土壤中金属镉污染危害与修复的研究进展

摘 要：“镉米”问题的提出，各种疾病的出现，暗示了镉污染已经严重的危害着人们的身体健康，治理镉污染已经成为了一个世界性的问题。本文对土壤镉污染的现状、来源、对人体危害和治理修复方面进行了综述，并对今后镉污染的生物修复研究方向进行了展望。

关键词：重金属镉； 土壤污染； 危害； 生物修复

中图分类号：X825 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）07-176-002

镉为人体非必需元素，是以化合物状态存在于自然界中的，而且在正常环境下是不会影响人的身体健康。进入人体的镉元素，大部分会蓄积在积肝、肾之中。人体中的镉会有1/3被肾脏吸收，剩余会微量的蓄积在如甲状腺、脾、胰和毛发等位置。镉会损伤肾小管，患病者出现蛋白尿、氨基酸尿和糖尿等症状。世界卫生组织(2003)和美国环保局(1994)规定人体Cd的最大允许摄入量均为Iug·kg-1·d-1[1]。本文从重金属镉对土壤的污染现状、对人体的危害以及一些植物对镉污染的修复进行综述，并对此问题的研究进行了展望。

一、土壤镉污染的现状与危害

1.镉污染的现状

自从20世纪发现镉元素以来，镉出现于各个领域之中，产量不断增长。广泛应用于核工业、电子业、电镀工业和化工业等领域。近期出现一个新鲜的名词——“镉米”，据《新世纪周刊》和网络新闻消息报道：经过调查发现，市场销售的大米中有10%都存在镉金属严重超标的问题，食用之后很大几率会导致“骨痛病”。镉污染不仅造成了我国农产品的质量下降，而且威胁到人体健康。农业部在2000年对14个省会城市的2000余个样品进行检测，结果表明：蔬菜中的镉等污染超标率已高达近25%；同时南京郊区的18个检测点对青菜叶样的分析结果表明：镉的含量全部超过食品卫生标准，最多的超过有17倍之多[1,2]。

2.镉污染的来源

刘育红[3]将土壤中的镉污染的来源分为了以下六大类：

（1）大气中的沉降；（2）农药、化肥和塑料薄膜的使用；（3）污水灌溉；（4）污泥施肥；（5）含有重金属废弃物的堆积；（6）金属矿山的酸性废水。

总体来说工业化的高低对镉污染的轻重起了很大的决定，市区的污染浓度远远大于农村和郊区。由于镉没有得到很好的处理，长期的积累导致污染的加重。

3.镉污染的危害

在环境镉污染致健康损害研究中，一般认为尿镉浓度是反映内暴露的指标，而尿β2-MG和尿NAG酶为反映肾功能受损的指标。有人发现尿β2-MG和尿NAG酶在男性中临界值为994、16μg/g肌酐，女性为784、16.6μg/g肌酐。WHO建议尿镉的生物阈值定为5μg/g肌酐，丛泽等人控制年龄因素后，尿镉≥3μg/g肌酐组死亡率会随着尿镉的增加而成比例升高，Friberg等发现，尿镉≥10μg/g肌酐时，会出现肾小管损伤的情况。而当尿镉≥8～9μg/g肌酐时，尿β2-MG会超过1000μg/g肌酐，而且会急剧上升。M．Ikeda认为尿镉浓度达10～12μg/g肌酐时可作为判定肾功能减退的临界值，而吴训伟认为尿镉＞10μg/g肌酐的人群会造成对肾脏不可逆性的损伤。Kojj通过5年的追踪发现，在原先尿β2-MG≥1000μg/g肌肝的人群中，几乎所有的个体都会出现肾小管功能恶化的情况，而＜1000μg/g肌酐的个体并无明显变化。国内学者[4]认为我国正常人群的尿β2-MG95%CI上限为465μg/g肌酐。另有研究发现[5]，当尿β2-MG≥1000μg/g肌酐时，研究的人群死亡风险比显著增加。

3.1镉对人体健康的多方面危害。前文提到镉为一种慢性致病的重金属，长期积累在体内无法消除，其主要是通过消化道和呼吸道两种途径进入人体，从而对人体的健康造成危害。早在20世纪中期，日本发生的十大公害事件之一的“疼痛病”就表明镉对人体健康的危害已经开始。

重金属镉对人体危害大致可分为以下几种：

镉具有很强的致癌、致突变以及致畸作用。镉的急性吸入的毒害表现为肺损害，吸入中等量的镉蒸气会引起铸造热，经过治疗数天便可恢复,但如果大量吸入镉蒸气，严重者最终可导致死亡。

镉与含有巯基、羟基等多种基团的蛋白质分子结合会生成镉－蛋白质，能引发高血压等多种疾病。

镉可通过一些生化反应置换出酶类金属后导致机体清除自由基能力下降，从而引起氧化损伤。现在由于镉引起的氧化损伤已被看作引发细胞毒性和导致癌变的一个重要机制。

镉可以影响细胞凋亡或增生的相关蛋白质和基因的表达，可以诱导许多早期基因的表达异常;还与锌脂蛋白结合，取代锌，影响了细胞内的调控系统，最后导致细胞的死亡[6]。

3.2镉污染对植物的生理化作用的影响。镉同样也不是植物的必需元素，而且对植物的生长有着不利影响，植物体内的镉元素积累达到一定浓度时就会表现出毒害的状态，例如阻碍植物根系的生长或者抑制其水分和养分的吸收等等。

二、土壤镉污染的修复

目前，镉金属污染土壤的处理方式很多，主要有：化学治理、工程处理、生物修复和农业生态修复等方面。

1.化学治理

化学治理的措施有很多种，但是这些方法都是只能在短期内降低镉在土壤中的毒性及生物有效性，是一种原位修复方法，并没有真正意义上的清除镉，潜在着再次造成污染的可能，而且化学治理需要向土壤中投加试剂，会造成二次污染。所以此方法还需深入的研究。

2.工程处理

工程措施包括换土法、客土法和电动力修复法等方法,工程措施可取之处在于其稳定性高、见效快的优点,但存在着工程量大、投资高并且会造成二次污染的隐患等许多缺点,不适宜应用于大面积污染土壤的治理,所以仍在深入的研究。

3.农业生态修复

现在农业生态修复方法已经广泛的应用于修复受重金属污染土壤,农业生态修复措施是通过调节土壤的一系列性质致使土壤中镉金属的活性受到改变，生物有效性被降低，从而减弱镉对植物的毒害作用。

4.生物修复

生物恢复技术即利用微生物和植物削减和净化或降低金属镉的毒性。此技术成本低，不但可以净化、清理土壤中的污染,还可以清除污染土壤周围的水体或者大气中的污染物。

4.1微生物修复。土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌，它们是根际生态区的完整组成部分[7]。微生物对被重金属污染土壤的修复有着特殊的作用，因为微生物有着抗金属机制。通过这些作用不仅可以降低土壤污染的浓度、吸附积累重金属元素还可以将土壤中根系的环境改善，将植物对重金属的吸收、挥发、固定的效率提高。

4.2动物修复。利用土壤中一些低等动物对重金属的吸收特性，降低污染浓度，因为这项技术的决定性条件“动物”很难控制其生长环境等等因素，所以此方法只限制在了实验室阶段，还未广泛应用。

4.3植物修复。植物修复方法是利用植物将环境介质中的有毒有害的污染物转移、转化或容纳，从而达到治理的效果。植物修复不但环保，而且费用低。

对于镉，超积累植物目前已实验出有400余种。印度芥吸收镉达到200mg/kg时将会有黄化现象出现，对镉富集为52倍；英国的高山属类等，可吸收高浓度的镉［8］。超积累植物的应用实施简便、投资低而且对环境几乎无破坏，但是治理的周期过长见效过慢。

三、结论与展望

土壤镉污染至今为止仍未被国家重视，镉米的调查证明了镉污染问题的严重性，对其治理已经成为了一个首当其冲的问题。我们应从来源抓起，一方面阻禁本文提到的镉污染的6大污染渠道，另一方面要对已经污染的土壤进行治理。

由于镉污染广泛，而且其副作用极其复杂，生物修复技术是当前环境科学领域内研究的重要内容，生物修复作为一种高效、低资、操作性强的方法，而且仍在不断改进，生物对于重金属的吸附、超量的积累以及各种特性仍是当前的研究内容。利用转基因技术培养专项的菌类和具有更多特性的生物来专一的治理及修复土壤污染是未来的发展方向之一。

参考文献：

[1]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[J].环境科学学报，2006，26(8)1343－1353

[2]冉烈，李会合.土壤镉污染现状及危害研究进展[J].重庆文理学院学报(自然科学版)，2011，30(4):69－73

[3]刘育红.土壤镉污染的产生及治理方法[J].青海大学学报(自然科学版)，206，2(24):75－79

[4]蔡诗文，岳麟，袁一傲等.环境镉污染所致健康危害判定标准的研究[J].环境与健康杂志，1994，11:97－99

[5]Nishijo M，Nakagawa H，Morikawa Y，et al.Mortality in a cadmium pollutedarea in Japan[J]．Biometals，2004，17:535 －538

[6]刘杰.镉的毒性和毒理学研究进展[J].中华劳动卫生职业病杂志，1998，16(1):2－4

[7]王海鸥,徐海洋,钟广蓉等.根际微生物对植物修复重金属污染土壤作用的研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(30):14832-14834

[8]余贵芬，青长乐.重金属污染土壤治理研究现状[J].农业环境与发展，1998，15（4）：22-24