第560期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《稻田污染治理新方法》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——稻田污染治理新方法
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：刘传平，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员。
王玉军，中国科学院南京土壤研究所研究员。
讲座时间：2024年5月13日～5月19日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——稻田污染治理新方法
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。如果土地的重金属超标，不仅会影响农作物的生长，直接会导致我们餐桌上的食品安全问题。随着科技的发展，现在有了一种新的治理土地的办法，这个方法是什么呢？我们通过短片进入今天的节目。在我们的生活中，重金属可谓无处不在。城市道路上的机动车尾气，工厂生产加工过程中产生的粉尘、生活污水以及工业排放的废水，都包含了重金属元素，一旦进入土地，就会引起土壤中的重金属污染。重金属污染不同于其他污染，在土壤中不易随水淋溶，不能被微生物分解，甚至可能永远在环境里循环。被重金属污染后的土壤，变成了一块块不能正常使用的“问题土地”。我国科学家根据这一情况，展开了对稻田中的重金属污染的研究，发现了有效治理稻田污染的新方法，利用铁基生物炭可以有效地阻控稻田重金属污染。那么，稻田中土壤污染都有哪些？导致稻田污染的重金属又是什么呢？
我为大家介绍一下我们今天请来的两位科学家，一位是广东省科学院生态环境与土壤研究所的研究员刘传平，另外一位是中国科学院南京土壤研究所的研究员王玉军。稻田污染到底是怎么来造成的？我们知道稻田它是一个开放的系统，而我们重金属在土壤里边累积，这个过程它是一个十分普遍的现象。重金属的来源其实主要还是分为两种来源，一个种叫自然来源，那么自然来源的话就是我们土壤的成土母质，或者叫成土母岩。在风化的过程当中，那么原来的母质有什么样的重金属，我们土壤就会有什么样的重金属。形成土壤的过程当中本来就有的。过程当中本来就有的。另外的话还有一些自然的过程，比如说像火山爆发，那么火山灰落到表面，那么它带来的也是这个重金属，这是最主要的一个来源，就是自然来源。另外的话，后面还有一种就是人为来源的。人为来源的话，比如说像我们工矿活动，在矿山开采过程当中，形成的一些没有处理或者处理不到位的一些废水，流入到农田里面以后，会污染到农田。那么另外的话，还有农业来源的，农业来源的话，我们就是以前长期使用一些不合格的农药或者化肥，那么过量的使用，也会导致土壤当中重金属含量增加，造成土壤当中重金属就会污染。
像哪些是属于重金属？其实重金属它本身是一个中性词。好多人一听到重金属，接下来跟着的词汇就是超标，我们得远离它。您说是中性词，怎么理解？它是讲它的密度是大于4.5，或者比重大于5的金属元素，而在自然界当中，我们有45种重金属，铜、锌、铅、镉、砷、汞、镍、钴等等，这些都是常见的一些重金属。但有些重金属，它本身也是我们人体或者植物所必需的微量元素。如果是我们缺乏了，也会导致一些健康的问题。比如以锌为例的话，如果是缺锌了之后，小朋友缺锌，它就会造成一个多动症、厌食症，缺铁就会造成贫血。所以我们不能谈重金属色变。对，对，对。人体本身也是需要重金属。那目前我国稻田当中出现的所谓的重金属超标，这个指的是哪些重金属？我们关注的是镉、铅、汞、砷和铬这五种重金属，对人体来说，它有一定的危害，基本上是人体非必需的元素，也是我们农业里面比较关注的这五种元素。那么特别是像镉和砷，一个是稻田里面比较普遍，比较常见的两种污染物。那么另外的话，也是相对于其他农作物来讲，水稻比较容易吸收积累镉和砷这两种重金属。
镉和砷是怎么进入到作物当中的呢？水稻吸收重金属，它主要是吸收我们土壤溶液里面的一些重金属，土壤溶液就是土壤孔隙里面的水，而重金属它必须通过扩散到土壤溶液里面，才能被水稻根植吸收，它会到水稻的根表。由于水稻是一种湿地生物，它由于根系有泌氧的能力，它能够将淹水条件下面形成的二价铁氧化形成氧化铁，在水稻根表就形成一层致密的氧化膜。扩撒到根表的一些镉、砷，就会被这些氧化膜所吸附了，吸附了之后，它就不容易往根里面去转运。但如果穿过了这层屏障之后，才能到根表，然后才会被根所吸收，经过木质部的传输等等，才会转移到籽粒里面去，然后会被我们人体吸收。说到这个话题，我们看看我们记者编辑的短片。镉是一种银白色的重金属，主要从自然界的锌矿石以及硫镉矿中提炼出来。由于防腐蚀能力很强，它常被用于电镀，作为钢、铁、铜等金属的保护膜，使其免受腐蚀和锈损，同时在充电电池中也颇为有用，还大量用于生产一种叫作“镉黄”的亮黄色颜料。镉的应用虽然广泛，但是经常会通过冶炼及工业排放的废水流入土地和水源，造成污染。
另一种重金属砷，主要有灰砷、黑砷和黄砷。在自然界中，主要来源于火山喷发和矿石。在很久以前，这种重金属就能为古人所用，比如大名鼎鼎的“雄黄”“砒霜”，自古以来就被运用于炼丹和毒药，而现在由于含砷的物质普遍都具有毒性，它们被广泛应用在除草剂和杀虫剂中，也因此成为了污染农田的重要来源。镉、砷这两种具有很强毒性的重金属，作为土地污染的重要污染物，不仅仅会危害农田中农作物的生长，被其污染的粮食，对人体的伤害往往也很大，那么这些重金属都会造成哪些损害呢？镉和砷，这两种重金属对农作物的具体影响是什么？重金属对农作物的影响，它也是有剂量的，它在低剂量的时候有可能还会促进作物的生长，那么只有达到一定的剂量以后才会影响作物的生长。那么比如说重金属污染严重了，这个作物长不好，或者甚至于就不长了。重金属它的毒害，除了跟刚才讲的剂量相关，更多跟它的形态也是密切相关的。以镉为例的话，它在酸性土壤上面，它的移动性就比较强，它容易被水稻吸收，而在碱性土壤里面，它移动性比较弱，水稻就不容易吸收。而对砷而言的话，在一定的水热条件下，我们土壤里一些硫酸盐还原菌，会将一些三价砷转化成二甲基砷。如果是水稻吸收了这些二甲基砷的话，它就会造成水稻会得一种直穗病，影响它灌浆结实，就会造成它减产，甚至于颗粒无收。那我们一旦食用了，受镉和砷影响的作物，对人体的影响又是什么？
镉和砷的话，因为这两个元素相对来说对人体的毒害比较大，所以我们比较重点关注这个。像砷的话，就以前我们砒霜里面的主要成分，就是砷。那么像镉的话，它主要是和人体里面骨骼里面钙会发生一个交换，那么这样的话，就导致骨骼钙不能沉积，就骨质疏松，最后导致骨头疼痛，对人体的影响还是比较大的，但是所有的这些影响都是建立在一定的剂量基础上，也就说它这个危害要通过一定剂量的积累才能够表现出来。镉和砷作为重金属对农作物的影响，对人体的影响那么大，那我们国家对重金属超标的标准是什么？跟国际上比是一个什么标准？由于我们国家跟老百姓的膳食结构里面，稻米跟小麦我们食用是比较多的，所以我们国家对小麦跟水稻里面这个标准是非常严格的。我们就以水稻为例，我们现有的标准是0.2毫克每千克，但是国际食典委员会规定的建议值是0.4毫克每千克。就相当于我们现在的标准远严格于，国际食典委员会规定的那个0.4。比国际标准更严。是因为粮食里面的标准很严，所以导致农田土壤里的标准比国际一些国家要严很多。我们以镉为例的话，我们PH小于5.5的时候，我们是0.3毫克每千克，这样一个标准，是相当严格的一个标准。这个严格的标准，跟世界上发达国家相比较呢？
如果是严格指数从1到10的话，我们应该在9.5这个水平，相当严格。因为我们国家本身对重金属要求非常严格的，它的标准是在世界级的标准之上，我们国家有没有相应的法律法规来限制这种镉砷重金属超标的土地，去生产农作物。目前的话我们，就是2018年出台了《土壤污染防治法》。2016年我们国务院也有个《土壤污染防治行动计划》。那么这两个是纲领性的文件，我们已经在行动了，我们把土壤污染分为三大类，一类就叫严格管控类。超过一定的限制以后，我们不能够种食用农产品，退耕还林还草，种生态树木和生态草原。那么如果说污染不是特别严重的，可以种一些非食用的经济作物。比如说像棉花，像一些能源植物，像玉米，以后把它用来酿酒精，然后作为生物能源，还有有些作物，它对重金属不敏感，它不容易吸收积累重金属。比如说像果树，像蔬菜，可以在相对污染比较轻的地方种这些，那么这个的话就管控住它的风险。第二类的话，就是在风险管控值和安全利用值之间，也就是说我们通过一定的措施，可以让上面种的粮食作物或者是食用农产品达到安全水平的，这类叫安全利用类。那么还有一种就是我们非常干净的耕地，我们要优先保护起来。说到这个话题，我们来看看相关的短片。
稻田中的土壤污染直接关系到农产品的质量安全，以及民众的身体健康，是整个社会关注的重大环境问题。我国的《土壤污染防治法》为遏制当前土壤环境恶化，保证土地以及老百姓的餐桌安全提供了坚实的保障。对于镉、砷等重金属超标的污染地的管控，根据不同的污染程度有严格明确的处置规定，对于污染特别严重的地方，坚决不允许种植可食用的农产品，会把它划分为特定农产品的禁种区。除了法律的保障，当然还需要科学的污染鉴定以及防治方法。那么究竟该如何防范稻田污染呢？那我们用什么样的办法来鉴别被镉和砷污染的土地呢？这就是讲的土壤污染一直不受大家重视的原因，你像水污染，你能看到五颜六色的，你觉得是水污染了。大气污染，雾霾一来，或者有个烟囱冒黑烟，我们这个地方有可能污染了，但是对土壤而言的话，污染进去了，你看不出来，它是有个隐蔽性的，也不容易发现，但是长期的潜在的存在条件下，一旦出现土壤污染之后，它的后果是非常严重的。所以说刚才主持人问，砷镉污染之后，有没有办法来判别，其实还是很难的，我们必须通过专业的仪器，我们去看它里面这个含量，有没有超过我们国家的标准，特别是要看我们生长在土壤上面的农作物，有没有超过我们的食品质量标准，这样去进行判断。
我们普通农民在种植粮食作物土地的时候，他可能不会有我们专家这样的手段去鉴别是否重金属已经超标了，在这样的情况下，我们国家有没有什么监测的办法或手段？其实我们现在目前包括农业农村部，包括资源环境部都在做这个工作，有一个叫国控点监测，就是我们国家在全国范围内敏感区域布监测点，每年都会定期地监测土壤和农产品的数据，然后相应的省里面也有省控点的监测。如果是你对自己的地不太放心的话，你可以送到我们一些专业的机构进行分析，然后会对给你一些针对性的措施和建议。被镉和砷污染的土地，在以往我们都有哪些治理的办法？主要的方法就分为物理的、化学的，那么物理的话就很好理解，就是把污染的土壤把它拿走，然后用不污染干净的土壤给它替换，这叫客土。那么还有一种的话，因为通常污染就发生在表层，表层0到5公分（厘米），或者0到20公分（厘米），那么我们把表层的土壤和下层的土壤给它一翻，稀释以后也能够达标，这种就是物理的方法。
还有的话就是化学的方法，我们这个重金属要想到植物体里面吸收，必须要进入到土壤溶液，那么我们向土壤当中加一些化学物质，让这个化学物质和重金属发生反应，把它固定在化学物质上面，让它很少向溶液里面释放，这种过程是化学的。但是还有一些更绿色一些生物类的方法，因为我们可以通过一些特定的微生物，更多的是用一些植物。有些植物在长期的自然选择条件下，它会能够很强地富集这类重金属。你像以镉为例，我们有东南景天，伴矿景天，它富集镉的能力是非常强的，而对砷的话，有一些蜈蚣草这类的植物。我们只要在这些污染的土壤上面，种植这些超富集植物，它可以把这些土壤里面重金属通过植物的作用提取出来，然后移除重金属，然后降低它的总量。刚才我们提到是过去一些传统的办法，那么今天我们有哪些新的方法来治理被镉和砷污染的土地？我们今天讲的土壤当中镉和砷的污染的治理，它其实是存在比较难的一个难点。因为土壤当中镉和砷的化学行为，有的时候它是相反的。那么比如说在淹水的条件下，这个镉它比较不容易溶解出来，比较固定，但是淹水条件下的砷又比较容易释放出来，在土壤碱性的条件下，砷是比较容易释放，镉又相反固定，所以的话往往我们以往在治理镉和砷同时存在的时候，就往往治了一个，另外一个就浮出来，就是这么一个比较难以解决镉和砷同时的这么一个问题。
那么我们通过长时间的研究，我们就找到了一个平衡点，我们通过制备一种叫铁基生物炭这种材料，它的生物炭能够吸附固定镉，那么里面的铁通过氧化还原，能够吸附固定砷，这么找到一个平衡点以后，同时达到治理镉砷这么一个目的。这个治理机制到底是怎么实现的？总的来说，我们是通过三重阻控，刚才王老师讲的植物吸收重金属这个过程，其实我们就是根据这个过程，这个机理来研发的。那么第一个过程就是要阻控重金属从土壤向土壤溶液当中迁移，那么我们通过铁改性的生物炭等材料来吸附固定镉和砷，让它减少向土壤溶液当中释放，这是第一个过程。第二个过程就是在根表让它形成根表铁膜，因为水稻它是一个泌氧的作物，我们让根表形成更多的铁膜，让镉和砷固定在根表铁膜里面，不让它进入到植物体里面。第三个过程，我们是通过叶片或者叫叶面喷施一些硅、硒等营养元素，调控植物重金属从根系以及植株里面，向籽粒里面转运的这个过程。我们通过这么三重阻控，层层地围剿，让植物它籽粒里面尽量少地积累重金属，达到食品安全这么一个目的。
我们目前的这种改良土壤的这种办法，适合推广吗？目前来讲的话，土壤的污染治理，其实打个比方来讲，就跟人的治病是一样的，需要对症下药。我们在治理土壤之前，一定要先调查这个土壤的污染的情况，理化性质等等，根据它的这些污染的状况，针对性地采取一些相应的治理措施。目前的话我们达到的目的是农作物的安全利用，我们施的土壤当中的调理剂也好，铁基生物炭也好，那么它有一定的时效性。那也就是说跟疫苗一样，你可能过几年以后需要检测一下到底效果还有没有，如果没有的话，可能还需要补施，所以我们这个技术的应用，它是有一定的前提条件的。刚才我们提到的新方法，如何能够得到广泛的推广呢？我们来看看相关的短片。从2012年起，这项稻田污染治理的新技术，就在全国十余个省份、200多个县市区，进行了大规模推广和应用，取得了可喜的效果。稻米中的镉、砷含量分别平均降低了76.5%、41.6%，镉、砷达标率分别提升至90.7%、94.8%，是国外同类技术的1.3倍。新增达标稻谷达到308.1万吨，同时增产15.56万吨，相当于2000万人的年口粮。这项成果所带来的增产与提质，最终达到的增收约619.1元每亩。稻田污染治理的新技术，不仅同时解决了土壤中镉和砷的污染问题，有效降低了水稻中的重金属含量，还成功实现了粮食安全与粮食增产的双重丰收。
那目前我们这种土壤的治理方法，它的成效到底怎么样，同时能给我们的土地带来哪些收益？目前我们已经做了有多年多地的这么一个实验的结果，总体上来讲，能够在中轻度的镉砷污染的稻田上，通过我们这个技术，稻米的镉能够降百分之六七十，砷能够降40%左右，稻米的达标率能够达到90%。它就能够很好地解决了我们土壤里面经常面对的砷镉复合污染这个问题，达到一个安全生产，防止砷镉进入食物链危害人体健康。我们这项技术主要还是体现在食品的安全，那么这个就是让老百姓吃的就更健康，更安全。说到未来在稻田的治理上，我们还有什么新的思路给大家介绍介绍吗？我们发展一些新的技术，包括我们研制一些新型的一些钝化材料，因为现在的很多钝化材料它是广谱性的，一加上去之后，它把所有的金属活性都降下来了，包括我们前面讲的一些微量元素的活性也会降下去了，我们更希望是一种专一性的材料，只对镉，只对砷。另外一方面，我们还是想在超积累植物这一块可能还需要加大研究。因为现有的超积累植物，它生物量是比较小的，所以我们驯化一些生物量比较大，生长周期比较短的一些这样一个超积累植物，适合于大范围地去运用。从植物吸收的角度考虑，我觉得还应该是发展一些，培育一些低累积的品种，只有通过低累积的品种，我们在中轻度污染土壤当中，我们种植了之后，它重金属不往籽粒里面去转运。
最后，我们还希望是现在技术很多，往往存在的技术，以单一个技术不能够很好地治理，所以我们要发展一些鸡尾酒治理方法，我们可以一些化学的、生物的多种手段合在一起，能够降低它这个吸收。现在有的方法就是说，我们在控制污染的时候，往往是从浓度的角度去控制的，所以我们还希望未来在研究当中的时候，希望从总量的角度控制，我们可以进行全链条地分析重金属，它输入输出的通量，然后它的吸收、转运等等，实现我们清洁生产。对于未来我们还有哪些治理稻田的规划呢？当然这个未来的规划，我觉得还是从两个方面去讲。一个是防，我们一定要找出这个稻田里面污染源在什么地方，你找出污染源了之后，我们阻控污染源，防止污染进一步扩大，这是一个防。另外一方面就是控，对于控我们还是希望从分类进行控制，我们对于干净的土壤，对于尤其是轻微污染的土壤，我们优先保护。对于中轻度污染的土壤，把它移除或者降低土壤的重金属的活性，使重金属吸收更少，我们实行边生产边修复的目的，对于我们重度污染土壤的话，我觉得还是要进行严格管控，可以改变它的种植模式，逐步地去移除土壤重金属，让这样一个严格管控向安全利用角度去转换，最终达到一个清洁生产的目的。
说到土地污染，作为普通人来讲，我们能做些什么呢？现在我们《土壤污染防治法》已经立法了，从2019年就开始，到2019年1月1日我们《土壤污染防治法》就正式颁布了，我觉得对于普通普通公众来讲，我觉得还是我们增强对土壤的防治意识。其实我们日常生活中，经常会碰到重金属，举个很小的例子。我们经常用的纽扣电池，那个电池里面就含有高浓度的铜、锌、镍、铅、镉这些重金属，如果我们随意的把这个电池扔到水里面，我们就会造成水体的污染。扔到我们田里面去之后，它的外壳腐蚀了之后，里面大量的重金属就会跑出来，然后就污染我们农田，我们就必须要从我们自身做起，我们知道垃圾进行分类，对危害垃圾我们集中进行处理，包括一些过去老式的日光灯管里面，会含有一些汞，我们也进行安全集中处理，不让它进入我们环境里面去。倡导每个人的低碳生活，比如说我们减少一次性用品的这种使用，减少垃圾的产生。比如说我们尽量减少这种一次性塑料袋，一次性饭盒这种东西。这种东西它会给环境增加一些负担，那么不单单是重金属的预防，包括其他一些环境的保护也有好处。人类大部分的污染，对自然的污染，都是来自我们人类本身的行为，那收敛我们自己的行为，爱护我们环境是人人有责的。感谢您收看我们这一期的《透视新科技》节目，如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目，我是胜春，今天的节目就到这儿了，我们下期节目再见。
