粮食中重金属铅离子、镉离子的污染现状及对人体的危害

粮食中重金属铅离子、镉离子的污染现状及对人体的危害

作者：郭健姚云赵小旭柳家鹏王涛刘美辰蒙少华

来源：《粮食科技与经济》2018年第03期

[摘要]近年来食品安全事件频发，重金属污染是长期困扰食品安全的影响因素之一。重金属元素分布广泛、种类繁多，本文在国内外相关研究成果的基础上，主要针对空气、水、土壤中重金属铅（Pb）、镉（cd）污染的现状，以及重金属铅离子（Pb2+）、镉离子（cd2+）对粮食污染的影响进行阐述。

[关键词]粮食；重金属；铅；镉

中图分类号：X836 文献标识码：A DOI：10.16465/431252ts.20180304

20世纪以来，我国人口数量大幅度增长，采矿、冶炼、铅蓄电池、皮革及其制品、化学原料及其制品五大行业的工业化进程不断加快，农用化学品的大量使用及城市污水肆意排放，使得农田土壤重金属污染日趋严重。重金属污染就是由重金属过量累积引起的污染，是导致环境恶化的一个重要因素，即使痕量的重金属污染物进入人体也会对人体造成极大的危害。社会经济的蓬勃发展以及生活质量的不断提高，人们对食品安全问题愈发关注。

1重金属概况

1.1理化性质

重金属是指比重在5.0以上，与污染相关，具有生态毒性和潜在毒性的金属和准金属。在相关的科学研究中，将铍（Be）、铝（A1）、钛（Ti）、钒（V）、铬（cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（cu）、锌（Zn）、钼（Mo）、银（Ag）、镉（cd）、锡（sn）、钡（Ba）、汞（Hg）、铅（Pb）等均称为重金属，一些与金属具有相似性质的准金属如砷（As）、硒（se）等也被称为重金属。其中，铬（cr）、镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）和砷（As）是对人体健康危害最严重的5种重金属。

1.2铅（Pb）

铅（Pb）分布广泛，易提取、易加工，具有质地柔软、延展性强、熔点低等特点。铅是人类使用最早的金属之一，公元前3000年，人类已经能从矿石中熔炼铅，商殷至汉代，青铜器中铅的含量逐渐增大。铅作为最古老的重金属之一，被广泛应用于工业生产中，大部分以废水、废气、废渣等形式排放到空气、水和土壤中。从1980年代中开始，铅的应用开始骤然下降，其主要原因是铅对环境的污染。如今，汽油、染料、焊锡和水管一般都不再含铅。

1.3镉（Cd）

镉（Cd）是一种稀有元素，呈白色，是作为副产品从锌矿石或硫镉矿石中提炼出来的，常用于电镀，保护其他金属免受腐蚀，如铁制品、电镀钢、铜及其他合金。镉可以用来制造体积小、电容量大的电池，还可以用来制造亮黄色颜料，用于高级油漆和绘画颜料。

2重金属的污染现状

空气、水、土壤中潜在的重金屬污染无处不在，严重影响了人们的生活质量和身体健康。重金属对环境的污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点，对自然环境、生态系统和食物链的危害极大，治理成本高、周期长。

2.1大气中重金属铅、镉的污染现状

人类活动产生的含有重金属的粉尘或有害气体，是大气中重金属铅、镉污染的主要原因，如金属冶炼、汽油燃烧和水泥制造等排入空气的大量颗粒沉积物。重金属污染的有害粉尘会随着自然沉降、风力作用等过程发生迁移，沉积在屋顶、阳台或路面，沉积的粉尘亦可随风力作用重新回到大气中，影响空气质量，或是直接沉积在水体和土壤中，严重影响水体和土壤质量。

Freiie等对阿拉伯海湾附近的空气质量进行研究，发现大气中重金属污染最严重的是铅污染，巴林地区铅污染的比例高达35%。随着无铅汽油的广泛使用，附近空气铅污染比例有所下降，但仍比其他重金属含量高。Hu等研究了北京地区降雪中重金属的含量，结果显示铅的含量是标准限值的4.29倍，超标严重。Wei等对北京高密度交通区、居住区、教育区和旅游区的粉尘进行采样，测定粉尘中铬、铜、锌、镉和铅的浓度，与其他城市对比后发现，北京地区整体重金属含量处于中等水平，但镉含量处于重度污染状态。Chen等研究了天津市PM2.5中的重金属含量，其中镉的含量是国家环境空气质量标准中规定标准含量的1.3倍。Xinwei等测定了西安城市幼儿园附近粉尘中重金属的污染程度，结果表明铅污染最严重。

2.2水体中重金属铅、镉的污染现状

Bhuiyan等针对孟加拉国西北部的煤矿区，对其附近水体的重金属污染程度进行研究，结果表明，有55%的矿井排水、灌溉水域处于中、高度污染水平，有50%的地下水处于高度污染水平，并且靠近煤矿区附近的水体，其重金属污染程度远远高于其他地区。Islam等研究了孟加拉国城市地表水和河流沉淀物中重金属的污染状况，Korotoa河水中重金属的含量测定结果显示，该水域重金属污染以铅和镉的含量最高。中国作为典型的发展中国家，随着工业的蓬勃发展，冶金、采矿、电镀等行业的工业废水排放量也大大增加，导致水体中重金属的含量急剧增加，水体环境受到严重污染。我国城市和农村生活污水排放量每年超过60亿万t，大部分未经处理的污水直接排入河流湖泊中，导致地表水污染程度显著上升。调查数据显示，我国江河湖库的重金属污染率已高达80.1%，黄河、松花江等十大流域重金属含量严重超标，黄河水

系中镉含量为16.7%。Ning等调查研究了山东玲珑矿区附近的地表水中重金属的含量，研究表明，地表水中镉的含量高于国家地表水环境质量标准。Wang等评估了青岛锦州湾海水的重金属污染程度，结果表明铅、镉的含量均超过了中国海水水质一级标准，镉的污染程度最为严重，占总比例的25%。

2.3土壤中重金属铅、镉的污染现状

污水灌溉是土壤中重金属污染的主要原因，大气沉降以及垃圾堆放也会造成一定的影响。Bermea等评估了墨西哥城区135个不同地区的城市土壤，研究表明，铅是城市土壤中含量极高的重金属，污染指数高达23.8。Han等采集了沈阳至哈尔滨高速公路附近的土壤样本，分析其重金属污染程度，结果表明，在该高速公路附近的土壤样本中，铅是主要污染物，距公路20～40m范围内是重金属污染最严重的区域。Xu等研究了嘉兴、长江三角洲、珠江三角洲区域土壤中重金属的污染程度，结果显示镉污染覆盖的区域占总比例的0.74%。Liu等评估了江西省乐安河沿岸土壤中重金属的污染现状，研究发现，土壤中镉和锌的污染最严重，主要是由于大量的冶炼废水进入水体，居民长期使用重金属污染的水灌溉土壤导致的。

3粮食中重金属离子污染现状

3.1玉米中重金属离子污染现状

陆素芬等研究了广西南丹县粮食作物玉米籽粒的重金属离子含量，结果表明，玉米中铅离子、镉离子的超标率分别为28.3%和8.4%。研究表明，在镉污染下，玉米籽粒中蛋白质、淀粉、脂肪含量均会发生变化。曹莹等研究了镉对玉米籽粒品质的影响，结果表明，隨着土壤中镉浓度的增加，玉米籽粒中的蛋白质和脂肪含量均呈先升高后降低的趋势，玉米籽粒淀粉含量呈先降低后升高的趋势。生长在镉胁迫环境中的玉米具有一定的适应性，适应的主要途径是通过体内合成一类与镉特异结合的蛋白质或多肽，从而减轻镉毒害。

3.2小麦中重金属离子污染现状

李波等对沪宁高速公路两侧的小麦进行重金属监测，研究结果表明，公路两侧250m范围内的小麦受到不同程度的铅污染，小麦籽粒中铅离子含量超标率达99%以上。朱昊等通过随机采集苏中地区43组小麦籽粒样本，测定其中铅离子、镉离子含量，结果发现，小麦籽粒样本中铅离子、镉离子超标率分别为4.65%、27.9%。李颖等分析了邯郸市某冶炼厂周边小麦重金属污染情况，结果表明，小麦中铅离子和镉离子的含量均出现了不同程度的超标现象，小麦体内重金属离子污染程度与距冶炼厂的距离有明显的相关性，污染指数随着距离增加而降低。周秋峰等以室内水培实验和田间试验系统研究了铅、镉胁迫对小麦生长发育及生理指标的影响，结果表明，低浓度的重金属离子在一定程度上促进小麦种子的萌发，而高浓度则对小麦种子萌发表现为强烈的抑制作用。

3.3稻米中重金属离子污染现状