土壤鎘污染及其修復方法

陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西西安 710075）

摘要 土壤污染日趨嚴重，而以重金屬鎘為主要污染物的土壤鎘污染尤為突出。本文就此展開了論述、分析，主要介紹了土壤鎘污染的危害、來源、特點及修復方法，旨在為土壤鎘污染修復提供理論依據。

關鍵詞 土壤鎘污染；來源；特點；危害；修復方法

中圖分類號 X53；S15 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）11-0175-03

Research on Soil Cadmium Pollution and Its Remediation Methods

ZHU De-qiang

（Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.，Ltd.，Institute of Land Engineering and Technology of Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.，Ltd.，Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering of the Ministry of Land and Resources，Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center，Xi′an Shaanxi 710075）

Abstract Soil pollution is becoming more and more serious，soil cadmium pollution is particularly prominent.In this paper，the soil cadmium pollution was discussed and analyzed including its sources，characteristics，harm and remediation methods of soil cadmium pollution so as to provide theoretical basis for soil cadmium pollution remediation.

Key words soil cadmium pollution；source；characteristics；harm；remediation method

土壤作為連接無機界和有機界的紐帶，是地球上物質循環(huán)、能量遷移轉化的重要場所[1]，在保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡中具有重要作用[2]。近年來，隨著工礦業(yè)“三廢”的排放與堆放、農化產品的不當使用及污水灌溉、城鎮(zhèn)化發(fā)展伴生問題的發(fā)生，重金屬鎘通過各種途徑進入土壤并造成污染[3]，在影響植物產量和質量的同時，也會通過能量流動最終富集到人體中造成危害。因此，土壤鎘污染修復已成為目前亟待解決的問題。但由于其隱蔽性、滯后性、累積性等特點，給土壤修復帶來了困難。面對嚴峻的污染形勢，人們采用物理修復、生物修復、農業(yè)生態(tài)修復、化學修復等方法，為實現土壤可持續(xù)利用不斷努力。本文通過論述、分析土壤鎘污染的來源、危害、特點及修復方法，以期為土壤鎘污染修復提供理論依據。

1 土壤鎘污染危害

鎘是一種生物毒性極強的重金屬元素。聯合國糧農組織和世界衛(wèi)生組織還曾議定了人體能攝入鎘的最低劑量，對鎘的限制十分嚴格。由于土壤是連接生物界與非生物界的紐帶，所以鎘一旦進入土壤，勢必會引起生物圈的污染。因此，本文主要介紹鎘對農作物生長及人體健康的影響。

1.1 對植物的危害

鎘是植物生長過程中的非必需元素。對植物的影響可分為2個層次：植物細胞、植物體。鎘進入植物細胞內會影響核酸、細胞內蛋白的合成，破壞細胞中的膜結構，還能與酶形成共價鍵而結合影響其活性，降低細胞中的葉綠素含量。當種子進入鎘污染的土壤后，鎘會降低種子活力，抑制種子的有絲分裂、萌發(fā)率、根的生長速率。當種子發(fā)芽長成植株后，鎘還會影響其植物根系的生長、降低對水分和養(yǎng)分的吸收，由于鎘在細胞中的累積，光合、蒸騰作用也受到阻礙，影響植物正常生長，最終導致減產。鎘離子進入植物體后，在植物的各個器官之間遷移，并漸進累積到果實、籽粒中，進而影響其質量、產量[4]。

1.2 對人體的危害

對于人體來說，鎘元素同樣不是必需微量元素。由于人類位于食物鏈的頂端，鎘便隨著物質循環(huán)、能量流動，通過飲食、飲水、呼吸等途徑進入人體。人體內的鎘均源于外界，主要通過呼吸道進入人體，一旦進入人體就很難再排出體外，隨著年齡的增長逐漸積累。鎘對人體的毒害，分為急性毒害與慢性毒害2種[5]。急性毒害主要損傷肝臟，慢性毒害主要損傷腎臟。吸入含鎘的氣體能造成急性中毒，表現出胸悶氣短、咽痛咳嗽、全身酸痛無力等癥狀，嚴重者會出現肺水腫、肺炎，有明顯的呼吸困難，甚至會因急性呼吸衰竭而死亡。若食物中含有鎘，誤食后也可引起急性鎘中毒，10～20 min后就會發(fā)生惡心、嘔吐、腹瀉等癥狀，嚴重者甚至出現抽搐、休克等癥狀，需要經過3～5 d才可恢復。長期暴露于低鎘環(huán)境中的人體則會慢性中毒，尿中含大量低分子量蛋白質，導致腎小管功能障礙、損害腎臟。在人體內的鎘還會替代部分骨質中的鈣，造成骨質疏松、骨骼變形，甚至死亡。這就是痛痛病的原因。此外，鎘元素還有較強的致癌、致畸和致突變作用。由于鎘的生物半衰期長達10～30年，而且目前還沒有對于鎘有效的藥物，對人體生命健康產生嚴重的影響。

2 土壤鎘污染來源

土壤污染來源包括工業(yè)生產污染、農業(yè)生產污染、城市發(fā)展污染3個方面，具體可以其細分為以下4點。

2.1 干濕沉降

大氣中的鎘主要是以氣溶膠的形式存在，其通過自身重力作用或者雨水淋洗而進入土壤。干濕沉降夜以繼日地進行著，土壤中的鎘不斷累積而產生污染。大氣的干濕沉降是土壤鎘污染的主要原因，每年耕地中大約有15 g/hm2的鎘輸入，占全部鎘污染來源的88%左右。

2.2 污水、污泥農用

由于我國水資源缺乏，特別是北方，隨著工業(yè)的發(fā)展，用水量不斷加大，導致農業(yè)用水緊缺，人們就想到了用污水進行灌溉。而在多數情況下，用于灌溉的水質并不達標，便造成了污染。污水灌溉鎘污染土壤的事例也不在少數，如沈陽張士污灌區(qū)、甘肅白銀污灌區(qū)。另外，為了實現廢物再利用，盲目地將富含氮、磷、鉀的污泥用作有機肥施入土壤，由于其中也含有大量的重金屬鎘，從而造成污染。馬學文等[4]對全國近200個污水處理廠污泥進行調查，發(fā)現鎘含量明顯升高。

2.3 農化產品的使用

由于人口的不斷增加，人們對糧食的需求量也在不斷增加，由于過度用地，導致土壤肥力下降。為了提高土壤肥力、增加糧食產量，人們便開始向土壤中施加化肥。眾所周知，磷是植物生長的必需元素，鎘伴隨磷肥不斷施入土壤而導致土壤污染。進口磷肥中的鎘含量是國內磷肥含量的10～20倍，成為一個重要的鎘污染源。同時，人們?yōu)榱颂岣弋a量，還向植物噴灑農藥以防治病蟲害，而高鎘含量的農藥并不占少數。此外，大量使用農膜造成白色污染的同時也造成了鎘污染，這是由于在農膜生產過程中添加了含鎘的熱穩(wěn)定劑。總而言之，農化產品的不當使用是鎘污染土壤的一個主要來源。

2.4 生活、生產垃圾的堆放

日常生活的大量垃圾未及時收集、處理而隨意堆放，其中所含的鎘元素經雨水溶解、沉淀作用，大多滲入到周圍土壤中并累積，導致土壤中鎘含量增加。采礦廠、冶煉廠等重工業(yè)廠礦產生的廢渣亂堆亂放，其中的鎘也與生活垃圾一樣，受到雨水沖刷、沉淀等作用而污染土壤。江西省主要礦區(qū)重金屬污染狀況顯示，農田中的鎘含量高達29.8 mg/kg。此外，人們對于肉類需求量的增加也促使全國規(guī)模化養(yǎng)殖場的數量不斷增加，由于鎘很難被畜禽吸收，即隨糞便排出體外。堆積的糞便也如同生活垃圾、廢渣，逐漸污染土壤；而用作有機肥施入土壤的糞便直接造成鎘污染。

3 土壤鎘污染特點

土壤是由固體、液體、氣體組成的一個多相多孔的疏松體。由于其復雜的結構，當污染物進入到土壤后會發(fā)生很多未知的變化，所以土壤污染有別于大氣污染、水體污染而形成自己的特點。

3.1 隱蔽性和滯后性

大氣和水體的污染比較直觀，人們對于其污染也比較敏感。如霧霾嚴重時，人們會感覺到嗓子難受、眼睛流淚，看到天空像被濃霧籠罩。而土壤污染時，具有隱蔽性，人們不能通過視覺、嗅覺感知到，只有通過分析檢驗才能判斷其是否受到污染。受到污染的土壤，其有害物質最先伴隨著作物吸收養(yǎng)分而累積到作物中，之后由于能量流動，通過食物鏈轉移到動物和人體中，由人體和動物的健康狀況反映出來。從開始受到污染到導致后果會經歷很長時間，體現了土壤污染的滯后性。日本的痛痛病就是一個很好的例證。當證實該病是由于鎘中毒時，導致這一后果的鉛鋅礦廠已經結束開采，其間經歷了20年。

3.2 累積性和不可逆性

污染物在大氣與水體中更容易遷移、擴散，只要有效地治理污染源就能很高效地治理污染。由于土壤本身性質的原因，鎘一旦進入土壤后，并不能像其在大氣與水體中那樣容易稀釋、擴散。雖然土壤有自凈能力，但只有很少的一部分被凈化，未被凈化的部分則不斷累積到土壤中。許多有機物質需要很長時間才能降解，而某些重金屬污染的土壤甚至需要200～1 000年才能恢復[6]。同樣，鎘也會累積，當其累積到一定的數量之后，會對土壤性質、結構引起變化，使土壤很難再恢復到原本的狀態(tài)，故土壤鎘污染幾乎是一個不可逆的過程。

3.3 難以治理性和后果嚴重性

正是由于土壤鎘污染具有隱蔽性、滯后性、累積性、不可逆轉性的特點，所以難以治理。受污染的土壤會嚴重影響糧食安全，除去籽實中有害物質含量超標以外，輕則減產，重則絕收。甚至有些鎘污染嚴重的土壤重新播種后仍然受害。而且污染土壤中的鎘多數會通過食物鏈危害人體、動物的健康，甚至影響生命。此外，土壤中的鎘在雨水、重力的作用下會進入江河、湖泊、海洋以及地下水造成水體污染；還會在風力的作用下進入大氣造成大氣污染。

4 土壤鎘污染修復方法

土壤污染修復是指通過技術手段促使受污染的土壤恢復其基本功能和重建生產力的過程。土壤重金屬污染修復則是排除土壤中重金屬的影響。由于土壤中的重金屬易受到土壤pH值、土壤類型、CEC值、Eh值等因素的影響，其離子交換、吸附解吸、絡合沉淀、氧化還原等都會發(fā)生變化而導致活性改變。而且土壤重金屬污染具有隱蔽、滯后、不斷累積、不可逆、難以治理、后果嚴重的特點。因此，國內外學者已將如何修復、治理鎘污染土壤作為一個重要課題研究。宏觀上說，修復土壤鎘污染有2種思想：一是除去土壤中的鎘；二是通過改變土壤中鎘離子的活性，降低其生物毒性。圍繞著這2種主要思想，按照修復工藝原理將鎘污染修復方法主要分為以下4種：物理修復、生物修復、農業(yè)生態(tài)修復、化學修復。

4.1 物理修復

物理修復是指用物理方法將土壤中的鎘稀釋、去除、固定以降低其對土壤環(huán)境的影響，主要包括客土、換土、去表土、深耕翻土、熱處理、電動修復、固化玻璃化等方法（表1）[7]。物理方法整體上來說效果較好，但是工程量大、高耗能、影響土壤結構。

4.2 生物修復

生物修復是指利用某些特殊的動物、植物、微生物，通過其生命活動吸收或者轉化鎘從而降低其生物毒性，凈化土壤環(huán)境，主要包括動物修復、植物修復、微生物修復（表2）[7]。該方法可改良土壤，投資小且易于操作，但受到土壤環(huán)境、污染濃度、重金屬種類的限制。

4.3 化學修復

化學修復是指通過向污染土壤中添加鈍化劑、淋洗劑等物質降低鎘的水溶性、擴散性、生物有效性，從而改變其化學形態(tài)、影響其化學行為，以減輕鎘對土壤環(huán)境的危害。主要包括絡合淋洗、原位鈍化等方法（表3）[7]。化學修復整體來說，原位操作，經濟可行，但可能會造成二次污染。該技術的關鍵是鈍化劑、淋洗劑的選擇以及添加劑量的確定。

4.4 農業(yè)修復

農業(yè)生態(tài)修復是指因地制宜地制定出一套適合污染地區(qū)的農業(yè)行為，以減少鎘通過植物進入食物鏈的機會，降低其對生態(tài)環(huán)境的毒害，主要包括農藝修復、生態(tài)修復（表4）[7]。該方法對土壤環(huán)境擾動較小，但修復時間較長，效果并不顯著。

5 結語

土壤是人類賴以生存的重要自然資源，但土壤鎘污染卻愈演愈烈。人們要做到有的放矢，如根據土壤鎘污染的來源不同制訂相應的防治、修復措施，根據其污染情況的嚴重與否選擇不同的修復方法。因此，只有在全面掌握土壤鎘污染來源、危害、特點以及修復方法等諸多相關知識的前提下，加強科普宣傳，加快合理立法，增強全社會保護環(huán)境的責任和意識，使土壤鎘污染防治、修復成為自覺行動、全民行為，才能做到有效治理、預防土壤鎘污染。

6 參考文獻

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