土壤重金属Cd迁移规律概述

1、土壤重金属迁移规律概述引言近年来，随着经济和生产的飞速发展，现代工农业的迅速成长，人口急剧增长，人们的生活水平不断提高，环境污染物的排放与日俱增，环境污染和生态破坏给土壤带来了严重的污染，土壤中重金属积累不断的加剧，而且重金属相对稳定并难降解。其次工矿企业的发展导致对矿产资源的过度开采使得重金属土壤污染日趋严重，一些地方生产的粮食，蔬菜，水果等食物中的重金属含量超标或接近临界值。这些农产品的重金属能够通过食物链在人或动物体内富集，成为人类生命健康的潜在威胁，清除土壤中的重金属污染，已经是社会一个十分关注的问题。2014年4月18日，环保部、国土部两部门联合发布土壤污染状况调查公报。公报显示，全

2、国土壤总的超标率为16.1%，污染类型以无机型为主，其中排名前三的无机污染物依次为镉、汞、砷。其中镉的毒性较大，1817年，德国的F.Stromeyer从不纯的氧化锌中分离出褐色粉，使它与木炭共热，制得镉。由于发现的新金属存在于锌中，就以含锌的矿石菱锌矿的名称Calamine命名它为Cadmium,元素符号定为Cd【我国农田土壤镉污染现状及防治对策镉(Cd)是生物毒性最强的重金属元素，在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，容易对人和周围环境造成极大的危害，会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑或渐成黄圈，对人体具有三致(致病、致癌、致突变)作用【1-2】，能诱发肾衰变、关节

3、炎、癌症等病。长期食用遭到镉污染的食品，可能导致“痛痛病”。世界卫生组织(2003)和美国环保局(1994)规定人体Cd的最大允许摄人量(ADI值)均为1ngkg-1d-1【3】。20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域。镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料或塑胶稳定剂，它比其它重金属更容易被农作物所吸附。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。因此，找到合适的镉污染土壤防控技术是目前研究的热点。宋波，陈同斌，郑袁明，等.北京市菜地土壤和蔬菜镉含量及其健康风险分析.环境科学学报，2土壤中镉的主要来源成土母质土壤母质本身含镉量较少，

4、不同母质，母岩形成的土壤其含汞量存在着很大的差异。据估计，全球每年约1.0X1010t的各种岩石风化成土，在世界范围内一般土壤中镉的含量为0.012.00mg/kg，中值含量为0.35mg/kg5,日本和英国土壤的镉背景值分别为0.413mg/kg和0.62mg/kg,我国土壤的镉背景值平均只有0.097mg/kg6。土壤中镉的来源主要归于自然和人为活动两种来源，来源于岩石和土壤本底值的镉会在土壤中发生一些变化，使其含量出现相对较大的差异【我国土壤镉污染及其修复研究】。【】许嘉林杨居荣陆地生态系统中的重金属北京中国环境科学出版社孟凡乔史雅娟吴文良我国无污染农产品重金属元素土壤环境质量标准的制定

5、与研究进展农业环境保护大气中镉的干湿沉降土壤中的镉有一部分是大气环境沉降下来的，多是周边环境离工厂较近。大气中镉的来源主要是工业生产，如有色金属的冶炼、煅烧，矿石的烧结，含镉废弃物的处理，包括废钢铁的熔炼，从汽车散热器回收铜，塑料制品的焚化等。工厂工作是，使其中的含镉废气进入空气中，进入大气的镉的化学形态有硫酸镉、硒硫化镉、硫化镉和氧化镉等，主要存在于固体颗粒物中，也有少量的氯化镉能以细微的气溶胶状态在大气中长期悬浮。形成的固体颗粒在适宜的环境条件下，就会沉降在周围的土地中，有时会飘散到较远距离沉降【10，11】。水体污染源从近年来发表的有关调查研究报告看，我国农田镉污染很多是由于引用工业污水

6、灌溉造成的，在工矿和城郊区，污灌农田无一例外都存在土壤镉污染问题。【我国土壤镉污染及苴修复研究】。据估计，过去50年中全球排放到环境中的Cd达到2.20义104t.我国农田土壤镉污染多数是由于引用工业污水灌溉造成的.据1993年中国环境状况公报，全国工业废水的排放量为219.5亿t，污水灌溉农田的面积3.3万km，平均污灌农田年接纳工业污水6645t/hm。根据有关部门的调查统计，目前我国工业企业年排放的未经处理的污水达300400亿t，用这些工业污水灌溉农田的面积占污灌总面积的45，造成严重的重金属污染【14】。何电源等在1987-1990年间对湖南省的农田污染状况进行了调查，结果发现：农田

7、镉污染主要来源于工矿企业排放的废气和废水，在各类镉污染农田中，5%10%的面积减产严重。值得注意的是，我国镉污染多数是由于灌溉用水不当造成的，如引用工业污水。20世纪90年代初，我国污灌农田已扩大到1.4X106hm2，由于引污灌溉，致使6.3X105hm2农田遭受不同程度的污染，而镉污染耕地达1.3X104hm2,土壤镉含量为2.523.0mg/kg，其中沈阳张士灌区有1067hm2的土壤平均含镉37mg/kg，最高达9.38mg/kg，在重污染区表层土壤镉含量高出底层土壤几十甚至一千多倍【15】.彭星辉，谢晓阳.稻田镉污染的土壤修复技术研究进展.湖南农业科学，79王凯荣，张格丽.农田土壤镉

8、污染及其治理研究进展.作物研究，67农业污染源现代的农业生产中，农药和化肥的使用必不可少，这不仅容易造成土地板结，土质下降等问题，也使得土壤的组成成分发生了变化。有研究表明，施用磷肥会使土壤中的镉含量大大增加5。含镉的肥料主要是磷肥和一些含镉生活垃圾,生活垃圾中镉污染物可以通过人为控制加以解决,而磷肥的生产以磷矿石为原料,磷矿石除含有营养元素磷、钾、钙、锰、锌和硼等以外,同时也含有砷、镉、铬和氟等元素,其中又以镉含量最高。这里需要指出的是,在湿法磷肥加工过程中,磷矿石中大约70%80%的镉最终会被转移至磷肥中。从技术上虽然可以将其中的镉除去,但从生产成本上考虑，包括发达国家在内，目前还没有任何

9、生产厂商采用这些工艺。我国磷肥生产所需磷矿石以四川、云南和贵州三大磷矿为主,这三大磷矿镉元素的含量，平均分别为0.74.0mg/kg。我国磷矿石中镉元素的含量在世界上属于较低水平,但由于我国磷矿石普遍含磷量不高,品位较低,因此每年要从国外大量进口磷肥。据西方国家估计，人类活动对土壤的贡献中磷肥占54%58%,全球磷肥平均含镉量7mg/kg,给全球土壤带来66000kg的镉7,可见长期施用含镉磷肥会给土壤带来极为严重的污染问题。【】任顺荣，邵玉翠，高宝岩，王德芳.长期定位施肥对土壤重金属含量的影响J.水土保学报.2005,19:96-99【】高志岭刘建玲廖文华磷肥使用与镉污染的研究现状及防治对策

10、河北农业大学学报随着我国工业的发展，由于化肥、农药和污泥的大量施用，工业废水的排放和重金属的大气沉降的日益增加，农田重金属的含量明显增加，土壤镉污染状况越来越严重.我国镉污染的土壤面积已达20万km,占总耕地面积的1/6【13】.在大田作物中，农产品的主要污染物为重金属类，其中以镉最为突出。土壤镉污染造成我国水稻、蔬菜等农产品的质量下降,严重威胁人体健康,影响农业可持续发展【3】。2000年农业部环境监测系统对l4个省会城市2110个样品的检测表明，蔬菜中重金属镉等污染超标率高达23.5；南京郊区18个检测点青菜叶样分析表明,镉含量全部超过食品卫生标准,最多超过17倍。土壤作物受镉污染的地区还

11、有：上海、广东、广西、湖南等地部分地区【18-19】。因此,如何降低土壤环境中镉含量,减少其对农作物产品的污染,保障生态系统尤其是人类健康已成为土壤植物营养与环境生态交叉领域的国际研究前沿热点和难点.TOC o 1-5 h z宋波，陈同斌，郑袁明，等.北京市菜地土壤和蔬菜镉含量及其健康风险分析.环境科学学报，李玉浸.集约化农业的环境问题与对策.北京：中国农业出版社，02I利锋.镉污染土壤的植物修复.广东微量元素科学，。:一.曾咏梅毛昆明李永梅土壤中镉污染的危害及其防治对策.云南农业大学学报一.3重金属元素镉对生态的危害镉是一个相当稀少且分布十分分散的元素，它在陨石中的平均含量是2.4mg/kg

12、,地壳中平均含量是，土壤和水体中都有微量镉。据有关资料湖南省土壤镉的背景值是0.060.12mg/kg,但有镉的成矿作用发生及被工业污染的地方，土壤中的镉会高出背景值100余倍到数千倍5。河土壤和水体中镉的可溶部分,一般称可溶态或可交换态,它能被植物吸收,且可通过食物链进入人体。当其超过一定限量时,会对生态环境和人体造成危害。3.1对植物（农作物）的影响对植物的影响包括两个方面：其一影响其生长发育和产量,如使水稻在生理生化过程中的光合强度降低,叶绿素含量下降导致失绿,返青分蘖推迟,根系短少2,3。据研究,当土壤镉可溶态含量为时，水稻减产0当含量为时，水稻减产达5其二影响品质,表现在作物中的镉含

13、量与土壤可溶态镉含量成极显著正相关,如稻米镉和土壤可溶态镉的相关系数达0.9,9这7不仅使稻米的有害成分增加成为“镉米”,而且还影响稻米的氨基酸及淀粉中的支链淀粉和直链淀粉比例改变,使其品质变差。2刘以礼.都匀城市发展的环境制约与对策J.贵州师范大学学报（自科版）陈安泽，卢云亭.旅游地学概论M.北京：北京大学出版社对植物而言,不同植物对镉的吸收积累效应是不同的,通常用富集系数来说明某种植物对镉的吸收、累积能力6。木本植物对土壤中的镉的生物积累效应较高,但不同的树种之间差异明显9,蕨类是富集镉最强的植物之一2。小麦、大豆等一些大田作物也易吸收土壤中的镉，此外胡麻、江麻、棉花、芦苇等非食用作物也具

14、有较强积累作用10-12。从宏观角度说，镉从土壤中被植物吸收后大部分富集在根部，迁移到上部很少13。镉是植物生长的非必需元素，当镉进入植物体内并积累达到一定程度时，植物就会表现出毒害症状，通常会出现生长迟缓、植株矮小、退绿、产量下降、质量下降等。其原因是镉的毒性高，它在化学性质上接近于锌。镉在多种生化过程中可能扮演锌的角色，破坏与呼吸及其它生理过程有关的碳酸酶、各种脱氢酶和磷酸酶，以及参与蛋白质和核酸代谢的蛋白酶、肽酶和其它有关酶的功能，镉作为锌的化学相似物在葡萄糖磷酸化及碳水化合物生成和消耗所必需的酶系统中可能取代锌。镉在植物体内取代锌导致锌的缺乏，从而造成植物生长受抑制以至死亡。曾咏梅毛昆

15、明李永梅土壤中镉污染的危害及其防治对策云南农业大学学报许嘉林，杨居荣陆地生态系统中的重金属北京：中国环境科学出版社，黄会一蒋德明张春兴等木本植物对土壤中的镉的吸收、积累和耐性中国环境科学TOC o 1-5 h z0曹洪法陆地生态系统中重金属的污染环境科学，8I）：1王凯荣陈朝明龚惠群等镉污染农田农业生态整治与安全高效利用模式中国环境科学2江行玉，王长海，赵可夫芦苇抗镉污染的机理研究生态学报，3）：3YJ,Q）a3国2对人体的危害众所周知，锌是人体必不可少的微量元素，在人体内具有十分重要的生理功能和营养作用。它主要是通过含锌酶的形式发挥作用，并参与了（核糖核酸）聚合酶、（脱氧核糖核酸）聚合酶、胰

16、羧肽酶等10多0种酶的合成和激活。由于镉和锌的晶体化学性质相似，可使镉类质同相置换锌，如果人体内摄取过量镉，在人体组织中也就会发生这类置换。如此就干扰了需要锌的酶系统及依靠锌的生化反应，改变体内的比值，导致各种疾病的发生。例如高血压是一种常见的慢性病，高血压病人肾脏的比值显著低于正常人，.A施罗德医生通过流行病学调查发现美国人高血压病多于非洲人，美国人的比值为1国，5仅是非洲人的1/。4镉对磷有很强的亲和力，如果人体内摄取过多的镉，它就有和磷强烈结合的倾向，从而将骨质磷酸钙中的钙排斥出来进入尿液，使其尿钙含量增大。人体内钙的过量排泄会使骨质疏松软化、变形、骨折和疼痛，发生所谓“痛痛病”。镉的致

17、癌作用也值得重视，有研究揭示，受慢性镉中毒的人癌症发病率增高，上海市某医院曾为肺癌患者测定血清镉，表明其镉是正常人的7倍；吸香烟的人肺癌发病率高，据研究香烟中含有的镉，其中的镉随烟雾滞留在肺内，如果按一天一包香烟计算，贝U肺内滞留的镉就有0国0002国0毫0克4，日积月累的镉自然是一个致癌因素。土壤中的可溶镉通过食物链进入人体危害健康，最典型的例子是发生在上世纪60年代的被称为世界历史上“八大公害事件”之一的日本神通川镉慢性中毒流行的“痛痛病”，该病以骨痛为主要特点，严重时发生骨折直至死亡。有一个患者的尸解，全身有120处骨折。我国的“痛痛病”也有所闻，在湖南某矿区，据某劳动职业病防治所一份调

18、查结果，土壤和稻谷镉含量严重超标，土壤含镉平均值为，稻谷含镉平均值为，从而使污染区农民高血压患病率高过39%，如某村民组17户村民，12户有高血压，30-40岁的妇女乳腺癌患病率达10%以上；骨痛病普遍发生，骨质松散症也普遍，因而有些人稍有碰撞即造成粉碎性骨折。另有两村民组由此导致村民死亡，而且儿童骨质疏松率也高达25%。在某铅锌矿区，据环保部门的监测分析资料，该矿水系沿岸耕地所产稻米含镉达，已是“镉米”，是对照点（）的3.7倍，使其人群中骨痛患者增多的镉含量，是对照点10倍以上土壤镉污染调查研中究。卢振飞.太阳活动峰年与人体健康保健J气象知识镉污染的危害与镉在土壤中的形态和含量有关，并不是所

19、有的镉都对人和植物体有危害。对植物来说自然界有不少种类的植物可在高含量的镉环境中生长，表明在长期的进化中植物亦相应产生了多种抵抗重金属镉毒害的防御机制，尤其当镉的含量较低时可增加植物的产量，文献报道说明低含量的镉对某些植物的生长发育可能有一定的“促进”作用15。15GREG，ELRINMDBERGS.2E+afnfdecEtDsTAofonCdyou(ngBestuagavr)ul1bge.ae2rt+uiCpdst4重金属元素镉处理方法4.工1程修复法工程修复法是指用物理、物理化学原理治理土壤的一种方法，对于镉污染土壤常用排土客地法、清洗法、电泳法等。411排土客地法排土客地法也称客土法，就

20、是向污染土壤加人大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度下降到临界危害浓度以下或减少污染物与根系的接触从而达到减轻危害的目的4。2这种方法被认为是改良土壤的根本措施，吴燕玉3等在张士灌区调查土壤中镉的含量，发现一%土壤镉累积在以上的土层，尤其在，内含量很高，去表层土可使米镉下降左右。但是这种方法耗费大量的资金、人力、物力，排出的污染土壤又很容易引起污染，而且土壤肥力会有所下降，所以对换出的土壤应妥善处理，同时还应对土壤多施肥以补充土壤肥力4，243。该法适用于污染面积不大的土壤，对于污染面积大的土壤来说，成本太高，操作复杂。TOC o 1-5 h z吴燕玉，周启星，田均良.制定我国环境标

21、准汞镉铅和砷的探讨.应用生态学报，9：一4李永涛，吴启堂.土壤污染治理方法研究.农业环境保护，9：2王秀珍，战玮.土壤镉污染防治对策的研究.城市环境与城市生态，9：一4412清洗法清洗法就是用清水或含有能增加金属水溶性的某些化学物质的水把污染物冲至根部外层，再用含有一定配位体化合物或阴离子与金属形成比较稳定的络合物或生成沉淀以防止污染地下水。日本用稀盐酸或撒在稻田或旱地土壤含镉量分别为，淹水或小雨淋洗，清洗次，水量以能到达根层以外而未达到地下水为宜。试验表明清洗次可使耕层镉降低%,次使米镉减少,但蒋先军等研究得，加入土壤仅周，水溶态的镉增加数百倍，交换态的镉增加了数十倍，可能由于提高了土壤镉的

22、移动性,增加了对植物的毒害,而且还会由于水溶态和交换态镉剧增带来了地下水污染的风险，因此，使用或其它络合剂时要慎重。蒋先军，骆永明，赵其国.镉污染土壤的植物修复及调控研究II镉的形态及其生物毒性的影响J土壤,20,0(14：)20一220441.电王泳法电泳法是目前新兴的重金属处理方法,即在土壤中插入两个石墨电极,在稳定的电流作用下,金属离子在电压的驱动下向两极移动积聚,然后再进行处理4。5秀陈秀良，莫大伦，仇荣亮.镉对有机生物体的危害及防治对策J环境保护科学，(一.4.1电.修4复技术在土壤外加一直流电场,在电解、电迁移、扩散、电渗、电泳的作用下,重金属在电场中做相对运动流向土壤中的一个电极

23、处,并通过工程化的收集系统收集起来进行处理。42生物修复法生物修复是利用某些特定的动、植物和微生物较快的吸走或降解土壤中的污染物质以达到净化土壤的目的。对于土壤镉污染，也同样可以应用动植物和微生物体系进行生物修复治理。经研究蚯蚓及某些鼠类可以降解土壤中的一些农药、吸收走土壤或污染物中的重金属4。2苏德纯4在8油菜对土壤镉污染的修复能力的研究得油菜溪口花籽有较强的耐镉特性和吸收镉的能力，是可以用于修复镉污染土壤的超积累物种资源。此外，蒋先军等【3】7研究发现，印度芥菜对镉的吸收和积累效果均非常显著，结合印度芥菜的生物量较大，并可同时积累、和等特点，提出印度芥菜是污染土壤修复中具有较大发展潜力的植

24、物之一。随后刘威等【3】8又报道了宝山堇菜是一种镉超富集植物，通过野外调查和温室试验研究发现，自然条件下，宝山堇菜地上部平均含量可达为，变化范围为一；地下部平均含量可达，变化范围为，地上与地下部含量比平均值为，生物富集系数平均为,变化范围为.宝山堇菜地上部含量随生长介质中浓度的增加而呈线性增加，当浓度为时，地上部平均含量达到，在浓度为时，生物量达到最大值，显示宝山堇菜不仅可以超量吸收，而且可以从地下向地上部有效输送。其还提出，宝山堇菜的发现不仅在污染土壤修复方面非常重要，而且在为超富集植物的生理、生化、遗传和进化等方面的研究中也提供了新的重要材料。对土壤镉污染进行生物修复具有良好的生态和经济价

25、值，结合现代分子生物学、分子遗传学和基因工程等新兴理论，培育对污染土壤镉具有很强吸收能力的动物、植物和微生物是目前研究土壤镉污染治理的一个重要方向。TOC o 1-5 h z李永涛，吴启堂.土壤污染治理方法研究.农业环境保护，9：一2苏德纯，黄焕忠.油菜作为超累积植物修复镉污染土壤的潜力.中国环境科学，。（.II蒋先军，骆永明，赵其国.重金属污染土壤的植物修复研究HI.印度芥菜对锌镉的吸收和积累，土壤学报，刘永，束文圣，蓝崇钰.宝山堇菜一种新的镉超富集植物.科学通报，。:熊愈辉，杨肖娥，叶正钱，等.东南景天对镉、铅的生长反应与积累特性比较.西北农林科技大学学报：自然科学版，李00，43李（：6

26、1）0110643化学法化学法即在土壤中施用改良剂、抑制剂等化学药剂以降低土壤污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，以降低他们进入植物体内和微生物体内的能力，减轻其对生物的危害。对于土壤镉污染，目前用的比较广泛的方法是向土壤添加改良剂、表面活性剂、金属拮抗剂等，如磷酸盐、石灰、硅酸盐被认为是处理土壤镉污染的常用试剂。杨景辉5研0究永表明，施用磷酸盐类物质可使重金属形成难溶性的磷酸盐。用膨润土合成沸石等硅铝酸盐作为添加剂钝化土壤中重金属，显著的降低了受镉污染土壤中的镉的作用浓度。土壤镉浓度时，加入量为土重的中，莴苣叶中镉的浓度降低量达。通过离子之间的拮抗作用来降低植物对镉污染土壤中镉的吸收，根据法

27、国农科院波尔多试验站的研究结果表明在污染土壤上施加铁丰富的物资，铁渣、废铁矿等，能明显降低植物中镉、锌的含量。该法适用于污染不太严重的土壤。杨景辉.土壤污染与防治.北京：科学出版社，.wO肖辉林.利用合成沸石钝化污染土壤的镉.热带亚热带土壤科学，9：一。44农业生态修复法农业生态法是通过改变耕作制度、调整作物品种以及改变土壤的水肥条件等方法来解决土壤污染的问题。441控制土壤水分控制土壤的及土壤的水分状况，使土壤作物有一个较为稳定的滞水期，可以减少镉进入植物体内的含量，即减少进入果实和茎实中的含量。据研究，在水稻抽穗期到成熟期，减少落干，保持淹水，可明显减少稻籽实中的镉、锌等金属的含量。442

28、施用有机肥通过施用有机肥（堆肥、厩肥、植物秸杆等有机肥），增加土壤有机质有利于改良土壤结构，可增加土壤胶体对重金属的吸附能力，为土壤提供络合、螯合剂，而且有机质也是良好的还原剂，可以促进土壤中镉形成硫化镉。张亚丽等5研究表明，有机肥的施用可以明显地降低土壤中有效性镉的含量，其中猪粪的效果优于秸杆类。与此同时还应控制常用化肥的施用，因为化肥中的，可以活化土壤中的镉，提高土壤中的交换态镉的含量。张亚丽，沈其荣，姜洋.有机肥料对镉污染土壤的改良效应J土壤学报，（一1陈志良，莫大伦，仇荣亮.镉对有机生物体的危害及防治对策.环境保护科学，。（9443选种抗污染的农作物由于作物种间和种内对镉吸收的差异，在

29、土壤镉污染地区选种一些抗镉污染性强的作物，以降低镉污染的危害。研究表明，菠菜、小麦、大豆对镉的吸收量较高，不宜种植；而玉米、水稻等较低，可以种植。在中轻度重金属污染的土壤上，不宜种植叶菜、块根类蔬菜而改种瓜果类蔬菜或果树，能有效地降低农产品中镉的浓度42：以及选育一些早育和抗镉污染作物品种，以减少污染物在作物中的积累期和积累量。同时还可以筛选出在可食用部分累积污染物少的品种，以用于进一步选育抗镉污染的品种。李永涛，吴启堂.土壤污染治理方法研究.农业环境保护，9（一.444改变耕作制度为了尽可能的减少镉污染，尽可量减少受镉污染的产品进入食物链，可以在中、重度污染地区改种非食用植物，改种一些观赏性作物或经济作物。如：花卉、苗木、棉花、桑麻等。王凯荣等研究表明，污染农田种桑树后土壤镉的含量普遍下降，下降幅度在83.9，平均为37.，1同时通过农田桑蚕生产模式取得了良好的经济、生态、和社会效益。此外，还可以在镉污染区作为良种繁育基地，张士灌区污染严重地