镉浓度处理的样品之间存在显著差异。而从表 可以看出，不同铅处理浓度下，油菜和玉米籽粒铅含量之间的差异不显著，秸秆铅含量差异显著。表 不同处理浓度下油菜、玉米籽粒与秸秆的镉含量 ，镉处理油菜籽粒镉含量油菜秸秆镉含量玉米籽粒镉含量玉米秸秆镉含量 方差齐性检验显著性 方差分析检验显著性 表 不同处理浓度下油菜、玉米籽粒与秸秆的铅含量 ，铅处理油菜籽粒铅含量油菜秸秆铅含量玉米籽粒铅含量玉米秸秆铅含量 方差齐性检验显著性 方差分析检验显著性 镉铅污染下油菜和玉米的食用安全性 食品安全国家标准食品中污染物限量（）对各类食品的某些重金属含量规定了最高限值，表 列出了该标准规定的植物油脂和玉米中污染物限量参数。下面将结合实验数据讨论镉、铅污染下油菜与玉米可食用部分的安全性。武琳霞等 对 大油菜主产地抽取代表性样品的分析结果表明，镉从油菜籽到菜籽油的转移率为 。年 第 次会议建议镉的安全摄入量暂定值为 （月）。由于 食品安全国家标准食品中污染物限量（）未规定油脂的镉含量限量指标，作者西南科技大学学报第 卷参考该值分析镉污染油菜籽的安全性。如果一个成年人按体重 计算，镉的安全摄入量为 月，为保险起见，取下限 月。中国居民膳食指南 建议成人每日食用油摄入量不高于 ，取下限按 月计算。假设摄入的食用油全部为菜籽油，镉从油菜籽到菜籽油的转移率取上限 ，则换算得出的油菜籽的镉含量安全临界值为 。我国 农用地土壤污染风险管控标准（试行）（土壤 值 ）的水田之外的其他农用地镉含量的筛选值和管制值分别为 和 。而本次实验的镉添加浓度最高达 ，对应的油菜籽镉含量最高为 （表 ），低于其镉含量安全阈值 。可见，食用镉污染下的油菜籽榨出的菜籽油还是比较安全的。但根据表 列出的标准，对比表 的数据发现，对于浓度为 的土壤镉污染，可能会造成玉米籽粒镉超标。从表 可以看出，油菜籽的铅含量随土壤铅含量的变化很小。植物油脂限量指标规定，铅含量应 。作者未能查阅到铅从油菜籽到菜籽油的转移率数据，由于多种原因，暂未测试相关数据，如参照镉从油菜籽到菜籽油的转移率为 中的上限 计算，油菜籽的铅含量应 才是足够安全的。本实验的土壤铅含量最低 ，小于污染风险筛选值 ，但对应的油菜籽铅含量为 ，其生产的菜籽油存在铅超标的风险。对照表 和表 则说明，对于浓度为 的土壤铅污染，对玉米籽粒的铅含量影响很小，不会造成铅超标。表 油脂及其制品和谷物及其制品的镉和铅限量指标 ，重金属油脂及其制品谷物及其制品镉 铅 镉铅污染下油菜和玉米秸秆资源化利用风险我国是油菜生产大国，据估算，年全国油菜秸秆总产量为 。玉米作为我国三大粮食作物之一，玉米秸秆的年产量在 亿 以上 。有关部门和学者倡导油菜和玉米秸秆的资源化利用，比如将其用于养畜、还田、种植食用菌等 ，而对秸秆的资源化利用方式是否会带来安全风险关注较少。下面将对镉、铅污染土壤种植的油菜和玉米秸秆养畜和还田的安全风险及作为食用菌培养主料的安全风险进行分析。油菜和玉米秸秆的养畜和还田风险由表 可以看出，土壤受到镉污染后，油菜和玉米秸秆的镉含量都随土壤中的镉含量增加而增加。油菜秸秆有较强的镉富集作用，镉富集系数 ，平均值为 。在土壤中镉含量低于 时，玉米秸秆的镉富集能力较弱，富集系数 ，平均值为 。表 列出了我国饲料卫生标准和有机肥料标准中镉和铅的限量指标，表 为秸秆与土壤镉含量的线性回归拟合情况。根据表 的回归方程可得出油菜和玉米秸秆满足植物性饲料原料对应的土壤镉含量上限分别为 和 ；满足有机肥料限量标准对应的土壤镉含量临界值分别为 和 。超出此临界含量值时，即存在风险。表 说明油菜和玉米秸秆的铅含量整体上随着土壤铅污染程度增加而缓慢增加。虽然油菜和玉米秸秆对土壤中铅的富集能力弱，但其最低铅含量分别达到了 和 ，无论是作为饲料还是有机肥料均超标。尤其值得注意的是，土壤铅含量低于农用地土壤污染风险筛选值 的 铅污染土壤种植的油菜和玉米的秸秆仍然存在较高的污染风险。表 饲料卫生标准和有机肥料中镉和铅限量指标 重金属饲料卫生标准限量指标有机肥料限量指标镉（植物性饲料原料）铅 （饲草、粗饲料及其加工产品）油菜和玉米秸秆作为食用菌培养主料的风险将农作物秸秆用作食用菌培养主料在我国比较普遍，一般将其作为食用菌生长的碳源，与作为氮源的畜禽粪便混合后经发酵使用 。秸秆在培养料中的占比约 ，培养料发酵后 值 左右 。食用菌培养料中镉和铅污染风险筛选值适用表 的规定。将培养料的 值取作 ，则可确定对应秸秆中镉、铅含量的临界含量值分别为 和 。第 期王卫红，等：镉铅污染下油菜和玉米食用安全性与秸秆资源化利用风险表 秸秆与土壤镉含量的线性回归 作物线性回归方程 标准误差 值值油菜 玉米 注：由于将全部 个处理浓度进行回归分析的标准误差分别达到 和 ，精度较低，表 中的回归方程通过 ，个处理浓度的数据拟合而成。根据表 的回归方程，可计算出要保证秸秆作为食用菌培养主料的安全，种植油菜和玉米的土壤镉含量应分别低于 和 。田效琴等 在位于成都平原 个市区（德阳、广汉、什邡、彭州、绵竹和都江堰）的油菜主产区实地采样发现，除广汉之外，其他 个市区的土壤样品均有镉含量高于 的现象出现，最高达 ，其中位于绵竹的 个采样点均值为 。可见，在生产实践中，应经常检查农用地的镉含量，如发现其高于临界值时，应避免其上所种植的油菜和玉米秸秆用于食用菌培养。需要说明的是，大量研究表明，很多食用菌对培养料中的镉有富集能力。黄健程等 发现培养料的镉含量为 时，姬松茸子实体的镉含量高达 ；徐丽红等 研究了香菇对培养料中镉的吸收富集规律：当培养料中的镉含量为 ，时，香菇中的镉含量分别为 ，。由此可见，即使种植油菜和玉米的土壤镉含量低于临界值 和 ，如将其秸秆用于种植姬松茸、香菇等镉富集能力强的食用菌品种时，仍需注意监测其镉含量。本实验条件下，在铅浓度高达 的土壤中种植的油菜和玉米，其秸秆中的铅含量为 和 ，低于上文中确定的临界值 ，作为食用菌种植主料的风险比较低。实际上，市售人工栽培食用菌中的铅含量水平普遍较低，一般都在国家或国际相关法规允许的卫生限量标准范围内 。相对镉而言，食用菌对铅的富集作用比较弱 ，本文的实验数据也证明培养料中铅含量超标的可能性较小。结论通过盆栽实验实测了土壤受到不同浓度镉、铅污染下（镉 ，铅 ）油菜、玉米籽粒和秸秆中的镉、铅含量，对比 第 次会议建议镉的安全摄入量和我国相关的国家和行业标准，分析了油菜和玉米的可食用安全性及其秸秆的资源化利用风险，结论如下：（）土壤镉污染下油菜籽榨出的菜籽油和铅污染下的玉米均比较安全。而玉米籽粒镉超标和菜籽油铅超标的可能性较大，应加以重点关注。（）要使油菜和玉米秸秆满足作为植物性饲料原料、有机肥料和食用菌培养主料的要求，其对应的土壤镉含量临界值（上限）均比较低。基于我国农用地镉超标现象比较普遍和很多食用菌对培养料中的镉有富集能力的事实，应慎重将土壤镉污染比较严重地区的油菜和玉米秸秆用于养畜、还田和食用菌培养，最好进行无害化集中处理。（）土壤受到铅污染后，油菜和玉米秸秆作为饲料和有机肥料的风险较高，作为食用菌培养主料的风险可以忽视。植物对土壤中重金属的吸收、转运是一个非常复杂的问题，与土壤 值、土壤有机质含量、重金属的有效态等都密切相关。由于时间和人力、经费等原因的限制，本文没有在野外采样，盆栽实验的土壤来源单一，设置的重复数也仅为 次，研究结果的适用性有待进一步验证。参考文献 中华人民共和国生态环境部 中国生态环境状况公报 （）：郜红建，常江，张自立，等土壤污染与农产品安全及人体健康 安徽省科学技术协会 食品安全的理论与实践 安徽食品安全博士科技论坛论文集，：仲维科，樊耀波，王敏健我国农作物的重金属污染及其防止对策 农业环境科学学报，（）：陶楠，闫秀荣，张立鹏重金属污染：比雾霾更可怕 生态经济，（）：西南科技大学学报第 卷书书书 国土资源编辑部 土壤“中毒”：重金属污染进入“集中多发期”国土资源，（）：孟晓飞，郑国砥，陈同斌，等两种油菜配施水溶性壳聚糖修复典型铅污染农田土壤 环境科学：林昕 利用油菜对镉、铅污染农田土壤植物修复研究 昆明：昆明理工大学，金宗慧有机修复剂对高氮条件下土壤镉污染的修复及油菜生长的影响 哈尔滨：东北农业大学，范占煌，张振乾甘蓝型油菜在镉污染土壤修复中的应用研究 中国农学通报，（）：张萌根际促生菌 对土壤镉污染修复及油菜促生减毒作用的研究 哈尔滨：东北农业大学，梁效贵，黄国勤利用油菜修复农田镉污染土壤的研究进展 生态科学，（）：管伟豆，郭堤，王萍，等北方农田镉污染土壤玉米生产阈值及产区划分初探 环境科学，（）：生态环境部土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）：，罗谦，李英菊，秦樊鑫，等铅锌矿区周边耕地土壤团聚体重金属污染状况及风险评估 生态环境学报，（）：高月，孙荣国，叶彩，等贵州省丹寨县某铅锌矿区土壤重金属污染生态风险评价 生态学杂志，（）：龙家寰，刘鸿雁，刘方，等贵州省典型污染区土壤中镉的空间分布及影响机制 土壤通报，（）：刘义富，毛昆明云南部分矿区及尾矿土壤和植物 污染调查分析 土壤通报，（）：袁珊珊，肖细元，郭朝晖中国镉矿的区域分布及土壤镉污染风险分析 环境污染与防治，（）：，任秀娟，朱东海，吴大付，等湖南南部铅锌矿区铅锌富集植物筛选研究 生态环境学报，（）：武琳霞，丁小霞，李培武，等我国油菜镉污染及菜籽油质量安全性评估 农产品质量与安全，（）：中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局食品安全国家标准 食品中污染物限量，王磊，王亚静，高春雨，等中国油菜秸秆资源量估算及其资源化利用 中国农业资源与区划学会 年中国农业资源与区划学会学术年会论文集，西宁，丁攀，叶芳，张轲，等 玉米秸秆资源的综合利用及方式 河南农业，（）：中华人民共和国国家质量监督检验检疫局，中国国家标准化管理委员会 饲料卫生标准：中华人民共和国农业农村部有机肥料：任鹏飞，刘岩，任海霞，等秸秆栽培食用菌基质研究进展 中国食用菌，（）：卢政辉，廖剑华，蔡志英，等培养料及覆土中总 浓度对蘑菇子实体的影响 农学学报，（）：华尔山双孢菇培养料二次发酵新技术 中国食用菌，（）：田效琴，李卓，刘永红成都平原农田镉污染情况及油菜镉吸收特征 农业环境科学学报，（）：黄建成，应正河，余应瑞，等姬松茸对重金属的富集规律及控制技术研究 中国农学通报，（）：徐丽红，吴应淼，陈俏彪，等香菇（）对重金属镉（）的吸收规律及控制技术研究 农业环境科学学报，（）：庄永亮，肖俊江，孙丽平，等食用菌对镉、铅、汞、砷生物富集状况研究进展 食品科学技术学报，（）：第 期王卫红，等：镉铅污染下油菜和玉米食用安全性与秸秆资源化利用风险