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如何科学看待铜、锌对土壤生态和农产品质量安全的影响
日期:2020-11-02 作者:生态环境部南京环境科学研究所研究员 王国庆 来源:农民日报 点击:
 

  开栏的话 因饲料中铜、锌等微量元素(重金属)的添加和使用,畜禽粪污中必然残留一定的重金属,对土壤和农作物会产生怎样的影响呢?由于缺乏科学认识,畜禽粪污的危害被片面夸大,困扰着畜禽粪污还田利用,影响了农民粪肥使用的积极性。那么,如何科学看待饲料中铜、锌等微量元素的影响?我国采取了哪些措施,确保饲料中不过量添加?如何科学确定商品有机肥中重金属的限量值?在畜禽粪污处理和还田利用过程中,应采取哪些措施降低重金属污染风险?为回答公众关心的普遍问题,使大家理性看待畜禽粪污重金属残留,本刊特别开设“科学看待畜禽粪污重金属残留”专栏,邀请相关领域权威专家从不同角度撰写科普文章,解疑释惑的同时,促进畜禽粪污还田利用,敬请关注。

  铜、锌是土壤中自然存在的金属元素,主要来源有大气沉降、工业污染、施肥带入等。根据我国“七五”土壤环境背景值调查结果,我国土壤铜和锌的环境背景含量范围分别为0.33-272mg/kg和2.60-593mg/kg,不同省份土壤中两种金属背景含量差异较大。一般情况下,因人为活动进入土壤中的铜和锌有一个缓慢累积的过程,达到一定含量后,可对作物生长、土壤微生物等产生负面影响,铜锌含量特别高之后,也可能造成部分农产品中铜锌含量异常。调查研究表明,土壤中的铜和锌主要影响作物生长,对农产品质量安全的影响总体可忽略。

  土壤是一个复杂的生态系统,影响土壤环境质量的因素很多。铜、锌等重金属一旦进入土壤后不易降解,部分重金属可被植物吸收移除,相当一部分在土壤中积累。土壤中的铜大部分与土壤组分以牢固地结合态存在,少部分铜可被植物根系吸收;土壤中锌大部分是以结合态存在,植物主要吸收水溶性、可交换态或部分酸溶性的锌。铜和锌均是植物生长必需的微量营养元素,土壤中铜、锌含量过低,会影响植物正常生长,但过多又会危害作物生长。

  2018年发布实施的《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018),针对铜和锌制定了土壤污染风险筛选值标准,铜和锌的筛选值沿用了《土壤环境质量标准GB15618-1995》中铜和锌的二级标准值,主要考虑因素是铜和锌对作物产量的影响。土壤中铜和锌含量超过污染筛选值时,表明农用地土壤污染可能对作物生长、土壤微生物等存在生态风险,而非影响农产品的质量安全,是否存在生态风险需开展进一步调查研究,依据结果确定是否采取土壤污染修复等管制措施。土壤标准与农产品质量安全标准不同,农产品超标了,人群食用后可影响身体健康,土壤污染超筛选值(标准)了,农产品不一定都超标(与重金属生物有效态、作物品种、农艺措施等有关),需具体情况具体分析,土壤标准是风险筛查的作用,所以叫筛选值。

  研究表明,土壤中铜和锌含量异常增高会明显影响作物产量。铜和锌对作物产量的影响与土壤类型有关。石灰性土壤、中性土壤和酸性土壤中引起作物产量(下降10%)的土壤铜的临界含量分别为100mg/kg、100mg/kg和50mg/kg,而显著影响微生物效应的土壤铜临界含量分别为160mg/kg、130mg/kg和60mg/kg,制定铜的土壤环境质量标准值时,主要依据我国土壤铜对作物产量影响的研究。对于土壤锌,石灰性土壤上导致作物减产10%的土壤锌临界含量为300-1000mg/kg,中性土壤约为600mg/kg。在制定石灰性土壤锌的标准值时,主要依据我国土壤锌对作物产量影响的研究,在制定中性和酸性土壤中锌的标准值时,参考了国外相关标准值和锌对蔬菜质量的影响研究结果。

  土壤铜和锌对农产品质量安全又会有怎样的影响呢?研究表明,不同作物对土壤中铜和锌的吸收能力不同,蔬菜吸收能力较强,粮食吸收能力较弱。土壤中铜、锌含量异常时,通常其生长毒害作用优先显现,导致作物生长障碍、减产或绝收。

  铜、锌是人体的必须微量元素,但过量摄入会对人体产生一定的危害。1982年,国际粮农组织(FAO)/世界卫生组织(WHO)食品添加剂联合专家委员会(JECFA)评估认为人群对锌的每日最大耐受量范围(PMTDI)是0.3-1mg/kgbw(毫克锌每千克体重,下同),即:每人每天膳食锌的需要量为0.3mg/kgdw,最大耐受量为1mg/kgdw。食品添加剂联合专家委员会对铜进行评估后认为每日最大耐受量范围为0.05-0.5mg/kgbw。2009年,《中华人民共和国食品安全法》颁布实施,原卫生部结合1982-2002年间中国营养与健康调查结果进行评估,结果表明我国居民锌的摄入量呈下降趋势,铜、锌的摄入量远低于可耐受的最高摄入量。2011年1月10日,原卫生部和国家标准化管理委员会决定废止食品中铜、锌的限量卫生标准,表明铜、锌对农产品质量的影响已不再是管理关注的首要问题。

  当前,我国部分有色金属采矿、冶炼活动影响区和高背景值地区,土壤铜、锌对作物生长等的毒性危害,是农用地土壤环境风险管控的工作重点。铜和锌被广泛应用于饲料添加剂,为促进畜牧业发展发挥了重要作用,但其对环境的影响也日益受到重视,需要进行系统科学的分析和评估。调查发现,动物仅能有效利用饲料中铜和锌的10%左右,其他部分随粪便排出体外。研究人员利用2015年统计数据,开展了华东地区土壤施用畜禽粪肥相关研究,据报道数据测算:每年因畜禽粪肥施用可造成表层土壤(0-20cm)的铜、锌的增量分别约为0.06mg/kg和0.14mg/kg;另一方面,作物生长会吸收移除土壤中铜和锌,移除量跟作物种类和生物量有关。我国土壤复种指数较高,作物能够带走的量也相对较高,据此,达到土壤铜和锌污染风险筛选值一般需要经过若干年的时间。

  2017年,新的饲料添加剂安全使用规范进一步调低了铜和锌的限量值。从严格农用地土壤环境保护考虑,应该严格畜禽粪便中铜锌的源头管控,规范畜禽粪肥施用与土壤环境监测预警,更好保障农作物产量安全,有效遏制铜、锌长期累积造成的土壤污染生态风险。

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