据统计，我国约有重度镉污染耕地220万亩，除湖南外，还分布在广东、广西、湖北和江西等地。2013年镉大米事件被广泛报道，对湖南等地粮食生产和销售带来巨大冲击。但上述地区都休耕治理是不现实的，如何才能既确保粮食安全、农民增产增收，又解决镉大米问题？
2015年，中国农科院启动了“我国南方地区稻米重金属污染综合防控”项目，集成中国农科院环保所环境危害因子风险评估团队等11个协同创新团队、相关企业1年多研究，以及在湘潭等地大田试验，初步确定典型重金属污染区域主要镉（Cd）污染特征和来源，发现影响水稻对镉吸收转运的关键通道，发现微生物在镉环境中能非常快速适应相关污染，并进化出有效适应机制等。
找到水稻镉来源和迁转规律
“国内外对从土壤中移出镉做了很多研究，比如用清洗、化学药品中和等物理、化学和生物办法，但都存在治理成本高、周期长等问题。”农业部环保科研监测所研究员刘仲齐说。
刘仲齐形象地把传统“从土壤中移出镉”办法比喻成西医“动切除手术”。“其实，大家要的是达标、安全的大米。即使农田土壤镉超标，只要不进入稻米中就行了，就像人可以‘带着癌细胞’健康生活。我们采用类似中医的办法，像防止癌细胞病变一样阻止环境中镉进入稻米。”
想阻止镉进入稻米，就要找到镉的来源和迁转规律。据“我国南方地区稻米重金属污染综合防控”项目研究证实，大气沉降、污水灌溉、土壤镉本底值较高、肥料和农药等化学投入品等是稻米中镉的主要来源。田间试验发现，早稻品种遗传背景对稻米镉含量有极其显著影响；晚稻灌浆期蒸发量大，稻米镉超标率更为严重，秋季耕层土壤中的镉富集是导致晚稻镉超标的主因。耕地土壤中镉含量处于动态变化中，受降雨量、灌溉、深层土壤中镉含量等因素影响，土壤环境质量标准不能保证稻米质量。
在迁转规律方面，研究首次发现，水稻体内广泛存在的非选择性阳离子通道是影响大多数水稻品种镉吸收转运的关键通道。
“作物对元素的吸收存在多种通道。如钾、钙离子属作物生长必需元素，它们有专门通道优先进入，这像高铁、快速公交BRT；对于一些不是急需的元素，就从非选择性阳离子通道进入，这类似于公交车，镉是作物不需要、甚至是有害的元素，它主要是搭了公交便车进入植物体的。”刘仲齐说，阳离子通道对水稻幼苗根系镉积累量的贡献率为38.8—53.5%，对地上部分的镉积累量贡献率高达93.5%。
研究和田间试验还发现，水稻穗轴和旗叶是稻米镉的直接来源，根系、叶鞘等营养器官是稻米镉的间接来源。土壤中镉含量与根系中镉积累量高度线性相关，与稻米中镉含量没有显著线性关系；大气沉降通过增加叶片中的镉，进而显著影响稻米中的镉含量。
叶面调理剂等抑制输送通道活性
“根据稻米生长特点，镉来源和通道，我们需要做的是把镉阻挡在穗轴和旗叶、叶鞘和根系等营养体中。”刘仲齐说。
于是，项目组采用抑制水稻灌浆期阳离子共用通道活性为目标的叶面调理剂。大田试验证明，通过使用这些特定的叶面调理剂，能使晚稻中镉含量下降30%—50%。
此外，还研究出的高效吸附镉离子微生物制剂、海泡石和坡缕石，使镉不进入作物根系。“我们从湘潭等地重金属污染农田中筛选得到耐镉细菌和植物促生菌混合配比制成微生物制剂，还从贵州牛角塘地区的镉锌矿附件采集了约20份重度镉污染的土壤样品，发现一些可高效吸附镉离子的微生物。这些微生物细胞表面有镉离子结合蛋白，能直接鳌合吸附环境中的镉离子，减少游离镉离子量，以达到降低稻米中镉离子的目的。结果表明，该微生物工程菌可吸附约60%的镉离子。”刘仲齐说，来自生产废渣的海泡石、坡缕石可显著降低酸性稻田土壤中可溶性镉含量，降幅达40%—70%，使中轻度镉污染稻田生长的水稻糙米中镉含量降低到0.2毫克/千克的国家标准。”刘仲齐说，这些原理和方法，不但对治理镉有效，对其他重金属污染治理也有借鉴和启示作用。
加工碾去高镉蛋白
中国农科院农产品加工所副书记赵俊辉说，解决稻米镉污染问题，除产业前端的土壤污染治理、低富集品种筛选、栽培灌溉技术治理外，还可根据稻米籽粒中镉结合机理，通过脱镉精加工，把稻米富集镉部位去除，从而达到食品安全。
“研究发现，淀粉占稻谷总营养物质的73.34%，蛋白质占7.89%。但淀粉结合总镉的10.86%，蛋白质结合54.81%，蛋白质是稻米中镉元素最重要的结合物质，浓度约为淀粉的50倍，而球蛋白中镉含量最高。”赵俊辉说，可采用不同碾米时间和精度降低镉含量。研究表明，随着碾米时间延长，大米中镉含量降低，镉含量低于0.288毫克/千克糙米通过碾米加工可获达标大米产品；也可通过淀粉提取，制作成米线、营养强化再造米等，降低镉获得安全食品。
