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來源：《中國農業文摘?農業工程》2018年01期
作者：張衛星1，毛雪飛2，劉仲齊3，王敏2，朱智偉1
單位：1.中國水稻研究所，農業部稻米產品質量安全風險評估實驗室 2.中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，農業部農產品質量安全重點實驗室 3.農業部環境保護科研監測所，農業環境污染修復研究中心
稻米是我國最主要的口糧，全國65％以上的人口以大米為主食，稻米質量安全直接關系到國家糧食安全供給和廣大民眾身體健康。近年來，我國水稻種植面積穩定在3000 萬hm2 以上，稻谷總產量保持在2 億t 左右，約占糧食總產量的40％，其中85％以上用作口糧消費。
重金屬鎘是植物生長的非必需元素，而水稻又是最易吸收富集鎘的單子葉植物和最重要的食源性植物，已成為人類鎘的主要膳食暴露源。由于稻谷有殼，一般來說農藥很難遷移進去，經儲存、加工成大米再到餐桌，時間比較長，農藥降解已過半衰期。大米加工工序簡單，只經脫殼、磨精、色選等處理，不需使用添加劑。霉變大米不會作食用也很少用作飼料，黃曲霉毒素等安全風險不成問題。因此，重金屬鎘污染成為我國稻米質量安全的突出問題。
針對稻米重金屬鎘污染問題，為保障糧食安全、指導水稻生產、降低稻米鎘含量，本文在充分調研、吸收稻米控鎘技術成果和生產實踐案例的基礎上，對篩選低鎘積累品種、施用石灰調酸等控鎘技術開展田間試驗驗證，結合我國目前稻田鎘污染現狀，提出了以稻米產品鎘含量與土壤重金屬安全等級相結合，按照“分類控制、分區施策” 的總體思路和“就高不就低” 的風險控制原則，明確了稻米鎘控制生產技術應用區域的分類方法、控鎘原則與技術要求，并形成了以“污染源頭控制、稻田土壤調理、選用適宜品種、優化水肥管理”為主，“土壤修復改良、作物種植調整” 為輔的綜合控鎘技術，同時強調科學施用土壤調理劑，嚴防出現二次污染。
一、我國稻米鎘污染問題及其成因
稻米中鎘超標問題由來已久。2013 年2 月27日，《南方日報》發表了一篇以“湖南問題大米流向廣東餐桌” 為標題的報道，隨后發酵形成“鎘大米” 事件，給湖南以及一些南方水稻主產區的稻米種植和加工帶來了極大沖擊。當地大米加工企業處于停產狀態，庫存積壓嚴重， 導致農民種稻積極性急劇下降，影響了近年來全國糧食收儲工作，使國家糧食生產的數量和質量安全均受到一定威脅，其波及范圍之廣、公眾反應之強實屬少見。根據多年來監測結果，稻米鎘超標情況較為嚴重的是湖南、四川、廣西、江西等南方秈稻產區，而北方粳稻產區很少有稻米鎘超標。稻米鎘超標多數呈點污染分布，但個別地區也有連片超標現象。
稻米鎘污染問題形成的原因是多方面的。首先，南方地區多處于有色金屬礦帶，產地環境自然本底較高。其次，部分地區工農業污染和大氣污染導致酸雨頻發，土壤酸化，重金屬活性提高，增加了作物對重金屬的吸收。第三，水稻是具有重金屬高富集特性的作物，并且品種間存在差異，鎘超標的現象多發生在南方秈稻區。第四，肥料等農業投入品的質量不過關或不合理使用加劇了環境重金屬污染。第五，一些不合理的農業生產和加工方式，也成為不可忽視的因素，例如污染地區秸稈還田，根和莖是水稻植株富集鎘的主要部位，但每季的秸稈還田又將富集的鎘重新投入到農業環境中，重金屬長期“只進不出” 加重了稻田環境的鎘污染。此外，我國稻米鎘限量標準（0.2 mg/kg） 嚴于國際食品法典委員會CAC 和日本等的限量（0.4 mg/kg），導致稻米鎘污染問題被過分突顯。
二、稻米鎘控制技術應用區域分類
（一） 分類依據及方法
由于稻米產品中的鎘含量既與土壤中的鎘含量（總鎘和有效態鎘） 有一定關聯性，也與土壤酸堿度（pH 值） 等因素存在著明顯相關性，而我國稻田的土壤類型和受污染程度復雜多樣，若依據GB 15618 《土壤環境質量標準》中的相關指標和限值對稻米鎘控制技術應用區域進行分類，既存在實際操作上的難度，也具有很大的復雜性和局限性。
為此，本文著眼于稻米鎘控制技術應用最終目的在于降低稻米中的鎘含量以確保產品安全，提出以稻米產品中的鎘含量為關鍵分類依據，結合產地土壤的pH 值和總鎘含量，并參照我國現行有效的GB 2762－2016 《食品安全國家標準食品中污染物限量》中稻米鎘的限量0.20 mg/kg、國際食品法典委員會CAC 標準中稻米鎘的限量0.40 mg/kg，以及農業部辦公廳文件（農辦科[2015]42 號）《全國農產品產地土壤重金屬安全評估技術規定》中的土壤重金屬鎘安全評估參比值和土壤農產品協同監測的安全等級劃分方法，將稻米鎘控制技術應用區域劃分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。
為了克服因稻米鎘含量與土壤鎘含量之間并非對應關系所帶來分類嚴謹性不夠的問題，引入“就高不就低” 的風險控制原則，對稻米鎘控制區域分類指標及其技術應用要求進行了描述（見表1）。這是確定控鎘目標、實行分類控制和分區施策的技術基礎。
（二） 控制技術應用要求
Ⅰ類控制區：稻米產品鎘含量符合食品安全國家標準要求，且土壤重金屬安全狀況屬于“無風險” 等級。此類水稻種植區以綠色生產為目的，側重于生態安全的技術應用，嚴格控制通過灌溉水、大氣以及肥料等農用投入品所帶來的鎘污染潛在風險。
Ⅱ類控制區：稻米產品鎘含量雖不超過國家標準，但土壤重金屬安全狀況屬于“中度風險” 或“低風險” 等級；或者是稻米產品鎘含量介于國家標準和CAC 標準的限量值之間，土壤重金屬安全狀況屬于“中度風險”、“低風險” 或“無風險” 等級。此類水稻種植區以達標生產為目的 ，側重于稻米產品鎘含量達標，選用低鎘積累水稻品種，采取土壤調理、水肥優化、土壤改良等農藝技術措施，控制因灌溉水、大氣、肥料、秸稈等輸入性鎘污染對稻米產品造成的超標風險。
Ⅲ類控制區：稻米產品鎘含量低于CAC 標準限量，但土壤重金屬安全狀況屬于“高風險”等級；或者稻米產品鎘含量不低于CAC 標準限量。此類水稻種植區以管控生產為目的，側重于土壤修復改良和作物種植調整，采取合理輪作、休耕和適宜的土壤改良措施，替代種植低鎘積累或非食用性作物，管控因產地污染對稻米產品造成的安全風險。
三、稻米鎘控制的基本要求
（一） 動態監控、分區施策
以保障農產品質量安全和糧食有效供給為目標，按照“分類控制、分區施策” 的總體思路，通過對稻米產品和產地土壤的鎘含量開展動態監測，利用監測結果確定需采取鎘控制技術的應用區域及其污染程度，采取針對性的綜合防控技術，并持續評價技術措施對稻米鎘的控制效果和對產區土壤的影響。
（二） 因地制宜、綜合防控
以預防為主和綜合防控為目標，根據不同區域分類的特定條件，采取以“污染源頭控制、稻田土壤調理、選用適宜品種、優化水肥管理” 為主，“土壤修復改良、作物種植調整” 為輔的綜合防控技術措施，有效控制不同污染風險區稻米產品和產地土壤的鎘含量。
（三） 經濟有效、生態環保
以保障生產效益和維護農田生態為目標，本著“成本低廉、操作簡便、資源節約、環境友好” 的要求，并按照“田間試驗驗證、示范應用推廣、持續跟蹤評價” 的技術路線，優先采用農藝的、物理的和生物的控制技術，合理采用土壤修復改良和種植結構調整的控制技術，謹慎采用化學的和工程的修復治理措施。采用控鎘新技術和新產品之前，必須開展風險評估，避免產生二次污染和造成土壤中鎘的持續累積。
四、稻米鎘控制的技術方法
按照“分類控制、分區施策” 的總體思路，針對稻米鎘控制技術應用區域，堅持“動態監控、分區施策，因地制宜、綜合防控，經濟有效、生態環保” 的基本要求， 采取“源頭控制、土壤調理、品種選用、水肥管理、土壤改良、種植調整”的技術方法，建立稻米鎘污染綜合防控體系，保護稻田生態環境和實現農業可持續生產。
（一） 源頭控制
針對存在鎘污染風險的Ⅱ、Ⅲ類控制區，開展稻米產品和農田土壤、灌溉水、大氣沉降、酸雨等產地環境因素以及肥料等農用投入品的鎘含量動態監測，最好采取“一對一” 協同方式同時監測稻米產品與土壤，以評價鎘污染風險，控制輸入性鎘污染的風險和切斷新增鎘污染的來源。
生產過程中，禁止使用工業污水灌溉稻田，避免因長期施用酸性或生理酸性的肥料導致土壤重金屬的生物活性增加，防止施用含鎘量不符合GB/T 23349 《肥料中砷、鎘、鉛、鉻、汞生態指標》要求的礦物肥料、商品有機肥，禁止使用工業廢料、城鎮生活垃圾和河塘底泥、污泥等來源的肥料。通過對肥料等投入品的控制，減少因投入品使用不當而導致土壤重金屬污染風險增加。
秸稈還田雖是當前生產上普遍重視的一項培肥地力的增產措施，但對于存在著鎘污染風險的稻田，應控制秸稈還田量，尤其是高風險污染區，應采取措施將稻草秸稈打捆移走并離田安全利用，避免重金屬鎘通過植株吸收后又返回到稻田，使得土壤鎘的生物活性提高。
（二） 土壤調理
稻米中的重金屬鎘主要是由植株根系從土壤中吸收、轉運和積累的。稻田施用石灰等堿性物質以及各類土壤調理劑，通過調節土壤酸堿度，以及螯合、鈍化土壤中的重金屬鎘，從而降低土壤有效態鎘的含量和生物活性，是一條比較有效的控鎘技術途徑。尤其施用石灰是南方稻區廣泛采用的土壤改良措施，能快速調節土壤pH 值， 適宜于酸性土壤。但不同地區稻田的適宜石灰用量差別較大，石灰在提高pH 值的同時，土壤中有效態鐵、鋅、錳、銅、鎳等礦質元素含量降低，也影響土壤團粒結構及微生物群落，造成養分流失和土壤板結。因此，既需確定適宜石灰用量，也要注意石灰施用周期。
施用土壤調理劑時，必須在田間應用驗證基礎上，確定其適用條件、施用時期和施用量等技術指標，應能有效降低適宜地區的稻米產品鎘積累，且成本低、可操作，經評估不存在對農田環境造成二次污染的風險。可根據不同產地環境條件和重金屬污染狀況，有針對性地選擇施用以堿性肥料、天然礦物質、生物有機物料、微生物菌劑、農業廢棄物、加工副產物及新型環保物料等來源的土壤調理劑。
（三） 品種選用
通過篩選和培育適宜的低鎘積累品種，是一條科學有效地解決稻米生產鎘污染控制的重要農藝（生物） 技術措施。不同水稻品種對重金屬鎘的積累既存在著基因型差異，也與栽培環境和植株生長狀態緊密相關。因此，應選擇通過國家或地方審定、適于本區域的優良水稻品種，Ⅱ、Ⅲ類控制區優先選用經鑒定篩選表現穩定的低鎘積累水稻品種。
確定低鎘積累水稻品種需根據當地稻米產品鎘含量水平、農田土壤鎘污染程度以及生產條件、種植習慣等因素綜合考慮，不僅要滿足水稻生產控鎘要求（稻米產品鎘含量不超過國家標準限量），在產量、品質和抗性等方面也應與當地主栽品種相當或具有一定優勢。
結合相關研究成果，參照水稻品種區域試驗的規范性要求，應通過“田間初步篩選、區域試驗復選、示范應用驗證” 的程序鑒定篩選低鎘積累水稻品種。即在Ⅱ、Ⅲ類鎘污染控制區，以不同品種糙米鎘含量作為鑒定評價指標，先選出鎘含量不超過0.2 mg/kg 的品種，再安排有生產代表性、試驗條件和技術力量適宜的水稻種植區作為區域試驗點，按照NY/T 1300 《農作物品種區域試驗技術規范水稻》開展規范性的區域試驗復選，以糙米鎘含量作為主要指標，產量、品質和抗性作為輔助指標，確定符合要求的低鎘積累品種進一步開展示范應用驗證，從而篩選出適宜于不同種植區應用的低鎘積累水稻品種。
（四） 水肥管理
水稻生產中一般實行水層灌溉，不僅為了保證水稻生理需水，同時創造適于水稻生長發育的生態環境。灌溉條件下，由于水層覆蓋形成還原性的環境，降低土壤氧化還原電位和重金屬鎘的活性，有機物不完全分解而產生硫化氫，與鎘生成溶解度很小的CdS 沉淀而難于被植株吸收。因此，對于Ⅰ類控制區域，根據水稻生長需水規律和實現優質高產為目標進行合理灌溉，而對于Ⅱ、Ⅲ類控制區，則需要結合當地灌溉條件和淹水控鎘目標進行優化水分管理。
在水源充足、排灌方便的地區，實行有水層灌溉，分蘗盛期露田但不曬田，乳熟期淺水灌漿不脫水，田間基本保持有水層，收割前7～10d 排水落干。在水源不足、排灌不便的地區，實行全生育期淹水灌溉，直到收割前排干水層或自然落干，中間不露田、不曬田。
合理施肥是提高水稻產量和改善稻米品質的重要手段，但生產中肥料選擇不合理或施肥不科學，既不利于高產優質，又易造成土壤酸化，增加重金屬鎘積累的風險。應結合不同品種的需肥特性和當地氣候條件、土壤供肥性能、施用肥料種類等因素， 根據NY/T 496 《肥料合理使用準則通則》科學合理施肥，減量施用酸性或生理酸性肥料，增施鈣鎂磷肥、硅鈣肥、鉀肥等堿性肥料和農家肥、商品有機肥、生物肥、腐殖酸水溶肥，以及硅、鈣、鉀、鋅、鐵、硫、硼等葉面肥。采用測土配方施肥法或目標產量施肥法，做到基肥深施，分蘗肥適施，穗肥巧施，有機無機結合，氮磷鉀肥配施。
（五） 土壤改良
（1） 培肥土壤。針對稻田鎘污染的程度，結合當地水稻生產條件和種植習慣，通過合理輪作或休耕，種植紫云英、苕子、草木樨、箭舌豌豆等綠肥作物深耕翻埋入土，或利用冬作油菜秸稈、小麥秸稈適量還田，增施有機肥，提高土壤有機質。
（2）增加耕層。根據稻田土壤類型和耕作層的深淺，在秋/ 春整地時采取機械翻耕、深耕，將表層土壤翻埋到底層，增加耕層厚度至20cm 以上。稻田耕作層較淺時，采取逐年加深耕層，減少對犁底層的破壞。
（3）污染修復。針對不同控制區土壤污染程度，因地制宜采取農藝的、物理的、生物的、化學的以及工程的單項或綜合性污染修復治理措施。采取的土壤修復技術措施應不存在二次污染、復合污染或潛在污染，低成本、易操作、環境友好、資源節約且能有效降低土壤中鎘含量及其生物活性，消減或修復土壤鎘污染，降低稻米產品鎘積累。
（六） 種植調整
由于不同植物對重金屬鎘的吸收富集特性存在較大差異，且同類植物不同品種對鎘的吸收能力也不相同。因此，可針對不同污染風險控制區的土壤污染程度和當地生產條件、種植習慣，因地制宜進行作物種植結構調整。
在鎘污染高風險區，或采取相應的綜合技術措施后稻米鎘含量仍不能滿足控鎘要求的區域，可采取合理輪作或休耕，優先選擇種植適宜的低鎘積累水稻品種，替代種植玉米、高粱、低鎘積累的蔬果類作物或棉花、麻類、花卉、種苗等非食用性作物。研究表明，粳稻對鎘的吸收能力遠小于秈稻。近年來，農業部推進粳稻南移的水稻種植結構調整，在黃淮流域稻區實施“秈改粳” 和長江流域稻區實施“早秈晚粳”，將有利于緩解我國南方地區稻米鎘超標問題。
要徹底解決我國南方地區稻米鎘超標問題并不能一蹴而就，除了需要長期的稻田生態環境保護和綜合污染治理，還應從品種選育、土壤改良、肥水管理等農藝措施和收儲加工等環節入手，在保證產量和品質的前提下，采用科學合理、經濟可行的控鎘技術措施，最大限度地降低污染區域的稻米產品鎘積累，減少食用大米所帶來的鎘暴露風險，才是控制稻米鎘含量、保障食品安全的當務之急。
