在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，化肥、農(nóng)藥及農(nóng)膜等農(nóng)用化學(xué)品的大量使用使得農(nóng)產(chǎn)品的種類和產(chǎn)量不斷增加，基本滿足人們對量的需求，但也引起了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境污染的問題，影響作物的營養(yǎng)品質(zhì)和安全品質(zhì)，威脅人體健康。近年來，鎘大米、蔬菜重金屬超標(biāo)、農(nóng)殘超標(biāo)等眾多農(nóng)產(chǎn)品安全事件頻有發(fā)生，農(nóng)產(chǎn)品安全已成為時(shí)下最讓人擔(dān)憂的問題之一。隨著生活水平的提高和食品安全意識的增強(qiáng)，消費(fèi)者越來越傾向于購買綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品，且市場需求呈加速增長的態(tài)勢。
產(chǎn)地環(huán)境——土壤、水體和大氣是從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的本源所在，然而產(chǎn)地環(huán)境污染已成為制約我國綠色、有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。“大氣十條”“水十條”“土十條”的相繼發(fā)布，對改善我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。本文對產(chǎn)地環(huán)境中重金屬和有機(jī)污染物對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，為保護(hù)和改良農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量，發(fā)展綠色、有機(jī)農(nóng)業(yè)，保障農(nóng)產(chǎn)品安全提供參考依據(jù)。
1、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地污染物的來源
農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境系指影響農(nóng)產(chǎn)品生長發(fā)育各種因素的總稱，是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的基礎(chǔ)因素，包括土壤、灌溉水、大氣等環(huán)境要素。人類活動產(chǎn)生的污染物進(jìn)入土壤、水體和大氣并引起農(nóng)產(chǎn)品賴以生長環(huán)境的惡化，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康產(chǎn)生危害的現(xiàn)象即為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境污染。目前，產(chǎn)地環(huán)境污染主要包括無機(jī)、有機(jī)及復(fù)合污染，其中無機(jī)污染物以重金屬為主，如鎘、砷、鉻、銅、鋅等；有機(jī)污染物種類繁多，既包括苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)污染物，又包括多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等半揮發(fā)性有機(jī)污染物。
1.1 產(chǎn)地環(huán)境中重金屬的來源
據(jù)報(bào)道，我國受污染耕地已達(dá)0.1 億hm2，占1.2 億hm2耕地的8.3％，其中大部分為重金屬污染。化肥/有機(jī)肥的施用是產(chǎn)地環(huán)境重金屬的最直接來源。我國耕地面積不足全世界的一成，卻使用了全世界近40％的化肥。據(jù)調(diào)查，我國近20 個(gè)磷肥（過磷酸鈣）樣品中的鋅、鎳、銅、鉻、鈷平均含量分別為298.0、16.9、31.1、18.4、2.0 mg/kg。我國每年通過施用有機(jī)肥進(jìn)入農(nóng)田的鎘、砷、鉻分別達(dá)778、1412、6113 t，三者分別占進(jìn)入農(nóng)田總量的54.9％、23.8％、35.8％。施用豬糞17 年后稻田土壤的有效銅、鋅、鎘含量分別較施化肥處理增加335.9％、320.8％、421.4％。因此，有機(jī)肥的安全性或許會成為化肥零增長的“攔路虎”。
工礦企業(yè)排放的煙塵和城市大氣中的重金屬等通過大氣運(yùn)輸，經(jīng)干濕沉降進(jìn)入農(nóng)田土壤。研究表明，空氣中80％~90％的鉛來源于使用含鉛汽油的機(jī)動車排放。陳培飛等的研究顯示，天津市大氣中的Zn、Pb、Cu 和Cr 等重金屬在細(xì)顆粒物PM2.5 中明顯富集。煤和石油燃燒后10％~30％的含重金屬煙塵沉降在距排放源十幾千米的范圍內(nèi)。全國約有1.2 萬座尾礦庫，礦山開采產(chǎn)生的尾礦、礦渣堆放嚴(yán)重污染周邊水體和土壤環(huán)境。我國西南和中南地區(qū)的有色金屬礦產(chǎn)資源豐富，鎘等重金屬元素背景值高，是農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)的主要原因之一。2013 年國務(wù)院文件首次公開提出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)禁止使用污水，這有利于農(nóng)田灌溉水質(zhì)的控制和土壤污染的治理。
1.2 產(chǎn)地環(huán)境中有機(jī)污染物的來源
農(nóng)藥過量或不合理使用導(dǎo)致有機(jī)氯/有機(jī)磷在土壤中大量殘留，甚至可轉(zhuǎn)化為更毒或致癌的持久性有機(jī)污染物多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等。被世界衛(wèi)生組織確定為強(qiáng)致癌物質(zhì)的苯、甲苯、二甲苯等苯系物被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)除草劑類農(nóng)藥。雖然我國已明令禁止使用甲胺磷、對硫磷等劇毒、高殘農(nóng)藥，但是新品種農(nóng)藥不斷涌現(xiàn)，且在實(shí)際中使用禁用農(nóng)藥的現(xiàn)象仍然存在，農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)殘超標(biāo)現(xiàn)象普遍，農(nóng)藥中毒事件時(shí)有發(fā)生。
據(jù)悉，我國單位面積的農(nóng)藥使用量是世界平均水平的2.5 倍。我國西北干旱地區(qū)農(nóng)膜污染問題比較突出，農(nóng)膜使用量從1991 年的31.9 萬t 增加到2015 年的200 多萬t。農(nóng)膜污染是由于它是難降解的有機(jī)化合物，即持久性有機(jī)污染物，殘留土壤或被燒掉產(chǎn)生的二英等都會污染環(huán)境，每年農(nóng)膜回收率不足2/3。生物質(zhì)焚燒、燃煤和焦化企業(yè)多環(huán)芳烴的排放比例分別為60％、20％和16％，其中京津冀周圍地區(qū)的草、木材和煤炭等燃燒對多環(huán)芳烴的貢獻(xiàn)占絕大部分。汽車尾氣排放及石油類產(chǎn)品等也是多環(huán)芳烴、苯系物等有機(jī)污染物的來源。
2、產(chǎn)地污染物對農(nóng)產(chǎn)品的影響
2.1 重金屬對農(nóng)產(chǎn)品的影響
全國首次土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示，19.4％的耕地土壤點(diǎn)位重金屬超標(biāo)。土壤中的重金屬具有富集性、生物累積性、不可逆性等特點(diǎn)，不能或不易被分解轉(zhuǎn)化，可通過食物鏈逐級濃縮放大對生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)，重金屬的食物鏈污染直接威脅人體健康。可對植物產(chǎn)生危害且毒性最強(qiáng)的重金屬有汞、鎘、銅、鉛、鉻和類金屬砷，在食物鏈上易對人體健康產(chǎn)生危害的元素主要有汞、鎘、砷、鉛等４種。作物受重金屬污染的程度主要反映在作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和重金屬含量等方面。
2.1.1 重金屬對農(nóng)產(chǎn)品生物學(xué)特性的影響
重金屬對同一種植物的作用效果多呈現(xiàn)“低促高抑”現(xiàn)象。重金屬超標(biāo)會擾亂作物體內(nèi)的各種生理生化過程，可與植物中的蛋白質(zhì)結(jié)合，妨礙作物對氮、磷、鉀等礦質(zhì)元素的正常吸收，導(dǎo)致作物生長緩慢，從而影響作物的產(chǎn)量。
重金屬鎘主要累積在0~20 cm 的表層土壤中，鎘脅迫抑制韭菜等種子萌發(fā)，且可使韭菜的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨鎘濃度的增加而下降；在重金屬鎘的脅迫下，水稻、小米、小麥的根長、根系干物質(zhì)量、根系總數(shù)、根系表面積和體積、根系活力明顯受到抑制，葉片葉綠素、蛋白質(zhì)含量下降，丙二醛含量和細(xì)胞膜透性增加，水稻、花生的株高、穗長、有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量有所下降，嚴(yán)重者可導(dǎo)致根系發(fā)黑，地上莖葉枯萎，作物死亡。
鎘脅迫可使常規(guī)水稻黃華占和武運(yùn)粳27 的減產(chǎn)量分別高達(dá)62.1％ 和39.9％。當(dāng)鉻的濃度為10 μmol/L時(shí)可明顯抑制玉米根部生長，為100 μmol/L時(shí)幼苗停止生長，含水量明顯下降，冠根比增大，受到嚴(yán)重的氧化脅迫。當(dāng)鉛濃度為125 mg/kg、鋅濃度為80 mg/kg 時(shí)，可對玉米葉片葉綠素、芽、根、株高和干鮮質(zhì)量產(chǎn)生影響。
2.1.2 重金屬對農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)的影響
研究表明，重金屬對作物粗蛋白、還原糖、淀粉、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)指標(biāo)有較大影響，可降低作物品質(zhì)。高砷水灌溉抑制作物對硒、鎳和鋅等有益元素的攝入，會降低作物的營養(yǎng)價(jià)值。銅過量使得甘蔗的出汁率、還原糖含量增加，纖維含量降低，產(chǎn)糖量下降。隨土壤中鋅、鉻濃度的增加，稻米堊白米率、粗蛋白含量呈增加趨勢，而直鏈淀粉含量則呈降低趨勢，土壤中的鋅、鉻對水稻籽粒中鉻含量產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。鎘可使糙米中粗蛋白、粗淀粉、賴氨酸、直鏈淀粉等的含量顯著減少，降低糙米的營養(yǎng)價(jià)值，也可使小麥籽粒中的支鏈淀粉含量下降。鎘脅迫降低了花生籽仁中的脂肪含量，增加其亞油酸含量，降低硬脂酸和油酸含量以及油酸與亞油酸的比值，導(dǎo)致花生制品貨架壽命變短。
2.1.3 重金屬對農(nóng)產(chǎn)品安全品質(zhì)的影響
產(chǎn)地環(huán)境中的重金屬含量關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的重金屬含量和植物地上部、稻米、小麥籽粒、蔬菜中的重金屬含量具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。有研究指出，蔬菜、小麥各器官中的鉛主要來自于根從土壤中吸收的有效鉛，表明經(jīng)根系從土壤中吸收鉛是作物鉛積累的主要方式。
與其他重金屬相比，土壤鎘很容易遷移到蔬菜可食用部分和谷物籽粒中，這主要是由于土壤中的鎘活性高、移動性強(qiáng)，尤其當(dāng)土壤pH 值低于5.5 時(shí)，土壤中鎘的植物有效性提高，并且土壤鎘濃度在達(dá)到毒害植物之前就可以使植物的可食用部分鎘含量超過食用標(biāo)準(zhǔn)而危害人類健康，此時(shí)應(yīng)嚴(yán)格限制外源鎘進(jìn)入土壤。在大氣污染較重的地區(qū)，葉片對重金屬的吸收不可忽視。據(jù)不完全估計(jì)，大氣重金屬污染對城郊蔬菜的重金屬污染百分率可高達(dá)10％。利用盆栽對比試驗(yàn)和鉛同位素研究高速公路路邊水稻中的重金屬來源，結(jié)果表明，稻米中41％的鎘和46％的鉛來自葉片對大氣的吸收，表明高速公路兩旁的作物生產(chǎn)布局須要考慮農(nóng)產(chǎn)品的安全。
不同重金屬在作物體內(nèi)富集的部位有所差異。在重金屬脅迫條件下，玉米、水稻、油菜、花生、小麥體內(nèi)鉛、鎘、鉻含量的分布表現(xiàn)為根＞莖（秸稈）＞葉＞籽粒，玉米根系的鉻含量是莖部的4~20 倍。玉米各器官中鋅的富集量高低順序?yàn)槿~＞籽粒＞根＞秸稈。甘蔗中銅的積累能力表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞梢頭，且隨外源銅濃度的增加而增加，呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。
作物的品種差異使得其對重金屬的積累能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力存在顯著差異。在鎘脅迫下雜交稻的籽粒部位表現(xiàn)出優(yōu)于常規(guī)稻的鎘低累積特性。植株體內(nèi)較低的鎘遷移系數(shù)是引起小麥洛優(yōu)9909 籽粒中鎘含量低于新麥9817 的主要原因。孫洪欣等指出，由于玉米先玉335 體內(nèi)的重金屬遷移能力較弱，籽實(shí)中鎘、鉛含量顯著低于其他品種，適宜在華北地區(qū)鎘、鉛輕度污染區(qū)推廣種植。因此，篩選和培育重金屬低積累農(nóng)作物品種是保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的有效途徑之一。
2.2 有機(jī)污染物對農(nóng)產(chǎn)品的影響
有機(jī)污染物主要通過根部吸收或通過大氣沉降到植物葉表面擴(kuò)散進(jìn)入植物體內(nèi)，其中分子量大、疏水性較強(qiáng)的有機(jī)污染物通過根部被吸收，幾乎所有的非離子型有機(jī)污染物都是在蒸騰拉力的作用下被動吸收進(jìn)入植物體內(nèi)的，只有極少數(shù)有機(jī)污染物如苯氧基酸型除草劑可被植株主動吸收。
有機(jī)污染物可抑制農(nóng)作物的生長發(fā)育及其對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收利用，降低農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，通過生物富集和放大作用，最終危及人體健康。研究表明，有機(jī)污染物（鄰苯二甲酸酯、表面活性劑等）可導(dǎo)致菠菜出苗率低，植株矮小；花椰菜葉片卷曲，結(jié)球遲，成球少；蘿卜、黃瓜根系老化，蘿卜減產(chǎn)12.8％~60.0％。另外，鄰苯二甲酸酯可通過干擾類胡蘿卜素合成而致使葉綠素功能發(fā)生障礙，最終導(dǎo)致青花菜和菠菜可食用部位的維生素Ｃ含量有所下降；表面活性劑可明顯降低小麥體內(nèi)的氨基酸含量，促進(jìn)植物對重金屬和農(nóng)藥的吸收富集，降低作物的營養(yǎng)品質(zhì)和安全品質(zhì)。石油烴濃度較高時(shí)會在植物根系上形成1 層黏膜，阻礙根系對營養(yǎng)元素的吸收及其呼吸功能，甚至引起根系腐爛，且有毒物質(zhì)進(jìn)入植物體內(nèi)可產(chǎn)生一定的毒害作用，抑制植物生長。
研究表明，土壤中的高石油烴含量導(dǎo)致大豆生長受到明顯抑制，出苗率、產(chǎn)量、籽粒品質(zhì)明顯下降。揮發(fā)性有機(jī)污染物苯系物可導(dǎo)致植物葉片光合系統(tǒng)受到損害，葉綠素、可溶性糖含量降低，抑制小麥根和芽的伸長。由于苯并（ａ）芘的疏水性，根部只限于接觸吸收（或吸附）而難以通過根部組織向地上部運(yùn)輸，水稻、小麥籽實(shí)中的苯并（ａ）芘主要來自大氣污染，土壤和水是次要的，因此應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注大氣中的苯并（ａ）芘。
農(nóng)藥的大量使用引發(fā)越來越多食品安全問題的最直接原因是農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留嚴(yán)重超標(biāo)。農(nóng)藥會直接附著或滲入作物內(nèi)部，海南毒豇豆中甲胺磷、水胺硫磷等農(nóng)藥殘留量嚴(yán)重超標(biāo)。據(jù)報(bào)道，我國農(nóng)藥的有效利用率約為30％～40％，而真正作用于靶標(biāo)生物的不到1％，大部分農(nóng)藥擴(kuò)散到周圍土壤、空氣或水體中，污染農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境。土壤中的殘留農(nóng)藥不僅可導(dǎo)致下茬作物種子根尖、芽梢等部位變褐或腐爛，降低出苗率，且可通過作物根系吸收在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)富集，導(dǎo)致作物農(nóng)殘污染，引發(fā)食品安全事件。
3、結(jié)語
土壤、水體和大氣等環(huán)境因素是農(nóng)作物賴以生存/生長的基礎(chǔ)，產(chǎn)地環(huán)境中的重金屬、有機(jī)污染物等的存在可抑制作物的生長，降低農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和安全品質(zhì)，從而威脅人體健康。因此，須加強(qiáng)對大氣、水體、土壤污染物（重金屬、農(nóng)藥等）與作物相互關(guān)系的研究，以及污染物在土壤—作物—人體中的遷移、轉(zhuǎn)化和積累規(guī)律，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境安全評價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和實(shí)用性，為優(yōu)化和控制產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量、提高我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提供技術(shù)支撐。
同時(shí)，對于綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，既要制定完善和嚴(yán)格的綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又要重視對產(chǎn)地環(huán)境的監(jiān)測和評估，開展區(qū)域適宜性劃分，選擇符合產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域進(jìn)行生產(chǎn)，這不僅可從源頭確保農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范和產(chǎn)品安全優(yōu)質(zhì)，使消費(fèi)者放心消費(fèi)認(rèn)證的綠色、有機(jī)產(chǎn)品，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且有利于綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)示范基地的創(chuàng)建和發(fā)展規(guī)劃，保障我國綠色、有機(jī)農(nóng)業(yè)的合理發(fā)展。
作者單位：陳秋會1，席運(yùn)官1，王磊1，宗良綱2，張懷志3，徐愛國3，肖興基1: 1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自:《江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)》2018 年01 期
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