土壤重金屬鎘污染現狀、危害及治理研究綜述

黃穎（西華師范大學化學化工學院，四川南充 637000）

土壤重金屬鎘污染現狀、危害及治理研究綜述

黃穎
（西華師范大學化學化工學院，四川南充 637000）

對于動物和大多數人群來說，飲食攝入是重金屬鎘暴露的首要途徑［1］。鎘含量超標嚴重危害生命健康，而土壤鎘污染又是導致農作物攝入鎘的主要途徑之一。本文通過對我國目前土壤鎘的污染來源、污染現狀和對人身體健康危害進行分析，綜述了我國目前所常用以土壤重金屬背景值、土壤環境質量標準和土壤重金屬有效態臨界值的土壤重金屬環境質量評價方法，對比了物理、化學和生物等土壤修復技術，提出符合生態發展要求且行之有效的建議。

土壤 重金屬鎘 研究 治理

1817 年，德國哥廷根大學化學兼藥學教授斯特羅邁爾（Fridrich Stromeyer，1776-1835）發現了鎘，由于發現的新金屬存在于鋅中，就以含鋅的礦石---菱鋅礦的名稱Calamine命名它為Cadmium，元素符號為Cd。它是一種質地柔軟，具有藍白色金屬光澤的親硫重金屬，化學性質類似于鋅，并常常以極少量形式被包含在鋅礦物中，很少單獨成礦。自然界一般無單純的Cd礦石，多為其化合物。金屬Cd無毒性，但Cd的化合物毒性極大［2，3］。鎘位于周期表中第五周期ⅡB族，原子序數為48，相對原子質量是112.41，鎘原子的最外層電子結構式為5s24d10，其熔點320.9，沸點765，地殼豐度為0.2×10-6，中國土壤豐度為0.09×10-6。鎘的毒性較大，被污染的空氣和食物會嚴重影響人的身體健康，甚至威脅生命。鎘是眾所周知的重金屬“五毒”元素之一，具有分解周期長，移動性大，毒性高，難降解，易富集等特點，在生產活動中已被作物吸收富集，不僅嚴重危害作物的產量和品質，而且能通過植物鏈不斷富集傳至人體，危害人的肝臟腎臟。鎘能使人體有益金屬元素效能降低，內分泌失調，肝臟受損，骨質疏松和軟化，具有致癌，致畸，致突變的作用［3］。

1 鎘污染現狀

排除人為活動因素，自然界中大部分鎘都以硫鎘礦的形式存在。但是隨著社會的不段發展，鎘已廣泛應用于核工業，電池工業，電鍍工業，塑料工業等。國內外一些科學家研究發現土壤鎘含量超標，會導致農產品產量和品質下降，限制種植業經濟的可持續發展［4］。對于動物和大多數人來說，飲食攝入是鎘暴露的首要途徑。世界衛生組織規定人體對鎘的最大允許攝入量為1ug/（kg.d），各國也都規定了糧食作物中的鎘含量限制指標。20世紀全球環境污染十大事件中多例與重金屬有關，其中，1955-1963年發生于日本富川的“痛痛病”事件就主要源于鎘污染。據2003年，國家環境保護總局報告指出，我國土壤鎘污染農田面積達28萬hm2，鎘超標農產品多達150萬t。近年來，我國的鎘污染事件也頻頻發生，如2005年12月廣東省北江鎘污染、2009年8月湖南瀏陽鎘污染事件、2011年9月，云南曲靖鎘污染事件、2012年廣西龍江鎘污染事件等，多地區土壤鎘和糧食鎘已超過日本“痛痛病”爆發時的含量，極大威脅著人體健康［5，6］。

1.1 鎘污染來源

土壤中鎘的主要來源有三種：一是自然界中的土壤鎘背景含量，二是通過大氣沉降作用進入土壤，三是人類生產活動，如，電子行業生產電池等電子設備產生的廢水廢氣及重金屬垃圾，農業中塑料薄膜，化學肥料農藥的使用，農田污水灌溉等等。世界范圍內土壤鎘背景值的平均值為0.35mg/kg，我國土壤鎘的背景值為0.097mg/kg，遠低于世界平均值［7］。但是由于社會的不斷發展，迅速騰飛的工業化進程給我國多地區帶來了嚴重的鎘污染問題。例如，湖南瀏陽湘和化工廠產生的化工廢水未經處理，下雨天通過漫浸滲入泥土中日積月累造成土壤重金屬鉛汞鎘等嚴重超標。導致當地水、土、農作物鎘含量不斷上升，人們的健康收到威脅。

1.2 鎘污染研究

湖北民族學院在湖北恩施市沐撫開發區棕壤地區采集表層土壤，用磷酸二氫鉀作施肥，黑麥草作供試植物，經過21天預培養研究土壤--植物系統中，不同處理濃度下土壤鎘的主要形態和黑麥草對其的吸收關系，得出結論是：鎘的生物有效性與土壤鎘的化學形態密切相關。土壤鎘是以交換態、殘渣態、碳酸鹽結合態為主，三者總質量分數占91%-96%以上。除殘渣態以外，黑麥草對交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態四種形態均有吸收［8］。中國地質大學地球科學與環境學院對四川成都平原區重金屬鎘在水稻土剖面中的分配及其影響因素，由于在本底土壤和受污染土壤中鎘分配系數是不同的，所以對其分別進行研究。研究結果表明在受污染環境土壤中，鎘分配系數對土壤PH值，交換性鎂和鐵硅氧化物的變化表現出極其敏感性，而其他土壤性質對鎘分配系數的影響不明顯；在本底環境中（未受污染土壤），土壤可溶性鋁，鎘全量和鐵錳鋁氧化物是影響鎘分配系數的主要因素，其他土壤性狀對鎘分配系數影響較小［9］。

1.3 鎘對人體健康的危害

環境鎘污染對人體健康損害的研究中，一般人為尿鎘是內暴露鎘的重要指標［10］。人體內所含鎘的劑量達到0.35～0.50g可導致人死亡［11］。鎘對人體有較大的危害，可通過呼吸系統和消化系統進入人體導致慢性中毒和急性中毒。20世紀聯合國環境規劃署（UNEP）將鎘列為具有全球性意義的危險化學物質［12］。

2 目前我國土壤重金屬環境質量評價的主要方法

2.1 以土壤重金屬背景值為標準的評價

土壤環境背景值指的是：土壤在不受到任何污染的情況下，土壤原始的化學組分含量。這是反應土壤在自然界發展過程中其本身的地球化學組成的特征［13］。現在世界范圍內的不受任何污染的土地面積已經微乎其微，人們的活動范圍早以遍布全球，現代工業的迅猛發展使土壤環境背景值成為一個理想化的評價標準。以土壤環境背景值為標準的評價方法能夠直觀的反應單元素在自然界發展變化和人為活動過程中，元素本身在土壤化學組分含量的變化。對我們研究某種特定元素在同一地區經歷一段時間后土壤質量評價非常有利，但是面對現代工業發展的多樣化，重金屬污染元素種類繁多，以土壤環境背景值為標準不能滿足對環境質量評價的要求。

2.2 以我國《土壤環境質量標準》為依據的評價

1995 年我國首次發布《土壤環境質量標準》，2008年第一次進行了修訂。土壤按照應用功能劃分為四類土壤：農業，居住，商業和工業用地土壤。按照保護目標將土壤環境質量劃分為三個級別：第一級標準（環境背景值），第二級標準（篩選值），第三級標準（整治值）。第一級標準主要用于評價自然保護區土壤環境質量。第二級標準是目前我國在土壤重金屬限量值規定中所采用的依據，采用通用的區域風險評估法制定，以敏感人群對污染物的每日允許攝入劑量或可接受風險水平為基準制定土壤基準，根據土壤用途、重金屬暴露途徑和各項參數通過暴露途徑模型計算單項污染指數或綜合污染指數確定出各類用途土壤重金屬含量的基準值，可用于判定農產品地土壤種植的適宜性。2008年土壤環境質量第二級標準值規定農業用地pH5.5水田，旱地和菜地總鎘分別為0.25，0.25，0.25；pH5.5～6.5水田，旱地和菜地總鎘分別為：0.30，0.30，0.30；pH6.5～7.5水田，旱地菜地總鎘分別為：0.50，0.45，0.40；pH＞7.5水田，旱地和菜地分別為：1.0，0.80，0.60。第三級標準值是參照《土壤污染風險評估技術導則》，根據當地土壤實際情況，采用特定的場地風險評估法制定，主要用于土壤修復地區重金屬含量評估［14］。

2.3 以土壤重金屬有效態臨界值為依據的評價

2006 年劉鳳枝等人在《耕地土壤重金屬污染評價技術研究-以土壤中鉛和鎘污染為例》中提出將耕地土壤重金屬污染評價分為累積性污染評價和農產品產地土壤環境質量適宜性評價兩類。累積性污染評價是以土壤重金屬全量測定值與當地土壤重金屬背景值的比值反映土壤累積性污染狀況。農產品產地土壤環境質量適宜性評價是以土壤中重金屬有效態測定值與土壤中重金屬有效態臨界值的比值作為評價農產品產地土壤環境質量適宜性的方法。根據累積性污染評價和農產品產地土壤環境質量適宜性評價，制定了耕地土壤重金屬污染檢測與評價技術規程，給出了以盆栽試驗為基礎，小區試驗進行驗證，以國家食品衛生標準限量值為依據，確定土壤重金屬有效態臨界值的方法，并將其制定成為耕地土壤重金屬臨界值技術規范［15］。這種方法：測量方法操作簡單，精確度較高，為《農田土壤環境質量檢測技術規范》提供更符合實際要求的研究方法，為農產品產地土壤重金屬污染檢測和評價體系奠定基礎，有利于保障土壤環境質量適宜性，保障農產品產量和質量，保障農產品重金屬含量在國家食品安全限定值范圍以內，給人們以安心放心的食品。

3 土壤重金屬鎘修復技術

3.1 物理方法

物理方法是將已被污染的土壤通過物理的翻土，將被污染的土壤深埋于地下，地表換上新鮮未污染的土壤。這種方法雖然簡便，但工程量巨大耗資多，而且不能從根本上改善土壤污染狀況。該方法不適合大面積采用。

3.2 化學方法

化學方法包括使用化學改良劑和生物化學等方法。使用改良劑能夠調節土壤pH值或改變氧化還原電位，使土壤中重金屬離子沉淀，降低土壤重金屬有效態含量，達到改善土壤污染目的。例如，弗里德爾鹽（FS：3CaO·A12O3·CaCl2·10H2O）是一種合成的六角分層無機吸附劑，能夠從水中吸附Cd2+凈化水中重金屬鎘［16］。施用有機肥如豬糞等，可以明顯降低鎘的水溶態和交換態含量，增加了有機結合態鎘含量，從而增加土壤對鎘的固定能力，阻止重金屬鎘向植物中遷移，減少了鎘污染［17］。采用有機酸處理可明顯改變植物（如蒲公英）各部位鎘含量，草酸、乳酸、檸檬酸、醋酸、EDTA等均可明顯促進植株對鎘的吸收，因此可作土壤修復的增效劑［18］。

3.3 生物方法

生物方法可分為微生物修復法、植物修復法和動物修復法三種方法。微生物修復法是通過微生物自身生理特征將土壤中有毒害的物質經過生理作用變為無毒害的物質或低毒物質。生物修復土壤重金屬鎘主要是利用其富集能力降低土壤中的鎘。例如，蚯蚓對土壤中的重金屬鎘具有很強的富集作用，在土壤鎘濃度為3mg/kg時，蚯蚓體內富集量可達到120mg/kg，［7］。植物修復是利用某些特定植物對重金屬鎘等有富集或超富集作用，對土壤中的重金屬鎘等有毒物質加以吸收達到減輕或消除污染的目的［19］。

4 展望

我國是一個幅員遼闊，地形多樣，土壤種類繁多的國家，但是我國人口眾多，農耕地面積不足，又面臨著部分土壤被重金屬污染的現狀，因此，土壤重金屬污染修復治理研究成為目前科研中的一項艱巨任務。著眼于生態文明建設，要積極展開切實有效的管理控制，污染防治綜合治理工作，從源頭上治理，嚴格控制工業生產污水排放，加強重金屬污染修復研究［7］。鎘在大氣、水、土壤生產生活中的地球化學特征，尤其是鎘的存在形態，分布特征研究有利于對癥下藥，為治理環境污染提供思路［20］。只有這樣才能有效治理土壤污染現狀，改善農產品產量和質量，實現人與自然和諧。

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