環(huán)境中重金屬元素鎘概況

1、鎘污染現(xiàn)狀鎘削減措施研究趨勢l我國有關(guān)農(nóng)田Cd污染的調(diào)查工作是20世紀70年代中、后期開始的,但至今未見Cd污染總體狀況的資料報道。何電源等(1991)在19871990年間對湖南省的農(nóng)田污染狀況進行了調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn),農(nóng)田Cd污染主要來源于工礦企業(yè)排放的廢氣和廢水,在各類Cd污染農(nóng)田中5%10%的面積減產(chǎn)嚴重。90年代初,我國污灌農(nóng)田已擴大到1.4106公頃。 lCd污染耕地涉及11個省市的25個地區(qū),每年生產(chǎn)鎘米(是指含量超過/的糙米,長期食用會引起骨痛病)5.0107。l如沈陽市張士灌區(qū)因污灌使2533公頃農(nóng)田遭受污染(土壤含量1.0/),其中嚴重污染面積(可能產(chǎn)生的稻米含量1.0/的農(nóng)田

2、)占13%。 另外,作物受污染導(dǎo)致“鎘米”的地區(qū)還有:上海的沙川灌區(qū)、廣東的廣州和韶關(guān)地區(qū)、廣西的陽朔、湖南的衡陽等。 lCd是一種稀有分散元素。l地殼中鎘平均量0.15 mg/kg。l未污染土壤中Cd主要來源于其成土母質(zhì)。l在世界范圍內(nèi),土壤中Cd的含量范圍為0.012mg/kg，中值為0.35mg/kg。l日本和英國土壤的背景值分別為0.413mg/kg和0.62mg/kg,l我國土壤的背景值為0.0170.33mg/kg。l沉積巖1.167mg/kg;皂土1.4;泥灰?guī)r2.6l變質(zhì)巖0.46mg/kg; 石榴石片巖1l火成巖0.22mg/kg；玄武巖0.22l閃鋅礦2%；l硫鎘礦、方硫鎘

3、礦77.8%；l氧化鎘礦87.5%；l菱鎘礦65.18%；l其它礦類幾幾千mg/kg。 1棕壤；2褐土；3黃棕壤；4棕色石灰土； 5紅色石灰土 采采樣樣地地址址 Pb Cd Hg As 寧寧化化下下沙沙 4.53 0.68 0.24 1.74 永永安安三三星星 2.24 0.78 0.09 3.62 明明溪溪夏夏陽陽 2.02 0.45 / 1.91 泰泰寧寧大大田田 2.34 0.34 0.10 0.53 尤尤溪溪洋洋中中梅梅峰峰 1.88 0.23 0.10 0.20 A s H g C d Pb 98寧寧 化化 泉泉 上上 0.363 0.053 0.23 1.55 99建建 寧寧 溪溪

4、 源源 0.317 0.097 0.33 0.98 C d Pb A s H g Se 平平 均均 數(shù)數(shù) 0.724 54.38 3.73 0.12 0.28 變變 幅幅 0.13-8.07 18.6-152 0.6-12.5 0.01-1.28 0.12-0.73 G B2、 3 0.3、 0.6 250、 500 25、 30 0.5、 中下層。這主要由于有表層生物富集或外來廢物污染中下層。這主要由于有表層生物富集或外來廢物污染（污灌、污施等）引起。施用化肥、農(nóng)藥也會造成（污灌、污施等）引起。施用化肥、農(nóng)藥也會造成Cd的污染。的污染。l據(jù)調(diào)查據(jù)調(diào)查,廣州市施用磷肥、石灰的廣州市施用磷肥、石

5、灰的Cd含量為含量為23mg/kg,而澳大利亞施用的過磷酸鈣含而澳大利亞施用的過磷酸鈣含Cd達達3848mg/kg 。l在沈陽張士灌區(qū)土壤中在沈陽張士灌區(qū)土壤中,經(jīng)污灌進入土壤中的經(jīng)污灌進入土壤中的Cd的的56.33%累積于土壤的表層累積于土壤的表層,去表土去表土15cm,可使稻米中的可使稻米中的Cd下降下降50%。 l土壤中重金屬的形態(tài)分為:l可交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機硫化物態(tài)和殘留態(tài)。形態(tài)受土壤組分及其土壤化學行為影響,各形態(tài)之間處于動態(tài)平衡中。l研究結(jié)果表明,隨著土壤總Cd含量增加,殘渣態(tài)百分率減少,交換態(tài)百分率顯著上升,這說明土壤Cd污染越重,非殘渣態(tài)的相對含量越高,將

6、相對增加Cd的毒性。 l不同植物對Cd的吸收、積累效應(yīng)差異很大。木本植物對土壤中Cd的生物積累較高,；有些蕨類其葉部Cd含量可高達1200mg/kg,是富集Cd最強的植物類型之一。水稻等大田農(nóng)作物也易吸收土壤中的Cd。有報道,當土壤含Cd量為2.21mg/kg時,糙米中Cd即達2.64mg/kg。而國家食品衛(wèi)生標準規(guī)定大米中鎘允許量為：小于或等于0.2mg/kg(GB-238-84)。 l水稻的根、莖葉、糙米中Cd的比例為 80 5 1,l而楊樹則可將根部吸收Cd的一半運轉(zhuǎn)至地上部。l一般來說,Cd在植物體內(nèi)的分布是根莖葉籽實。Cd集中在根部可能與Cd和根內(nèi)蛋白質(zhì)、糖、核酸等有機物化合成為穩(wěn)定

7、的大分子或不溶性有機大分子而沉積下來有關(guān)。 Cd Pb As Hg Se 上 2.09 4.05 0.267 0.066 0.094 變 幅 0.33-5.4 0.94-10.56 0.06-1.26 0.02-0.432 0.005-0.86 中 2.65 5.09 0.448 0.072 0.12 變 幅 0.37-6.97 0.98-11.95 0.006-0.87 下 5.66 7.42 0.462 0.053 0.172 變 幅 2.15-6.47 3.64-12.8 0.25-1.31 0.032-0.08 0.044-0.8 全國平均 2.56 4.94 0.375 0.067

8、0.119 l近十來年不少學者研究報道, 根所吸收的重金屬中有70%90%累集在根尖細胞壁上。楊居榮等1993年的研究表明,Cd在黃瓜、菠菜中的可溶成分所占比例較大,為45%69%,沉積于細胞壁的成分占2.5%21.0%,而Pb有77%89%沉積于細胞壁上,可溶成分只占0.2%3.8%。l3.1Cd毒害癥狀：生長遲緩、植株矮小、退綠、產(chǎn)量下降等。例如,大麥受Cd污染后,種子的萌發(fā)率、根生長速率下降,且隨處理濃度增大和時間延長而加劇。Cd對植物生長的影響,還與生長發(fā)育的時期有關(guān)。例如,在水稻幼穗分化之前,Cd主要降低光合力；在幼穗分化至抽穗期,主要抑制生殖器官分化,造成穎花敗育；抽穗期后,Cd則

9、主要干擾體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的遷移和再分配。 lCd能引起細胞分裂出現(xiàn)障礙或不正常分裂,表現(xiàn)為細胞分裂周期延長,產(chǎn)生染色體斷裂、畸變、粘連和液化等。lCd能與帶負電的核酸結(jié)合,破壞核仁結(jié)構(gòu),抑制DNase和RNase活性,并使植物體DNA合成受阻。 l低濃度的Cd可使葉綠體基粒垛疊減少,線粒體內(nèi)腔嵴突減少或消失;高濃度的Cd可使葉綠體垛疊無規(guī)律、膜系統(tǒng)潰解,使線粒體腫脹、潰解。l葉綠體的破壞與Cd沉積在類囊體上與膜上蛋白體結(jié)合，破壞葉綠體酶系統(tǒng)和阻礙葉綠體合成有關(guān)。l線粒體結(jié)構(gòu)的改變是由于Cd抑制線粒體膜上ATP酶的活性所引起。 無Cd正常細胞受Cd害細胞l80年代中期以來的一些試驗結(jié)果表明：lCd對

10、細胞膜有嚴重破壞作用,使得細胞膜透性增加。植物細胞膜透性與Cd濃度呈極顯著正相關(guān)。lCd導(dǎo)致膜脂過氧化加劇 。 l超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)是植物適應(yīng)逆境脅迫的重要酶類,被統(tǒng)稱為植物保護酶系統(tǒng)。當植物受Cd污染后, Cd污染可引起SOD、POD和CAT活性下降。lCd對植物的傷害是多方面的,相應(yīng)地植物采取多方面的策略來抵抗或減弱Cd脅迫的程度,如固定化、區(qū)域化及合成植物螯合肽、金屬硫蛋白、應(yīng)激蛋白、應(yīng)激乙烯等。 l糧食作物是鎘進入食物鏈的主要途徑，土壤鎘與米中鎘有良好的正相關(guān)，因而土壤鎘污染產(chǎn)生的影響是全球性的。鎘是一種積累性毒素，人體腎皮質(zhì)是鎘作用的

11、靶器官。腎皮質(zhì)鎘濃度達到200mg/kg時，會引起多種癥狀的腎機能失調(diào)，如腎小管壞死，蛋白尿癥等。 1化控途徑化控途徑2生控途徑生控途徑3農(nóng)業(yè)措施農(nóng)業(yè)措施4工程及其它措施工程及其它措施1化化 控控 途途 徑徑1.1施施 入入 石石 硫硫 合合 劑劑 、 硫硫 化化 鈉鈉 可可 與與 土土 中中 鎘鎘 形形 成成 CdS沉沉 淀淀 。 施施入入 還還 原原 物物 如如 堆堆 廄廄 肥肥 、 稻稻 草草 及及 其其 它它 有有 機機 物物 結(jié)結(jié) 合合 澆澆 灌灌 水水 ， 促促使使 土土 壤壤 還還 原原 從從 而而 提提 高高 Cd的的 不不 溶溶 性性 ， 同同 時時 可可 增增 加加 有有

12、機機 物物 對對鎘鎘 的的 吸吸 附附 ， 減減 少少 作作 物物 對對 鎘鎘 的的 吸吸 收收 。1.2非非 金金 屬屬 礦礦 如如 膨膨 潤潤 土土 、 合合 成成 沸沸 石石 ， 施施 入入 量量 為為 土土 重重 0.1% -1% ， 葉葉 內(nèi)內(nèi) 鎘鎘 濃濃 度度 削削 減減 60% -88% 。1 .3 噴噴 施施 二二 硝硝 基基 酚酚 鎘鎘 抑抑 制制 劑劑 ， 結(jié)結(jié) 合合 淹淹 水水 排排 水水 ， 米米 鎘鎘 可可 由由1.1mg/kg,下下 降降 到到 0.4mg/kg， 降降 低低 64% 。1.4用用 硫硫 酸酸 鋅鋅 可可 拮拮 抗抗 抑抑 制制 鎘鎘 的的 吸吸 收

13、收 。1.5對對 酸酸 性性 土土 ， 施施 用用 石石 灰灰 、 高高 爐爐 渣渣 、 粉粉 煤煤 灰灰 ， 提提 高高 土土 壤壤 pH，降降 低低 重重 金金 屬屬 的的 溶溶 解解 ， 減減 少少 植植 物物 吸吸 收收 。1.6 0.125mol濃濃 度度 的的 EDTA、 丙丙 二二 酸酸 澆澆 灌灌 根根可可 使使 作作 物物 內(nèi)內(nèi) 鎘鎘比比 對對 照照 下下 降降 20% -30% 。1.7腐腐 植植 酸酸 通通 過過 絮絮 凝凝 絡(luò)絡(luò) 合合 可可 使使 土土 、 水水 體體 中中 的的 重重 金金 屬屬 顯顯 著著 降降低低 ， 并并 可可 加加 大大 鎘鎘 從從 土土 壤壤

14、 中中 流流 失失 。2.1富鎘莧科作物（野生莧）富集鎘的能力特富鎘莧科作物（野生莧）富集鎘的能力特強，種一季可使土壤鎘下降強，種一季可使土壤鎘下降29.49mg/m2。2.2綠肥植物無葉紫花苕子能富集綠肥植物無葉紫花苕子能富集Pb、Zn; 香香根草、苧麻對土鎘的吸收力很強。根草、苧麻對土鎘的吸收力很強。 收獲后不要還田，要集中消毀。收獲后不要還田，要集中消毀。 l植物在水體中對鎘的積累效果明顯優(yōu)于在土壤中的積累效果。David E 注意到利用普通作物的根過濾作用 ，將向日葵浸入實驗水體中僅24h，水體中鎘濃度可由1000ug/L 降低到 200ug/L，顯示出利用植物根部可快速削減水體中毒害

15、性重金屬元素鎘。 3.1源頭控制，重類金屬污染的主要源頭之一是礦源頭控制，重類金屬污染的主要源頭之一是礦質(zhì)肥（尤其磷肥）和劣質(zhì)農(nóng)業(yè)化學品（含有的農(nóng)質(zhì)肥（尤其磷肥）和劣質(zhì)農(nóng)業(yè)化學品（含有的農(nóng)藥），因而對新來源的磷肥等農(nóng)業(yè)化學品要把好藥），因而對新來源的磷肥等農(nóng)業(yè)化學品要把好源頭檢測關(guān)。源頭檢測關(guān)。3.2增施優(yōu)質(zhì)有機肥提高土壤環(huán)境容量，有機質(zhì)可增施優(yōu)質(zhì)有機肥提高土壤環(huán)境容量，有機質(zhì)可增加土壤膠體對污染物的吸附吸收能力。在淹水增加土壤膠體對污染物的吸附吸收能力。在淹水還原條件下，可促使鎘還原，減少毒性。還原條件下，可促使鎘還原，減少毒性。3.3品種選擇，不同品種對重金屬吸收差別很大，品種選擇，不同品

16、種對重金屬吸收差別很大，可選用對鎘親合力小的新品種?？蛇x用對鎘親合力小的新品種。3.4培植擴大根系統(tǒng)培植擴大根系統(tǒng),加大根系截獲量加大根系截獲量,收獲后全層清收獲后全層清理根系理根系,將有效削減土壤中鎘量。將有效削減土壤中鎘量。 3.5加深耕層加深耕層,還可以讓鎘從土壤向下層淋失。還可以讓鎘從土壤向下層淋失。 電化學措施電化學措施客土措施客土措施規(guī)避措施等等規(guī)避措施等等l應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)將超積累植物的相關(guān)基因克隆,然后轉(zhuǎn)移到生物量較大的植物或作物體內(nèi),培養(yǎng)出新的超積累植物品種,將其應(yīng)用到污染土壤的修復(fù)上,必將大大提高對污染土壤的修復(fù)能力,減少重金屬在食物鏈中的積累。l與超積累植物相反,篩選以體外抗性為主導(dǎo)機制的重金屬排異植物,特別是農(nóng)作物,減少其向可食用部位轉(zhuǎn)移,降低在食物鏈中的數(shù)量,對于人類尋找既對污染物有較高的抗性,又能保證生物產(chǎn)品具有較高的安全性的作物種,這將為污染土壤的再利用提供一種嶄