土壤中金屬鎘污染危害與修復的研究進展

摘 要：“鎘米”問題的提出，各種疾病的出現(xiàn)，暗示了鎘污染已經(jīng)嚴重的危害著人們的身體健康，治理鎘污染已經(jīng)成為了一個世界性的問題。本文對土壤鎘污染的現(xiàn)狀、來源、對人體危害和治理修復方面進行了綜述，并對今后鎘污染的生物修復研究方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：重金屬鎘； 土壤污染； 危害； 生物修復

中圖分類號：X825 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）07-176-002

鎘為人體非必需元素，是以化合物狀態(tài)存在于自然界中的，而且在正常環(huán)境下是不會影響人的身體健康。進入人體的鎘元素，大部分會蓄積在積肝、腎之中。人體中的鎘會有1/3被腎臟吸收，剩余會微量的蓄積在如甲狀腺、脾、胰和毛發(fā)等位置。鎘會損傷腎小管，患病者出現(xiàn)蛋白尿、氨基酸尿和糖尿等癥狀。世界衛(wèi)生組織(2003)和美國環(huán)保局(1994)規(guī)定人體Cd的最大允許攝入量均為Iug·kg-1·d-1[1]。本文從重金屬鎘對土壤的污染現(xiàn)狀、對人體的危害以及一些植物對鎘污染的修復進行綜述，并對此問題的研究進行了展望。

一、土壤鎘污染的現(xiàn)狀與危害

1.鎘污染的現(xiàn)狀

自從20世紀發(fā)現(xiàn)鎘元素以來，鎘出現(xiàn)于各個領(lǐng)域之中，產(chǎn)量不斷增長。廣泛應用于核工業(yè)、電子業(yè)、電鍍工業(yè)和化工業(yè)等領(lǐng)域。近期出現(xiàn)一個新鮮的名詞——“鎘米”，據(jù)《新世紀周刊》和網(wǎng)絡新聞消息報道：經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市場銷售的大米中有10%都存在鎘金屬嚴重超標的問題，食用之后很大幾率會導致“骨痛病”。鎘污染不僅造成了我國農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量下降，而且威脅到人體健康。農(nóng)業(yè)部在2000年對14個省會城市的2000余個樣品進行檢測，結(jié)果表明：蔬菜中的鎘等污染超標率已高達近25%；同時南京郊區(qū)的18個檢測點對青菜葉樣的分析結(jié)果表明：鎘的含量全部超過食品衛(wèi)生標準，最多的超過有17倍之多[1，2]。

2.鎘污染的來源

劉育紅[3]將土壤中的鎘污染的來源分為了以下六大類：

（1）大氣中的沉降；（2）農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜的使用；（3）污水灌溉；（4）污泥施肥；（5）含有重金屬廢棄物的堆積；（6）金屬礦山的酸性廢水。

總體來說工業(yè)化的高低對鎘污染的輕重起了很大的決定，市區(qū)的污染濃度遠遠大于農(nóng)村和郊區(qū)。由于鎘沒有得到很好的處理，長期的積累導致污染的加重。

3.鎘污染的危害

在環(huán)境鎘污染致健康損害研究中，一般認為尿鎘濃度是反映內(nèi)暴露的指標，而尿β2-MG和尿NAG酶為反映腎功能受損的指標。有人發(fā)現(xiàn)尿β2-MG和尿NAG酶在男性中臨界值為994、16μg/g肌酐，女性為784、16.6μg/g肌酐。WHO建議尿鎘的生物閾值定為5μg/g肌酐，叢澤等人控制年齡因素后，尿鎘≥3μg/g肌酐組死亡率會隨著尿鎘的增加而成比例升高，F(xiàn)riberg等發(fā)現(xiàn)，尿鎘≥10μg/g肌酐時，會出現(xiàn)腎小管損傷的情況。而當尿鎘≥8～9μg/g肌酐時，尿β2-MG會超過1000μg/g肌酐，而且會急劇上升。M．Ikeda認為尿鎘濃度達10～12μg/g肌酐時可作為判定腎功能減退的臨界值，而吳訓偉認為尿鎘＞10μg/g肌酐的人群會造成對腎臟不可逆性的損傷。Kojj通過5年的追蹤發(fā)現(xiàn)，在原先尿β2-MG≥1000μg/g肌肝的人群中，幾乎所有的個體都會出現(xiàn)腎小管功能惡化的情況，而＜1000μg/g肌酐的個體并無明顯變化。國內(nèi)學者[4]認為我國正常人群的尿β2-MG95%CI上限為465μg/g肌酐。另有研究發(fā)現(xiàn)[5]，當尿β2-MG≥1000μg/g肌酐時，研究的人群死亡風險比顯著增加。

3.1鎘對人體健康的多方面危害。前文提到鎘為一種慢性致病的重金屬，長期積累在體內(nèi)無法消除，其主要是通過消化道和呼吸道兩種途徑進入人體，從而對人體的健康造成危害。早在20世紀中期，日本發(fā)生的十大公害事件之一的“疼痛病”就表明鎘對人體健康的危害已經(jīng)開始。

重金屬鎘對人體危害大致可分為以下幾種：

鎘具有很強的致癌、致突變以及致畸作用。鎘的急性吸入的毒害表現(xiàn)為肺損害，吸入中等量的鎘蒸氣會引起鑄造熱，經(jīng)過治療數(shù)天便可恢復，但如果大量吸入鎘蒸氣，嚴重者最終可導致死亡。

鎘與含有巰基、羥基等多種基團的蛋白質(zhì)分子結(jié)合會生成鎘－蛋白質(zhì)，能引發(fā)高血壓等多種疾病。

鎘可通過一些生化反應置換出酶類金屬后導致機體清除自由基能力下降，從而引起氧化損傷。現(xiàn)在由于鎘引起的氧化損傷已被看作引發(fā)細胞毒性和導致癌變的一個重要機制。

鎘可以影響細胞凋亡或增生的相關(guān)蛋白質(zhì)和基因的表達，可以誘導許多早期基因的表達異常;還與鋅脂蛋白結(jié)合，取代鋅，影響了細胞內(nèi)的調(diào)控系統(tǒng)，最后導致細胞的死亡[6]。

3.2鎘污染對植物的生理化作用的影響。鎘同樣也不是植物的必需元素，而且對植物的生長有著不利影響，植物體內(nèi)的鎘元素積累達到一定濃度時就會表現(xiàn)出毒害的狀態(tài)，例如阻礙植物根系的生長或者抑制其水分和養(yǎng)分的吸收等等。

二、土壤鎘污染的修復

目前，鎘金屬污染土壤的處理方式很多，主要有：化學治理、工程處理、生物修復和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復等方面。

1.化學治理

化學治理的措施有很多種，但是這些方法都是只能在短期內(nèi)降低鎘在土壤中的毒性及生物有效性，是一種原位修復方法，并沒有真正意義上的清除鎘，潛在著再次造成污染的可能，而且化學治理需要向土壤中投加試劑，會造成二次污染。所以此方法還需深入的研究。

2.工程處理

工程措施包括換土法、客土法和電動力修復法等方法，工程措施可取之處在于其穩(wěn)定性高、見效快的優(yōu)點，但存在著工程量大、投資高并且會造成二次污染的隱患等許多缺點，不適宜應用于大面積污染土壤的治理，所以仍在深入的研究。

3.農(nóng)業(yè)生態(tài)修復

現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)修復方法已經(jīng)廣泛的應用于修復受重金屬污染土壤，農(nóng)業(yè)生態(tài)修復措施是通過調(diào)節(jié)土壤的一系列性質(zhì)致使土壤中鎘金屬的活性受到改變，生物有效性被降低，從而減弱鎘對植物的毒害作用。

4.生物修復

生物恢復技術(shù)即利用微生物和植物削減和凈化或降低金屬鎘的毒性。此技術(shù)成本低，不但可以凈化、清理土壤中的污染，還可以清除污染土壤周圍的水體或者大氣中的污染物。

4.1微生物修復。土壤微生物包括與植物根部相關(guān)的自由微生物、共生根際細菌、菌根真菌，它們是根際生態(tài)區(qū)的完整組成部分[7]。微生物對被重金屬污染土壤的修復有著特殊的作用，因為微生物有著抗金屬機制。通過這些作用不僅可以降低土壤污染的濃度、吸附積累重金屬元素還可以將土壤中根系的環(huán)境改善，將植物對重金屬的吸收、揮發(fā)、固定的效率提高。

4.2動物修復。利用土壤中一些低等動物對重金屬的吸收特性，降低污染濃度，因為這項技術(shù)的決定性條件“動物”很難控制其生長環(huán)境等等因素，所以此方法只限制在了實驗室階段，還未廣泛應用。

4.3植物修復。植物修復方法是利用植物將環(huán)境介質(zhì)中的有毒有害的污染物轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化或容納，從而達到治理的效果。植物修復不但環(huán)保，而且費用低。

對于鎘，超積累植物目前已實驗出有400余種。印度芥吸收鎘達到200mg/kg時將會有黃化現(xiàn)象出現(xiàn)，對鎘富集為52倍；英國的高山屬類等，可吸收高濃度的鎘［8］。超積累植物的應用實施簡便、投資低而且對環(huán)境幾乎無破壞，但是治理的周期過長見效過慢。

三、結(jié)論與展望

土壤鎘污染至今為止仍未被國家重視，鎘米的調(diào)查證明了鎘污染問題的嚴重性，對其治理已經(jīng)成為了一個首當其沖的問題。我們應從來源抓起，一方面阻禁本文提到的鎘污染的6大污染渠道，另一方面要對已經(jīng)污染的土壤進行治理。

由于鎘污染廣泛，而且其副作用極其復雜，生物修復技術(shù)是當前環(huán)境科學領(lǐng)域內(nèi)研究的重要內(nèi)容，生物修復作為一種高效、低資、操作性強的方法，而且仍在不斷改進，生物對于重金屬的吸附、超量的積累以及各種特性仍是當前的研究內(nèi)容。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)專項的菌類和具有更多特性的生物來專一的治理及修復土壤污染是未來的發(fā)展方向之一。

參考文獻：

[1]宋波，陳同斌，鄭袁明等.北京市菜地土壤和蔬菜鎘含量及其健康風險分析[J].環(huán)境科學學報，2006，26(8)1343－1353

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[3]劉育紅.土壤鎘污染的產(chǎn)生及治理方法[J].青海大學學報(自然科學版)，206，2(24):75－79

[4]蔡詩文，岳麟，袁一傲等.環(huán)境鎘污染所致健康危害判定標準的研究[J].環(huán)境與健康雜志，1994，11:97－99

[5]Nishijo M，Nakagawa H，Morikawa Y，et al.Mortality in a cadmium pollutedarea in Japan[J]．Biometals，2004，17:535 －538

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[7]王海鷗，徐海洋，鐘廣蓉等.根際微生物對植物修復重金屬污染土壤作用的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37(30):14832-14834

[8]余貴芬，青長樂.重金屬污染土壤治理研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，1998，15（4）：22-24