农业生态环境与食品安全_何加骏

农业生态环境与食品安全

何加骏1,李 奇2

(1 江苏省农业科学院科技服务中心,江苏南京210014;2 南京市科技局农村科技处,江苏南京210008)

摘要:主要分析了农业生态环境与食品安全的关系,并着重分析了农业生态环境中,可能通过食物链富集而对食品安全构成危害的污染物及其在生态环境中存在的数量、形态和生物富集作用。

关键词:农业;生态环境;食品;安全;污染物

中图分类号:S-01 文献标识码:A 文章编号:1002-1302(2007)01-0204-05

(上接第203页)

菊酯却相反,这可能与两类杀虫剂的渗透性差异及检测时小白菜植株大小有关。

3 小结与讨论

毒死蜱在小白菜上的降解速度快于氯氰菊酯和氰戊菊酯,3种杀虫剂的半衰期依次为1.21d、2.04 d和1.86d。

供试3种杀虫剂在叶菜中的最高允许残留量(MRL)国家标准均为 1m g/kg。那么在本试验中,不论是推荐剂量还是高剂量,最后一次用药后3 d几乎都达不到安全食用标准;最后一次用药后7d,氰戊菊酯高剂量的残留超标,其他各处理残留量均在允许范围内。参考氰戊菊酯在高剂量下的降解方程,可估算出其用药1次于药后9d残留量<1 m g/kg。从表1可知,氯氰菊酯和氰戊菊酯施用2次的残留会更低,因此小白菜应在最后一次施药9d 后食用。综合以上分析,48%毒死蜱施用量不超过432g a..i/hm2,10%氯氰菊酯施用量不超过75 g a..i/hm2,20%氰戊菊酯用量不超过150 g a..i/hm2,并且每种杀虫剂用药次数不超过2次的前提下,毒死蜱和氯氰菊酯的安全间隔期可确定为7d,而氰戊菊酯则定为9d。由于小白菜的生长期较短,因此氰戊菊酯不宜用于防治小白菜害虫。

国以民为本,民以食为天,食以安为先。食品是人类赖以生存和发展的物质基础,而食品安全是关系到人类健康和国计民生的重大问题。食品安全完整的概念和范围应包括两个方面:一是食品的充足供应,即解决人类的贫穷、饥饿,保证人人有饭吃;二是食品的营养与安全,即能提供人体所需要的基本营养元素,并保证人类摄入的食品不含有可能引起食源性疾病的污染物。新中国成立后,经过近40年努力,虽然基本解决食物供应问题,但食品安全问题仍然存在,且愈发突出。

分析农产品从田头到餐桌的全程,可能引发食品污染的主要生产、加工、运输与贮藏以及烹饪等环节,其中源头污染是造成我国食物污染的直接原因。

收稿日期:2006-06-20

基金项目:江苏省自然科学基金项目(编号:BK2005109)。

作者简介:何加骏(1957 ),女,江苏南京人,硕士,副研究员,主要从事农业科技成果转化与科技服务工作。Te:l(025)84390202;

E-m ai:l he ji aj un503@hot m ai.l co m。

农产品源头污染主要包括受农产品生产过程中的生态环境污染与在生产过程中不合理或非法使用的投入品或添加剂等影响。就农产品安全质量受农业生态环境污染影响而言,主要是指水、土、气等环境的污染;而不合理或非法使用投入品给农产品安全质量带来的危害,其严重性易于理解,如高残留高毒农药、兽药的使用、瘦肉精等激素的使用,等等。

为了使食品生产者、消费者对食品安全有更全面的认识,以便更好地采取措施,预防与控制食品污染,着重对因农业生态环境污染,通过食物链而引起的食品质量安全问题,进行分析与讨论,以供读者参考。

狭义的农业生态环境主要是指水、土、气、光、热等自然因素,而在这些自然因素中,通过食物链对食品产生污染的主要是水、土和气,而光与热污染主要是对人类本身产生直接的危害。在水、土、气环境中存在的污染物质很多,对农产品构成污染的主要物质归纳起来有四类,分别是:重金属、有机污染物、生

物污染(如病源生物、基因等)和由普通营养引发的污染物,如硝酸盐、亚硝酸盐、藻毒素等。这四类物质,可能存在于水体中,也可能存在于土壤与大气中,虽然它们在不同环境要素中存在的含量、形态以及危害程度不同,但它们都可能通过食物链,在农产品中富集,进而造成食品污染,影响人类身体健康。为表述方便,按农业生态环境存在的食品污染物质类型分别讨论农业生态环境污染与食品质量的关系。

1 重金属

在美国提出的优先污染物中,所列出的重金属为砷、铬、汞、镉、铅、镍、锌、硒、铜等,其中砷与硒为类金属。在重金属中,除砷、汞和硒的有机化合物容易挥发外,它们和有机物不同,不但不能被微生物分解,相反还可能在生物作用下,形成毒性更强的金属有机化合物。因此,重金属一旦进入环境,便原地长期存在,对人类具有长期潜在的危害。重金属中毒可使人体的肝、脾受损,影响钙质吸收、骨变形,骨折疼痛,影响人的生殖能力,致癌等危害。水、土中重金属含量主要受土壤背景值与外来污染物的影响。魏复盛等[1]比较了中、日、英三国常见12种微量元素(A s、Cd、Co、C r、Cu、H g、M n、N i、Pb、Se、V、Zn)的平均值后,认为中国土壤各主要元素环境背景值与日本、英国土壤的含量大体相当。江苏省科协主持的 江苏农产品清洁生产技术创新与实施 课题组,于2003年,按农业部 农田土壤环境监测技术规范 (NY/T395-2000)对全省4个县(市)进行了调查分析[2],表明苏南某市菜地受污染较为严重, 51.7%的菜地不符合无公害农产品产地环境要求,主要污染因子是镉、汞和DDT,相比之下,稻田污染程度较轻;苏中海安、高邮两县(市)耕地总体质量较好,95%以上耕地符合无公害农产品产地环境要求,其中海安县为96.6%,高邮市为95.2%,少部分地区受DDT、Cr及Cd轻污染;苏北洪泽县耕地土壤总体质量良好,99.1%的耕地符合无公害农产品产地环境要求,少数地区铬、汞、铜含量偏高。

分析造成水、土壤重金属污染的主要原因,是来自工业或城市排放的废水、固体废弃物与干湿沉降以及农业自身的投入品,如农药与肥料。据报道,全国受重金属污染的地区约占污灌面积的45%,其中比较严重的是汞与镉。张永春等[3]分别调查了宁连公路淮安段两个断面,结果发现沿公路两侧0~150m范围内土壤中铅均有不同程度的累积,0~50 m范围内累积较为明显;断面1各样点土壤铅含量平均为18.60m g/kg,断面2各样点土壤铅含量平均为16.83m g/kg;断面1距路基5m、25m、50m、75 m、100m处土壤铅平均含量与300m处的背景值相比,增加了53.3%~74.8%;断面2距路基5m、25 m、50m、75m、100m处土壤铅平均含量与300m处的背景值相比,增加了46.4%~65.3%。虽然土壤铅含量均未超标,但仍有3个样品的稻米铅的含量超出了相关的无公害稻米重金属限量标准( 0.4 m g/kg)。石元值等[4]研究了汽车尾气对茶叶中重金属含量的影响,结果表明,汽车尾气对茶叶新梢、老叶中的铅元素含量影响较大,公路边的茶叶新梢中铅元素含量比距离公路远的茶园茶叶新梢高39.2%~129.6%,而公路边的茶园老叶中的铅元素含量要比距离公路远的茶园老叶高39.5%~ 159.1%。

长期施用微量元素高含量的粪便,将导致土壤中微量元素蓄积污染。张子仪[5]预测,1万头猪场按美国F AD允许使用的砷制剂推算,若连续使用含砷的添加剂饲料,5~8年之后,将可能向猪场周边排放近1t砷,16年后土壤中的砷即可增加1倍。Betey等(1972)和Feenstra等(1993)报道用高铜添加剂饲喂动物,生产的粪便作牧草肥料,该草制成干草时,可使绵羊发生中毒(粪中铜的浓度为700~ 3000m g/kg,干草中为42m g/kg)。

土壤或水体重金属均可能通过食物链富集,进而影响食品安全。郑宗林等[6]综述报道了水生生物对水体中重金属的富集试验结果,鱼类可蓄积比周围水体环境高1000倍的汞;当水中汞含量达0.001~0.01m g/L时,通过小环境藻 水蚤 金鱼的转移浓缩,35d后鱼体中的汞含量可为水的800倍;一般鱼类含砷1.1mg/kg,砷浓度较高的养殖区的贝类含砷量高达100m g/kg;大海虾含砷可达174 m g/kg,小海虾含砷15~40mg/kg。海水生物对铬有富集作用,其浓缩系数为:海藻60~1200、无脊椎动物2~9000、鱼类2000。通过富集和食物链的作用,动物食品中的含铬量比植物食品高,如鱼、猪肉、蛋为0.1~0.5mg/kg,蔬菜和水果均在0.1m g/kg 以下。

土壤、水体等环境中重金属也可以通过作物富集,从而造成食品污染。廖自基[7]报道生长在冶炼厂附近的植物中,花椰菜叶片含砷量仅为5.5

m g/kg,与土壤本底值基本相同;而草本植物叶片含砷量竟高达396m g/kg,是本底值含量的70多倍。

2 持久性有机污染物

持久性有机污染物又称难降解有机污染物(简称POPs),联合国欧洲经济委员会(UNECE)将它们定义为是一类具有毒性,易于在生物体内富集,在环境中能够持久存在,且能通过大气运动在环境中进行长距离迁移,对人类健康和环境造成严重影响的有机化学污染物质。1997年,联合国环境规划署提出了需要采取国际行动的首批12种POPs,即艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DDT、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀酚、七氯、PCBs、PCDDs和PCDFs,前9种是农药,PCBs是工业化学品,PCDDs和PCDFs是化学产品的杂质衍生物和含氯废物焚烧的产物。2001年,由联合国环境规划署理事会组织召开的国际文书政府间委员会第五次会议正式通过了禁用12种有机污染物的公约,完成了最后文本的谈判,至今已有150多个国家成为公约签约成员。中国是签约国之一,也承担起相应的义务与职责。

持久性有机污染物具有干扰人类及野生动物内分泌系统的作用,亦被称为环境内分泌干扰化学物质或环境雌激素。许多持久性有机污染物是已知和可疑致癌物,如多环芳烃和PCDFs等。也有大量证据表明,持久性有机污染物降低人与动物的免疫功能,并影响动物的行为等。

持久性有机污染物具有以下特征:(1)难以降解,具有长期残留性,长期停留在环境中。(2)POPs 是亲脂憎水性化合物,具有生物积累性。在水和土壤系统中,POPs会转移到固相或有机组织的脂质,代谢缓慢而在食物链中蓄积并逐级放大,最终影响到人类的健康。(3)POPs具有半挥发性和长距离迁移性。在环境温度下,POPs蒸发进入大气,并随着温度的变化而发生界面交换,长距离迁移后而沉积。例如,温度高的低纬度地区,产生的POPs的蒸汽压高;低温的极地等高纬度地区,POPs的蒸汽压低,从蒸汽中分离而沉积到极地等地球表面,导致全球范围的污染传播,表现出所谓的 全球蒸馏效应 和 冷浓缩现象 。(4)具有高毒性,包括致癌性、生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰特性等,严重危害生物体。

当前,在世界绝大多数的江湖水体中都不同程度地受到P OPs的污染。在威尼斯湖表面沉积物中,二嗯唤和呋喃的浓度分别处在16~13642 ng/kg和49~12561ng/kg,对环境造成了威胁。

我国东海岸三个出海口的沉积物中也存在POPs,在闽江、九龙江和珠江的出海口沉积物中, PCB s和DDT的总浓度都较高,其中DDT的浓度可能已影响到深海生物。闽江口河口水质PCB s超过USEPA的标准,部分沉积物超过参考评价标准[8]。

赵其国等[9]调查了太湖水中有机污染物现状。调查结果,太湖水中检出有机污染物273种,比1985年(73种)增加了200种,其中优先控制污染物6类43种,环境优先控制污染物6类24种;沉积物中检出有机污染物188种,与1985年相比,2000年如苯并噻唑浓度提高近100倍,来源于工业生产的苯二甲酸酯类浓度增加2.1~49.6倍。陈满荣等[10]应用气相色谱仪测定了长江口潮滩沉积物多氯联苯(PCB s)总量,结果为10.7~28.6 g/kg,11个样品检出率100%,新生沙岛九段沙潮滩沉积物同样检出PCBs。

另据中国科学院南京土壤研究所董元华[11]对太湖鼋头渚夜鹭所产卵中15种多氯联苯同系物残留物状况的研究,来自有机氯及多氯联苯等农药残留的同系物均能检测到,且随着夜鹭年龄增长,残留量亦提高。

周启星[12]研究了酚在水、土壤、植物和动物间的转移与富集,当水体中酚浓度为0.39m g/kg、污水中为2.98mg/kg时,灌溉的土壤中为2.99 m g/kg,土壤中生长的蚕豆含量为4.93m g/kg,用蚕豆喂对虾,结果对虾中含量达到7.8m g/kg。可见有机污染物可以通过食物链进行富集,进而影响食品安全。

3 污染生物

主要是病原微生物,如沙门氏菌、大肠杆菌、病毒等。有关转基因作物基因漂移,可能引发基因污染的问题,存在争议,有待进一步的研究证实。

众所周知,因食物受病原微生物污染,会引起肠道、呼吸道等疾病,影响人体健康。近年,随着有机食品发展,增加了有机肥的施用,如果使用未经处理的粪便,对蔬菜、水果等食物将构成新的威胁。

Balasubra m an ian[13]对粪便养鱼方式中,鱼受粪便微生物污染状况进行了调查,发现在鱼的肠道内病原菌数量多于皮肤与肌肉,吃食性鱼多于过滤食性鱼。而国内对粪便养鱼模式大力提倡,鱼的生长

及鱼产品是否受粪便微生物污染,目前还缺少相关资料。未经处理的粪便所带致病微生物在环境中能存活很长时间,甚至在田间施用后仍能生存。Gag l-i aedi等[14]甚至认为,大肠杆菌通过施肥进入土壤后,能继续生存并繁殖。E ri n等[15]研究了不同季节施用牛粪后,不同间隔时间栽种蔬菜,牛粪中标记的沙门氏菌与大肠杆菌对蔬菜根以及叶的污染,结果发现,如果将未经堆制处理的粪便施用时间与所栽培蔬菜收获期间隔120d以上,可以避免蔬菜根或叶受微生物污染。但即便如此,如果在初夏施用,蔬菜的根与叶中仍可检测到细菌。So l o m on等[16]对大肠杆菌O157 H7进行了GFP标记,发现大肠杆菌O

157

H7可以经灌溉水或受污染的土壤进入根系并进入植物体内,污染可食部分。

4 无机营养盐

这类化合物本身不会对农产品构成污染,但由此可能引发污染物的产生,如亚硝酸盐、氮氧化物藻毒素等。

4 1 硝酸盐

硝酸盐因容易在人体内转化成亚硝酸盐,并合成致癌的化学物质亚硝胺,引起消化道癌症。同时亚硝酸盐可将血液中低铁血红蛋白氧化为高铁血红蛋白,使之失去输氧能力,使人体(特别是婴幼儿)缺氧。因此,国内外都认为人体摄入的硝酸盐应加以限制。

蔬菜是容易积累硝酸盐的作物。据报道,人们每天摄入的硝酸盐约80%来自蔬菜。为限制蔬菜中硝酸盐的含量,我国制定的国家、行业或地方标准中都规定了硝酸盐含量(表1)。

表1 蔬菜中硝酸盐含量标准(摘自北京市蔬菜质量暂行标准)

蔬菜品种最高含量(m g/kg)

小油菜、小白菜、菠菜、生菜、水萝卜3000

芹菜、茼蒿、芫荽、茴香、莴笋2000

伏白菜、大白菜、甘蓝1500西葫芦、冬瓜、苦瓜、丝瓜、白萝卜、青蒜1000

芸豆、豆角、豇豆500

韭菜、大葱、生姜、蒜薹500

茄子、辣椒、青椒、番茄、黄瓜300

蔬菜中硝酸盐含量高低受多种因素的影响。首先因蔬菜种类不同有很大的差别,在相同条件下,一般是叶菜类>根菜>瓜类>豆类>茄果类>葱蒜类,且与氮肥用量、氮肥种类,氮肥是否配合磷钾肥施用,以及氮肥施用后到收获时间有关。

由于人们对蔬菜中硝酸盐含量的禁忌,加上绿色食品肥料使用准则中禁止使用硝态氮肥,一时间硝态氮肥成为人们攻击的目标。其实这存在误区:一是目前世界上许多国家生产的氮肥品种中,硝酸铵约占氮肥品种总量的30%以上,而我国仅占3%。目前,从国外进口的复(混)合肥料中,硝态氮约占50%。在美国,施用氮肥以液体的氮溶液为主,不论是有压氮溶液还是无压氮溶液,在多数品种中铵态氮和硝态氮肥约各占一半。二是蔬菜为喜硝态氮肥作物,在喜硝态氮作物上施用硝态氮肥有明显的增产作用。有试验表明,在相同用量条件下进行蔬菜栽培试验,以100%硝态氮肥为对照,结果发现,当铵态氮肥占30%以上,就对蔬菜产量产生影响,如果100%施用铵态氮肥,与对照相比,蔬菜产量减少80%。在 中国蔬菜栽培 一书中明确指出,蔬菜为喜硝态氮作物,铵态氮量超过50%时,洋葱产量显著下降。而菠菜对铵态氮更敏感,在硝态氮100%的条件下,产量最高。三是氮肥的形态在土壤中转化很快,即氮肥以铵态氮的形式施入土壤,当条件适宜时,在数天内或十几天内大部分可能转化成硝态氮。

因此,要减少与控制蔬菜作物中硝酸盐含量,必须合理施用氮肥以及掌握合理的氮、磷、钾肥及无机肥与有机肥间的施用比例。

4 2 蓝藻毒素

淡水水体的富营养化,导致蓝藻水华的普遍发生,而蓝藻会产生多种毒素,如微囊藻毒素、节球藻毒素等。根据毒素的作用方式,可分为肝毒素(如微囊藻毒素,MC)、神经毒素(如类毒素)、皮肤刺激物或其他毒素,其中M C是强促癌素。蓝藻毒素可能经食物链生物富集,从而对自然生态系统和公众健康造成不利影响。

陈艳等[17]综述了蓝藻毒素通过食物链富集的相关报道,MC可以在浮游动物、淡水贻贝、蚌和鱼体富集,提示毒素存在食物链传递的可能性。脆弱象鼻、短尾秀体和近邻剑水蚤等浮游动物体内,可蓄积相对较高浓度的M C LR、M C RR和MC YR [75~1387 g/kg(干质量)]。蓄积量最高的脆弱象鼻可能是传递至较高营养级生物的途径。贻贝在MC达40~60 g/L的水中生活15d,体内毒素平均浓度可达70 g/g。贻贝个体的毒素总量约在70~ 280 g/g之间,其中肝脏M C浓度最高,占总量的

40%,肠道、生殖腺、肾和连接组织亦有少量检出。推测滤食性动物能够富集MC,并将其传递给高营养级生物。湖泊浮游植物与蚌毒素含量呈正相关,而且在浮游植物未检出毒素时蚌仍可测出,MC等量分布于蚌的内脏、鳃腺和肌肉组织,在被其他生物摄食的同时,毒素由水生和陆生食物链传递。沿海捕捞、人工喂养的鲑鱼肌肉中,及患严重肝病的鲑鱼肝脏均可检出毒素。

M c E l h i n ey等[18]用蓝藻的污染水对两种作物(Synap is alba和P haseol u s vulgaris)进行灌溉试验,用EL I SA K I T方法对植物组织进行检测,发现有藻毒素存在,认为可能存在对人体健康危害的风险。

DeM agalhaes等[19]从1996年8月至1999年11月,连续3年对靠近城市的一个鱼塘中的浮游生物以及鱼的肝脏与肌肉组织中的藻毒素进行每两周一次分析,发现在鱼的肝脏以及肌肉组织中,藻毒素的含量基本接近或超过了WH O规定的标准[0.04 g/(kg d)]。

但Lukondeh等[20]以及O rr等[21]用含M. aeruginos a1 105个/m l的水作为奶牛的饮用水,经3周试验,检测牛奶中藻毒素,未检出毒素,或含量几个数量级低于标准规定安全浓度。

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