土壤镉污染的来源和危害.doc

NOV 2012土壤镉污染的来源与危害镉是一种稀有分散元素,未经污染的土壤中镉主要来源于成土的母质,一般在世界范围内土壤中镉的含量为0.01 2.00 mg/ kg ,中值含量为0.135 mg/ kg。土壤中镉的来源包括自然来源和人为来源。前者来源于岩石和土壤的本底值。后者主要是由于镉在电镀、颜料、塑料稳定剂、镍镉电池、电视显象管制造中的日益广泛应用。随着采矿、冶炼和电镀工业的不断发展, 大量的含镉废水排入河流, 它可以污染大气、水体和土壤。土壤镉的污染主要分布在重工业发达地区、公路铁路两侧, 农业发达的灌溉地区的污染也比较严重。土壤镉污染主要产生的途径有: 大气中镉的沉降, 农药、化肥和塑料薄膜使用, 污水灌溉, 污泥施肥, 含重金属废弃物的堆积, 金属矿山酸性废水污染等。1.1 大气中镉的沉降 摘要：由于镉在工业上具有广泛的用途，因此人类的生产活动向环境中排放大量镉。含镉的污染物通过各种途径进入土壤, 使农作物产量和质量下降, 并且通过食物链危害人类的健康。本文概述了土壤镉污染的来源和对植物、人体的危害。关键词：土壤镉污染；来源；危害Sources and damage of Cadmium pollution in soilAbstract: As Cadmium has a wide range of uses in industry, the production activities of human beings emit large quantities of Cadmium to the environment. Cadmium pollutants enter the soil through a variety of ways, so the production and quality of crops decline, and Cadmium harm human health through the food chain. This article provides an overview of the sources and damage to plants and human bodies of cadmium pollution in soil.Key words: Cadmium pollution in soil; source; damage 20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。在所有重金属污染中,以镉污染最为严重。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9333 hm2 , 随后有人提出镉污染面积为13333 hm2 ,最近又有新的资料显示, 我国农田土壤镉污染面积已超过20104 hm2 , 每年生产镉含量超标的农产品达146108 kg 。镉是毒性最强的重金属元素之一，危害极其严重，土壤中过量的镉会抑制植物的正常生长，在可食部分的残留还会通过食物链影响到人体的健康。1 土壤中镉的来源大气中的镉经自然沉降1和雨淋沉降进入土壤。如瑞典中部Falun市区的镉污染, 它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生的大量废物, 由于风的输送,这些细微颗粒中的镉, 从工业废物堆扩散至周围地区; 南京某生产镉的重工业厂镉污染叠加已超过当地背景值4. 4 倍, 污染以车间烟囱为中心, 范围达1. 5 km2。 在公路、铁路两侧土壤中的镉污染, 主要来自含镉汽油的燃烧, 汽车轮胎磨损产生的含镉粉尘等, 成条带状分布, 以公路、铁路为轴向两侧镉污染强度逐渐减弱。例如在宁连一级公路淮阴段两侧的土壤镉含量较高, 向两侧含量逐渐降低。由城市郊区农区, 随着离城市的距离加大，大气中的镉沉降降低。大气中镉的沉降还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关; 重工业越发达, 污染相对越严重。此外, 大气镉的干湿沉降也可以引起土壤中镉的含量增高。大气镉通过干湿沉降进入土壤后, 被土壤中的粘土矿物和有机物吸附或固定, 富集于土壤表层, 或为植物吸收而转入土壤, 造成土壤镉浓度的升高。1.2 农药、化肥和塑料薄膜的使用 施用含有镉的农药和不合理施用化肥, 都可以导致土壤镉的污染。一般过磷酸盐中含较多的镉, 磷肥次之, 氮肥和钾肥含镉量较低。据统计, 磷肥的平均含镉量是7 mg/ kg，给全球带入约66 万公斤镉。美国西部海相沉积磷矿石生产的磷肥平均含镉174 mg/ kg, 施用36 年磷肥后, 小区土壤含镉量从原来的0.07 mg/ kg 增高到1.0 mg/ kg。澳大利亚磷肥含镉为2550 mg/ kg，我国广西的磷矿含镉量很高, 平均达174 mg/ kg。据估计, 西方国家的人类活动对土壤镉的贡献, 磷肥就占了54% 58%。农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有镉, 在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤镉污染。1.3 污水灌溉 污水灌溉是使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展, 大量的工业废水涌入河道, 使城市污水中含有的许多重金属离子, 随着污水灌溉而进入土壤。在分布上, 往往是靠近污染源头和城市工业区的土壤污染最严重, 远离污染源头和城市工业区的土壤几乎不污染。近年污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分, 中国20 世纪60 年代至今, 污灌面积迅速扩大, 以北方旱作地区污灌最为普遍, 约占全国污灌面积的90%以上, 南方地区的污灌面积仅占6% , 其余在西北和青藏。污灌导致土壤镉含量的增加, 淮阳污灌区自污灌以来, 镉的含量就逐渐增高, 太原污灌区的镉含量远远超过其当地背景值, 且积累量逐年增高。1.4 污泥施肥 污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素, 同时也含有大量的镉。随着大量的市政污泥进入农田, 使农田中镉的含量不断增高，且污泥施用越多, 污染就越严重。每千克城市污泥含镉可高达上千毫克。 据估计, 西方国家土壤镉污染中污泥就占了2%5%。 用城市污水、污泥改良土壤的同时，镉的含量也明显增加。1.5 含重金属废弃物的堆积 含重金属废弃物种类繁多, 不同种类的危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放场、城市生活垃圾场及车辆废弃场附近土壤中镉污染的研究, 这些区域的镉的含量高于当地土壤背景值。镉在土壤中的含量和形态分布特征受其在垃圾中的释放率影响, 随距离的加大镉的含量降低。由于废弃物种类不同, 各重金属污染程度也不尽相同, 如镉渣堆存区的镉 2 为重度污染, 其它重金属次之。1.6 金属矿山酸性废水污染 正在开采的金属矿山、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣等, 可以被酸溶出含镉离子的矿山酸性废水, 随着矿山排水和降雨带入水环境(如河流等) 或直接进入土壤, 都可以间接或直接质有关，如粘土吸附性强，可吸附镉，进而影响其活性。2.2 对植物体的危害2.2.1 镉在植物体内的积累、分布和形态不同植物对镉的吸收积累效应是不同的,通常用富集系数来说明某种植物对镉的吸收、累积能力。木本植物对土壤中的镉的生物积累效应较高，但不同的树种之间差异明显，有些蕨类叶部镉的含量可以高达1200 mg/ kg ，是富集镉最强的植物之一。小麦、大豆等一些大田作物也易吸收土壤中的镉。此外，像胡麻、苎麻、江麻、棉花、芦苇等非食用作物也具有较强的镉积累作用。从宏观角度说,镉从土壤中被植物吸收后大部分富集在根部,迁移到上部很少。如景天科的作物中镉在植株体内分布为叶片 茎 5 mg/ 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,在镉的浓度高时,果实中的K,Ca ,Zn ,Mn ,Fe 等矿物质元素的含量均降低,使得草莓的营养品质降低,同时草莓的果实中也会积累镉,果实中的镉的含量随着镉浓度的增加而增大。由试验得,高浓度镉条件下,小麦的干物质积累和分蘖受到显著的影响,其程度因品种与器官而异。2.3 对人体的危害镉不是人体所必需的元素。新生儿含镉约1微克，在从事无镉职业的情况下，50岁左右体重70公斤的男子全身蓄积的镉量约30毫克。镉是通过食物、水、空气、吸烟等经由消化道和呼吸道进入人体的，液体中的镉还可通过皮肤进入人体。人主要通过消化道摄入环境中的镉，吸收率为5%左右。虽然土壤镉污染对人体没有造成直接性的接触危害,但污染土壤中的镉可以通过食物链进入人体以对人体造成严重的危害。镉被人体吸收后主要分布在肝与肾中,与低分子蛋白质结合成金属蛋白。镉中毒主要表现为肾脏功能的损害和肺部的损伤,导致肾皮质坏死、肾小管损害、肺气肿、肺水肿,还可以引起心脏扩张和高血压。长期摄入镉将会导致骨质疏松、脆化、腰病、脊柱畸形。此外,镉还可以导致男性生殖系统损害,雄性激素的发生率增高,随接触水平的升高而增加,前列腺特殊抗体的发生率也同时增加6 。人体内镉含量超标可引起维索性心外膜炎、心肌变性、间质性心肌炎、纤维素性肝周围炎、肝细胞严重脂变、问质性肝炎、纤维索性肺浆膜度为0.01 mol/ L 时,种子的萌芽率小于45 % ,根部停止生长5 。(2) 镉影响植物的光合作用。镉对烟草光合特性影响的研究表明镉是光合作用的有效抑制剂，使叶绿素和叶绿素a/ b 比例下降; 另据报道,当镉的浓度为112g/ L 时云杉的光合速率、CO2的吸收量及老叶中的叶绿素含量均显著下降,但当镉的浓度增加到560g/ L 时蒸腾速率也会减少。 (3) 镉影响植物体中的酶。土壤镉污染还可以引起植物体内超氧化物歧化酶(SOD) 、过氧化物酶(POD) 和过氧化氢酶(CAT) 等酶的活性下降,但对于耐性植物,在一定镉的浓度范围内，3 种酶的活性得以维持或提高,超过这个范围它们的活性则仍要下降，下降的幅度要比耐性弱的植物小。镉除对SOD ,POD ,CAT 等酶的活性有影响以外,还会抑制固氮酶、根系脱氢酶、淀粉酶、脱氧核酸酶、核糖核酸酶、硝酸还原酶、蛋白酶、多酚氧化酶、抗坏血酸过氧化酶、乳酸脱氢酶等的活性。以上结果表明,镉对氮代谢、呼吸作用、碳水化合物代谢和核酸代谢等均有阻碍作用。丙二醛(MDA) 的含量是反映脂质过氧化作用强弱的一个重要指标。当植物处于各种逆境胁迫或衰老时植物体内活性氧产生和消除的平衡受到破坏,而有利于体内活性氧的产生,所累积的活性氧引发的质膜过氧化,使植物生长异常。镉对小麦幼苗超氧化物歧化酶和脂质过氧化作用的影响的研究表明植物受到镉污染后MDA 高度积累。(4) 镉影响植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量。可溶性蛋白和可溶性糖是维持细胞代谢的重要物质,可溶性蛋白质含量的提高,还会增加细胞渗透浓度和功能蛋白质的数量,有助于维持正常的细胞代谢。对于可溶性蛋白质,当镉的浓度大于0.1 mg/ L 时,小白菜根中可溶性蛋白质含量开始随镉的浓度的增大而降低,说明高浓度镉对蛋白质的合成起破坏作用。对于水稻等大田作物，镉污染明显的抑制水稻种苗的初期生长，还明显地降低了水稻种苗的叶绿素的含量和干物质的积累，根系活力下降、可溶性糖与可溶性蛋白质的含量减少,因而影响到水粳稻根表铁膜和根铁、镉含量的影响J . 应用生态学报,2003 ,14 (8) :1273 - 1277. 4 黄会一,蒋德明,张春兴,等. 木本植物对土壤中的镉的吸收、积累和耐性J . 中国环境科学,1989 ,9 (5) :323 - 330. 5 张义贤. 重金属对大麦( Hordeum vulgare) 毒性的研究J . 环境科学学报,1997 ,17 (2) :199 - 2