每年的4月22日，是#世界地球日#，这是一个专门为世界环境保护而设立的节日，旨在提高民众对于现有环境问题的认识，并动员民众参与到环保运动中，通过绿色低碳生活，改善地球的整体环境。然而环保绝不是空喊口号，今天就让我们从学习土壤知识开始，了解目前地球母亲正面临的处境吧！
土壤作为地球的“皮肤”，孕育了无数的生命，馈赠予我们丰富的食粮，但我们却因其随处可见反而不以为意。随着近年来镉大米、有毒生姜等农产品安全事件的频频爆出，我们对培育它们的土壤现状愈感担忧。
01土壤的定义及成因
说到“土壤”，“土”和“壤”的概念还略微有些不同。《周礼》有言：“以万物自生焉则言土，土犹吐也，以人所耕而树芸焉则言壤，壤和缓之貌。”从那时起，我们的老祖宗就开始区分“土”与“壤”了。“土”更多的是指未经人为开发过的支撑自然界生命的物质，而“壤”则是指支持人类生命的物质，更多是与土地肥力，也就是我们常说的“地力”相关联。
为什么会有这样的区分呢？这还得从12000 年前人类意识到脚下的“土”能够生产更多的食物说起，农耕文明的开始意味着人类不再需要因采猎而疲于奔命，可以说土壤为人类生存和发展奠定了根基。
▲从汉字组成解开“土”的人类学意义
仔细观察还会发现，其实我们很多汉字也是从“土”字演化而来的，比如“生”字，是“牛”和“土”的组合，有土有牛，生活就可以开始。
▲陈能场研究员在科考现场与田间耕牛合影
这么说来，“土壤”一词好像又被赋予了更深层的人类学含义。
从文字的层面分析完“土”与“壤”，那么“土壤”本身有多重要呢？所谓“万物土中生”，目前生活在地球上的870万种生物，其中有四分之一都存在于土壤之中。一方面，土壤中的生命组成一个庞大的食物网，驱动着土壤中各种元素的物质循环，这些过程使得土壤充满生机和活力；另一方面，生命死亡后的物质在土壤中积累了各种有机质，特别是腐殖质，创造了土壤结构，使得土壤具备保水保肥的能力。
有人会说，那这不就是一个周而复始、无限循环的过程嘛，殊不知土壤实际形成的过程极为缓慢，每500年才能形成大约0.05毫米的土壤，也就是说想要形成一枚硬币厚的土壤，至少要等上一万八千五百年。中国上下五千年，还不及薄薄一层土壤形成时间的一个零头，不然怎么说土壤是不可再生资源呢，那可是比石油还要重要的战略资源。
必大家也会好奇，这么珍贵的土壤究竟是如何形成的呢？这得归功于岩石的风化，在数以千万年计的过程中，随着岩石热胀冷缩的开裂、低等生物（如蓝藻、地衣、苔藓）的侵入、化学和生物的溶解、有机物质的不断积累，才形成了我们看到的层次分明的土壤剖面。
▲左为自然土壤剖面，右为水稻田剖面（in为英寸，1英寸=2.54厘米）
02我国可用耕地面积大幅下降
从上图不难看出，土壤和土壤之间是有差别的，很多人认为我们国家国土面积位列世界第三，幅员辽阔、地大物博，土壤在我国肯定“不成问题”，但实际上，并不是所有国土都是可用耕地。根据2021年08月26日发布的《第三次全国国土调查主要数据公报》 数据，我国耕地12786.19万公顷（191792.79万亩），相较于第二次全国国土调查，10年间全国耕地地类减少了1.13亿亩，相当于减少了一整个宁夏回族自治区。
▲图源：智研咨询
而作为耕地地力最重要的指标之一，近30年来，土壤有机质虽然存在地区差异，但由于秸秆还田、免耕少耕技术的推广和绿肥和堆肥的施用，中国农田耕层土壤有机质含量呈整体上升趋势，全国耕层土壤有机质平均含量较第二次土壤普查时期提高了24.49%。不过还是耐不住农田土壤的高强度利用，我们国家当前的土壤有机质含量与国外相比仍然处于偏低的水平。
03土壤污染的类型与现状
食以粮为本，粮以土为根。以大米为例，除了今年315晚会遭曝光的人工添加“香精大米”外，万物生长靠土壤，如果培育作物的土壤本身污染也会导致食品安全问题的发生，比如同样被央视曝光的“镉大米”“有毒生姜”等事件。
我们知道土壤是一个开放体系。因此人为不法投弃的污染物、工业活动产生的大气、水和固废污染物、农业活动过程中产生的带有污染物的农用物资（如动物性肥料、矿物性肥料等）都可能进入土壤而带来污染。此外随着重金属背景值高的土壤的酸化，重金属也可能从不溶态转化为植物可利用态，进而造成土壤污染和作物中金属含量超标。（注：土壤背景值是指未受人类污染影响的自然环境中化学元素和化合物的含量，高背景则意味着土壤中的重金属天然含量就很高，而不是由人类污染造成的）
▲土壤与周围环境的相互作用
早在2014年4月17日发布的《全国土壤污染状况调查公报》² 显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。
根据污染物质，土壤污染可以分为（重金属等）无机污染、有机污染、生物污染和放射性污染。
从污染分布情况看，南方土壤污染重于北方；长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大，但主要是高背景造成的。
根据污染源，土壤污染又可被分为大气型、水型、矿渣型、道路污染型土壤污染。作为世界工厂期间，我国排放到大气中的镉数量也相当可观，通过干湿沉降进入土壤中的重金属也相当可观，这类污染的扩散与气流流动情况有关，水污染型主要是污水灌溉造成的；矿渣污染型影响面积较小，而道路污染型则主要在道路两侧数十米内，污染程度与车流量有关。
04土壤污染与食品安全、人体健康的关系
从宏观层面讲了这么多，大家最关心的肯定还是“这究竟和我有什么关系？”，土壤污染对人类健康的影响可以是直接的，例如通过食物、土壤接触、土壤吸入，也可以是间接的，如通过饮用水、空气等。下面有一张图，可以直观地帮助大家理解土壤污染是如何与我们人类的生命健康息息相关的。
▲陈能场研究员译
谈及与食品安全的关联，就不得不提到土壤污染类型里的重金属污染。在众多重金属污染中，镉污染是能引起较为敏感的人体健康效应的，最典型的案例即为上个世纪发生于日本的“痛痛病”，这警示我们应当加倍重视土壤的镉污染问题。
镉污染究竟有多可怕？它对我们人体的影响是潜移默化的，“镉”这一重金属被认定为致癌物，已有临床案例表明职业性“镉曝露”会导致肺癌，食物、吸烟等其他途径吸入的镉与前列腺癌、乳腺癌等也有一定的关系，低剂量的镉甚至还会对糖尿病有影响。
▲影响土壤-植物-人体（动物）系统中重金属的代谢因素
镉在人体内主要蓄积在肾脏和肝脏,当肾皮质中的镉超过200mg/kg时，近端肾小管可能受损，导致尿蛋白和钙等难以重吸收，又由于镉与钙的离子半径相近，镉可取代骨头中的钙而带来骨质疏松和软化，这就是“痛痛病”的根源。
▲左为水稻，右为小麦
我国素来有“南稻北麦”的饮食文化，稻米更是中国乃至亚洲国家人群的主要食物。因此稻米是人体镉的主要来源（吸烟者除外），世界粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations，简称FAO)³ 规定大米中的镉含量限值为0.4mg/kg，我国的大米镉含量限值为0.2mg/kg。
钙、铁、锌、硒等营养元素与镉在人体的吸收有很强的拮抗作用，由于这些营养元素相对于大豆、小麦、玉米等其他主食含量较低，且主要分布在大米皮层，而镉主要与谷蛋白等结合，在大米中分布较为均匀和稳定，因此当大米从糙米加工成精米、淘米蒸煮的过程中，大米80%的营养成分都将被去除，相对地，镉只能被去除10%左右，因此镉大米本身就具有较高的危害。
再回应一下大家都关注的“有毒生姜”事件。有毒生姜之所以“有毒”，主要是因为铅含量超标，一般来说，生姜的铅含量限值为0.1mg/kg。但相对于大米而言，生姜在饮食中占比很小，往往是以“姜丝”“姜片”等调味品形式存在的，因此从安全性来说，“镉大米”与“有毒生姜”是有差别的。特此要为广大农民朋友发声，生姜的重金属含量标准有待商榷和优化，以保证生姜生产的健康发展。
说到这里，大家肯定会联想到老人自种菜致全家中毒身亡的网络新闻，其实这些报道大多跟土壤污染没有直接的关系，反而可能与农药残余、作物生物污染、食材加工处理过程中的污染等关联较大。毕竟土壤污染对人体健康的影响通常是慢性的。若是一篇报道中提到了食物中毒是由土壤污染造成的，那其真实性也许需要各位读者再三判断了。
05那些买着放心、吃着安心的农副产品
这时候有人会问了，那如何才能辨别出土壤污染的作物呢？其实这就跟医生问诊一样，我们没办法通过患者的某一症状，直接得出具体病因，事实上，土壤污染的农产品和合格的农产品在外观上通常没有显著的差别，消费者很难单从外表进行辨别，只能结合原产地、作物类型等信息加以分析。
正如刚刚提到的，粳稻的镉积累能力低于籼稻和杂交水稻，整体上粳稻的镉含量较低；对于蔬菜，总体上叶菜类镉含量较高，其次为块茎类，最低的是瓜果类。
▲不同类型的作物相对吸收土壤镉、铅能力
从作物类型入手是其中一个判断的方向，另一方面还可以认准国家健康安全认证。早前我国的农产品认证分为无公害、绿色和有机三个档次，安全性随之递增。
▲早前我国农产品安全认证的三大类型
无公害农产品是指产地环境、生产过程和产品质量符合国家有关标准和规范的要求，经认证合格获得认证证书并允许使用无公害农产品标志的优质农产品及其加工制品；绿色农产品是指无污染、安全、优质的农业产物，具体为符合国家健康安全食品标准，并经专门机构认定允许使用绿色食品标志的农产品；有机农产品则是根据有机农业原则和有机农产品生产方式及标准生产、加工出来的，并通过有机食品认证机构认证的农产品。
值得注意的是，2001年4月，农业部正式启动“无公害食品行动计划”，2022年开始我国已经停止无公害农产品认证，停开农产品产地证明。因此目前仍能在市面上看到的获国家认证的安全食品主要为“绿色食品”和“有机食品”。
一般而言，官方、正规渠道售卖的农副产品都是符合国家质检标准的安全、健康的食品，市民们可以放心选购。
作者：陈能场，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员。主要研究方向为重金属的根-土界面行为，植物叶片的氮素损失，土壤重金属污染控制与修复，土壤污染-粮食安全-人体关系链条解析。
参考文献：
¹《第三次全国国土调查主要数据公报》
http://www.gov.cn/xinwen/2021-08/26/content_5633497.htm
²《全国土壤污染状况调查公报》
http://www.gov.cn/foot/2014-04/17/content_2661768.htm
³ Codex Alimentarius Commission (2006) Report of the 29th session of the codex Alimentarius commission, ALINORM 06/ 29/41. Codex Alimentarius Commission, FAO, Rome
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