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文檔簡(jiǎn)介

1、鎘污染現(xiàn)狀鎘削減措施研究趨勢(shì)l我國(guó)有關(guān)農(nóng)田Cd污染的調(diào)查工作是20世紀(jì)70年代中、后期開(kāi)始的,但至今未見(jiàn)Cd污染總體狀況的資料報(bào)道。何電源等(1991)在19871990年間對(duì)湖南省的農(nóng)田污染狀況進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn),農(nóng)田Cd污染主要來(lái)源于工礦企業(yè)排放的廢氣和廢水,在各類Cd污染農(nóng)田中5%10%的面積減產(chǎn)嚴(yán)重。90年代初,我國(guó)污灌農(nóng)田已擴(kuò)大到1.4106公頃。 lCd污染耕地涉及11個(gè)省市的25個(gè)地區(qū),每年生產(chǎn)鎘米(是指含量超過(guò)/的糙米,長(zhǎng)期食用會(huì)引起骨痛病)5.0107。l如沈陽(yáng)市張士灌區(qū)因污灌使2533公頃農(nóng)田遭受污染(土壤含量1.0/),其中嚴(yán)重污染面積(可能產(chǎn)生的稻米含量1.0/的農(nóng)田

2、)占13%。 另外,作物受污染導(dǎo)致“鎘米”的地區(qū)還有:上海的沙川灌區(qū)、廣東的廣州和韶關(guān)地區(qū)、廣西的陽(yáng)朔、湖南的衡陽(yáng)等。 lCd是一種稀有分散元素。l地殼中鎘平均量0.15 mg/kg。l未污染土壤中Cd主要來(lái)源于其成土母質(zhì)。l在世界范圍內(nèi),土壤中Cd的含量范圍為0.012mg/kg,中值為0.35mg/kg。l日本和英國(guó)土壤的背景值分別為0.413mg/kg和0.62mg/kg,l我國(guó)土壤的背景值為0.0170.33mg/kg。l沉積巖1.167mg/kg;皂土1.4;泥灰?guī)r2.6l變質(zhì)巖0.46mg/kg; 石榴石片巖1l火成巖0.22mg/kg;玄武巖0.22l閃鋅礦2%;l硫鎘礦、方硫鎘

3、礦77.8%;l氧化鎘礦87.5%;l菱鎘礦65.18%;l其它礦類幾幾千mg/kg。 1棕壤;2褐土;3黃棕壤;4棕色石灰土; 5紅色石灰土 采采樣樣地地址址 Pb Cd Hg As 寧寧化化下下沙沙 4.53 0.68 0.24 1.74 永永安安三三星星 2.24 0.78 0.09 3.62 明明溪溪夏夏陽(yáng)陽(yáng) 2.02 0.45 / 1.91 泰泰寧寧大大田田 2.34 0.34 0.10 0.53 尤尤溪溪洋洋中中梅梅峰峰 1.88 0.23 0.10 0.20 A s H g C d Pb 98寧寧 化化 泉泉 上上 0.363 0.053 0.23 1.55 99建建 寧寧 溪溪

4、 源源 0.317 0.097 0.33 0.98 C d Pb A s H g Se 平平 均均 數(shù)數(shù) 0.724 54.38 3.73 0.12 0.28 變變 幅幅 0.13-8.07 18.6-152 0.6-12.5 0.01-1.28 0.12-0.73 G B2、 3 0.3、 0.6 250、 500 25、 30 0.5、 中下層。這主要由于有表層生物富集或外來(lái)廢物污染中下層。這主要由于有表層生物富集或外來(lái)廢物污染(污灌、污施等)引起。施用化肥、農(nóng)藥也會(huì)造成(污灌、污施等)引起。施用化肥、農(nóng)藥也會(huì)造成Cd的污染。的污染。l據(jù)調(diào)查據(jù)調(diào)查,廣州市施用磷肥、石灰的廣州市施用磷肥、石

5、灰的Cd含量為含量為23mg/kg,而澳大利亞施用的過(guò)磷酸鈣含而澳大利亞施用的過(guò)磷酸鈣含Cd達(dá)達(dá)3848mg/kg 。l在沈陽(yáng)張士灌區(qū)土壤中在沈陽(yáng)張士灌區(qū)土壤中,經(jīng)污灌進(jìn)入土壤中的經(jīng)污灌進(jìn)入土壤中的Cd的的56.33%累積于土壤的表層累積于土壤的表層,去表土去表土15cm,可使稻米中的可使稻米中的Cd下降下降50%。 l土壤中重金屬的形態(tài)分為:l可交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)硫化物態(tài)和殘留態(tài)。形態(tài)受土壤組分及其土壤化學(xué)行為影響,各形態(tài)之間處于動(dòng)態(tài)平衡中。l研究結(jié)果表明,隨著土壤總Cd含量增加,殘?jiān)鼞B(tài)百分率減少,交換態(tài)百分率顯著上升,這說(shuō)明土壤Cd污染越重,非殘?jiān)鼞B(tài)的相對(duì)含量越高,將

6、相對(duì)增加Cd的毒性。 l不同植物對(duì)Cd的吸收、積累效應(yīng)差異很大。木本植物對(duì)土壤中Cd的生物積累較高,;有些蕨類其葉部Cd含量可高達(dá)1200mg/kg,是富集Cd最強(qiáng)的植物類型之一。水稻等大田農(nóng)作物也易吸收土壤中的Cd。有報(bào)道,當(dāng)土壤含Cd量為2.21mg/kg時(shí),糙米中Cd即達(dá)2.64mg/kg。而國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大米中鎘允許量為:小于或等于0.2mg/kg(GB-238-84)。 l水稻的根、莖葉、糙米中Cd的比例為 80 5 1,l而楊樹(shù)則可將根部吸收Cd的一半運(yùn)轉(zhuǎn)至地上部。l一般來(lái)說(shuō),Cd在植物體內(nèi)的分布是根莖葉籽實(shí)。Cd集中在根部可能與Cd和根內(nèi)蛋白質(zhì)、糖、核酸等有機(jī)物化合成為穩(wěn)定

7、的大分子或不溶性有機(jī)大分子而沉積下來(lái)有關(guān)。 Cd Pb As Hg Se 上 2.09 4.05 0.267 0.066 0.094 變 幅 0.33-5.4 0.94-10.56 0.06-1.26 0.02-0.432 0.005-0.86 中 2.65 5.09 0.448 0.072 0.12 變 幅 0.37-6.97 0.98-11.95 0.006-0.87 下 5.66 7.42 0.462 0.053 0.172 變 幅 2.15-6.47 3.64-12.8 0.25-1.31 0.032-0.08 0.044-0.8 全國(guó)平均 2.56 4.94 0.375 0.067

8、0.119 l近十來(lái)年不少學(xué)者研究報(bào)道, 根所吸收的重金屬中有70%90%累集在根尖細(xì)胞壁上。楊居榮等1993年的研究表明,Cd在黃瓜、菠菜中的可溶成分所占比例較大,為45%69%,沉積于細(xì)胞壁的成分占2.5%21.0%,而Pb有77%89%沉積于細(xì)胞壁上,可溶成分只占0.2%3.8%。l3.1Cd毒害癥狀:生長(zhǎng)遲緩、植株矮小、退綠、產(chǎn)量下降等。例如,大麥?zhǔn)蹸d污染后,種子的萌發(fā)率、根生長(zhǎng)速率下降,且隨處理濃度增大和時(shí)間延長(zhǎng)而加劇。Cd對(duì)植物生長(zhǎng)的影響,還與生長(zhǎng)發(fā)育的時(shí)期有關(guān)。例如,在水稻幼穗分化之前,Cd主要降低光合力;在幼穗分化至抽穗期,主要抑制生殖器官分化,造成穎花敗育;抽穗期后,Cd則

9、主要干擾體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的遷移和再分配。 lCd能引起細(xì)胞分裂出現(xiàn)障礙或不正常分裂,表現(xiàn)為細(xì)胞分裂周期延長(zhǎng),產(chǎn)生染色體斷裂、畸變、粘連和液化等。lCd能與帶負(fù)電的核酸結(jié)合,破壞核仁結(jié)構(gòu),抑制DNase和RNase活性,并使植物體DNA合成受阻。 l低濃度的Cd可使葉綠體基粒垛疊減少,線粒體內(nèi)腔嵴突減少或消失;高濃度的Cd可使葉綠體垛疊無(wú)規(guī)律、膜系統(tǒng)潰解,使線粒體腫脹、潰解。l葉綠體的破壞與Cd沉積在類囊體上與膜上蛋白體結(jié)合,破壞葉綠體酶系統(tǒng)和阻礙葉綠體合成有關(guān)。l線粒體結(jié)構(gòu)的改變是由于Cd抑制線粒體膜上ATP酶的活性所引起。 無(wú)Cd正常細(xì)胞受Cd害細(xì)胞l80年代中期以來(lái)的一些試驗(yàn)結(jié)果表明:lCd對(duì)

10、細(xì)胞膜有嚴(yán)重破壞作用,使得細(xì)胞膜透性增加。植物細(xì)胞膜透性與Cd濃度呈極顯著正相關(guān)。lCd導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化加劇 。 l超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)是植物適應(yīng)逆境脅迫的重要酶類,被統(tǒng)稱為植物保護(hù)酶系統(tǒng)。當(dāng)植物受Cd污染后, Cd污染可引起SOD、POD和CAT活性下降。lCd對(duì)植物的傷害是多方面的,相應(yīng)地植物采取多方面的策略來(lái)抵抗或減弱Cd脅迫的程度,如固定化、區(qū)域化及合成植物螯合肽、金屬硫蛋白、應(yīng)激蛋白、應(yīng)激乙烯等。 l糧食作物是鎘進(jìn)入食物鏈的主要途徑,土壤鎘與米中鎘有良好的正相關(guān),因而土壤鎘污染產(chǎn)生的影響是全球性的。鎘是一種積累性毒素,人體腎皮質(zhì)是鎘作用的

11、靶器官。腎皮質(zhì)鎘濃度達(dá)到200mg/kg時(shí),會(huì)引起多種癥狀的腎機(jī)能失調(diào),如腎小管壞死,蛋白尿癥等。 1化控途徑化控途徑2生控途徑生控途徑3農(nóng)業(yè)措施農(nóng)業(yè)措施4工程及其它措施工程及其它措施1化化 控控 途途 徑徑1.1施施 入入 石石 硫硫 合合 劑劑 、 硫硫 化化 鈉鈉 可可 與與 土土 中中 鎘鎘 形形 成成 CdS沉沉 淀淀 。 施施入入 還還 原原 物物 如如 堆堆 廄廄 肥肥 、 稻稻 草草 及及 其其 它它 有有 機(jī)機(jī) 物物 結(jié)結(jié) 合合 澆澆 灌灌 水水 , 促促使使 土土 壤壤 還還 原原 從從 而而 提提 高高 Cd的的 不不 溶溶 性性 , 同同 時(shí)時(shí) 可可 增增 加加 有有

12、機(jī)機(jī) 物物 對(duì)對(duì)鎘鎘 的的 吸吸 附附 , 減減 少少 作作 物物 對(duì)對(duì) 鎘鎘 的的 吸吸 收收 。1.2非非 金金 屬屬 礦礦 如如 膨膨 潤(rùn)潤(rùn) 土土 、 合合 成成 沸沸 石石 , 施施 入入 量量 為為 土土 重重 0.1% -1% , 葉葉 內(nèi)內(nèi) 鎘鎘 濃濃 度度 削削 減減 60% -88% 。1 .3 噴噴 施施 二二 硝硝 基基 酚酚 鎘鎘 抑抑 制制 劑劑 , 結(jié)結(jié) 合合 淹淹 水水 排排 水水 , 米米 鎘鎘 可可 由由1.1mg/kg,下下 降降 到到 0.4mg/kg, 降降 低低 64% 。1.4用用 硫硫 酸酸 鋅鋅 可可 拮拮 抗抗 抑抑 制制 鎘鎘 的的 吸吸 收

13、收 。1.5對(duì)對(duì) 酸酸 性性 土土 , 施施 用用 石石 灰灰 、 高高 爐爐 渣渣 、 粉粉 煤煤 灰灰 , 提提 高高 土土 壤壤 pH,降降 低低 重重 金金 屬屬 的的 溶溶 解解 , 減減 少少 植植 物物 吸吸 收收 。1.6 0.125mol濃濃 度度 的的 EDTA、 丙丙 二二 酸酸 澆澆 灌灌 根根可可 使使 作作 物物 內(nèi)內(nèi) 鎘鎘比比 對(duì)對(duì) 照照 下下 降降 20% -30% 。1.7腐腐 植植 酸酸 通通 過(guò)過(guò) 絮絮 凝凝 絡(luò)絡(luò) 合合 可可 使使 土土 、 水水 體體 中中 的的 重重 金金 屬屬 顯顯 著著 降降低低 , 并并 可可 加加 大大 鎘鎘 從從 土土 壤壤

14、 中中 流流 失失 。2.1富鎘莧科作物(野生莧)富集鎘的能力特富鎘莧科作物(野生莧)富集鎘的能力特強(qiáng),種一季可使土壤鎘下降強(qiáng),種一季可使土壤鎘下降29.49mg/m2。2.2綠肥植物無(wú)葉紫花苕子能富集綠肥植物無(wú)葉紫花苕子能富集Pb、Zn; 香香根草、苧麻對(duì)土鎘的吸收力很強(qiáng)。根草、苧麻對(duì)土鎘的吸收力很強(qiáng)。 收獲后不要還田,要集中消毀。收獲后不要還田,要集中消毀。 l植物在水體中對(duì)鎘的積累效果明顯優(yōu)于在土壤中的積累效果。David E 注意到利用普通作物的根過(guò)濾作用 ,將向日葵浸入實(shí)驗(yàn)水體中僅24h,水體中鎘濃度可由1000ug/L 降低到 200ug/L,顯示出利用植物根部可快速削減水體中毒害

15、性重金屬元素鎘。 3.1源頭控制,重類金屬污染的主要源頭之一是礦源頭控制,重類金屬污染的主要源頭之一是礦質(zhì)肥(尤其磷肥)和劣質(zhì)農(nóng)業(yè)化學(xué)品(含有的農(nóng)質(zhì)肥(尤其磷肥)和劣質(zhì)農(nóng)業(yè)化學(xué)品(含有的農(nóng)藥),因而對(duì)新來(lái)源的磷肥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品要把好藥),因而對(duì)新來(lái)源的磷肥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品要把好源頭檢測(cè)關(guān)。源頭檢測(cè)關(guān)。3.2增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥提高土壤環(huán)境容量,有機(jī)質(zhì)可增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥提高土壤環(huán)境容量,有機(jī)質(zhì)可增加土壤膠體對(duì)污染物的吸附吸收能力。在淹水增加土壤膠體對(duì)污染物的吸附吸收能力。在淹水還原條件下,可促使鎘還原,減少毒性。還原條件下,可促使鎘還原,減少毒性。3.3品種選擇,不同品種對(duì)重金屬吸收差別很大,品種選擇,不同品

16、種對(duì)重金屬吸收差別很大,可選用對(duì)鎘親合力小的新品種??蛇x用對(duì)鎘親合力小的新品種。3.4培植擴(kuò)大根系統(tǒng)培植擴(kuò)大根系統(tǒng),加大根系截獲量加大根系截獲量,收獲后全層清收獲后全層清理根系理根系,將有效削減土壤中鎘量。將有效削減土壤中鎘量。 3.5加深耕層加深耕層,還可以讓鎘從土壤向下層淋失。還可以讓鎘從土壤向下層淋失。 電化學(xué)措施電化學(xué)措施客土措施客土措施規(guī)避措施等等規(guī)避措施等等l應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)將超積累植物的相關(guān)基因克隆,然后轉(zhuǎn)移到生物量較大的植物或作物體內(nèi),培養(yǎng)出新的超積累植物品種,將其應(yīng)用到污染土壤的修復(fù)上,必將大大提高對(duì)污染土壤的修復(fù)能力,減少重金屬在食物鏈中的積累。l與超積累植物相反,篩選以體外抗性為主導(dǎo)機(jī)制的重金屬排異植物,特別是農(nóng)作物,減少其向可食用部位轉(zhuǎn)移,降低在食物鏈中的數(shù)量,對(duì)于人類尋找既對(duì)污染物有較高的抗性,又能保證生物產(chǎn)品具有較高的安全性的作物種,這將為污染土壤的再利用提供一種嶄

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