土壤重金属镉污染现状、危害及治理研究综述

黄颖（西华师范大学化学化工学院，四川南充 637000）

土壤重金属镉污染现状、危害及治理研究综述

黄颖
（西华师范大学化学化工学院，四川南充 637000）

对于动物和大多数人群来说，饮食摄入是重金属镉暴露的首要途径［1］。镉含量超标严重危害生命健康，而土壤镉污染又是导致农作物摄入镉的主要途径之一。本文通过对我国目前土壤镉的污染来源、污染现状和对人身体健康危害进行分析，综述了我国目前所常用以土壤重金属背景值、土壤环境质量标准和土壤重金属有效态临界值的土壤重金属环境质量评价方法，对比了物理、化学和生物等土壤修复技术，提出符合生态发展要求且行之有效的建议。

土壤 重金属镉 研究 治理

1817 年，德国哥廷根大学化学兼药学教授斯特罗迈尔（Fridrich Stromeyer，1776-1835）发现了镉，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，元素符号为Cd。它是一种质地柔软，具有蓝白色金属光泽的亲硫重金属，化学性质类似于锌，并常常以极少量形式被包含在锌矿物中，很少单独成矿。自然界一般无单纯的Cd矿石，多为其化合物。金属Cd无毒性，但Cd的化合物毒性极大［2，3］。镉位于周期表中第五周期ⅡB族，原子序数为48，相对原子质量是112.41，镉原子的最外层电子结构式为5s24d10，其熔点320.9，沸点765，地壳丰度为0.2×10-6，中国土壤丰度为0.09×10-6。镉的毒性较大，被污染的空气和食物会严重影响人的身体健康，甚至威胁生命。镉是众所周知的重金属“五毒”元素之一，具有分解周期长，移动性大，毒性高，难降解，易富集等特点，在生产活动中已被作物吸收富集，不仅严重危害作物的产量和品质，而且能通过植物链不断富集传至人体，危害人的肝脏肾脏。镉能使人体有益金属元素效能降低，内分泌失调，肝脏受损，骨质疏松和软化，具有致癌，致畸，致突变的作用［3］。

1 镉污染现状

排除人为活动因素，自然界中大部分镉都以硫镉矿的形式存在。但是随着社会的不段发展，镉已广泛应用于核工业，电池工业，电镀工业，塑料工业等。国内外一些科学家研究发现土壤镉含量超标，会导致农产品产量和品质下降，限制种植业经济的可持续发展［4］。对于动物和大多数人来说，饮食摄入是镉暴露的首要途径。世界卫生组织规定人体对镉的最大允许摄入量为1ug/（kg.d），各国也都规定了粮食作物中的镉含量限制指标。20世纪全球环境污染十大事件中多例与重金属有关，其中，1955-1963年发生于日本富川的“痛痛病”事件就主要源于镉污染。据2003年，国家环境保护总局报告指出，我国土壤镉污染农田面积达28万hm2，镉超标农产品多达150万t。近年来，我国的镉污染事件也频频发生，如2005年12月广东省北江镉污染、2009年8月湖南浏阳镉污染事件、2011年9月，云南曲靖镉污染事件、2012年广西龙江镉污染事件等，多地区土壤镉和粮食镉已超过日本“痛痛病”爆发时的含量，极大威胁着人体健康［5，6］。

1.1 镉污染来源

土壤中镉的主要来源有三种：一是自然界中的土壤镉背景含量，二是通过大气沉降作用进入土壤，三是人类生产活动，如，电子行业生产电池等电子设备产生的废水废气及重金属垃圾，农业中塑料薄膜，化学肥料农药的使用，农田污水灌溉等等。世界范围内土壤镉背景值的平均值为0.35mg/kg，我国土壤镉的背景值为0.097mg/kg，远低于世界平均值［7］。但是由于社会的不断发展，迅速腾飞的工业化进程给我国多地区带来了严重的镉污染问题。例如，湖南浏阳湘和化工厂产生的化工废水未经处理，下雨天通过漫浸渗入泥土中日积月累造成土壤重金属铅汞镉等严重超标。导致当地水、土、农作物镉含量不断上升，人们的健康收到威胁。

1.2 镉污染研究

湖北民族学院在湖北恩施市沐抚开发区棕壤地区采集表层土壤，用磷酸二氢钾作施肥，黑麦草作供试植物，经过21天预培养研究土壤--植物系统中，不同处理浓度下土壤镉的主要形态和黑麦草对其的吸收关系，得出结论是：镉的生物有效性与土壤镉的化学形态密切相关。土壤镉是以交换态、残渣态、碳酸盐结合态为主，三者总质量分数占91%-96%以上。除残渣态以外，黑麦草对交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态四种形态均有吸收［8］。中国地质大学地球科学与环境学院对四川成都平原区重金属镉在水稻土剖面中的分配及其影响因素，由于在本底土壤和受污染土壤中镉分配系数是不同的，所以对其分别进行研究。研究结果表明在受污染环境土壤中，镉分配系数对土壤PH值，交换性镁和铁硅氧化物的变化表现出极其敏感性，而其他土壤性质对镉分配系数的影响不明显；在本底环境中（未受污染土壤），土壤可溶性铝，镉全量和铁锰铝氧化物是影响镉分配系数的主要因素，其他土壤性状对镉分配系数影响较小［9］。

1.3 镉对人体健康的危害

环境镉污染对人体健康损害的研究中，一般人为尿镉是内暴露镉的重要指标［10］。人体内所含镉的剂量达到0.35～0.50g可导致人死亡［11］。镉对人体有较大的危害，可通过呼吸系统和消化系统进入人体导致慢性中毒和急性中毒。20世纪联合国环境规划署（UNEP）将镉列为具有全球性意义的危险化学物质［12］。

2 目前我国土壤重金属环境质量评价的主要方法

2.1 以土壤重金属背景值为标准的评价

土壤环境背景值指的是：土壤在不受到任何污染的情况下，土壤原始的化学组分含量。这是反应土壤在自然界发展过程中其本身的地球化学组成的特征［13］。现在世界范围内的不受任何污染的土地面积已经微乎其微，人们的活动范围早以遍布全球，现代工业的迅猛发展使土壤环境背景值成为一个理想化的评价标准。以土壤环境背景值为标准的评价方法能够直观的反应单元素在自然界发展变化和人为活动过程中，元素本身在土壤化学组分含量的变化。对我们研究某种特定元素在同一地区经历一段时间后土壤质量评价非常有利，但是面对现代工业发展的多样化，重金属污染元素种类繁多，以土壤环境背景值为标准不能满足对环境质量评价的要求。

2.2 以我国《土壤环境质量标准》为依据的评价

1995 年我国首次发布《土壤环境质量标准》，2008年第一次进行了修订。土壤按照应用功能划分为四类土壤：农业，居住，商业和工业用地土壤。按照保护目标将土壤环境质量划分为三个级别：第一级标准（环境背景值），第二级标准（筛选值），第三级标准（整治值）。第一级标准主要用于评价自然保护区土壤环境质量。第二级标准是目前我国在土壤重金属限量值规定中所采用的依据，采用通用的区域风险评估法制定，以敏感人群对污染物的每日允许摄入剂量或可接受风险水平为基准制定土壤基准，根据土壤用途、重金属暴露途径和各项参数通过暴露途径模型计算单项污染指数或综合污染指数确定出各类用途土壤重金属含量的基准值，可用于判定农产品地土壤种植的适宜性。2008年土壤环境质量第二级标准值规定农业用地pH5.5水田，旱地和菜地总镉分别为0.25，0.25，0.25；pH5.5～6.5水田，旱地和菜地总镉分别为：0.30，0.30，0.30；pH6.5～7.5水田，旱地菜地总镉分别为：0.50，0.45，0.40；pH＞7.5水田，旱地和菜地分别为：1.0，0.80，0.60。第三级标准值是参照《土壤污染风险评估技术导则》，根据当地土壤实际情况，采用特定的场地风险评估法制定，主要用于土壤修复地区重金属含量评估［14］。

2.3 以土壤重金属有效态临界值为依据的评价

2006 年刘凤枝等人在《耕地土壤重金属污染评价技术研究-以土壤中铅和镉污染为例》中提出将耕地土壤重金属污染评价分为累积性污染评价和农产品产地土壤环境质量适宜性评价两类。累积性污染评价是以土壤重金属全量测定值与当地土壤重金属背景值的比值反映土壤累积性污染状况。农产品产地土壤环境质量适宜性评价是以土壤中重金属有效态测定值与土壤中重金属有效态临界值的比值作为评价农产品产地土壤环境质量适宜性的方法。根据累积性污染评价和农产品产地土壤环境质量适宜性评价，制定了耕地土壤重金属污染检测与评价技术规程，给出了以盆栽试验为基础，小区试验进行验证，以国家食品卫生标准限量值为依据，确定土壤重金属有效态临界值的方法，并将其制定成为耕地土壤重金属临界值技术规范［15］。这种方法：测量方法操作简单，精确度较高，为《农田土壤环境质量检测技术规范》提供更符合实际要求的研究方法，为农产品产地土壤重金属污染检测和评价体系奠定基础，有利于保障土壤环境质量适宜性，保障农产品产量和质量，保障农产品重金属含量在国家食品安全限定值范围以内，给人们以安心放心的食品。

3 土壤重金属镉修复技术

3.1 物理方法

物理方法是将已被污染的土壤通过物理的翻土，将被污染的土壤深埋于地下，地表换上新鲜未污染的土壤。这种方法虽然简便，但工程量巨大耗资多，而且不能从根本上改善土壤污染状况。该方法不适合大面积采用。

3.2 化学方法

化学方法包括使用化学改良剂和生物化学等方法。使用改良剂能够调节土壤pH值或改变氧化还原电位，使土壤中重金属离子沉淀，降低土壤重金属有效态含量，达到改善土壤污染目的。例如，弗里德尔盐（FS：3CaO·A12O3·CaCl2·10H2O）是一种合成的六角分层无机吸附剂，能够从水中吸附Cd2+净化水中重金属镉［16］。施用有机肥如猪粪等，可以明显降低镉的水溶态和交换态含量，增加了有机结合态镉含量，从而增加土壤对镉的固定能力，阻止重金属镉向植物中迁移，减少了镉污染［17］。采用有机酸处理可明显改变植物（如蒲公英）各部位镉含量，草酸、乳酸、柠檬酸、醋酸、EDTA等均可明显促进植株对镉的吸收，因此可作土壤修复的增效剂［18］。

3.3 生物方法

生物方法可分为微生物修复法、植物修复法和动物修复法三种方法。微生物修复法是通过微生物自身生理特征将土壤中有毒害的物质经过生理作用变为无毒害的物质或低毒物质。生物修复土壤重金属镉主要是利用其富集能力降低土壤中的镉。例如，蚯蚓对土壤中的重金属镉具有很强的富集作用，在土壤镉浓度为3mg/kg时，蚯蚓体内富集量可达到120mg/kg，［7］。植物修复是利用某些特定植物对重金属镉等有富集或超富集作用，对土壤中的重金属镉等有毒物质加以吸收达到减轻或消除污染的目的［19］。

4 展望

我国是一个幅员辽阔，地形多样，土壤种类繁多的国家，但是我国人口众多，农耕地面积不足，又面临着部分土壤被重金属污染的现状，因此，土壤重金属污染修复治理研究成为目前科研中的一项艰巨任务。着眼于生态文明建设，要积极展开切实有效的管理控制，污染防治综合治理工作，从源头上治理，严格控制工业生产污水排放，加强重金属污染修复研究［7］。镉在大气、水、土壤生产生活中的地球化学特征，尤其是镉的存在形态，分布特征研究有利于对症下药，为治理环境污染提供思路［20］。只有这样才能有效治理土壤污染现状，改善农产品产量和质量，实现人与自然和谐。

［1］骆永明，等.中国土壤环境质量基准与标准制定额理论和方法［M］.北京:科学出版社，2015.

［2］滕葳，柳琪，等.重金属污染对农产品的危害与风险评估［M］.化学工业出版社，2010.9.

［3］张辉，等.痕量金属的环境行为:区域与城市污染［M］.上海交通大学出版社，2014.

［4］cheng S.P Heavy metal pollution in china:Origin，pattern and control.Environmental Science and pollution research，2003，10；192-198.

［5］成喜雨等.两地区大米和家畜肝肾污染情况及其健康风险评估［J］.江西农业学报，2015，27（8）:99-103.

［6］柯屾，乔石.镉毒锰于虎—我国镉污染损害人体健康初探［M］.北京:华夏出版社，2013:40-112.

［7］李婧等.我国土壤镉污染现状、危害及其治理方法综述［J］.安徽农学通报，2015，21（24）.

［8］翟琨.土壤中镉的赋存形态及生物有效性研究.吉林农业科学.2015，40（2）:49-52.

［9］杨晓燕等.重金属元素Cd在水稻土剖面中的分配系数及其影响因素研究:以四川省成都平原区为例.地学前缘（中国地质大学，北京大学），2013，20（2）.

［10］吴佩桐.土壤中金属镉污染危害及修复研究进［J］.科学大众.科学教育，2012（2）.

［11］何邵麟等.贵州地表土壤及沉积物中镉的地球化学与环境问题［J］.贵州地质，2004，21（4）.

［12］彭少邦，蔡乐，李泗清.土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展［J］.环境与发展，2014，3（3）:86-90.

［13］李富荣，王富华，等.蔬菜产地土壤重金属环境质量评价方法研究［J］.农产品质量与安全，2015（2）.

［14］中华人民共和国国家标准GB15618-2008［S］.

［15］耕地土壤重金属污染评价技术研究-以土壤中铅和镉污染为例［S］.

［16］Juanjuan Zhang，He Zhao，.Removal of Cd2+from water by Friedel’s salt （FS:3CaO·A12O3·CaCl2·10H2O）:Sorption characteristics and mechanisms.Journal of Environmental Sciences 2013，25（9）1719-1725.

［17］Taylor m.d.，Theng B.K.G.Sorption of cadmium by complexes of kaolinite with humic acid.Communications in Soil Science & Plant Analysis.1995，26（5-6）:765-776.