千人智库官方二维码

首页  >   千人智库 > 化学化工
我国稻米分类控镉思路及生产控制技术研究
时间:2018-04-08 10:05:18来源:农业环境科学
提交需求
提要:稻米是我国最主要的口粮,全国65%以上的人口以大米为主食,稻米质量安全直接关系到国家粮食安全供给和广大民众身体健康。
我国稻米分类控镉思路及生产控制技术研究

来源:《中国农业文摘•农业工程》2018年01期

作者:张卫星1,毛雪飞2,刘仲齐3,王敏2,朱智伟1

单位:1.中国水稻研究所,农业部稻米产品质量安全风险评估实验室  2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所,农业部农产品质量安全重点实验室  3.农业部环境保护科研监测所,农业环境污染修复研究中心

稻米是我国最主要的口粮,全国65%以上的人口以大米为主食,稻米质量安全直接关系到国家粮食安全供给和广大民众身体健康。近年来,我国水稻种植面积稳定在3000 万hm2 以上,稻谷总产量保持在2 亿t 左右,约占粮食总产量的40%,其中85%以上用作口粮消费。

重金属镉是植物生长的非必需元素,而水稻又是最易吸收富集镉的单子叶植物和最重要的食源性植物,已成为人类镉的主要膳食暴露源。由于稻谷有壳,一般来说农药很难迁移进去,经储存、加工成大米再到餐桌,时间比较长,农药降解已过半衰期。大米加工工序简单,只经脱壳、磨精、色选等处理,不需使用添加剂。霉变大米不会作食用也很少用作饲料,黄曲霉毒素等安全风险不成问题。因此,重金属镉污染成为我国稻米质量安全的突出问题。

针对稻米重金属镉污染问题,为保障粮食安全、指导水稻生产、降低稻米镉含量,本文在充分调研、吸收稻米控镉技术成果和生产实践案例的基础上,对筛选低镉积累品种、施用石灰调酸等控镉技术开展田间试验验证,结合我国目前稻田镉污染现状,提出了以稻米产品镉含量与土壤重金属安全等级相结合,按照“分类控制、分区施策” 的总体思路和“就高不就低” 的风险控制原则,明确了稻米镉控制生产技术应用区域的分类方法、控镉原则与技术要求,并形成了以“污染源头控制、稻田土壤调理、选用适宜品种、优化水肥管理”为主,“土壤修复改良、作物种植调整” 为辅的综合控镉技术,同时强调科学施用土壤调理剂,严防出现二次污染。

一、我国稻米镉污染问题及其成因

稻米中镉超标问题由来已久。2013 年2 月27日,《南方日报》发表了一篇以“湖南问题大米流向广东餐桌” 为标题的报道,随后发酵形成“镉大米” 事件,给湖南以及一些南方水稻主产区的稻米种植和加工带来了极大冲击。当地大米加工企业处于停产状态,库存积压严重, 导致农民种稻积极性急剧下降,影响了近年来全国粮食收储工作,使国家粮食生产的数量和质量安全均受到一定威胁,其波及范围之广、公众反应之强实属少见。根据多年来监测结果,稻米镉超标情况较为严重的是湖南、四川、广西、江西等南方籼稻产区,而北方粳稻产区很少有稻米镉超标。稻米镉超标多数呈点污染分布,但个别地区也有连片超标现象。

稻米镉污染问题形成的原因是多方面的。首先,南方地区多处于有色金属矿带,产地环境自然本底较高。其次,部分地区工农业污染和大气污染导致酸雨频发,土壤酸化,重金属活性提高,增加了作物对重金属的吸收。第三,水稻是具有重金属高富集特性的作物,并且品种间存在差异,镉超标的现象多发生在南方籼稻区。第四,肥料等农业投入品的质量不过关或不合理使用加剧了环境重金属污染。第五,一些不合理的农业生产和加工方式,也成为不可忽视的因素,例如污染地区秸秆还田,根和茎是水稻植株富集镉的主要部位,但每季的秸秆还田又将富集的镉重新投入到农业环境中,重金属长期“只进不出” 加重了稻田环境的镉污染。此外,我国稻米镉限量标准(0.2 mg/kg) 严于国际食品法典委员会CAC 和日本等的限量(0.4 mg/kg),导致稻米镉污染问题被过分突显。

二、稻米镉控制技术应用区域分类

(一) 分类依据及方法

由于稻米产品中的镉含量既与土壤中的镉含量(总镉和有效态镉) 有一定关联性,也与土壤酸碱度(pH 值) 等因素存在着明显相关性,而我国稻田的土壤类型和受污染程度复杂多样,若依据GB 15618 《土壤环境质量标准》中的相关指标和限值对稻米镉控制技术应用区域进行分类,既存在实际操作上的难度,也具有很大的复杂性和局限性。

为此,本文着眼于稻米镉控制技术应用最终目的在于降低稻米中的镉含量以确保产品安全,提出以稻米产品中的镉含量为关键分类依据,结合产地土壤的pH 值和总镉含量,并参照我国现行有效的GB 2762-2016 《食品安全国家标准食品中污染物限量》中稻米镉的限量0.20 mg/kg、国际食品法典委员会CAC 标准中稻米镉的限量0.40 mg/kg,以及农业部办公厅文件(农办科[2015]42 号)《全国农产品产地土壤重金属安全评估技术规定》中的土壤重金属镉安全评估参比值和土壤农产品协同监测的安全等级划分方法,将稻米镉控制技术应用区域划分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。

为了克服因稻米镉含量与土壤镉含量之间并非对应关系所带来分类严谨性不够的问题,引入“就高不就低” 的风险控制原则,对稻米镉控制区域分类指标及其技术应用要求进行了描述(见表1)。这是确定控镉目标、实行分类控制和分区施策的技术基础。

(二) 控制技术应用要求

Ⅰ类控制区:稻米产品镉含量符合食品安全国家标准要求,且土壤重金属安全状况属于“无风险” 等级。此类水稻种植区以绿色生产为目的,侧重于生态安全的技术应用,严格控制通过灌溉水、大气以及肥料等农用投入品所带来的镉污染潜在风险。

Ⅱ类控制区:稻米产品镉含量虽不超过国家标准,但土壤重金属安全状况属于“中度风险” 或“低风险” 等级;或者是稻米产品镉含量介于国家标准和CAC 标准的限量值之间,土壤重金属安全状况属于“中度风险”、“低风险” 或“无风险” 等级。此类水稻种植区以达标生产为目的 ,侧重于稻米产品镉含量达标,选用低镉积累水稻品种,采取土壤调理、水肥优化、土壤改良等农艺技术措施,控制因灌溉水、大气、肥料、秸秆等输入性镉污染对稻米产品造成的超标风险。

Ⅲ类控制区:稻米产品镉含量低于CAC 标准限量,但土壤重金属安全状况属于“高风险”等级;或者稻米产品镉含量不低于CAC 标准限量。此类水稻种植区以管控生产为目的,侧重于土壤修复改良和作物种植调整,采取合理轮作、休耕和适宜的土壤改良措施,替代种植低镉积累或非食用性作物,管控因产地污染对稻米产品造成的安全风险。

三、稻米镉控制的基本要求

(一) 动态监控、分区施策

以保障农产品质量安全和粮食有效供给为目标,按照“分类控制、分区施策” 的总体思路,通过对稻米产品和产地土壤的镉含量开展动态监测,利用监测结果确定需采取镉控制技术的应用区域及其污染程度,采取针对性的综合防控技术,并持续评价技术措施对稻米镉的控制效果和对产区土壤的影响。

(二) 因地制宜、综合防控

以预防为主和综合防控为目标,根据不同区域分类的特定条件,采取以“污染源头控制、稻田土壤调理、选用适宜品种、优化水肥管理” 为主,“土壤修复改良、作物种植调整” 为辅的综合防控技术措施,有效控制不同污染风险区稻米产品和产地土壤的镉含量。

(三) 经济有效、生态环保

以保障生产效益和维护农田生态为目标,本着“成本低廉、操作简便、资源节约、环境友好” 的要求,并按照“田间试验验证、示范应用推广、持续跟踪评价” 的技术路线,优先采用农艺的、物理的和生物的控制技术,合理采用土壤修复改良和种植结构调整的控制技术,谨慎采用化学的和工程的修复治理措施。采用控镉新技术和新产品之前,必须开展风险评估,避免产生二次污染和造成土壤中镉的持续累积。

四、稻米镉控制的技术方法

按照“分类控制、分区施策” 的总体思路,针对稻米镉控制技术应用区域,坚持“动态监控、分区施策,因地制宜、综合防控,经济有效、生态环保” 的基本要求, 采取“源头控制、土壤调理、品种选用、水肥管理、土壤改良、种植调整”的技术方法,建立稻米镉污染综合防控体系,保护稻田生态环境和实现农业可持续生产。

(一) 源头控制

针对存在镉污染风险的Ⅱ、Ⅲ类控制区,开展稻米产品和农田土壤、灌溉水、大气沉降、酸雨等产地环境因素以及肥料等农用投入品的镉含量动态监测,最好采取“一对一” 协同方式同时监测稻米产品与土壤,以评价镉污染风险,控制输入性镉污染的风险和切断新增镉污染的来源。

生产过程中,禁止使用工业污水灌溉稻田,避免因长期施用酸性或生理酸性的肥料导致土壤重金属的生物活性增加,防止施用含镉量不符合GB/T 23349 《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》要求的矿物肥料、商品有机肥,禁止使用工业废料、城镇生活垃圾和河塘底泥、污泥等来源的肥料。通过对肥料等投入品的控制,减少因投入品使用不当而导致土壤重金属污染风险增加。

秸秆还田虽是当前生产上普遍重视的一项培肥地力的增产措施,但对于存在着镉污染风险的稻田,应控制秸秆还田量,尤其是高风险污染区,应采取措施将稻草秸秆打捆移走并离田安全利用,避免重金属镉通过植株吸收后又返回到稻田,使得土壤镉的生物活性提高。

(二) 土壤调理

稻米中的重金属镉主要是由植株根系从土壤中吸收、转运和积累的。稻田施用石灰等碱性物质以及各类土壤调理剂,通过调节土壤酸碱度,以及螯合、钝化土壤中的重金属镉,从而降低土壤有效态镉的含量和生物活性,是一条比较有效的控镉技术途径。尤其施用石灰是南方稻区广泛采用的土壤改良措施,能快速调节土壤pH 值, 适宜于酸性土壤。但不同地区稻田的适宜石灰用量差别较大,石灰在提高pH 值的同时,土壤中有效态铁、锌、锰、铜、镍等矿质元素含量降低,也影响土壤团粒结构及微生物群落,造成养分流失和土壤板结。因此,既需确定适宜石灰用量,也要注意石灰施用周期。

施用土壤调理剂时,必须在田间应用验证基础上,确定其适用条件、施用时期和施用量等技术指标,应能有效降低适宜地区的稻米产品镉积累,且成本低、可操作,经评估不存在对农田环境造成二次污染的风险。可根据不同产地环境条件和重金属污染状况,有针对性地选择施用以碱性肥料、天然矿物质、生物有机物料、微生物菌剂、农业废弃物、加工副产物及新型环保物料等来源的土壤调理剂。

(三) 品种选用

通过筛选和培育适宜的低镉积累品种,是一条科学有效地解决稻米生产镉污染控制的重要农艺(生物) 技术措施。不同水稻品种对重金属镉的积累既存在着基因型差异,也与栽培环境和植株生长状态紧密相关。因此,应选择通过国家或地方审定、适于本区域的优良水稻品种,Ⅱ、Ⅲ类控制区优先选用经鉴定筛选表现稳定的低镉积累水稻品种。

确定低镉积累水稻品种需根据当地稻米产品镉含量水平、农田土壤镉污染程度以及生产条件、种植习惯等因素综合考虑,不仅要满足水稻生产控镉要求(稻米产品镉含量不超过国家标准限量),在产量、品质和抗性等方面也应与当地主栽品种相当或具有一定优势。

结合相关研究成果,参照水稻品种区域试验的规范性要求,应通过“田间初步筛选、区域试验复选、示范应用验证” 的程序鉴定筛选低镉积累水稻品种。即在Ⅱ、Ⅲ类镉污染控制区,以不同品种糙米镉含量作为鉴定评价指标,先选出镉含量不超过0.2 mg/kg 的品种,再安排有生产代表性、试验条件和技术力量适宜的水稻种植区作为区域试验点,按照NY/T 1300 《农作物品种区域试验技术规范水稻》开展规范性的区域试验复选,以糙米镉含量作为主要指标,产量、品质和抗性作为辅助指标,确定符合要求的低镉积累品种进一步开展示范应用验证,从而筛选出适宜于不同种植区应用的低镉积累水稻品种。

(四) 水肥管理

水稻生产中一般实行水层灌溉,不仅为了保证水稻生理需水,同时创造适于水稻生长发育的生态环境。灌溉条件下,由于水层覆盖形成还原性的环境,降低土壤氧化还原电位和重金属镉的活性,有机物不完全分解而产生硫化氢,与镉生成溶解度很小的CdS 沉淀而难于被植株吸收。因此,对于Ⅰ类控制区域,根据水稻生长需水规律和实现优质高产为目标进行合理灌溉,而对于Ⅱ、Ⅲ类控制区,则需要结合当地灌溉条件和淹水控镉目标进行优化水分管理。

在水源充足、排灌方便的地区,实行有水层灌溉,分蘖盛期露田但不晒田,乳熟期浅水灌浆不脱水,田间基本保持有水层,收割前7~10d 排水落干。在水源不足、排灌不便的地区,实行全生育期淹水灌溉,直到收割前排干水层或自然落干,中间不露田、不晒田。

合理施肥是提高水稻产量和改善稻米品质的重要手段,但生产中肥料选择不合理或施肥不科学,既不利于高产优质,又易造成土壤酸化,增加重金属镉积累的风险。应结合不同品种的需肥特性和当地气候条件、土壤供肥性能、施用肥料种类等因素, 根据NY/T 496 《肥料合理使用准则通则》科学合理施肥,减量施用酸性或生理酸性肥料,增施钙镁磷肥、硅钙肥、钾肥等碱性肥料和农家肥、商品有机肥、生物肥、腐殖酸水溶肥,以及硅、钙、钾、锌、铁、硫、硼等叶面肥。采用测土配方施肥法或目标产量施肥法,做到基肥深施,分蘖肥适施,穗肥巧施,有机无机结合,氮磷钾肥配施。

(五) 土壤改良

(1) 培肥土壤。针对稻田镉污染的程度,结合当地水稻生产条件和种植习惯,通过合理轮作或休耕,种植紫云英、苕子、草木樨、箭舌豌豆等绿肥作物深耕翻埋入土,或利用冬作油菜秸秆、小麦秸秆适量还田,增施有机肥,提高土壤有机质。

(2)增加耕层。根据稻田土壤类型和耕作层的深浅,在秋/ 春整地时采取机械翻耕、深耕,将表层土壤翻埋到底层,增加耕层厚度至20cm 以上。稻田耕作层较浅时,采取逐年加深耕层,减少对犁底层的破坏。

(3)污染修复。针对不同控制区土壤污染程度,因地制宜采取农艺的、物理的、生物的、化学的以及工程的单项或综合性污染修复治理措施。采取的土壤修复技术措施应不存在二次污染、复合污染或潜在污染,低成本、易操作、环境友好、资源节约且能有效降低土壤中镉含量及其生物活性,消减或修复土壤镉污染,降低稻米产品镉积累。

(六) 种植调整

由于不同植物对重金属镉的吸收富集特性存在较大差异,且同类植物不同品种对镉的吸收能力也不相同。因此,可针对不同污染风险控制区的土壤污染程度和当地生产条件、种植习惯,因地制宜进行作物种植结构调整。

在镉污染高风险区,或采取相应的综合技术措施后稻米镉含量仍不能满足控镉要求的区域,可采取合理轮作或休耕,优先选择种植适宜的低镉积累水稻品种,替代种植玉米、高粱、低镉积累的蔬果类作物或棉花、麻类、花卉、种苗等非食用性作物。研究表明,粳稻对镉的吸收能力远小于籼稻。近年来,农业部推进粳稻南移的水稻种植结构调整,在黄淮流域稻区实施“籼改粳” 和长江流域稻区实施“早籼晚粳”,将有利于缓解我国南方地区稻米镉超标问题。

要彻底解决我国南方地区稻米镉超标问题并不能一蹴而就,除了需要长期的稻田生态环境保护和综合污染治理,还应从品种选育、土壤改良、肥水管理等农艺措施和收储加工等环节入手,在保证产量和品质的前提下,采用科学合理、经济可行的控镉技术措施,最大限度地降低污染区域的稻米产品镉积累,减少食用大米所带来的镉暴露风险,才是控制稻米镉含量、保障食品安全的当务之急。

标签
稻米分类 控镉思路 生产控制 技术研究 t 千人智库

版权声明:千人智库网系千人智库唯一官方网站,凡转载本网内容请注明来源与作者。

作者系张卫星 等

评论详情

   暂无相关评论!
RSS订阅