摘要重金属在水稻的根、茎、叶以及籽粒中大量积累,不仅影响水稻产量和品质及整个农田生态系统,并可通过食物链危及动物和人类的健康。该文从重金属对水稻植株和人体的危害、水稻吸收重金属的影响因素,以及水稻对重金属抗性等方面,介绍水稻中重金属污染的研究进展,并对今后控制水稻重金属污染提出建议。
关键词重金属污染;水稻;食用安全
中图分类号 x53;s511 文献标识码a文章编号 1007-5739(2010)22-0291-02 收集。
discussiononheavymetalpollutionandediblesafetyofrice
wang li-hong 1yin xi-xiang 2li sai-yu 1gao ping 3lei ming 4 *
(1 shandong analysis and test center,shandong academy of sciences,jinan shandong 250014; 2 institute of urban environment,chinese academy of sciences; 3 shandong geological environmental monitor station; 4 college of resource & environment,hunan agricultural university)
abstractheavy metals can accumulate largely in root,shoot,leaves and grains of rice,which not only effected on the yield and quality of rice,but also brought threats to the field ecosystem. furthermore,it may pose health risk to animal and human through the food chain. in this review,the research advance on heavy metal pollution in rice was investigated from following three points:the harm of heavy metals to rice and human,the important factors of uptaking heavy metals in rice and the resistance mechanism for heavy metals in rice.as a whole,some advices were put forward to control the heavy metal pollution in rice.
key wordsheavy metal pollution;rice;edible safety
近年来,随着工农业生产的发展,工业“三废”的排放、城市生活产生的污水和垃圾的污染以及含有重金属的农药、化肥的不合理使用,使全球农田土壤中重金属的含量急剧增加,造成土壤生产力下降、农产品污染与生态环境破坏等严重问题,已经成为阻碍农业生产可持续、高效发展的主要因子之一。WWW.133229.COm更为严重的是,土壤中的重金属可以通过植物吸收,进而经食物链进入人体,从而威胁人体的健康。例如,cd中毒会引起肾功能障碍、肺损害、骨损伤;as对人的心肌、呼吸中枢、生殖系统、造血机制、免疫系统都有不同程度的损伤。当前,我国的水稻田土壤和稻米重金属污染问题已相当严重。据报道,目前我国受cd、as、cr、pb等重金属污染的耕地面积近2 000万hm
2,约占总耕地面积的1/5。据农业部稻米及其制品质量监督检验测试中心2002年对全国市场稻米安全性抽检结果,稻米中超标最严重的重金属是pb,超标率为28.4%,其次是cd,超标率为10.3%,as和hg超标率相对较低,超标率为2.8%和3.4%;并呈现一定的复合污染[1]。
1水稻中重金属的来源
由于城市化、工业化的迅速发展,大量的废水涌入河道,有的甚至是未经处理的污水,从而使水中含有大量重金属等污染物,经灌溉后污染土壤。我国利用污水灌溉农田面积为139.86万hm
2,其中有30%的土壤受不同程度的重金属污染[2]。
使用含有pb、hg、cd和as等的农药和不合理施用化肥,都有可能导致土壤重金属污染。一般磷肥中含有较高的cd、hg、as和zn等重金属,氮肥和钾肥中重金属含量较低,但氮肥中pb的含量较高,过量施用将致使土壤中这些重金属含量偏高[2]。金属矿山的开采、冶炼过程中,重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣随意堆放均可使重金属被酸溶出,含重金属离子的矿山酸性废水随着矿山排水和降雨进入水环境或直接进入土壤,直接或间接地污染农田土壤[3]。
2重金属对水稻生长过程的影响
水稻受重金属污染之后,其植株处于重金属胁迫环境中,将产生不同程度的伤害。根据逆境胁迫的有关理论,任何逆境都会使光合速率下降,同化物形成减少,叶绿体受伤,呼吸速率也发生变化,有关光合和呼吸的酶失活或变性,合成酶的作用下降,水解酶的作用增强,从而引起植物体内生理生化指标的变化。目前,重金属影响水稻生长的研究主要集中在单一元素[4],由于农田生态环境较为复杂,各种重金属间往往存在协同、拮抗、屏蔽和独立作用[5],致使重金属影响水稻生长的生理生化效应尤为复杂,其生态效应受多元素的组合、相对浓度及比例等多种因素影响。因此,重金属复合污染体对水稻生长的影响是一个有待深入研究的前沿问题。
3水稻对重金属的吸收和影响因素
3.1水稻对重金属的吸收和富集的特点
生长在重金属污染土壤上的植物,其体内必然会发生重金属累积。水稻各器官重金属含量与土壤的重金属含量呈显著正相关,且各器官之间的重金属含量也具有密切的关系。土壤中cd、pb、hg和cr等重金属或as等类金属元素,可通过水稻根系从土壤中吸收并输送到各个器官组织中进行再分配。水稻植株各器官重金属含量分布规律为根>茎叶>籽粒[6]。此外,水稻籽粒对重金属的吸收特点因其元素不同而差异较大,重金属元素被水稻糙米吸收的程度大小依次为:as
3.2影响水稻吸收重金属的因素
(1)土壤质地和有机质。土壤中重金属含量与土壤质地密切相关,一定量的重金属投入土壤后,土壤质地越粘重,重金属持留量越大。一般土壤中腐殖质含量越高,土壤吸附重金属的能力越强。据报道,用含cr3+溶液处理的冲积土,处理浓度为300 mg/kg条件下,水稻开始减产,而用10 g/kg火山灰土处理的水稻,其产量几乎未受影响。
(2)土壤ph值。许多研究资料表明,土壤中重金属离子cd2+、co2+、ni2+、cu2+、pb2+的溶解度与土壤溶液中ph值的高低关系极大。土壤ph值愈低,其溶解度愈大,活性愈高。类金属as的情况则不同,由于其主要呈阴离子态存在,在较低ph值范围内,h2aso4-、h2aso2- 等能被带正电荷的氢氧化铁等迅速吸附。随着ph值增加,吸附剂表面负电荷增高,促使as-向溶液中解吸。
(3)土壤eh值。土壤在还原状态下,重金属可形成难溶化合物,使土壤溶液中的重金属离子减少,从而抑制了植物对重金属的吸收。旱田条件下小麦、大豆吸收重金属的含量比水稻多。当土壤eh值升高时,重金属的活性也增加,有利于水稻吸收重金属,且eh值与糙米重金属含量呈正相关。但as例外,当eh值低到一定程度时,变价元素as可以亚砷酸盐形态存在,亚砷酸盐的毒性和可溶性比砷酸盐大得多,且易被作物吸收。水稻土由于长期淹水使eh电位降低,有利于亚砷酸盐的存在,从而使水田与旱地土壤中as的临界含量有很大差别。由此可见,采取灌溉措施来调节土壤氧化还原状况可以减少水稻对重金属的累积。 收集。
(4)土壤中污染物类型。土壤中重金属元素的存在形态不同,对水稻的毒害程度不同,植株体内重金属含量也有明显差别。就不同砷化物对水稻产量的毒性而言,其顺序是:三氧化二砷≥砷酸钙>砷酸铁>砷酸钠>砷酸铝。由此可见,砷酸盐在酸性土壤中以钙盐的毒性最大。
(5)化学添加剂。通过向土壤中添加调控物质来改变重金属的化学活性,可以抑制水稻对重金属的吸收。研究发现用炼铁水淬渣为主要原料生产的硅肥,能够抑制水稻对镉的吸收,且糙米镉含量相对下降92%以上,稻草镉含量下降94%以上[7]。
4水稻对重金属的抗性
4.1水稻品种的抗性
在相同条件下,不同的水稻品种及同一品种的不同器官,由于外部形态及内部结构的不同,吸收重金属的生理生化机制各异,故其重金属元素的累积量差异较大。已有研究表明杂交晚稻比常规稻对pb、cd的富集能力强[8];类似的结果也被验证,认为高产品种重金属含量高,低产品种重金属含量低,由此给高产品种的育种提出了很大的挑战[9]。
4.2水稻体内的抗性
重金属在水稻植株内的分布规律是在新陈代谢旺盛的器官累积量较大,而在营养贮藏器官中累积量小,重金属在水稻不同形态器官中含量顺序是:根部>根茎部>主茎>穗>籽实>叶部。因此,虽然秸秆还田可以培肥改土,节水保墒,提高产量,但是也给土壤重金属污染的治理带来了困难。目前,对水稻中重金属分布的研究还不够深入,引起根、茎、叶及籽实中重金属含量的明显差异的生理生化机制还有待进一步研究。
5展望
稻米是我国人民主要的粮食之一,全国60%以上的人口以稻米为主食。随着人们生活水平的提高,人们对食用大米的质量要求也越来越高,水稻生产慢慢地从数量型向质量型转化,这就对水稻安全生产提出了很高的要求。但是稻米重金属的污染,不仅降低了其品质和安全性,而且影响了消费者的健康水平和稻米的销售。因此,准确测定水稻根、茎、叶及籽实中重金属的含量,研究其在水稻各品种、各器官的分布规律及结合形态,寻找减少或消除籽实中重金属的物理、化学的方法,为无公害稻米的生产提供理论依据,具有重要的理论意义和实用价值。整理
6参考文献
[1] 程旺大,姚海根,张国平,等.镉胁迫对水稻生长和营养代谢的影响[j].
