土壤鎘污染及其修復研究進展

王圣淳

(青島經濟技術開發區致遠中學，山東 青島 266590)

工業革命以來，人類生產生活對重金屬及其化合物的需求和使用范圍不斷增長，而在長期作用下，污染物通過大氣、水等媒介遷移到土壤中。土壤是人類生產生活和動植物生存不可替代的環境因子。由于土壤重金屬污染潛伏期長、遷移性差、修復難度大，危害程度巨大，通常被稱為“隱身殺手”[1]。據2014年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》[2]，全國土壤污染物總超標率為16.1%，其中土壤中鎘超標率居無機污染物之首。聯合國國際環境規劃署和國際勞動衛生重金屬委員會也把鎘列入重點環境污染物[3]。研究發現，通過人類工、農業等活動排放的鎘進入到土壤的約有82%到90%[4-5]，土壤中鎘污染須得到足夠重視。本文從來源、危害、修復技術等幾方面對土壤鎘污染進行總結。

1 土壤中鎘污染來源

土壤中鎘來源可分為自然源和人為源。自然源主要包括其自身成土母質所含的重金屬，但土壤中鎘的本底含量很低，土壤中鎘的含量一般為0.01～0.33mg/kg[6]，在自然條件下對環境和生物體影響不大[7]；人為源則是由于人類活動進入土壤，主要包括工業污染、農業污染和交通運輸等。

鎘的工業用途相當廣泛,涉及電鍍、油漆、電器制造及航空材料等多種領域。鎘被大量應用于制造鎳鎘電池、合金，同時用于塑料制品及電鍍行業中的穩定劑；有色金屬礦山的開采與冶煉過程中產生的“三廢”未經合理處理排放，使原有的土壤特性發生改變。

農業活動也是環境中鎘的重要來源。農業污染源包括含鎘農藥、化肥的使用和城市污水灌溉農田。肥料中最常用的物質是磷酸鹽，施肥主要污染物是鎘和砷。通過使用城市含鎘污水灌溉農田、草地，使農田中重金屬鎘含量不斷增加。對廣西土壤重金屬鎘污染研究中發現，在長期污灌條件下，農田土壤重金屬Cd、Hg、Cr、Cu、Zn等元素表現出不同程度污染，其中以鎘和汞污染最為嚴重[8]。利用含鎘廢水灌溉農田是我國鎘土壤污染的重要原因。

交通運輸污染主要源于汽車尾氣的排放，經過自然沉降和降水等過程進入土壤，污染土壤環境。

2 土壤中鎘污染的危害

土壤中的鎘被植物根系吸收，通過食物鏈進入人體并在體內富集，可引起慢性鎘中毒，例如研究發現廣西土壤污染區大米、蔬菜中鎘含量超標，是影響健康的關鍵因素[9]。而鎘的生物半衰期長達10～30 a，對人體健康會產生長期影響。1931年日本富山縣鎘中毒事件，患者癥狀主要為骨軟化、骨質疏松和骨折[10]。使用含鎘物質處理大鼠后發現[11]，大鼠的腎臟出現損傷，隨著鎘濃度的增加，損傷加重。對于植物，鎘是其生長過程中的非必需元素，植物吸收的鎘達到一定程度就會引起組織細胞分裂，抑制植物體內葉綠素的合成，影響植物光合作用[12]。

3 含鎘土壤的修復進展

鎘污染土壤的治理修復是當今環境領域的熱點。重金屬污染的修復途徑主要有兩種，一是穩定化，改變重金屬在土壤中的存在形態將其固定，降低污染物的活性，降低其在土壤中的遷移性；另一種是去污化，將污染物清除，使其接近或達到背景值。主要包括物理法、化學法、植物修復法，微生物修復法,植物-微生物聯合修復法，動物修復法等。

物理修復一般包括客土法、換土法、熱處理法和電動力修復法，客土法和換土法對面積較小的土壤重金屬污染有較好的效果。物理方法中主要為電動力修復法，其原理是在污染土壤中通入低強度直流電，促使鎘離子定向移動，并在電極周圍富集，從而清除土壤中的鎘。Karim et al[13]采用電動和水動結合法對污染土壤處理一段時間后發現，土壤中大部分重金屬污染物被成功去除。但由于物理修復具有工程量大、高能耗和影響土壤結構的特點，不適合大范圍鎘污染土壤的處理。化學修復通常向土壤中加鈍化劑和淋洗劑。鎘修復采用的化學方法主要有化學淋洗法和鈍化法。化學淋洗法[14]是指通過化學淋洗劑對土壤重金屬進行解吸附和絡合作用，使重金屬從土壤中轉移到淋洗液中，使土壤重金屬污染降低。鈍化修復技術是向土壤中添加鈍化修復劑，通過吸附、螯合、沉淀、氧化還原等作用改變重金屬的形態，降低重金屬的生物有效性。施用鈍化劑以降低鎘污染生物利用性的同時，應注意鈍化劑的性質，防止引入二次污染。

植物修復指利用植物和根際圈微生物體系的吸收、轉化、揮發和降解等作用，將土壤中的污染物質清除。賈永霞[15]等人對羽衣甘藍富集鎘的研究發現，羽衣甘藍葉片富集高于根系富集，且有高耐性，是良好的修復鎘污染的植物。

微生物修復主要是利用土壤中微生物通過吸收、沉淀、氧化還原等方式去除污染物的技術，例如Macaskie 等發現檸檬酸菌屬可分解產生的HPO42-可與Cd2+形成CdHPO4沉淀。一些微生物如動膠菌、硫酸鹽還原菌和藍細菌等能與重金屬污染物絡合，降低農作物對鎘的吸收[16]。

植物-微生物聯合修復是通過植物和與其共生的微生物體系聯合修復受污染的環境，以達到清除環境污染物的目的。如侯伶龍等人通過對魚腥草對土壤中鎘富集作用研究發現魚腥草其根系微生物(主要是放線菌)利于其對鎘的富集后續處理[17]。

4 問題與展望

鎘污染來源研究發現，土壤中的鎘80%來源于農業污染，而含磷化肥的使用和城市含鎘污水灌溉都加大土壤中鎘污染的程度。物理修復方法，化學修復方法和微生物修復方法都對鎘污染有修復作用，但某種程度來說也存在缺點，受人力物力或者能源限制。相比之下,植物修復更具有經濟投入低和環境友好的特點，很多超富集植物已經被應用于實踐，對土壤中鎘污染的修復去除也都取得了很好的效果，具有良好的發展前景。但就我國目前的情況而言，盡管已經發現了很多超富集植物耐性強、對鎘污染有去除效果，但在實際應用中，超富集植物多受生長條件的制約，不同土壤條件下生存生長差異較大。如何處理上述問題，治理土壤鎘污染，特別是農業土壤中的鎘，依然是目前所研究的重點。

參考文獻

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