導讀：科研工作 跨學科交叉研究是很重要的，從土壤到作物，多學科交叉來解決農產品重金屬污染問題
采訪人/王見（農業環境科學學報編輯部編輯）受訪人：趙方杰（南京農業大學教授）
問：趙老師好，現在依然可以從南農官網上 查到 2012年1月份，歡迎您的簽約儀式，可以看出學校很重視您的回來。您回國為什么選擇到南農？
趙方杰：因為南農是我的母校。我在南農讀碩士，1986年碩士畢業后留校當了2年老師，1988年去英國讀博士。我是2012年1月份回來的。為什么選擇回國工作？因為這是一個很好的機會，國家千人計劃層次比較高，我們國家農業環境方面面臨的問題很多，值得研究的東西也很多，國內現在科研資助力度比較強，人力資源也很豐富，回來后有望實現一些在國外難以實現的科研想法。
問：英國洛桑驗試驗站，您在那里20年時間，您認為自己最大的獲取是什么？
背景
英國洛桑試驗站（Rothamsted Research），至今已有170多年的歷史，它是世界上歷史最悠久的農業研究所。洛桑試驗站是英國生物技術和生物科學研究理事會主辦的8個研究所之一。資金來源于政府、企業、個人、基金會等各方集資。
趙方杰：我1992年博士畢業后到洛桑試驗站（現稱研究所）工作，先是做關于作物硫素營養、農田系統硫素循環的研究工作，用到了洛桑著名的長期試驗保存了一百多年的樣品，應用了穩定性同位素、同步輻射光譜等技術，圍繞硫素從土壤、植物到農產品品質開展了比較系統的研究，研究成果對指導英國農業硫肥使用起了很大的促進作用。之后開始研究土壤重金屬和微量元素遷移轉化、生物有效性、植物吸收機理、重金屬超積累植物及污染土壤生物修復，涉及土壤環境化學、植物生理及分子生物學等。我在洛桑工作20年的收獲是學會了科學研究的嚴謹性和系統性，以及如何靈活應用多學科的技術方法來研究我關注的科學問題。此外，學會了在做應用性研究時如何發現有意思的科學問題，在做基礎研究時要想著生產實踐上有沒有用。
問：在查您資料的時候，我不知該如何定位您的研究方向，定位在植物營養、環境生物學、土壤研究，好像這些領域在您這兒已經被打通。植物、微生物、土壤它們應該都彼此關聯？那您認為自己的研究重點是在哪里呢？
趙方杰：我研究的內容既寬又窄，寬的是涉及到土壤化學、微生物學、植物生理和分子生物學，現在還涉及到一些作物遺傳學的內容。窄的是就圍繞元素周期表中的幾個元素，例如過去20年我研究最多的是砷和鎘兩個元素，因為這兩個元素對人體毒性很強，容易被作物吸收積累，對農產品質量安全的危害比較突出，也是我國農田土壤污染比較嚴重的兩個元素。我們的目標是阻控作物對這些有害元素的積累，以及研發污染土壤生物修復的方法，這就必然需要將土壤學、環境科學和生物學聯系在一起。跨學科交叉研究需要合作精神和不斷學習精神，我覺得科研的一大樂趣是可以不斷地學到新的知識，同時發現新的知識。
問：2014年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，農田土壤污染超標點位在19.4%….您怎么看目前我們國家的土壤污染？我們的農田土壤污染是什么情況？
趙方杰：我們去年（注：指2015年）在ES&T發表了《 中國土壤污染現狀與對策》的文章，把我們國家的情況與發達國家進行了對比，主要表達了幾個觀點：
（1）我國土壤環境質量標準比較嚴格，尤其是鎘。
（2） 以土壤重金屬總量進行評價，我國土壤污染的總體現狀并不比歐美國家嚴重，例如，我國土壤鎘超標的比例是7%，如果用我國土壤環境質量標準衡量，英國土壤鎘超標的比例是20 - 40%，比我國嚴重得多。當然我們國家過去二三十年土壤重金屬含量增速比較快，是必須引起重視的。
（3）我國農產品重金屬含量超標的比例明顯高于歐美發達國家，尤其是南方部分地區稻米鎘超標的比例很高，說明這些地區的土壤重金屬生物有效性比較高。
（4）南方稻米鎘超標比例高的原因有多個，包括灌溉水污染、土壤酸化、稻田水分管理模式、種植鎘積累能力較強的秈稻品種等。
（5）對于南方中低程度污染稻田，當務之急是阻斷污染源（尤其是灌溉水）、降低土壤鎘的生物有效性、篩選培育低積累品種和禁止種植高積累品種，降低土壤鎘生物有效性方法包括施用石灰等堿性物質、保持稻田淹水等措施。
問：您這里好像說出了一個概念，也就是說土壤中重金屬的全量多少 并不能直接代表農產品的安全問題 ？您可以具體舉例說一下？
趙方杰：是的。以英國為例，雖然土壤鎘含量較高，但是農產品超標的比例極低。英國農田一般四年要施用一次石灰，將土壤pH調節在6.0 以上，所以土壤重金屬的生物有效性是比較低的。另外，不同的作物類型和品種重金屬吸收積累能力也有很大差別。
英國農田重金屬的管控主要在于源頭控制和農產品監測。源頭控制包括涉重金屬的工業排放、進入農田土壤的肥料、有機肥、污泥、農藥等的質量控制。英國對農產品的質量監控是比較嚴格的，經常會對農產品抽查檢驗，只要確保農產品質量安全，土壤重金屬含量稍高一些并沒有太大關系。英國并沒有規定農田土壤重金屬的標準，僅有的指標是自家種菜用的菜地（allotment），土壤鎘含量的指導值定為1.8 mg/kg，遠高于我國土壤鎘的環境標準。
當然國內外農業生產方式和農產品經營模式有很多差別，發達國家農業生產規模大，農產品銷售渠道相對集中，如英國主要的四五家超市銷售了英國人消耗的大部分的食品，因此進行質量控制相對容易。而我們國家生產和銷售規模小且極其分散，給農產品質量監測帶來很大的困難。
問：所以我們不能單純地說土壤重金屬超標的問題？
趙方杰：對，土壤重金屬含量是一方面，但是事實上土壤重金屬的生物有效性是更重要的因素，它關系到農產品的質量安全。
問：您說可以采取措施降低土壤重金屬有效性，這些措施目前可行嗎？
趙方杰：這些措施的科學道理是清楚的，效果也很明顯。但實際操作上會有一些具體問題，比如農民不大愿意施用石灰，因為有成本問題，需要國家補貼；目前沒有施用石灰的農機，需要研制機施方法。比如稻田水分管理，灌漿期淹水是控制稻米鎘含量很有效的方法，但農民為了收割的方便，往往會提前排水。又比如篩選低積累品種，這個需要多年多點大田試驗驗證，但是等你篩選出來后，有些品種可能已經被更新換代了。
還有一個問題是農產品質量與價格沒有掛鉤，因此農民沒有積極性降低農產品重金屬含量。事實上農民也是土壤污染的受害者。如何在環境立法中明確農民的責任和權利？應該采取什么樣的政策或市場機制，使得生產優質安全的農產品可以在經濟上獲利？消費者是否愿意為優質安全的農產品買單？這些社會經濟問題值得研究。
問：您有做過一個報告給我留下深刻印象，《作物吸收重金屬的分子遺傳機理與培育低積累品種的前景》，您講到培育篩選低積累品種，我可以理解成 是在培育自我防御功能強的品種來應對重金屬污染嗎？
趙方杰：我們關心的主要是控制重金屬吸收、運輸和積累的基因，因為大多數情況下，農田重金屬污染還沒有嚴重到對作物本身產生毒害，如果對作物產生毒害，說明土壤已經嚴重污染，很可能不宜種植農作物了。
為什么需要研究植物吸收重金屬的分子遺傳機理？我們可以篩選到穩定低積累的品種，但是這些品種幾年后就被更新換代了，我們的篩選往往跟不上品種的更新換代。所以我們需要通過艱苦的遺傳和分子生物學研究，找到控制重金屬吸收積累的關鍵基因，在作物不同品種或種質資源的自然變異中，發現重金屬低積累的優異等位基因。知道了這些等位基因，便可通過分子育種方法快速地將低積累的性狀導入適應不同地區、不同條件的品種中。這個研究需要一些時間和投入，但研究出來以后將是一勞永逸的結果。
問：您在報告曾提到轉基因手段可大幅度降低稻米重金屬含量，增進農產品安全，您這里講的轉基因手段是指什么？
趙方杰：水稻基因組中有一個基因叫OsHMA3，該基因編碼細胞液泡膜上面的鎘轉運蛋白，負責將鎘儲存到根細胞的液泡中，從而減少鎘向水稻地上部和稻米的運輸。有些水稻品種OsHMA3基因發生突變，導致功能喪失，這些品種稻米鎘積累能力特別強。多數水稻品種OsHMA3是有功能的，但是表達量較低。日本岡山大學馬建鋒教授團隊的研究表明，采用強啟動子將OsHMA3在水稻中過量表達，可以大幅度降低稻米鎘含量，即使在污染土壤種植，稻米鎘含量也可以達標。我們與馬建鋒教授合作，正在研究將該基因在我國南方秈稻主栽品種中過量表達，評估對稻米鎘積累的降低效應。這個技術用到的編碼基因是水稻本身就有的，其效果是降低稻米中有害重金屬鎘的積累，增進農產品質量安全，對人體健康肯定是好的。如果盲目排斥這類轉基因技術，我覺得是非常可惜的。
上面只是舉了一個例子，其它例子還很多。例如我校資環學院徐國華教授課題組發現過量表達一個水稻的硝酸鹽轉運蛋白基因可以顯著提高水稻氮素利用效率和產量，對氮肥減量增效很有好處，為什么不能接受這一新技術？轉基因是一項技術，我們需要科學分析科學對待，很好地加以利用。
問：土十條的出臺，您有什么看法？
趙方杰：我覺得很好。目標很清晰，比較客觀和實際。關鍵是我們國家把土壤環境保護提到和水、氣同等的地位，這個很重要。因為土壤污染看不見摸不著，既隱蔽又長久，但潛在性危害很大。另外，土十條強調防與治。湖南部分稻田的污染就是過去這30多年不知不覺地產生的，假如把源頭管緊了，把污染排放的源頭管理好了，把灌溉水等進入農田的渠道監控好了，情況就不會像現在這么嚴重。治理、修復污染土壤的代價是很高的，所以防永遠是最重要的。
問：您曾經提出過一個有關數據公開的建議？
趙方杰：對，信息共享和公開很重要。數據共享可以減少不必要的重復工作，可以產出更好的研究成果。信息公開可以增進信任感、減少不必要的恐慌，可以起到很重要的監督作用，也可以滿足人民的知情權。很高興見到土十條強調了這兩點。我在英國工作二十多年，知道英國很多與環境相關的數據都是公開的，如英國土壤普查數據（圖）是公開的，因為這些工作是國家財政資助的，因此要遵守Open Access 的原則。我們國家土十條參與的部門很多，每個部門都有很多數據，第一步是部門之間數據要共享，應該現在把各個部的數據都拿出來進行分析和比較，可比性如何？哪個地方還缺什么數據？可以有的放矢地進行下一步的調查和監測。
我也始終認為，我們科研工作 跨學科交叉研究是很重要的，從土壤到作物，多學科交叉來解決農產品重金屬污染問題。
中國鄉村發現網轉自：農業環境科學 微信公號
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