研究人员发现，淹水的稻田通常含有更多的砷和更少的镉，而较干燥的稻田则显示出相反的模式：较少的砷和更多的镉。这项研究可能会导致改进的政策，使婴儿食品更安全。稻米和菠菜是婴幼儿饮食中常见的食物，但这些食物可能含有有害的金属和类金属，这可能严重影响健康。
重金属，包括镉、铅、汞和砷，可能阻碍婴儿和幼儿的大脑发育。
在最近发表在《环境地球化学与健康》杂志上的一项研究中，特拉华大学的科学家发现，淹水稻田的砷水平较高，而镉水平较低。相反，当田地较干时，砷水平降低，镉水平增加。显著的是，即使在较低的水位下，镉浓度仍低于有害健康的阈值。
这项研究可能影响降低婴幼儿食用食品中这些污染物存在的策略。今年早些时候，美国食品药品监督管理局（FDA）发布了有关婴儿食品中允许铅水平的草案指导，并准备在其“更接近零行动计划”下设定新的砷、镉和汞限值。
淹水稻田
与生长在较少饱和土壤中的作物（如玉米、大豆和小麦）不同，稻米是在非常潮湿、淹水的条件下种植的。在这些条件下，土壤微小孔隙中通常存在的氧气迅速被水取代，从而改变了土壤中的微生物。这些微生物改变其呼吸方式，以利用氧化铁矿物，使土壤呈现锈蚀的外观。
“砷倾向于与氧化铁强烈结合，”共同撰写研究的土壤生物地球化学家和UD教授Angelia Seyfferth解释道。“当这些生物代谢氧化铁时，它们从固态形式转变为溶解状态，将砷释放到水中。”
一旦砷溶解在水中，它就可以被稻米的根部吸收，并进入谷物中。
研究人员在UD纽瓦克农场的18个小稻田进行实验，测试各种淹水和潮湿条件。
“我们的目标是确定一种最佳灌溉方法，以同时最小化砷和镉水平，”研究助理Matt Limmer说。“不幸的是，我们并未在这种土壤中找到这样的方式。”
在收获后检查稻米的砷和镉水平时，他们发现更淹水的条件对应着增加的砷和减少的镉。相反，较干燥的条件导致镉含量增加而砷含量降低。
“尽管干燥条件下镉增加，但其水平仍对人类健康是安全的，”Seyfferth指出。
在砷水平上升的淹水田中，研究人员还观察到一种称为甲烷生成的过程，其中土壤生物产生甲烷——一种强效温室气体。过量的水减少了土壤中的硫酸盐，将其转化为硫化物，这导致镉与硫化物一起沉淀。
当土壤干燥时，砷和甲烷水平降低。硫化物被氧化回硫酸盐，从而使植物更容易吸收镉。
“干燥土壤实际上减缓了代谢氧化铁和砷的微生物，”Seyfferth表示。“同时，随着硫化物转变为硫酸盐，镉的水平也增加，从而使镉更易释放。”
在干燥土壤时引入氧气有助于重新固化氧化铁，起到过滤器的作用，防止砷进入水中并到达植物根部。
这种现象——一种金属随着另一种金属的减少而增加，基于土壤湿度——提出了一个具有挑战性的难题。
“困难在于确定理想的湿度水平以最小化这两种污染物，”Seyfferth说。“没有一种适合所有土壤的普遍解决方案。”
在美国农业部国家食品与农业研究所的资助下，研究人员通过阿肯色州的实地研究探讨稻米中的砷水平，直接与农民合作，开发有效的灌溉管理技术。
FDA可能会在年底前根据其“更接近零行动计划”推出针对婴儿食品中砷和镉水平的新规定。该机构一直在调查这些物质以及汞和铅对儿童健康的影响，并探索新技术以减少暴露。
“我们的发现可能有助于塑造未来的政策，”Seyfferth表示。
Seyfferth实验室的成员，包括Matt Limmer、Angelia Seyfferth以及研究生Bekah Hanrahand和Frank Linam，在UD水稻设施收获稻米。
与农民互动
UD团队在《GeoHealth》杂志上发表的一项回顾中发现，生产者渴望实施降低作物金属水平的措施，但他们需要适当的激励、测试和教育来做到这一点。
这一点在横跨五个州的菠菜行业尤其明显，研究人员与生产者、包装商、加工商和营销商进行了互动。菠菜可以从土壤中吸收镉和铅。
“听取利益相关者的反馈至关重要，”Seyfferth强调。“我们必须确保任何建议的做法对农民来说是可操作的，并且不会对他们现有的操作施加过大的负担，以满足食品安全标准。”
研究人员调查了植物如何与金属和类金属相互作用，分析了镉和铅在土壤中的移动及其对绿叶蔬菜的影响。他们还制定了使农民降低其农产品中金属和类金属水平的策略。
“许多农民在紧缩预算中运作，尤其是对于菠菜作物，”Seyfferth补充道。“如果关于镉或铅的法规变得过于困难，他们可能会选择种植其他作物。”
然而，菠菜中镉的一个显著问题源于使用氯化水进行消毒，这可能增强植物对镉的吸收。“我们目前消毒灌溉水的方法可能在加剧镉的问题，”Seyfferth警告道。“我们应该寻找不涉及氯化的替代消毒方法。”
减少作物中有毒金属和类金属的一种潜在方法是给予农民补贴，以采用特定策略。例如，降低土壤酸度可以降低菠菜中的镉水平，根据研究人员的说法，使用柠檬汁洗菠菜可以去除高达26%的铅。
“没有一刀切的解决方案，”Seyfferth强调。“策略必须针对特定地点量身定制。”
Limmer和Seyfferth一致认为，需要进一步研究以确定在稻米中最小化砷和镉的最佳灌溉方法。
“类似的研究应该在各种土壤和条件下进行，”Limmer表示。
随着FDA准备宣布有关婴儿食品中砷、镉和汞的允许水平的新规定，Seyfferth倡导对1980年代进行的最后一次全面调查进行重新评估。FDA、美国农业部和美国环保局曾对配对的土壤和植物样本进行检查，以评估金属和类金属的浓度。
“自那时起，菠菜种植已扩展到新的地区，其中一些地区的镉水平有所增加，”Seyfferth总结道。“发起新的调查以反映这些变化是至关重要的。”
