土壤镉污染及其修复研究进展

王圣淳

(青岛经济技术开发区致远中学，山东 青岛 266590)

工业革命以来，人类生产生活对重金属及其化合物的需求和使用范围不断增长，而在长期作用下，污染物通过大气、水等媒介迁移到土壤中。土壤是人类生产生活和动植物生存不可替代的环境因子。由于土壤重金属污染潜伏期长、迁移性差、修复难度大，危害程度巨大，通常被称为“隐身杀手”[1]。据2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》[2]，全国土壤污染物总超标率为16.1%，其中土壤中镉超标率居无机污染物之首。联合国国际环境规划署和国际劳动卫生重金属委员会也把镉列入重点环境污染物[3]。研究发现，通过人类工、农业等活动排放的镉进入到土壤的约有82%到90%[4-5]，土壤中镉污染须得到足够重视。本文从来源、危害、修复技术等几方面对土壤镉污染进行总结。

1 土壤中镉污染来源

土壤中镉来源可分为自然源和人为源。自然源主要包括其自身成土母质所含的重金属，但土壤中镉的本底含量很低，土壤中镉的含量一般为0.01～0.33mg/kg[6]，在自然条件下对环境和生物体影响不大[7]；人为源则是由于人类活动进入土壤，主要包括工业污染、农业污染和交通运输等。

镉的工业用途相当广泛,涉及电镀、油漆、电器制造及航空材料等多种领域。镉被大量应用于制造镍镉电池、合金，同时用于塑料制品及电镀行业中的稳定剂；有色金属矿山的开采与冶炼过程中产生的“三废”未经合理处理排放，使原有的土壤特性发生改变。

农业活动也是环境中镉的重要来源。农业污染源包括含镉农药、化肥的使用和城市污水灌溉农田。肥料中最常用的物质是磷酸盐，施肥主要污染物是镉和砷。通过使用城市含镉污水灌溉农田、草地，使农田中重金属镉含量不断增加。对广西土壤重金属镉污染研究中发现，在长期污灌条件下，农田土壤重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn等元素表现出不同程度污染，其中以镉和汞污染最为严重[8]。利用含镉废水灌溉农田是我国镉土壤污染的重要原因。

交通运输污染主要源于汽车尾气的排放，经过自然沉降和降水等过程进入土壤，污染土壤环境。

2 土壤中镉污染的危害

土壤中的镉被植物根系吸收，通过食物链进入人体并在体内富集，可引起慢性镉中毒，例如研究发现广西土壤污染区大米、蔬菜中镉含量超标，是影响健康的关键因素[9]。而镉的生物半衰期长达10～30 a，对人体健康会产生长期影响。1931年日本富山县镉中毒事件，患者症状主要为骨软化、骨质疏松和骨折[10]。使用含镉物质处理大鼠后发现[11]，大鼠的肾脏出现损伤，随着镉浓度的增加，损伤加重。对于植物，镉是其生长过程中的非必需元素，植物吸收的镉达到一定程度就会引起组织细胞分裂，抑制植物体内叶绿素的合成，影响植物光合作用[12]。

3 含镉土壤的修复进展

镉污染土壤的治理修复是当今环境领域的热点。重金属污染的修复途径主要有两种，一是稳定化，改变重金属在土壤中的存在形态将其固定，降低污染物的活性，降低其在土壤中的迁移性；另一种是去污化，将污染物清除，使其接近或达到背景值。主要包括物理法、化学法、植物修复法，微生物修复法,植物-微生物联合修复法，动物修复法等。

物理修复一般包括客土法、换土法、热处理法和电动力修复法，客土法和换土法对面积较小的土壤重金属污染有较好的效果。物理方法中主要为电动力修复法，其原理是在污染土壤中通入低强度直流电，促使镉离子定向移动，并在电极周围富集，从而清除土壤中的镉。Karim et al[13]采用电动和水动结合法对污染土壤处理一段时间后发现，土壤中大部分重金属污染物被成功去除。但由于物理修复具有工程量大、高能耗和影响土壤结构的特点，不适合大范围镉污染土壤的处理。化学修复通常向土壤中加钝化剂和淋洗剂。镉修复采用的化学方法主要有化学淋洗法和钝化法。化学淋洗法[14]是指通过化学淋洗剂对土壤重金属进行解吸附和络合作用，使重金属从土壤中转移到淋洗液中，使土壤重金属污染降低。钝化修复技术是向土壤中添加钝化修复剂，通过吸附、螯合、沉淀、氧化还原等作用改变重金属的形态，降低重金属的生物有效性。施用钝化剂以降低镉污染生物利用性的同时，应注意钝化剂的性质，防止引入二次污染。

植物修复指利用植物和根际圈微生物体系的吸收、转化、挥发和降解等作用，将土壤中的污染物质清除。贾永霞[15]等人对羽衣甘蓝富集镉的研究发现，羽衣甘蓝叶片富集高于根系富集，且有高耐性，是良好的修复镉污染的植物。

微生物修复主要是利用土壤中微生物通过吸收、沉淀、氧化还原等方式去除污染物的技术，例如Macaskie 等发现柠檬酸菌属可分解产生的HPO42-可与Cd2+形成CdHPO4沉淀。一些微生物如动胶菌、硫酸盐还原菌和蓝细菌等能与重金属污染物络合，降低农作物对镉的吸收[16]。

植物-微生物联合修复是通过植物和与其共生的微生物体系联合修复受污染的环境，以达到清除环境污染物的目的。如侯伶龙等人通过对鱼腥草对土壤中镉富集作用研究发现鱼腥草其根系微生物(主要是放线菌)利于其对镉的富集后续处理[17]。

4 问题与展望

镉污染来源研究发现，土壤中的镉80%来源于农业污染，而含磷化肥的使用和城市含镉污水灌溉都加大土壤中镉污染的程度。物理修复方法，化学修复方法和微生物修复方法都对镉污染有修复作用，但某种程度来说也存在缺点，受人力物力或者能源限制。相比之下,植物修复更具有经济投入低和环境友好的特点，很多超富集植物已经被应用于实践，对土壤中镉污染的修复去除也都取得了很好的效果，具有良好的发展前景。但就我国目前的情况而言，尽管已经发现了很多超富集植物耐性强、对镉污染有去除效果，但在实际应用中，超富集植物多受生长条件的制约，不同土壤条件下生存生长差异较大。如何处理上述问题，治理土壤镉污染，特别是农业土壤中的镉，依然是目前所研究的重点。

参考文献

[1]串丽敏,赵同科,郑怀国,等.土壤重金属污染修复技术研究进展[J].环境科学与技术,2014(S2):213-222.

[2]环境保护部.环境保护部和国土资源部发布全国土壤污染状况调查公报[EB/OL].(2014-04-17).http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670.htm

[3]张文丽,姚丹成,孙嘉龙,等.镉污染区污染现状及人群尿镉含量调查[J].中国工业医学杂志,2014(4):261-263.

[4]王维薇,林 清.国内外土壤镉污染及其修复技术的现状与展望[J].绿色科技,2017(4):90-93.

[5]Liao Q L,Liu C,Wu H Y,et al.Association of soil cadmium contamination with ceramic industry: A case study in a Chinese town[J]. Science of the Total Environment,2015,514:26-32.

[6]龙家寰,刘鸿雁,刘 方,等.贵州省典型污染区土壤中镉的空间分布及影响机制[J].土壤通报,2014(5):1252-1259.

[7]唐秋香,缪 新.土壤镉污染的现状及修复研究进展[J].环境工程,2013(S1):747-750.

[8]陈 涛,常庆瑞,刘 京,等.长期污灌农田土壤重金属污染及潜在环境风险评价[J].农业环境科学学报,2012(11):2152-2159.

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[10]易宗娓,何作顺.镉污染与痛痛病[J].职业与健康,2014,30(17):2511-2513.

[11]王乐乐,刘江正,刘萌萌,等.镉暴露致大鼠肾损伤的量效关系及其机制[J].癌变·畸变·突变,2016(6):446-452.

[12]Ganesan V. Rhizoremediation of cadmium soil using a cadmium-resistant plant growth-promoting rhizopseudomonad[J]. Current microbiology,2008,4(56):403-407.

[13]Morimoto K,Tatsumi K,Kuroda K I.Peroxidase catalyzed co-polymerization of pentachlorophenol and a potential humic precursor[J]. Soil Biology &Biochemistry,2000,5(32):1071-1077.

[14]Qiao J,Sun H,Luo X,et al.EDTA-assisted leaching of Pb and Cd from contaminated soil[J].Chemosphere,2017,167:422-428.

[15]贾永霞,李 弦,张长峰,等.羽衣甘蓝对镉的耐性和富集特征研究[J].西北植物学报,2015(5):971-977.

[16]Siripornadulsil S,Siripornadulsil W.Cadmium-tolerant bacteria reduce the uptake of cadmium in rice: Potential for microbial bioremediation[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2013,94:94-103.

[17]侯伶龙,黄 荣,周丽蓉,等.鱼腥草对土壤中镉的富集及根系微生物的促进作用[J].生态环境学报,2010(4):817-821.