近日，“鎘大米”再度引發(fā)眾多議論。一方面，媒體報道重新讓大米的鎘等重金屬超標可能帶來的人體健康問題引發(fā)關注。另一方面，人們更關心的是，國家那么大的資金投入，其產出真的像一些報道所說的那般“不堪”嗎?土壤重金屬污染的治理到底難在哪里?糧食安全能做到嗎?大米鎘超標風險如何?本文對這些疑問做一些分析和解答，期待全社會對土壤重金屬污染治理工作給予更多理解和支持。
一、日本的案例
大米鎘污染問題之所以得到那么多關注，是因為上世紀六十年代，稻田的鎘污染曾在日本造成官方認定的“痛痛病”。該病的病患以50歲以上、生育過2至3胎、家境較差的女性為主，因為患者骨頭中的鈣為鎘替代，奇痛無比，稍不小心，甚至咳嗽，都可能導致骨折。
事實上，該病早在1911年便有報道。一戰(zhàn)、二戰(zhàn)、朝鮮戰(zhàn)爭的爆發(fā)致鋼鐵需求猛增，推動一些河流上游的鉛鋅礦山的開采和冶煉規(guī)模不斷擴大。該病從一開始被誤認為是因家庭生活環(huán)境不潔而遭詛咒所致。到上世紀三十年代方被認為是“風土病”(地域病)，直到六十年代，在科學家和當地醫(yī)生的共同努力下，相關方面才發(fā)現(xiàn)，這種病主要是因為大米中的鎘長期在體內積累所致。“痛痛病”自1968年被認定后，日本官方雖然采取了各種防治措施，但到2004年依然有發(fā)生，可見土壤污染嚴重帶來的健康后果之慘重。
雖然日本在1968年便已認定痛痛病是因人食用了在受污染土地上收獲的重金屬超標大米所致，但真正治理土壤污染是從1980年開始的。
(一)相關法律的制定
痛痛病發(fā)生兩年后的1970年，日本制定了農田土壤污染治理相關法律，確定鎘、砷和銅為治理的目標污染物。鎘影響到人體健康，后兩個元素對植物生長有影響，基于這樣的考量，土壤污染的認定標準得以提出，即所產糙米鎘含量超過1毫克/千克。且認定遭到鎘污染的農地僅限于水田。1971年，經詳細調查和監(jiān)測，5800公頃土地被認定為“Cd(鎘)污染對策地”。
(二)污染源控制
開始幾年，日本主要開展鎘污染源的控制，如對神通川流域的礦山廢水治理，其排出值在1972年為35公斤鎘，到1992年下降到5公斤，為1972年的七分之一， 廢水中的鎘濃度從1972年的8微克/千克(ppb)，下降到到1992年1.4微克/千克(ppb)的自然水體含鎘量。在水質方面開展了鎘污染機理和污染負荷的研究，水質和底泥濃度中的鎘濃度下降為原來的十分之一，上游河水中的鎘濃度只有0.1ppb。廢氣排放方面，從1972年的每天5公斤鎘排放下降到1992年的每天1公斤，為1972年的五分之一。 1960年代，日本有600多座礦山，由于日元升值、石油危機，礦山不斷倒閉，到1970年代下降到236座，1989年僅僅29座。到2001年，日本關閉了最后一座煤礦山。
(三)修復技術選擇
在土壤重金屬去除方面，官方開展了客土和植物修復的試驗。在植物修復方面，相關方面評估了各種植物帶出重金屬的數量，來降低土壤鎘含量的可能性。例如利用大豆、腺柳、加拿大一枝黃花等植物在福島縣、群馬縣、福岡縣的鎘污染地進行植物修復試驗，結果表明，要將土壤鎘含量從5-19毫克/千克下降到3毫克/千克，需要的時間是9至15年。(客土是指非當地原生、由別處移來用于置換原生土的外來土壤?！幾?
修復植物的效果的地域性差別很大。如在福島縣，加拿大一枝黃花生物量可達19萬公斤/公頃，植物鎘濃度為16毫克/千克，年可以除鎘3000克/公頃，除去率為年11.7%。但在群馬縣，生物量可達4.3萬公斤/公頃，植物鎘濃度為5毫克/千克，年可以除鎘200克/公頃，除去率為年2.6%;在福岡縣，生物量可達5.7萬公斤/公頃，植物鎘濃度為4毫克/千克，年可以除鎘220克/公頃，除去率為年2.2%。也就是說，在群馬縣和福岡縣的試驗難以達到像能夠超量積累重金屬的積累植物一樣的團修復效果。因此日本開始時否定了植物修復，理由之一就是需要的時間太長。直到2000年后，日本發(fā)現(xiàn)了能夠大量吸收鎘的水稻品種長香谷和密陽23號，利用高吸收能力的水稻品種進行土壤修復方得到較多的研究和應用。
客土的研究包括需要換土的土層厚度、肥力變化和去除效果及效果穩(wěn)定性等。
在降低稻米重金屬含量方面，日本開展了石灰施用和淹水降鎘試驗。1970至1972年間，日本全國有20個都縣、28個區(qū)域展開了施用石灰等降鎘的大田示范試驗，每1000平方米施用石灰15至200公斤不等，其效果是：糙米鎘濃度降低達到60%以上只有2處，降低40%到60%的有6處，降低20%到40%的有8處，降低不足20%的有8處，反而增加的有4處。因效果不穩(wěn)定且降低幅度有限，因此石灰降鎘效果被認為不穩(wěn)定，不能作為主要治理措施，而只能作為輔助手段。
淹水降鎘試驗得出了有關水稻后期的水分管理對控鎘重要性的結論。
最終日本農田污染的治理選定客土法和淹水降鎘法，規(guī)定糙米鎘含量高于1.0毫克/千克的污染土壤必須進行客土修復，但糙米鎘含量在0.4-1.0毫克/千克的稻田，主要通過水分管理加以控鎘。
(四)大規(guī)模修復實驗
從1980年開始，日本才決定對曾經帶來震驚世界的環(huán)境公害痛痛病的神通川流域土壤開展客土修復，進行污染土地治理，分三期進行。截至2007年，已完成90%。修復工作將地塊分為三個等級，一是所產大米鎘含量在1毫克/千克的地塊(1號地)，二是所產大米鎘含量在0.4-1.0毫克/千克的地塊(2號地)，三是所產大米鎘含量低于0.4毫克/千克的地塊。這項工作歷時33年，耗資407億日元，對863公頃的受污染稻田進行了換土，效果很好。1號地、2號地的稻米鎘含量都在0.08到0.09毫克/千克，接近稻米中鎘含量的自然背景值。
對所產大米鎘含量在0.4-1.0毫克/千克的地塊土壤，主要采用水分管理措施，到2007年通過水分管理來控制植物鎘含量的水田面積近4萬公頃(日本水田總面積在2014年是133.7萬公頃)。
在1997至1998年，日本進行了一次樣品量達到37250個的大型稻米調查，稻米鎘含量超過日本大米鎘標準(0.4毫克/千克大米)的超標率為0.3%，總體上控制了鎘大米。
(五)治理責任的明確
早期日本大米在收割后進行抽樣檢測，鎘含量0.4-1.0毫克/千克的稻米被當成工業(yè)漿糊的原料，對鎘含量大于1.0毫克/千克的大米進行焚燒銷毀，只有達標(鎘含量小于0.4毫克/千克)的大米才能入市流通。
從1970年到2003年，對鎘含量超過1.0毫克/千克的大米，由縣等進行焚燒銷毀，造成污染的企業(yè)要付一部分費用;對鎘含量在0.4-1.0毫克/千克的大米，由農林水產省買入進行非食用處理，達標(小于0.4毫克/千克)后進入市場。從2004年開始，大米鎘含量超過1.0毫克/千克的，按老辦法處理;鎘含量0.4-1.0毫克/千克的大米政府不再購買，由全國米麥改良協(xié)會購買進行廢棄處理，國家給予補助。需要銷毀的鎘含量1.0毫克/千克的大米在2004為2130噸，2005年為1311噸，2006年為1201噸。進行非食用處理的大米2005年為1803噸，2006年為1634噸，2006年為1196噸。
到2011年，日本修改了相關法律，將大米鎘標準更換為0.4毫克/千克，所有鎘含量超過0.4 毫克/千克的大米一律銷毀。所有實施水分管理的農戶必須在抽穗前后三周確保稻田有水分，否則后果自負。
在費用方面，土壤污染修復費由國家、地方(縣、市鎮(zhèn))和企業(yè)負擔，國家負擔40.41%，縣負責18.18%，市鎮(zhèn)負責2.02%， 企業(yè)承擔39.39%。對關聯(lián)事業(yè)費，國家負責45%，縣負責27.5%，市村負責11.0%，土地權人負責16.5%。
上述日本的相關實踐，是值得中國借鑒的。
二、對當下中國鎘米陰影難散的一些反思
(一)試點治理匆忙上馬，準備不足
2011年相關媒體刊發(fā)封面報道《鎘米殺機》，2013年3月媒體曝出“湖南萬噸鎘超標大米流向廣東”的新聞，2013年4月廣州食藥監(jiān)局公布18批次檢測，鎘大米超標率達44%。經由媒體報道和監(jiān)管機構跟進，我國土壤的重金屬含量問題終于得到政府高度重視，同時我國稻米和礦產主要產區(qū)的湖南也成了關注的重點。
在開展技術治理方面，日本從問題發(fā)現(xiàn)到開始治理用了12年的時間，是很謹慎的，也是很有效的。反觀中國，從鎘大米新聞發(fā)布到相關機構跟進，用了兩年時間，顯得倉促。而且治理范圍一下子開展到兩百多萬畝，面積龐大，在對污染源的分析、土壤性質的了解、治理技術的評估等方面都顯得不足。
(二)治理技術還沒切合病癥
土壤重金屬污染治理其實是個瓷器活，這是因為:
首先，污染糧食僅需要微量的鎘，而修復土壤則需要很長時間。從以上分析清楚地看出，治理受污染農田和祛除鎘大米陰霾，在短時間內是不可能的事情。以0.2毫克/千克為標準來計算，一造大米(1000公斤計)帶走的鎘也只有200毫克，和每畝地高達4500毫克以上的鎘含量相比，帶走的量極為有限。一位日本學者曾經利用日本各地的污染土壤進行滲透性試驗，進行土壤鎘收支平衡計算。他發(fā)現(xiàn)，即使用鎘含量很低的灌溉水進行水稻栽培，如果要凈化土壤，需要的時間也在百年以上。
其次，實施降鎘技術需要對土壤-水稻系統(tǒng)有詳細了解。以降低稻米中鎘含量為目的的技術需要對土壤性質和水稻吸收特性有詳細了解，才能達到預期效果。
如，在水分管理中，水稻淹水兩周以上才能讓稻田的氧化還原電位降低到-200毫伏或更低，此時鎘才能大量以硫化鎘的形式存在，大大降低鎘的植物有效性，而稻田排干4天后，硫化鎘幾乎就被氧化成硫酸根和植物有效性很高的鎘離子。水稻后期的水分管理才最重要，特別是抽穗前10天的稻田水分狀況，理想條件是抽穗前后三周稻田田面有2-3公分的水。
在施用石灰降鎘時，不僅要了解各種石灰性材料釋放對酸堿度的調節(jié)特性，也需要通過對土壤的石灰需要量進行室內實驗計算，才能做到最佳效果。這是因為鈣離子與鎘離子的價態(tài)相同，都是正二價的離子，且離子半徑相近，同時在土壤顆粒上的吸附能力相近，當施用石灰過多，鈣離子占據大量的吸附位，反而是土壤溶液中的鎘濃度提高，會增加水稻對鎘的吸收，從而導致施用石灰治理鎘的效果不明顯甚至反效果，當然最終的情況取決于兩者交互作用的凈效果。
水稻具有喜銨特性，在淹水條件下，除了在根系表面水稻因為泌氧讓根際以氧化條件存在，施入的銨態(tài)氮可以被氧化為硝酸根離子外，難以被硝化。氮素是植物吸收的最大量的元素，而植物養(yǎng)分大都以帶電荷的離子態(tài)被植物根系吸收，同時植物本身不能帶電(即保持電中性)，因此以銨態(tài)氮為主要氮素形式被水稻吸收后，根系表面的土壤在數毫米內會被排出的氫離子(H+)酸化。水稻要高產，氮肥用量大，根系吸收的銨態(tài)氮越多，根際環(huán)境的酸化程度越高。雖然根系有不同的泌氧能力以及泌氧有讓根系表面形成鐵錳氧化物包膜的能力，但由于水稻具有酸化根際環(huán)境的特征，因此通常情況下，低鎘品種選拔存在困難。
第三，關于VIP+n技術。
出于糧食安全考慮，土壤污染治理能采取的方法無非是品種篩選、土壤酸度條件、灌水等，即所謂的VIP。土壤污染威脅糧食安全，但至于每一季的稻米是不是會超標，則有賴于技術對土壤中的鎘行為進行精準調控。
比如在一季水稻期間，鎘在土壤中的移動范圍有限，能影響稻米鎘含量的土壤鎘主要是根土界面(根際環(huán)境)的鎘，采取土壤調理劑(石灰)施用的方式能否影響到根際環(huán)境中的鎘的有效性就成了關鍵。在水分管理過中，能否在稻米吸收積累鎘最敏感時期確保水田有水，也就成了關鍵?，F(xiàn)實中采取的VIP+n(VIP+其他輔助技術)技術雖然不斷得到優(yōu)化，但n的數量似乎不斷在增加，乃至種植綠肥來治理鎘，都被納入n的范圍。我們曾呼吁要做技術瘦身，行內學者也指出，技術疊加存在“內耗”，治理技術的疊加并不會帶來治理效果的相應提高。
(三)土壤治理是個社會系統(tǒng)工程
受污染農田的治理，特別是以糧食安全為主要目的的農田治理，不單是個技術問題、多學科的問題，更是個系統(tǒng)工程，不僅涉及的利益相關者眾多，需要各種利益相關者的配合和有效銜接。
筆者曾參與某一污染礦區(qū)的治理。在開展土壤污染修復田間試驗前，多學科的研究人員，包括心理學、人類學、社會學的學者，就對該村莊開展了一系列調研，對當地農民對污染的認識、礦業(yè)開采所獲收入占家庭總收入比重、關閉礦業(yè)帶來的家庭生計的變化、數十年來農戶土地利用變化等事宜，事先進行了詳細的分析。這個治理可以說是謀定而后動。
可喜的是，多種途徑都證明，這個村莊雖然土壤重金屬含量高，但因為土壤呈堿性、有機質含量很高，除了個別農戶外，絕大多數農戶所產稻米的鉛、鎘、汞和砷等重金屬含量都很安全。土壤治理雖然沒有效果，但這確實是我們期待的效果。
經過種種評估后，我們認為，當地糧食基本上很安全，我們的工作也由土壤修復轉為土壤保護。為此，我們印制了以土壤保護、糧食安全和人體健康為主題的掛歷分發(fā)給村民，做到每個家庭一本，并現(xiàn)場進行培訓，并在將近一年后再去現(xiàn)場開展培訓效果評估?？梢哉f這個項目非常成功。
三、從鎘大米的風險說開去
去年，我國已經出臺了《土壤污染防治行動計劃》，明確在耕地土壤污染詳查和監(jiān)測基礎上，將耕地環(huán)境質量劃分為優(yōu)先保護、安全利用和嚴格管控三個類別，實施耕地土壤環(huán)境質量分類管理。在《農用地土壤環(huán)境管理辦法》(試行)中明確了農業(yè)部對全國農用地土壤安全利用、嚴格管控、治理與修復等工作實施監(jiān)督管理。嚴格管控類農田將不再生產糧食，而對于安全利用類的農田可以通過一些農藝措施來降低糧食中的鎘含量。分類管理和措施到位將大大提高了對于糧食的鎘安全的保證，大米的鎘風險將大大降低。
其次，我們期待政府加強對入庫稻谷的監(jiān)管，甄別出超標的稻谷并加以處置，
此外，公眾應該充分認識到食物中的營養(yǎng)對抵抗重金屬污染的重要性。
在日本的痛痛病患者中，幾乎所有的患者都發(fā)生在食物結構比較單一、家境比較貧窮的家庭，且患者中有98%是女性。這是因為，貧窮家庭的人員，其營養(yǎng)特別是鐵鈣鋅等的攝入較少。再就是，女性因為生理上的特殊性，比較容易造成體內缺少這些營養(yǎng)元素。
另外，對比同樣高鎘攝取的新西蘭居民和日本痛痛病居民，研究者發(fā)現(xiàn)，新西蘭人很健康，而日本人則發(fā)生痛痛病。造成這些差別的主要原因是，前者攝入的鎘主要來自生蠔，而后者來自稻米。生蠔含鋅、鐵、硒等微量元素較高，且較容易吸收，當地居民還配以牛奶，長期食用。這樣，膳食和體內的這些營養(yǎng)元素較為充足，有助于降低鎘從腸道吸收到血液中去。
土壤重金屬污染造成糧食重金屬超標，的確會威脅人體健康，需要全社會的關注和治理。但有效的土壤治理是個技術性很強的工作，無法一蹴而就，需要專業(yè)科學家的深度參與。土壤污染治理更是個社會系統(tǒng)工程，需要全社會的參與和理解。出現(xiàn)鎘大米，公眾無需驚慌。有了有意識的規(guī)避和政府的高度重視，加上改善營養(yǎng)，民眾的基本健康是有保證的。
總之，土壤重金屬污染事關國民健康，但土壤重金屬污染治理是個龐大的系統(tǒng)工程，需要時間、技術和資金的投入。期待國民能客觀看待相關事態(tài)，并對我國的土壤重金屬污染治理少些抱怨，多些支持。
來源:澎湃新聞 作者:陳能場
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