土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展

土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展 土壤是人类赖以生存的主要自然资源,也是人类生态环境的重要组成部分。随着工农业的快速发展,土壤-植物-环境系统中重金属的污染日益严重。镉(Cd)由于其移动性强、毒性高、难降解、污染面积大而成为最为关注的重金属元素,在最
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土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展

土壤是人类赖以生存的主要自然资源,也是人类生态环境的重要组成部分。随着工农业的快速发展,土壤-植物-环境系统中重金属的污染日益严重。镉(Cd)由于其移动性强、毒性高、难降解、污染面积大而成为最为关注的重金属元素,在最新公布的《全国土壤污染状况调查公报》中,土壤Cd超标率居无机污染物超标率第一位[1]。我国仅农田Cd污染的面积已超过20×104
hm2,每年生产Cd含量超标农产品达14.6×108
kg[2];根据我国部分地区土壤Cd金属含量的汇总情况[3],最大值为5.05~228mg/kg,平均值为1.09~27.9mg/kg,然而我国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中最大限值仅为1.0mg/kg,可以看出,我国土壤Cd污染态势已经非常严峻。在我国的东北和华南一些地区,土壤Cd污染已导致食品和生态安全问题[4],不仅给人民健康带来危害,更可能引起社会恐慌,影响社会稳定和发展。因此,加强Cd污染土壤的修复治理已刻不容缓。

  1土壤Cd的来源及存在形式

  土壤中Cd的来源包括自然过程和人为工农业生产过程两种途径。自然过程对土壤中Cd的输入主要通过岩石风化和火山活动等地质和环境地球化学过程,其含量取决于成土母质。Cd在地壳中的含量较少,我国地理环境本文由毕业论文http://www.lw54.com收集整理差异大,不同地区不同类型土壤的Cd的背景值差异明显,但均较低。全球土壤Cd的含量为0.01~2.0mg/kg,平均为0.35mg/kg,我国土壤的背景值平均只有0.097mg/kg[5]。人为过程是导致土壤Cd浓度快速上升的主要原因,输入途径包括工业“三废”排放,含镉污水灌溉,以及含镉肥料、农药、薄膜和污泥的使用。鲁如坤等根据欧共体国家1975年的统计数字推算,土壤外源Cd有6%来自生产Cd的工业,57%来自使用Cd为原料的工业,37%来自其他工业来源[6]。土壤中吸附的Cd主要分布在表层0~15
cm的土层中。

  Cd只有0价和+2价两种价态,而0价的Cd不能在土壤中稳定存在,因此,土壤中的主要以Cd2+及其化合物形态进行迁移、转化。Cd经不同途径进入土壤,通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应,形成复杂多变的化学形态,各种形态之间受土壤物理化学性质及环境条件的控制而形成一个动态平衡体系。土壤中的Cd可分为水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机质结合态和残留态,
其稳定性依次升高[7],其中水溶态和交换态Cd具有生物有效性,危害最大。Cd在土壤中的生物有效性主要受土壤环境中的pH值、Eh值、有机质和微生物、其它重金属元素、根分泌物等因素影响[8]。

  2土壤Cd污染的生物危害

  Cd位于元素周期表ⅡB族中,属于生物生长发育过程的非必须元素,是对动植物及人体危害性最大的重金属元素之一。Cd进入土壤后会导致土壤质量退化,而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水,恶化水文环境,对植物、动物和人类产生巨大的毒害作用,并具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点。

  2.1对植物的危害

  土壤Cd污染对植物影响显著,外在表征为生长受到抑制、植株矮小、失绿、产量与品质下降等症状。当植物受到Cd的毒害时,就会阻碍植物根系生长、抑制水分和养分的吸收,引起一系列生理代谢紊乱,如叶绿素、糖和蛋白质合成受阻,光合强度下降和一些酶的活性改变[9]。Cd从土壤中被植物吸收后大部分富集在根部,植物体中各部位Cd的分布情况基本上为根>叶>茎>花、果、籽粒。

  2.2对动物的危害

  重金属污染土壤中的Cd能够在动物体内累积进而造成毒害作用,主要表现为肾、肺、肝等内脏器官的病理变化、以及致突变和致畸的作用。例如,镉导致鱼类、虾类、蛙类等水生生物组织器官生长和发育迟缓[10,11]。当水牛、猪、鸡等牲畜或家禽受到镉污染危害时,会出现肺部、肾脏等器官的中毒症状,轻者体重下降、消瘦,严重者可导致死亡[12,13]。白银矿区的调查显示,马和羊通过食物链累积出现Pb-Cd联合中毒,呈现典型的低色素小红细胞性贫血和肝脏、肾脏及肺脏等实质器官结构和功能的损伤[14]。

  2.3对人类的危害

  Cd是累积性元素,很难去除,它可以通过食物链在人体内富集,其在人体内半衰期长达20~30年[15]。Cd进入人体后主要分布在肝与肾中,与低分子蛋白质结合成金属蛋白,导致肾脏功能的损害和肺部的损伤,此外,镉也与人类的肺癌、前列腺癌、乳腺癌等一些癌症有关联[16]。Cd对人体严重的毒害事件是20世纪60年代发生在日本神通川流域的骨痛病,原因就是附近居民食用镉米造成的。大量的实验证明[16],镉对人体或动物的呼吸系统、心血管系统、免疫系统、生殖系统、胚胎发育等具有严重的毒性效应。联合国环境规划署(UNEP)将其列为具有全球性意义的危险化学物质,美国毒物管理委员会(ATSDR)将其列为第六位危及人类健康的有毒物质。
  

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