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乐白家:粮食超标与土壤中的重金属含量,耕地

2020-01-06 00:20

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粮食超标与土壤中重金属的关系很复杂。这里我们比较三个矿区的污染及其不同结局,以期对这些复杂关系有某些方面的理解。

自2011年财新杂志发表《镉米杀机》以来,粮食安全问题一直深受公众关注,粮食赖以生产的基础——土壤的污染也成为焦点。 

修复是阻止重金属进入作物受访专家、官员和业内人士认为,目前需要普及一个观念:耕地修复并非一定要去除土壤中的重金属,而是要阻止它们进入植物,保证农产品食品安...

导 读

粮食超标与土壤中重金属的关系很复杂。这里我们比较三个矿区的污染及其不同结局,以期对这些复杂关系有某些方面的理解。

三个矿区分别在英国西南部的Shipham村庄、日本发生痛痛病而为世人所知的神通川流域的妇中村以及在我国被称为“癌症村”的上坝村。

三个不同矿区的三个不同结局给我们留下了极为有价值的思考

导读

人们总是习惯认为,粮食中重金属超标了,就是因为土壤污染了。其实,粮食超标与土壤中的重金属含量,并不是简单的线性关系。在中日英三个矿区,土壤均受污染,住民却是不同结局。听完这三个故事,或许能帮你理解些许其中的复杂关系。 

修复是阻止

文/陈能场(广东省生态环境与土壤研究所研究员)

粮食超标与土壤中重金属的关系很复杂。这里我们比较三个矿区的污染及其不同结局,以期对这些复杂关系有某些方面的理解。

三个矿区分别在英国西南部的西普汉姆(Shipham)村庄、日本因痛痛病而举世皆知的妇中村,以及在我国被称为“癌症村”的上坝村。 

重金属进入作物

自从2011年《新世纪周刊》发表《镉米杀机》以来,粮食安全问题一直深受公众关注,粮食赖以生产的基础——土壤的污染也成为焦点。

三个矿区分别在英国西南部的Shipham村庄、日本发生痛痛病而为世人所知的神通川流域的妇中村以及在我国被称为癌症村的上坝村。

英国:严重污染却没有带来健康风险 

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从空中俯瞰西普汉姆村 图片来源:www.bgs.ac.uk

西普汉姆村庄位于英国萨默塞特郡(Somerset),那里从1700年就开始开采菱锌矿(ZnCO3)矿产,1850年采矿结束,矿区的土地被平整后,用于村舍建设和农业生产,居民们在那儿过着平静的生活。

 平静在1979年被打破了。英国帝国理工学院应用的地球化学研究组到这个区域进行采样分析,结果令人大吃一惊,表土(0-5厘米)镉含量高达500毫克/千克!研究者一时不敢置信,当即重测并送样到加拿大检测,最终证实数据是正确的。这个检测结果被报告给英国环境部,环境部举行记者招待会公布这一结果,一时成为各大报纸的新闻头条,引起世人哗然。 

在随后的电视纪录片中,一名著名的瑞典科学家劝告政府应撤离西普汉姆的居民,因为存在严重的健康风险。英国环境部立即启动多机构参与详细调查。他们对约300户的居民家附近的土壤和家中粉尘进行采样,结果表明表土镉含量全部超过30毫克/千克,60%以上的表土镉含量超过60毫克/千克,最高达340毫克/千克——而英国农地土壤镉背景值基本在0.1-2.0毫克/千克之间。当地的锌含量也超高,几乎全部超过3000毫克/千克,最高达6.4%。 

西普汉姆居民家中同样存在严重污染,家中粉尘镉含量多在26毫克/千克(1-373毫克/千克),锌含量多在2256毫克/千克(270-8200毫克/千克)。90%的家中尘埃镉超过10毫克/千克,锌超过1000毫克/千克。 

但随着调查进一步深入,却发现了奇迹!虽然在168个蔬菜样品中,冬天蔬菜镉含量为0.02-1.77毫克/千克鲜重,平均0.23毫克/千克,夏天蔬菜镉含量为0.01 -3.56毫克/千克鲜重,平均0.52毫克/千克。但当地居民的镉摄取量仅为200微克/周,远低于WHO当时规定的400-500微克/周。 

2000年,调查组得出最终结论,英国帝国理工学院医学系证明,在死亡风险、癌症、中风等指标上,污染没有给西普汉姆居民带来负面的健康风险。 

受访专家、官员和业内人士认为,目前需要普及一个观念:耕地修复并非一定要去除土壤中的重金属,而是要阻止它们进入植物,保证农产品食品安全。"很多专家一谈到耕地修复,就说要把重金属都吸走,让土壤中重金属的含量达到耕地的标准,这实际上是很难的。"万洪富说。事实上,贵屿镇96亩耕地修复最终的成果,也只能是保证产出的农产品达到国家食品安全的标准。

人们习惯认为,粮食超标了,就是因为土壤污染了。其实,粮食超标与土壤中重金属的关系很复杂。这里我们比较三个矿区的污染及其不同结局,以期对这些复杂关系有某些方面的理解。

三个不同矿区的三个不同结局给我们留下了极为有价值的思考

日本:矿山废水导致数百例“痛痛病” 

因为三菱公司在上游开采铅锌矿带来稻田灌溉污染,在上世纪60年代,日本的神通川流域居民的“痛痛病”世人皆知,这个案例也成了最著名的一个环境公害。 

神冈矿山发现于公元8世纪,一开始只有零星采金进贡的记载,直到明治维新时推行“富国强兵”的政策,神冈矿山才被大量开采。到1911年,当地下游妇中町开始有不明奇痛的怪病报道,但当时的科学水平低下,这些怪病被认为是家庭不洁而被诅咒而生。

 一战后,神冈矿山开采力度加大,怪病案例更多,但也只是被认为是“风土病”,二战后因为朝鲜战争,金属需要量更大,同时采矿技术日益先进,上游的采矿和冶炼强度又更进一步。到上世纪60年代,在妇中町靠近灌溉用河流的村落区域中,老年妇女的痛痛病发生率高达20%以上。

1963年,在分析化学教师小林纯的帮助下,当地医生终于发现这一奇病源于矿山废水中的镉,后来进一步研究表明,人体中的镉主要来自稻米,矿山废水通过灌溉流入农田,造成了这一悲剧。到了1968年,政府终于认定了痛痛病源于镉这一结果。到2004年,妇中町的痛痛病患者高达230多人。

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神通川流域的镉污染情形(左图)与当地50岁以上妇女罹患痛痛病的患病率(右图) 图片来源:www.kanazawa-med.ac.jp

 对神通川流域544个土样和544个糙米的镉分析表明,当地土壤中的镉变幅在0.46-4.85毫克/千克,平均值1.12毫克/千克,大米镉变幅在0.25-4.23毫克/千克,平均值在0.99毫克/千克。虽然土壤测定的方法不同,但含量与上述西普汉姆村的镉含量相差甚远,有报道称,西普汉姆村的土壤镉含量超出妇中町百倍以上。 

广东省生态环境和土壤研究所研究员陈能场曾在《东方早报》上发表文章《三个矿区的不同结局及其启示》,文章对比了英国西南部的Shipham村庄、日本发生"痛痛病"而广为世人所知的神通川流域的妇中村、广东韶关上坝村,三地农田土壤中重金属含量以及农作物对当地居民健康产生的影响。

三个矿区分别在英国西南部的Shipham村庄、日本发生痛痛病而为世人所知的神通川流域的妇中村以及在我国被称为“癌症村”的上坝村。

文/陈能场(广东省生态环境与土壤研究所研究员)

上坝村:癌症肆虐的污染之地 

在广东韶关大宝山上坝村上游十几公里处,有个著名的铁硫矿区,从1971年开始开采至今。

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大宝山下,矿水沉淀池中的洗矿水 图片来源:南方都市报

 1976年,上坝村因建桥发现河水遭受污染,饮用水因此从河水改为井水。上坝村的水井散布在屋边,周边即是农田。到了1995年,当地居民癌症发生率显著提高,到了2000年,媒体注意到了这个不幸的村落,将它报道为“癌症村”。 

从2005年开始,我们对尾矿、河水、底泥、灌溉水、土壤、稻米、蔬菜、动物内脏乃至人体的尿镉、尿砷进行了系统分析。整体上说,土壤中镉含量最高未超过1.0毫克/千克,平均值为0.74毫克/千克,但因为铁硫矿含有大量的硫,导致土壤高速酸化。当然虽然土壤全镉极低,平均也只有超过目前土壤环境质量标准的1倍多。但稻米约有一半镉超标,蔬菜几乎全部超标,导致人体摄取的镉为世界卫生标准的3.6倍左右。 

我们认为,当地癌症率远高于全国平均,但并非单一由重金属镉所引起,而与地下水位高、处于农田和村边的井水饮用有极大的关系,随着水库的建设和饮用水质量的改善,这一健康影响有望大大缓解。

1979年,经研究机构采样分析,英国Shipham村庄表土镉含量高达500毫克/千克,但当地居民镉摄取量仅为200微克/周,远低于当时世界卫生组织规定的400-500微克/周。到2000年,英国帝国理工学院医学系证明,Shipham污染区居民在死亡风险、癌症、中风等指标方面,污染没有带来负面的健康风险。而韶关的上坝村土壤中镉含量平均值为0.74毫克/千克,但稻米约有一半镉超标,蔬菜几乎全部超标,人体摄取的镉为世界卫生组织标准的3.6倍。

英国Shipham村庄

自从2011年《新世纪周刊》发表《镉米杀机》以来,粮食安全问题一直深受公众关注,粮食赖以生产的基础土壤的污染也成为焦点。

乐白家, 三个不同矿区,三个不同结局,为何? 

首先,三个矿区都存在严重污染,但英国的矿区镉含量最高,最高者甚至是为我国土壤环境质量标准的3326倍,超过日本痛痛病区土壤的百倍以上。

但可以看出,土壤中的重金属含量不是影响人体最重要的因素。英国矿区的矿石为白云石矿,主要成分是碳酸锌。土壤呈碱性、含有大量的锌这几点,决定了土壤中的镉对植物的有效性很低,只有0.04%。而日本矿区土壤pH值在5.0左右,土壤酸性,镉的有效性很高,为4%。上坝村土壤含硫量高,土壤极度酸性,pH值在4.0左右,土壤含镉量虽是三个村中最少的,但却高度活跃,有效性高达85%。可见,土壤的性质很大程度上决定了三个矿区的命运。

我们想提醒污染治理者,不要单单关注土壤中的重金属含量。要多关注土壤性质,那会大大影响某个区域究竟需不需要修复、要采用何种技术等等。 

其次,摄取途径非常关键。英国矿区的主要曝露途径是蔬菜,饮用水来自矿区外,无污染。神通川和上坝村的居民生活在河边和田块之间,除了蔬菜的曝露途径外,饮用水和稻米都带来了大量的镉曝露量。因此,后两者的土壤重金属含量虽低,但曝露途径多,饮食曝露途径强度大。 

最后,对于三个矿区的命运,饮食结构也有着极为重要的影响。研究表明,饮食和身体中足量的锌、铁、钙等微量元素,有助于减少人体吸收食物中的镉,从而为身体构筑了抗重金属的最后一道防线。相对于大豆、玉米、小麦等作物,稻米的铁锌等微量元素含量总体上要低得多。加工后的精米很多部分被去除,这些元素含量将更低,因此,比起西方人,以稻米为主食的东方人要更注意重金属的毒害风险。(编辑:游识猷)

陈能场的文章分析认为,之所以造成这样的结果,除了中英两个污染区域居民摄取重金属的途径不同、饮食结构不同之外,还由于两地土壤性质不同,导致土壤中重金属活性不同。英国的矿区为白云矿,主要成分是碳酸锌,土壤呈碱性,含有大量锌,这决定了土壤中的镉对植物的有效性很低,只有0.04%;而上坝村土壤中含硫量高,土壤极度酸性,PH值在4.0左右,尽管土壤中镉含量不高,却高度活跃,有效性高达85%.

位于英国Somerset的Shipham村庄的矿山,从1700年就开始开采菱锌矿(ZnCO3)矿产,到1850年采矿结束,矿区的土地被平整后,用于村舍建设和农业生产,这些居民在那儿过着平静的生活。

人们习惯认为,粮食超标了,就是因为土壤污染了。其实,粮食超标与土壤中重金属的关系很复杂。这里我们比较三个矿区的污染及其不同结局,以期对这些复杂关系有某些方面的理解。

因此,李翔认为,耕地修复,更重要的是,使用土壤调理剂降低土壤中重金属的活性。"调理剂中的活性硅先和水反应形成硅酸,硅酸会与重金属结合形成不溶性的沉淀物。这样,就可以把重金属固定在土壤中,再让自然自身的力量慢慢去修复。"目前,清远市佛冈县准备采用这种方法修复水头矿区3000亩重金属污染农田。

这种平静的生活在1979年被打破了。

三个矿区分别在英国西南部的Shipham村庄、日本发生痛痛病而为世人所知的神通川流域的妇中村以及在我国被称为癌症村的上坝村。

此外,受访的专家、环保官员、业内人士均表示,对于重度污染的区域,最好的办法就是改变种植结构,"就种一些不会进入食物链的作物,不危害人体健康就行了。比如种植棉花。"万洪富认为,耕地修复只需要修复轻度污染和少量中度污染的区域,重度污染的区域没必要花那么多钱修复。

英国帝国理工学院应用的地球化学研究组到这个区域进行采样分析,结果令人大吃一惊,表土镉含量高达500毫克/千克,一时难以相信,重测并送样到加拿大检测,最终证实数据是正确的。

英国Shipham村庄

"我也不主张继续花这么多钱和精力对耕地进行强制的人工修复,应该在控制污染源的前提下,让自然的力量自己去修复。"蔡怒潮说。

这个结果被报告给英国环境部,环境部举行记者招待会公布后这一结果,新闻一时成为各大报纸的头条,引起世人哗然。

位于英国Somerset的Shipham村庄的矿山,从1700年就开始开采菱锌矿(ZnCO3)矿产,到1850年采矿结束,矿区的土地被平整后,用于村舍建设和农业生产,这些居民在那儿过着平静的生活。

南方农村报记者 陈景收 实习生 杜玮淦

在随后的电视纪录片中,一名著名的瑞典科学家劝告政府要这个村庄的居民撤离,因为存在健康风险,环境部立即启动多机构参与的详细调查。

这种平静的生活在1979年被打破了。

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