山东农业科学ShandongAgriculturalSciences2007年 第6期
我国土壤镉污染及其修复研究
柳 絮,范仲学3,张 斌,毕玉平
(山东省农业科学院高新技术研究中心/山东省作物与畜禽品种改良生物技术重点实验室,山东济南 250100)
摘 要:镉是污染人类生存环境毒性最大的重金属元素之一。本文概述了我国土壤镉污染现状以及对我国农业生产与居民健康状况的潜在影响,并提出了四种有效修复土壤镉污染的措施。
关键词:土壤;镉污染;修复
中图分类号:S15214 文献标识号:A 文章编号:1001-4942(2007)06-0094-04
镉(Cd)是一种银白色的稀有金属,质地柔软,富有延展性,抗腐蚀、耐磨,稍加热易挥发。现未发现单独的镉矿,常在铅锌、铅铜锌矿中发现。镉广泛应用于电镀、汽车及航空、颜料、油漆等行业。,境、。由于镉应用范围广,,增加了对环境污染的机会,目前镉对环境的污染已引起普遍关注,控制镉污染已成为全社会的综合问题。
超过20个,并且有11了生产“的程度。22(土壤镉含量1kg,(可能产生镉kg的农作物)的农田占13%;江西大余县污灌区引起的镉污染面积曾达5500hm2,其中严重污染面积占12%。随着我国近年来国民经济的迅速发展,很多地区工业排废导致的环境镉污染日趋严重。2005年,韶关冶炼厂把处理未达标的含镉废水直接排放到北江,导致了北江韶关段镉超标12倍,严重影响了人畜饮水和农田灌溉安全。2006年,湘江株洲霞湾港之长沙江段因霞湾港清淤工程出现镉超标22～40倍的情况,周围20多个水塘和积水被严重污染。工矿区土壤和作物中的镉含量水平是反映我国农田镉污染程度的重要指标。表1列出了我国部分工矿污染区农田土壤和稻米(小麦)中镉含量状况[1～4]。不难看出,表中所列这些地区受镉污染的程度已相当严重,农作物中镉含量远远超过了FAO(联合国粮农组织)/WHO(世界卫生组织)提出的011mg/kg的标准。
1 我国农田土壤镉污染现状分析
我国有关农田土壤镉污染的调查工作是20世纪70年代中期开始的,但至今没有人能够给出一个全面明确的结论。1980年中国农业环境报告,我国农田土壤镉污染面积为9333hm2,随后有人提出镉污染面积为13333hm2,最近又有新的资料显示,我国农田土壤镉污染面积已超过20×104hm2,每年生产镉含量超标的农产品达1416×108kg。
早在10多年前,我国明确认定的镉污染区就
收稿日期:2007-03-01
基金项目:山东省自然科学基金项目(Y2006B26)和山东省农业科学院博士基金项目(2006YBS024)资助。作者简介:柳 絮(1982-),女,研究实习员,主要研究方向为环境生物技术。3通讯作者
参 考 文 献:
[1] CambellWH1Nitratereductasehiochemistrycomesofage[J]1PlantPhysiol1,1996,111:35523611
[2] NigelMCrawford,JackQWilkionson,SamuelTlaBr2
rie1Controlofnitratereductioninplants[J]1Aust1J1PlantPhysiol1,1992,37723851[3] 周院宝,谷丽萍1植物硝酸还原酶活性研究进展[J]1植物
杂志,1994,3:5271
[4] 李彩凤,马凤鸣,赵 越,等1氮素形态对甜菜氮糖代谢关
键酶活性及相关产物的影响[J]1作物学报,2003,29(1):1282132.[5] 李春喜,张根发,石惠恩,等1氮肥对小麦硝酸还原酶活性
和籽粒蛋白质含量变化动态的影响[J]1西北植物学报,1995,15(4):2762281.[6] 冯福生,陈文龙,李 洁,等1不同供氮水平下冬小麦叶片
RuBPC羧化酶和NRA活性的变化[J]1植物生理学通讯,1986,6:20222.
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表1 我国部分地区污染农田土壤和稻米
(小麦)中镉含量状况
地 区广州郊区沈阳张士灌区江西大余江西赣州浙江遂昌温 州甘肃白银矿区河北行唐四川会理湖南安化湖南衡东湖南常宁广西灵川
土 壤最大值平均值[***********][**************]6
--[***********][1**********]8
--[***********]1915112119
(mg/kg)
410mg/kg。我国磷矿石中镉元素的含量在世界
稻米(小麦)最大值平均值-1～2
-41757139--21490187(麦)[***********]60
-[***********]53-[***********]29
上属于较低水平,但由于我国磷矿石普遍含磷量不高,品位较低,因此每年要从国外大量进口磷肥。据西方国家估计,人类活动对土壤的贡献中磷肥占54%～58%,全球磷肥平均含镉量7mg/kg,给全球土壤带来66000kg的镉[7],可见长期施用含镉磷肥会给土壤带来极为严重的污染问题。
3 土壤镉污染对我国农业生产的影响
土壤中镉的形态有离子态、可交换态、吸附态、化学沉淀态和难溶络合态等,它们随环境条件的变动而互相转化,对作物起危害作用的主要是水溶性和交换态镉。,,通常会、、质量下,在镉污染土壤中生长的水稻光合强度降低,叶绿素含量下降导致失绿,返青分蘖推迟,根系短少。试验结果表明,当土壤中可溶态镉含量为0143mg/kg时,水稻减产10%;当含量为811mg/kg时水稻减产达25%。作物中镉含量与土壤可溶态镉含量呈极显著正相关,如稻米镉和土壤可溶态镉的相关系数达01997,土壤中镉含量的增高不仅使稻米的有害成分增加成为“镉米”,而且还引起稻米的氨基酸及淀粉中的支链淀粉和直链淀粉比例改变,使其品质变差。
人工模拟污染试验表明,大麦受镉污染后,种子的萌芽率、根生长率下降,且随处理浓度的增加和时间的延长而加剧,当镉的浓度为0101mol/L时,种子的萌芽率小于45%[8],根部停止生长。Schlegel等[9]试验表明,镉处理后,草莓的结果数减少,当镉达到一定浓度时(>5mg/kg),总果重随镉处理浓度增大而降低;镉处理后,果实的维生素C降低,在镉浓度高时,果实中的钾、钙、锌、锰和铁等矿物元素的含量均降低,使得草莓的营养品质降低,同时草莓果实也会积累镉,镉的含量随着镉浓度的增加而增大。魏成熙等[19]的盆栽试验表明,镉污染使小白菜内硝酸盐积累量显著增高,200mg/ml镉为小白菜的致死浓度。众所周知,硝酸盐是人体致癌物质,它对人体健康的危害早已受到人们的关注。
2 我国土壤镉污染主要来源
012100mg/[5],英国土景为0mg/kg和0162mg/我土壤的镉背景值平均只有01097mg/kg[6]。土壤中镉的来源主要归于自然
和人为活动两种来源,前者来源于岩石和土壤的本底值,而后者则来源于工业“三废”和含镉肥料的施用。
从近年来发表的有关调查研究报告看,我国农田镉污染很多是由于引用工业污水灌溉造成的,在工矿和城郊区,污灌农田无一例外都存在土壤镉污染问题。据20世纪90年代中国环境公报显示,全国工业废水排放量超过200×108t,其中无疑有镉污染问题,但总的镉污染面积尚待调查确定。
含镉肥料的大量施用是造成土壤镉污染的又一重要原因。含镉的肥料主要是磷肥和一些含镉生活垃圾,生活垃圾中镉污染物可以通过人为控制加以解决,而磷肥的生产以磷矿石为原料,磷矿石除含有营养元素磷、钾、钙、锰、锌和硼等以外,同时也含有砷、镉、铬和氟等元素,其中又以镉含量最高。这里需要指出的是,在湿法磷肥加工过程中,磷矿石中大约70%～80%的镉最终会被转移至磷肥中。从技术上虽然可以将其中的镉除去,但从生产成本上考虑,包括发达国家在内,目前还没有任何生产厂商采用这些工艺。我国磷肥生产所需磷矿石以四川、云南和贵州三大磷矿为主,这三大磷矿镉元素的含量,平均分别为017～
4 土壤镉污染对人体健康的潜在影响
联合国环境规划署在1984年提出的具有全
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球意义的12种危害物质中镉被列为首位,相对于人体的毒害而言,则仅次于汞居第二位。土壤中可溶性镉通过食物链进入人体,危害健康,少量的镉持续进入体内可因长期积累对组织器官造成损伤,在肾脏、肝脏、肺脏、骨骼、生殖系统、心血管系统、胃肠系统、胰脏表现出明显病变。最典型的例子是发生在20世纪60年代,被称为世界历史上“八大公害事件”之一的日本通川镉慢性中毒引起的“痛痛病”,该病以骨痛为主要特点,严重时发生骨折至死亡。在我国,有些镉污染区已出现了镉污染所致慢性早期健康危害的个体,甚至出现了疑似“痛痛病”的患者。有研究揭示,受慢性镉中毒的人癌症发病率增高,上海市某医院的测定表明,肺癌患者的血清镉含量是正常人的7倍。赵肃等[10]调查在镉污染区连续居住20年以上的居民时发现,该人群的尿镉水平显著高于对照组,,环境后,“污染区”的健康状况,发现污染区居民健康状况比非污染区差,镉污染对女性生殖健康有显著影响。我国沿海地区部分市售鱼类镉检出率已超过20%,检出率较高。其它海产品、猪肾、茶叶等受镉污染也比较严重[20]。如果人们长时间食用镉含量超标的食品,势必造成镉在体内的积蓄,对人体健康造成潜在危害。
512 化学措施
化学措施有两种策略,一是降低土壤镉的溶解性,减少其生物毒性和在植物体内的积累;二是利用酸性化学物质或某些螯合剂增加土壤镉的移动性,通过灌溉或降水将表土层的镉淋洗到底土层,使耕作土壤得到净化。目前研究较多且在实际中得到应用的是第一种策略,广泛应用的方法是向土壤添加改良剂、表面活性剂、金属拮抗剂等,而磷酸盐、石灰、硅酸盐被认为是处理土壤镉污染的常用物质。杨景辉[12]研究表明,施用磷酸盐类物质可使重金属镉形成难溶性的磷酸盐。李明德等[13]通过人工模拟污染、盆栽试验的方法,研究了海泡石对镉污染土壤的改良效果,结果表,抑制空心菜,由,可,海泡石可作为镉污染土壤。Gworek[14]用膨润土合成沸石等硅铝酸盐作为添加剂钝化土壤中重金属,显著降低了受镉污染土壤中镉的作用浓度。
化学措施操作简便,在污染不太严重的地区能获得良好的改良效果,但在比较严重的污染地区,采用化学措施则很难将作物可食部分的镉含量降低到可以接受的水平。513 生物措施
5 土壤镉污染的治理与修复措施
目前关于镉污染农田土壤的治理和修复措施,主要有以下四种。
511 物理措施
同治理土壤其它重金属污染一样,传统的镉污染土壤修复方法主要有排土、客土和深耕翻土等物理方法。就是去表层土并向污染土壤中加入大量干净的土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物浓度下降到临界危害浓度以下或减少污染物与根系的接触,从而达到减轻危害的目的,这种物理措施被认为是改良土壤的根本措施。吴燕玉等[11]在张士灌区调查土壤中镉的含量,发现77%～8616%土壤镉积累在30cm以上的土层,去表层
利用某些特定的动植物和微生物可以较快地吸走或降解土壤中的污染物达到净化土壤的目的。成杰民等[15]研究蚯蚓、菌根相互作用对镉污染土壤中黑麦草生长及土壤中镉生物有效性的影响,结果表明,在镉污染的土壤上,引进蚯蚓显著增加了黑麦草地上部的生物量,接种菌根不仅能促进黑麦草对镉的吸收,而且还能促进镉从植物根部向地上部转移,由于接种蚯蚓可以提高菌根的侵染率,所以二者具有促进镉向地上部转移的协同作用,这对于重金属污染土壤的生物修复具有十分重要的意义。苏德纯等[16]认为油菜溪口花籽有较强的耐镉特性和吸收镉的能力,是一种可用于修复镉污染土壤的超积累种质资源。刘云国等[17]研究表明,象月季花等花卉植物对重金属镉具有很强的富集作用,在试验观测期间,植物平均每天吸收镉117576mg/L,且生长发育良好,也可以作为镉污染生物整治的植物,而且不进入食物链,不会对人体产生危害。吴双桃[18]研究表明,美人蕉在含镉5mg/kg的土壤中生长2个
土可使稻米中镉含量降低50%。但是这种方法耗费大量资金、人力和物力,排出的污染土壤又很容易引起污染,而且土壤肥力会有所下降,目前国内很少有工程实施的报道。96
月,可从土壤中带走大量的镉。有试验表明,龙葵对镉的富集特性符合镉超积累植物的基本特征,是镉污染土壤植物修复的一种新材料,在镉污染环境的修复方面具有良好的应用前景。514 生态措施
生态措施不刻意追求对环境作根本性改造或改良,而是充分利用生物(植物)的抗逆基因,使生物最大限度地适应污染环境,以降低环境对生物的胁迫作用,在协调生物与环境的相互关系中获取符合需求的产品和生产效益。生态措施的最终目标是实现污染土地的安全与高效的农业利用。例如通过控制土壤水分状况,使土壤作物有一个较为稳定的滞水期,可以减少镉进入植物体内的含量;使用有机肥,增加土壤有机质有利于改良土壤结构,可以促进土壤中镉形成硫化物;在镉污染土壤区选择种植耐镉污染的作物,的危害,或改变耕作制度,食用植物,,用地。,措施,并取得显著效益。
入食物链从而避免对人类造成的危害,同时还可以筛选出在可食用部分累积污染物少的品种,以用于进一步选育抗镉污染的新品种。参 考 文 献:
[1] 刘 莉,钱琼秋1影响作物对镉吸收的因素分析及土壤镉
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[2] 曾咏梅,毛昆明,李永梅1土壤中镉污染的危害及其防治对
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[4] 刘宗平1环境铅镉污染对动物健康影响的研究[J]1中国农
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[5] 许嘉林,杨居荣1陆地生态系统中的重金属[M]1北京:中
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[6] 孟凡乔,,1[J],
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[7],,1磷肥使用与镉污染的研究现状及
[J]1河北农业大学学报,2001,24(3):902991
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[9] 曹仕木,林 武1镉对草莓的毒害及调控[J]1福建热作科
技,2003,28(1):728
[10]赵 肃,王任群,邱玉鹏,等1沈阳市镉污染区居民尿镉及
6 结束语
镉与土壤环境密切相关,直接影响到大自然和生态环境以及人体健康。要减轻镉对环境造成
的污染,保护农业生态环境,首先应对能带来镉污染的工业生产采取预防措施或减少这类生产活动,严格控制污染源,禁用污水灌溉,减少农田使用污泥等固体垃圾,控制和降低磷肥中的镉含量。其次对于已被镉污染的土壤,应采取合理有效的措施对其进行治理,最终减少土壤镉污染给人类健康带来的危害。生物修复土壤镉污染一直以来被认为是最具有应用前景的修复措施。到现在为止,已发现的超富集植物种类不少,而寻找生物量大且富集量高的镉超富集植物应是努力的方向,实际应用中则还应考虑各种植物的搭配,植物修复局限性的克服,有关土壤及微生物资料的收集等。另外,在农业生产中,可在土壤镉污染地区选种一些抗镉污染强的作物,以降低含镉农作物进
骨密度调查[J]1中国公共卫生,2005,21(11):1333213341
[11]吴燕玉,周启星,田均良1制定我国环境标准(汞镉铅和砷)
的探讨[J]1应用生态学报,1991,2(4):33423491
[12]杨景辉1土壤污染与防治[M]1北京:科学出版社,19951[13]李明德,童潜明,杨海涛,等1海泡石对镉污染土壤改良效
果的研究[J]1土壤肥料,2005,1:422441
[14]GworekB,肖辉林1利用合成沸石钝化污染土壤的镉[J]1
热带亚热带土壤科学,1992,1(1):582601
[15]成杰民,俞协治,黄铭洪1蚯蚓—菌根在植物修复镉污染土
壤中的作用[J]1生态学报,2005,25(6):1256212591
[16]苏德纯,黄焕忠1油菜作为超积累植物修复镉污染土壤的
潜力[J]1中国环境科学,2002,22(1):482511
[17]刘云国,尹志平1土壤镉污染生物整治研究[J]1湖南大学
学报,2000,27(3):342381
[18]吴双桃1美人蕉在镉污染土壤中的植物修复研究[J]1工业
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[19]魏成熙,张 旭1土壤锌铅镉污染对小白菜硝酸盐含量的
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[20]俞 莎,沈向红,汤 鋆,等1浙江省部分食品中铅镉污染
水平研究[J]1中国卫生检验杂志,2006,16(3):32823291
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山东农业科学ShandongAgriculturalSciences2007年 第6期
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柳 絮,范仲学3,张 斌,毕玉平
(山东省农业科学院高新技术研究中心/山东省作物与畜禽品种改良生物技术重点实验室,山东济南 250100)
摘 要:镉是污染人类生存环境毒性最大的重金属元素之一。本文概述了我国土壤镉污染现状以及对我国农业生产与居民健康状况的潜在影响,并提出了四种有效修复土壤镉污染的措施。
关键词:土壤;镉污染;修复
中图分类号:S15214 文献标识号:A 文章编号:1001-4942(2007)06-0094-04
镉(Cd)是一种银白色的稀有金属,质地柔软,富有延展性,抗腐蚀、耐磨,稍加热易挥发。现未发现单独的镉矿,常在铅锌、铅铜锌矿中发现。镉广泛应用于电镀、汽车及航空、颜料、油漆等行业。,境、。由于镉应用范围广,,增加了对环境污染的机会,目前镉对环境的污染已引起普遍关注,控制镉污染已成为全社会的综合问题。
超过20个,并且有11了生产“的程度。22(土壤镉含量1kg,(可能产生镉kg的农作物)的农田占13%;江西大余县污灌区引起的镉污染面积曾达5500hm2,其中严重污染面积占12%。随着我国近年来国民经济的迅速发展,很多地区工业排废导致的环境镉污染日趋严重。2005年,韶关冶炼厂把处理未达标的含镉废水直接排放到北江,导致了北江韶关段镉超标12倍,严重影响了人畜饮水和农田灌溉安全。2006年,湘江株洲霞湾港之长沙江段因霞湾港清淤工程出现镉超标22～40倍的情况,周围20多个水塘和积水被严重污染。工矿区土壤和作物中的镉含量水平是反映我国农田镉污染程度的重要指标。表1列出了我国部分工矿污染区农田土壤和稻米(小麦)中镉含量状况[1～4]。不难看出,表中所列这些地区受镉污染的程度已相当严重,农作物中镉含量远远超过了FAO(联合国粮农组织)/WHO(世界卫生组织)提出的011mg/kg的标准。
1 我国农田土壤镉污染现状分析
我国有关农田土壤镉污染的调查工作是20世纪70年代中期开始的,但至今没有人能够给出一个全面明确的结论。1980年中国农业环境报告,我国农田土壤镉污染面积为9333hm2,随后有人提出镉污染面积为13333hm2,最近又有新的资料显示,我国农田土壤镉污染面积已超过20×104hm2,每年生产镉含量超标的农产品达1416×108kg。
早在10多年前,我国明确认定的镉污染区就
收稿日期:2007-03-01
基金项目:山东省自然科学基金项目(Y2006B26)和山东省农业科学院博士基金项目(2006YBS024)资助。作者简介:柳 絮(1982-),女,研究实习员,主要研究方向为环境生物技术。3通讯作者
参 考 文 献:
[1] CambellWH1Nitratereductasehiochemistrycomesofage[J]1PlantPhysiol1,1996,111:35523611
[2] NigelMCrawford,JackQWilkionson,SamuelTlaBr2
rie1Controlofnitratereductioninplants[J]1Aust1J1PlantPhysiol1,1992,37723851[3] 周院宝,谷丽萍1植物硝酸还原酶活性研究进展[J]1植物
杂志,1994,3:5271
[4] 李彩凤,马凤鸣,赵 越,等1氮素形态对甜菜氮糖代谢关
键酶活性及相关产物的影响[J]1作物学报,2003,29(1):1282132.[5] 李春喜,张根发,石惠恩,等1氮肥对小麦硝酸还原酶活性
和籽粒蛋白质含量变化动态的影响[J]1西北植物学报,1995,15(4):2762281.[6] 冯福生,陈文龙,李 洁,等1不同供氮水平下冬小麦叶片
RuBPC羧化酶和NRA活性的变化[J]1植物生理学通讯,1986,6:20222.
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表1 我国部分地区污染农田土壤和稻米
(小麦)中镉含量状况
地 区广州郊区沈阳张士灌区江西大余江西赣州浙江遂昌温 州甘肃白银矿区河北行唐四川会理湖南安化湖南衡东湖南常宁广西灵川
土 壤最大值平均值[***********][**************]6
--[***********][1**********]8
--[***********]1915112119
(mg/kg)
410mg/kg。我国磷矿石中镉元素的含量在世界
稻米(小麦)最大值平均值-1～2
-41757139--21490187(麦)[***********]60
-[***********]53-[***********]29
上属于较低水平,但由于我国磷矿石普遍含磷量不高,品位较低,因此每年要从国外大量进口磷肥。据西方国家估计,人类活动对土壤的贡献中磷肥占54%～58%,全球磷肥平均含镉量7mg/kg,给全球土壤带来66000kg的镉[7],可见长期施用含镉磷肥会给土壤带来极为严重的污染问题。
3 土壤镉污染对我国农业生产的影响
土壤中镉的形态有离子态、可交换态、吸附态、化学沉淀态和难溶络合态等,它们随环境条件的变动而互相转化,对作物起危害作用的主要是水溶性和交换态镉。,,通常会、、质量下,在镉污染土壤中生长的水稻光合强度降低,叶绿素含量下降导致失绿,返青分蘖推迟,根系短少。试验结果表明,当土壤中可溶态镉含量为0143mg/kg时,水稻减产10%;当含量为811mg/kg时水稻减产达25%。作物中镉含量与土壤可溶态镉含量呈极显著正相关,如稻米镉和土壤可溶态镉的相关系数达01997,土壤中镉含量的增高不仅使稻米的有害成分增加成为“镉米”,而且还引起稻米的氨基酸及淀粉中的支链淀粉和直链淀粉比例改变,使其品质变差。
人工模拟污染试验表明,大麦受镉污染后,种子的萌芽率、根生长率下降,且随处理浓度的增加和时间的延长而加剧,当镉的浓度为0101mol/L时,种子的萌芽率小于45%[8],根部停止生长。Schlegel等[9]试验表明,镉处理后,草莓的结果数减少,当镉达到一定浓度时(>5mg/kg),总果重随镉处理浓度增大而降低;镉处理后,果实的维生素C降低,在镉浓度高时,果实中的钾、钙、锌、锰和铁等矿物元素的含量均降低,使得草莓的营养品质降低,同时草莓果实也会积累镉,镉的含量随着镉浓度的增加而增大。魏成熙等[19]的盆栽试验表明,镉污染使小白菜内硝酸盐积累量显著增高,200mg/ml镉为小白菜的致死浓度。众所周知,硝酸盐是人体致癌物质,它对人体健康的危害早已受到人们的关注。
2 我国土壤镉污染主要来源
012100mg/[5],英国土景为0mg/kg和0162mg/我土壤的镉背景值平均只有01097mg/kg[6]。土壤中镉的来源主要归于自然
和人为活动两种来源,前者来源于岩石和土壤的本底值,而后者则来源于工业“三废”和含镉肥料的施用。
从近年来发表的有关调查研究报告看,我国农田镉污染很多是由于引用工业污水灌溉造成的,在工矿和城郊区,污灌农田无一例外都存在土壤镉污染问题。据20世纪90年代中国环境公报显示,全国工业废水排放量超过200×108t,其中无疑有镉污染问题,但总的镉污染面积尚待调查确定。
含镉肥料的大量施用是造成土壤镉污染的又一重要原因。含镉的肥料主要是磷肥和一些含镉生活垃圾,生活垃圾中镉污染物可以通过人为控制加以解决,而磷肥的生产以磷矿石为原料,磷矿石除含有营养元素磷、钾、钙、锰、锌和硼等以外,同时也含有砷、镉、铬和氟等元素,其中又以镉含量最高。这里需要指出的是,在湿法磷肥加工过程中,磷矿石中大约70%～80%的镉最终会被转移至磷肥中。从技术上虽然可以将其中的镉除去,但从生产成本上考虑,包括发达国家在内,目前还没有任何生产厂商采用这些工艺。我国磷肥生产所需磷矿石以四川、云南和贵州三大磷矿为主,这三大磷矿镉元素的含量,平均分别为017～
4 土壤镉污染对人体健康的潜在影响
联合国环境规划署在1984年提出的具有全
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球意义的12种危害物质中镉被列为首位,相对于人体的毒害而言,则仅次于汞居第二位。土壤中可溶性镉通过食物链进入人体,危害健康,少量的镉持续进入体内可因长期积累对组织器官造成损伤,在肾脏、肝脏、肺脏、骨骼、生殖系统、心血管系统、胃肠系统、胰脏表现出明显病变。最典型的例子是发生在20世纪60年代,被称为世界历史上“八大公害事件”之一的日本通川镉慢性中毒引起的“痛痛病”,该病以骨痛为主要特点,严重时发生骨折至死亡。在我国,有些镉污染区已出现了镉污染所致慢性早期健康危害的个体,甚至出现了疑似“痛痛病”的患者。有研究揭示,受慢性镉中毒的人癌症发病率增高,上海市某医院的测定表明,肺癌患者的血清镉含量是正常人的7倍。赵肃等[10]调查在镉污染区连续居住20年以上的居民时发现,该人群的尿镉水平显著高于对照组,,环境后,“污染区”的健康状况,发现污染区居民健康状况比非污染区差,镉污染对女性生殖健康有显著影响。我国沿海地区部分市售鱼类镉检出率已超过20%,检出率较高。其它海产品、猪肾、茶叶等受镉污染也比较严重[20]。如果人们长时间食用镉含量超标的食品,势必造成镉在体内的积蓄,对人体健康造成潜在危害。
512 化学措施
化学措施有两种策略,一是降低土壤镉的溶解性,减少其生物毒性和在植物体内的积累;二是利用酸性化学物质或某些螯合剂增加土壤镉的移动性,通过灌溉或降水将表土层的镉淋洗到底土层,使耕作土壤得到净化。目前研究较多且在实际中得到应用的是第一种策略,广泛应用的方法是向土壤添加改良剂、表面活性剂、金属拮抗剂等,而磷酸盐、石灰、硅酸盐被认为是处理土壤镉污染的常用物质。杨景辉[12]研究表明,施用磷酸盐类物质可使重金属镉形成难溶性的磷酸盐。李明德等[13]通过人工模拟污染、盆栽试验的方法,研究了海泡石对镉污染土壤的改良效果,结果表,抑制空心菜,由,可,海泡石可作为镉污染土壤。Gworek[14]用膨润土合成沸石等硅铝酸盐作为添加剂钝化土壤中重金属,显著降低了受镉污染土壤中镉的作用浓度。
化学措施操作简便,在污染不太严重的地区能获得良好的改良效果,但在比较严重的污染地区,采用化学措施则很难将作物可食部分的镉含量降低到可以接受的水平。513 生物措施
5 土壤镉污染的治理与修复措施
目前关于镉污染农田土壤的治理和修复措施,主要有以下四种。
511 物理措施
同治理土壤其它重金属污染一样,传统的镉污染土壤修复方法主要有排土、客土和深耕翻土等物理方法。就是去表层土并向污染土壤中加入大量干净的土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物浓度下降到临界危害浓度以下或减少污染物与根系的接触,从而达到减轻危害的目的,这种物理措施被认为是改良土壤的根本措施。吴燕玉等[11]在张士灌区调查土壤中镉的含量,发现77%～8616%土壤镉积累在30cm以上的土层,去表层
利用某些特定的动植物和微生物可以较快地吸走或降解土壤中的污染物达到净化土壤的目的。成杰民等[15]研究蚯蚓、菌根相互作用对镉污染土壤中黑麦草生长及土壤中镉生物有效性的影响,结果表明,在镉污染的土壤上,引进蚯蚓显著增加了黑麦草地上部的生物量,接种菌根不仅能促进黑麦草对镉的吸收,而且还能促进镉从植物根部向地上部转移,由于接种蚯蚓可以提高菌根的侵染率,所以二者具有促进镉向地上部转移的协同作用,这对于重金属污染土壤的生物修复具有十分重要的意义。苏德纯等[16]认为油菜溪口花籽有较强的耐镉特性和吸收镉的能力,是一种可用于修复镉污染土壤的超积累种质资源。刘云国等[17]研究表明,象月季花等花卉植物对重金属镉具有很强的富集作用,在试验观测期间,植物平均每天吸收镉117576mg/L,且生长发育良好,也可以作为镉污染生物整治的植物,而且不进入食物链,不会对人体产生危害。吴双桃[18]研究表明,美人蕉在含镉5mg/kg的土壤中生长2个
土可使稻米中镉含量降低50%。但是这种方法耗费大量资金、人力和物力,排出的污染土壤又很容易引起污染,而且土壤肥力会有所下降,目前国内很少有工程实施的报道。96
月,可从土壤中带走大量的镉。有试验表明,龙葵对镉的富集特性符合镉超积累植物的基本特征,是镉污染土壤植物修复的一种新材料,在镉污染环境的修复方面具有良好的应用前景。514 生态措施
生态措施不刻意追求对环境作根本性改造或改良,而是充分利用生物(植物)的抗逆基因,使生物最大限度地适应污染环境,以降低环境对生物的胁迫作用,在协调生物与环境的相互关系中获取符合需求的产品和生产效益。生态措施的最终目标是实现污染土地的安全与高效的农业利用。例如通过控制土壤水分状况,使土壤作物有一个较为稳定的滞水期,可以减少镉进入植物体内的含量;使用有机肥,增加土壤有机质有利于改良土壤结构,可以促进土壤中镉形成硫化物;在镉污染土壤区选择种植耐镉污染的作物,的危害,或改变耕作制度,食用植物,,用地。,措施,并取得显著效益。
入食物链从而避免对人类造成的危害,同时还可以筛选出在可食用部分累积污染物少的品种,以用于进一步选育抗镉污染的新品种。参 考 文 献:
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6 结束语
镉与土壤环境密切相关,直接影响到大自然和生态环境以及人体健康。要减轻镉对环境造成
的污染,保护农业生态环境,首先应对能带来镉污染的工业生产采取预防措施或减少这类生产活动,严格控制污染源,禁用污水灌溉,减少农田使用污泥等固体垃圾,控制和降低磷肥中的镉含量。其次对于已被镉污染的土壤,应采取合理有效的措施对其进行治理,最终减少土壤镉污染给人类健康带来的危害。生物修复土壤镉污染一直以来被认为是最具有应用前景的修复措施。到现在为止,已发现的超富集植物种类不少,而寻找生物量大且富集量高的镉超富集植物应是努力的方向,实际应用中则还应考虑各种植物的搭配,植物修复局限性的克服,有关土壤及微生物资料的收集等。另外,在农业生产中,可在土壤镉污染地区选种一些抗镉污染强的作物,以降低含镉农作物进
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