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土壤重金屬鎘污染的生物修復技術研究新進展
更新時間:2015-05-06   點擊次數(shù):1152次

    自20世紀初發(fā)現(xiàn)鎘(Cadmium,以下簡稱Cd)以來,Cd被廣泛應用于電鍍工業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)和核工業(yè)等領域,需求量也越來越大,相當數(shù)量的Cd通過廢氣、廢水、廢渣排人環(huán)境,造成污染。土壤中Cd超標一方面會對植物造成毒害并使經(jīng)濟作物減產(chǎn),另外也會被植物吸收并富集在籽實內(nèi)進入食物鏈。Cd一旦通過各種方式進入人體,就會在人體內(nèi)蓄積起來,其生物學半衰期長達lO至30年.有關土壤環(huán)境中Cd通過食物鏈對人類造成的危害在上世紀就開始有報道,人體攝入過量的Cd易引起前列腺癌、腎癌和痛痛病等疾病。
 
    隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量Cd的使用,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中污灌、施肥等行為的加劇,受污染環(huán)境中的Cd含量也逐年上升,據(jù)統(tǒng)計,每年在世界范圍內(nèi)進入土壤的Cd總量為2.2萬t。目前,我國受Cd、As、Cr、Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2,約占總耕地面積的1/5;其中工業(yè)“三廢"污染耕地面積l000萬hm2,污水灌溉的農(nóng)田面積已達330多萬hm2。在土壤重金屬污染中,Cd污染非常嚴重。20世紀90年代初,我國污灌農(nóng)田為14000000hm2,由于污灌不當對6300000hm2農(nóng)田造成不同程度的污染,其中Cd污染耕地130000hm2,涉及11個省市的25個地區(qū),每年生產(chǎn)cd米(Cd含量≥1.0mg/kg的糙米)50000000kg。如沈陽市張士灌區(qū)因污染可能會生產(chǎn)Cd米的面積約為329hm2,土壤中的作物受Cd污染導致“Cd米"的地區(qū)還有:上海的沙川灌區(qū)、江西大余縣灌區(qū)、廣東的廣州和韶關地區(qū)、廣西的陽朔和湖南的衡陽等地,近幾年,Cd污染的狀況有日益嚴重之勢,這嚴重影響到糧食產(chǎn)量和糧食安全問題。
 
        1 土壤中的Cd及其來源


        1.1 土壤中的Cd及其存在形態(tài)
 
        Cd在地殼中的含量較少,世界上多數(shù)土壤Cd含量為0.01~2.0mg/L,平均值為0.35mg/L。在我國,據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站(1990年)報告,全國41個土類Cd的背景值差異明顯,Cd含量變化范圍在0.017~0.332mg/kg之間。由于土壤腐殖質對Cd有富集作用,有的土壤Cd含量可高達4.5mg/kg。隨水流遷移到土壤中的Cd可被土壤吸附,吸附的Cd一般在0~15cm的土壤表層累積,15cm以下含量顯著減少。
 
        重金屬Cd在土壤中以水溶態(tài)和難溶態(tài)的形式存在.水溶性Cd主要以離子態(tài)或絡合態(tài)存在,如Cd2 、CdC1 、CdSO4等;難溶性Cd以交換態(tài)(粘土交換及腐殖質交換)、化學沉淀態(tài)及難溶性螯合態(tài)存在于土壤顆粒中,如CdS、CdCO3等。
 
       1.2 Cd的來源
 
        土壤中鎘污染的來源方式主要是自然過程、采礦、冶煉、污灌、施肥、大氣沉降等,自然過程對土壤中Cd的輸入主要通過巖石風化和火山活動等地質和環(huán)境地球化學過程.魯如坤等(1992年)根據(jù)歐共體國家1975年的統(tǒng)計數(shù)字推算,土壤外源Cd有6%來自生產(chǎn)Cd的工業(yè),57%來自使用Cd為原料的工業(yè),37%來自其他工業(yè)來源。其中,每年來自農(nóng)業(yè)和動物廢物Cd的含量為0.22萬t、城市污水和 廢水等0.438萬t、礦物灰0.72萬t、肥料和殺蟲劑0.02萬t、工廠廢棄物0.12萬t、大氣沉降物0.5萬t等。
 
       2 修復技術
 
目前,對于重金屬污染土壤的治理主要包括工程措施、化學治理措施、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復措施和生物修復技術等方面,對于Cd污染土壤的治理也是使用這些方法,在實際應用中,一般會根據(jù)土壤中Cd污染濃度、存在形態(tài)以及土壤特性等情況選擇合適的方法進行修復,以達到較高的修復效率。
 
        2.1 工程措施
 
        工程措施包括客土法、換土法、深耕翻土法、固化、穩(wěn)定化方法、電動力修復法等,工程措施具有穩(wěn)定、見效快的優(yōu)點,但存在工程量大、投資費用高、二次污染隱患等缺點,不適宜大面積污染土壤的治理,因此,其不是一種理想修復土壤Cd污染的方法。


        2.2 化學治理措施
 
        化學治理措施包括淋溶法、施用改良劑等方法,這些方法能夠在短期內(nèi)降低土壤中重金屬的毒性和生物有效性,但此方法因人為向土壤中施加化學藥劑,易造成二次污染,且該方法是一種原位修復方法,重金屬Cd仍存留在土壤中,容易再度活化危害植物,其潛在威脅并未消除。此外,就修復后土壤的先進有效性和生態(tài)系統(tǒng)的先進穩(wěn)定性來說,還缺乏深入細致的研究。
 
        2.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復措施
 
        近年來,一系列農(nóng)業(yè)生態(tài)修復措施被逐漸應用于受重金屬污染土壤的修復,農(nóng)業(yè)生態(tài)修復措施是通過調(diào)節(jié)諸如土壤水分、土壤pH值、土壤陽離子代換量(CEC)、CaCo3和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等因素,改變土壤中Cd的活性,降低其生物有效性,以減弱重金屬對植物的毒害作用。農(nóng)業(yè)生態(tài)修復方面我國研究的較多,取得了一定的成就,該方法實施過程中,要系統(tǒng)考慮土壤物理、化學特性的相互影響和作用,目前仍缺少對此方面的系統(tǒng)研究,另外,該方法也是一種原位修復技術,cd形態(tài)發(fā)生了改變,但仍存在土壤中,容易再度活化,對生物產(chǎn)生危害。
 
        2.4 生物修復措施
 
        2.4.1 微生物修復
 
        土壤微生物包括與植物根部相關的自由微生物、共生根際細菌、菌根真菌,它們是根際生態(tài)區(qū)的完整組成部分。微生物在修復被重金屬污染的土壤方面具有*的作用,其抗重金屬機制包括生物吸附、胞外沉淀、生物轉化、生物累積和外排作用。通過這些作用,微生物一方面降低土壤中重金屬的毒性,并吸附積累重金屬;另一方面改變根系微環(huán)境,從而提高植物對重金屬的吸收、揮發(fā)或固定效率。
 
        目前,大部分微生物修復技術還局限在科研和實驗室水平,實例研究還不多,無法大面積推廣,對于微生物修復技術還需做更深人探索。
 
        2.4.2 動物修復
 
        利用土壤中的某些低等動物如蚯蚓能吸收重金屬的特性,在一定程度上降低了污染土壤中重金屬比例,達到了動物修復重金屬污染土壤的目的。目前利用低等生物進行重金屬cd污染修復的研究仍局限在實驗室階段,且因受低等動物生長環(huán)境等因素制約,其修復效率一般,并不是一種理想的修復技術。

(來源:價值中國)

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