土壤中镉污染现状与防治方法论文_土壤镉污染修复论文
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土壤中镉污染现状与防治方法
摘 要：本文文章阐明了镉污染的来源与现状，同时对镉污染治理的方法，做了系统的综述。并提醒人们要提高土壤质量意识，保护生态环境。
关键词：土壤，镉污染，防治方法
1．引言
目前,我国受镉、砷、铅等重金属污染的耕地面积 2.0×10 hm ,约占总耕地面积的 1/5；其 中工业“三废”污染耕地 1.0×10 hm ；污水灌溉的农田面积 3.3×10 hm。我国每年因重金属污染而减产粮食超过 1.0×10 t，另外被重金属污染的粮食每年也多达 1.2×10 t，由此造成的经济损失合计至少为 200 亿元
。在所有重金属污染，以镉污染最为严重。尤其是近年来伴随着采矿、冶金以及镉处理等工业的发展，我国农业土壤受镉污染也日趋严重。镉是毒性最强的重金属元素之一，危害极其严重，土壤中过量的镉会抑制植物的正常生长，在可食部分的残留还会通过食物链影响到人体的健康，因此对镉污染土壤的治理已经引起国内外的广泛重视。
2．土壤中镉污染来源与分布
镉是一种稀有分散元素，未经污染的土壤中镉主要来源于成土的母质，一般在世界范围 内土壤中镉的含量为 0.01~2.00mg/kg，中值含量为 0.35mg/kg，在土壤中的镉的来源主要 归于自然。此外，人类工农业生产活动，也造成镉对大气、水体和土壤的污染。
2.1 大气中镉的沉降
大气中的镉主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量镉的有害气 体和粉尘等，经自然沉降 和雨淋沉降进入土壤。公路、铁路两侧土壤中的镉污染来自于汽 油的燃烧、汽车轮胎磨损产生的粉尘等。它们成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧的污 染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路、铁路两侧土壤中的镉污染具有很强的叠加性。在 法国索洛涅地区 A71 号高速公路 沿途严重污染重金属镉等，其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值 2-8 倍，而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高 7-26 倍。经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的镉的污染，主要以工矿烟囟、废物堆和公路为中心，向四周及两侧扩散；由城市―郊区―农区，随着城市距离的加大而降低，特别是城市的郊区污染较为严重。此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关；重工业越发达，污染相对就越严重。
2.2 农药、化肥和塑料薄膜的使用
施用含有镉的农药和不合理的施用化肥都可以导致土壤中镉的污染。一般过磷酸盐水
含有较多的镉，磷肥次之，氮肥和钾肥含量较低。经过对上海地区菜园土地、粮棉地研究，施肥后镉的含量从 0.134mg/kg 升到 0.316mg/kg。通过新西兰 50 年前和现今同一地点 个土样分析，自施用磷肥后，镉从 0.39mg/kg 升至 0.85mg/kg。在阿根廷，由于传统无机磷肥的施入，进而导致土壤重金属镉的污染。农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有镉，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以 造成土壤中镉的污染。
2.3 污水灌溉
污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生 活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道，使
城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。在分布上，往往是靠近污染 源头和城市工业区土壤污染严重，远离污染源头和城市工业区，土壤几乎不污染。近年 来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分，中国自 60 年代至今，污灌面积迅速扩大，以北方旱作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的 90%以上。南方地区的污灌面积仅占 6%，其余在西北和青藏。污灌导致土壤重金属镉、汞等含量的增加。淮阳污灌区自污灌 以来，镉、汞等就逐渐增高，1995～1997 年已越过警戒线。太原污灌区的重金属镉、铬 含量远远超过其当地背景值，且积累逐年增高。
2.4 污泥施肥
污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政污泥进入农田，使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致土壤 中镉、汞含量的增加，且污泥施用越多，污染就越严重，镉引起水稻、蔬菜的污染。污泥增 加，青菜中的镉也增加。用城市污水、污泥改良土壤，重金属镉、汞等的含量也明显增 加。
2.5 含重金属废弃物堆积
含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度不一样。污染的范围一般以 废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放物、杭州某路渣堆存区、城市生活 垃圾场 及车辆废弃场 附近土壤中的重金属污染的研究，这些区域的重金属镉、铬的含 量高于当地土壤背景值。
2.6 金属矿山酸性废水污染
金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出重金属离 子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入环境（如河流等）或直接进入土壤，都可 以间接或直接地造成土壤重金属污染。1989 年我国有色冶金工地向环境中排放重金属镉为 88t。矿山酸性废水重金属污染的范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流中不同河段 的重金属污染往往受污染源（矿山）控制，河流同一污染源的下段自上游到下游，由于金属 元素迁移能力减弱和水体自净化能力的适度恢复，金属化学污染强度逐渐降低。
3．土壤中镉污染治理方法
关于土壤镉污染的治理，世界各国都在研究，总的来说，目前大致有以下六种治理措施：
3.1 农业生态修复法
农业生态法是通过改变耕作制度、调整作物品种以及改变土壤的水肥条件等方法来解决 土壤污染的问题。
3.1.1 控制土壤水分
控制土壤的 Eh 及土壤的水分状况，使土壤作物有一个较为稳定的滞水期，可以减少镉 进入植物体内的含量，即减少进入果实和茎实中的含量。据研究，在水稻抽穗期到成熟期，减少落干，保持淹水，可明显减少稻籽实中的镉!锌等金属的含量。
3.1.2 施用有机肥
通过施用有机肥（堆肥、厩肥、植物秸杆等有机肥），增加土壤有机质有利于改良土壤
结构，可增加土壤胶体对重金属的吸附能力，为土壤提供络合、螯合剂，而且有机质也是良 好的还原剂，可以促进土壤中镉形成硫化镉。张亚丽等 研究表明，有机肥的施用可以明 显地降低土壤中有效性镉的含量，其中猪粪的效果优于秸杆类。与此同时还应控制常用化肥 的施用，因为化肥中的 Cl，SO4，H 可以活化土壤中的镉，提高土壤中的交换态镉的含量 3.1.3 选用抗污染的作物
由于作物种间和种内对镉吸收的差异，在土壤镉污染地区选种一些抗镉污染性强的植
物，以降低镉污染的危害。研究表明，菠菜、小麦、大豆对镉的吸收量较高，不宜种植；而 玉米、水稻等较低，可以种植。云南农业大学与法国卡赛里克大学里尔高级农学院合作，经
过多年的共同努力，在云南筛选出对镉吸收能力较强的超累积植物种类，如小花南芥、续断 菊、岩生紫堇、中华山蓼、红叶芨芨草等，这些植物的根系能直接把污染元素从土壤中吸走，从而修复被污染的土壤。在含镉 100mg/kg 的土壤上种植蓖麻，五年后，土壤镉平均降低 27.6%。柳（Salix）属的某些植物能大量富集镉，瑞典的 Tommy Landberg 等对不同土壤 中不同无性系的 Salix 富集镉的情况进行了研究，发现 Salix 的不同 clones 对镉的吸收情况
不同，而且土壤的物理化学性质（pH、有机质含量、CEC 等）对富集也有重要的因素。东南景天是我国镜内新发现的一种镉超积累植物 这种植物不仅生物量较大，对镉超积累，而且具有多年生、无性繁殖和适于刈割的特点，是实施植物修复和研究超积累机制的良好材 料。另外，在污染区公路两侧尽可能种树、种花、种草，不但可以美化环境，还可净化 土壤。
3.1.4 改变耕作制度
为了尽可能的减少镉污染，尽可量减少受镉污染的产品进入食物链，可以在中、重度污 染地区改种非食用植物，改种一些观赏性作物或经济作物。如：花卉、苗木、棉花、桑麻等。王凯荣等 研究表明，污染农田种桑树后土壤镉的含量普遍下降，下降幅度在 8.1%~83.9%，平均为 37.1%，同时通过农田桑蚕生产模式取得了良好的经济、生态、和社会效益。此外，还可以在镉污染区作为良种繁育基地，张士灌区污染严重地块改做水稻、玉米良种基地，收 获的稻米不作为直接食用的商品粮，做种子，秋后糙米中含镉量小于 0.1mg/kg，每公顷产 量达 5000kg以上，效益显著。
3.2 生物修复方法
生物修复是利用某些特定的动、植物和微生物较快的吸走或降解土壤中的污染物质以达 到净化土壤的目的。对于土壤镉污染，也同样可以应用动植物和微生物体系进行生物修复治 理。经研究蚯蚓及某些鼠类可以降解土壤中的一些农药、吸收走土壤或污染物中的重金属。KU-MAR 等 发现不同的土壤中某些柳属的无性系客隆对镉离子具有较强的吸收能力。目前的生物修复的研究中以植物修复研究的较为广泛。比如：羊齿类铁角蕨属植物及富镉苋 科植物（特别是野生苋）等对土壤镉的吸收能力很强。苏德纯 在油菜对土壤镉污染的 修复能力的研究得油菜溪口花籽有较强的耐镉特性和吸收镉的能力，是可以用于修复镉污染 土壤的超积累物种资源。此外，刘云国 研究表明，象月季等花卉作物对重金属镉具有很 强的富集作用，在试验观测期间，植物平均每天吸收 1.7576mg/L 且生长发育良好，也可以 作为镉污染生物整治的植物，而且不进入食物链不会对人体产生危害。
对土壤镉污染进行生物修复具有良好的生态和经济价值,结合现代分子生物学、分子遗 传学和基因工程等新兴理论，培育对污染土壤镉具有很强吸收能力的动物、植物和微生物是 目前研究土壤镉污染治理的一个重要方向。
3.3 化学治理方法
化学治理就是向污染土壤中投入改良剂、抑制剂、增加土壤有机质、阳离子代换量和粘 粒的含量，改变 pH和电导等理化性质，使土壤中镉发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和 拮抗等作用，以降低镉的生物有效性。
对于土壤镉污染，目前用的比较广泛的方法是向土壤添加改良剂、表面活性剂、金属拮 抗剂等，如磷酸盐、石灰、硅酸盐被认为是处理土壤镉污染的常用试剂。沈阳张士污灌区进 行的大面积石灰改良实验表明，每公顷施石灰 1500-1875kg，镉含量下降 50%。杨景辉 研究表明，施用磷酸盐类物质可使重金属形成难溶性的磷酸盐。BARBAM GWOREK 用膨润土合成沸石等硅铝酸盐作为添加剂钝化土壤中重金属，显著的降低了受镉污染土壤中 的镉的作用浓度。土壤镉浓度 49.5mg/kg 时，加入量为土重的 1%~2%中，莴苣叶中镉的浓 度降低量达 60%~80%。通过离子之间的拮抗作用来降低植物对镉污染土壤中镉的吸收，根
据法国农科院波尔多试验站的研究结果表明在污染土壤上施加铁丰富的物资，铁渣、废铁矿 等，能明显降低植物中镉、锌的含量。
3.4 物理方法
现在常用的物理方法有电化法、提取法、玻璃化法；电化法是美国路易斯安那州立大学 研究的一种净化土壤环境污染的方法。该法是在饱和的粘土中插入石磨电极，通过低强度直 流电（1～5mA）后，使金属阳离子流向阴极，然后采取措施回收。该技术已经被应用于清 除土壤中镉的污染。提取法分为冲洗法、洗土法和浸滤法等。这几种方法的原理相同，都是利用试剂和土壤中的镉作用，形成溶解性的镉离子——试剂络合物，最后从提取液中回 收镉，并循环利用提取液。玻璃化技术是利用电极加热将污染的土壤溶化，冷却后形成 比较稳定的玻璃物质。玻璃化技术比较复杂，实地应用中会以达到统一的溶化以及地下水的 渗透等问题。此外，熔化过程需要消耗大量的电能，这使得玻璃化技术成本很高，限制了它 的使用。
3.5 工程治理方法
工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理镉污染。对于镉污染土壤常用排土客地 法、清洗法、电泳法等。
3.5.1 排土客地法
排土客地法也称客土法，就是向污染土壤加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使 污染物浓度下降到临界危害浓度以下或减少污染物与根系的接触从而达到减轻危害的目的。这种方法被认为是改良土壤的根本措施，吴燕玉 等在张士灌区调查土壤中镉的含量，发现 77%~86.6%土壤镉累积在 30cm 以上的土层，尤其在 0~5cm，5~10cm 内含量很高，去表层土 15~30cm 可使米镉下降 50%左右。但是这种方法耗费大量的资金、人力、物力，排出的污染土壤又很容易引起污染，而且土壤肥力会有所下降，所以对换出的土壤应妥善处理同时还应对土壤多施肥以补充土壤肥力。
3.5.2 清洗法
清洗法就是用清水或含有能增加金属水溶性的某些化学物质的水把污染物冲至根部外 层，再用含有一定配位体化合物或阴离子与金属形成比较稳定的络合物或生成沉淀以防止污 染地下水。
日本用稀盐酸或 EDTA(450kg/hm)撒在稻田或旱地(土壤含镉量分别为 10.4，27.98mg/kg)淹水或小雨淋洗，清洗 1~2 次,水量以能到达根层以外而未达到地下水为宜。试验表明清洗
次可使耕层镉降低 50%，2 次使米镉减少 80%，但蒋先军等 研究得，EDTA加入土壤仅 1 周,水溶态的镉增加数百倍,交换态的镉增加了数十倍，可能由于 EDTA提高了土壤镉的移动 性，增加了对植物的毒害，而且还会由于水溶态和交换态镉剧增带来了地下水污染的风险，因此，使用 EDTA或其它络合剂时要慎重。
3.5.2 电泳法
电泳法是目前新兴的重金属处理方法，即在土壤中插入两个石墨电极,在稳定的电流作 用下，金属离子在电压的驱动下向两极移动积聚，然后再进行处理。
3.6 微波辐照技术
微波辐照技术是通过加热土壤，使其中的镉得以收集破坏或固定，从而达到治理的目的，该项技术目前仅处于实验室研究阶段。ABRAMOVITCH 等 对质量浓度为 11.40mg/kg 的 镉污染土壤进行了间歇式的微波照射。配制好的土壤样品在经微波辐照前先将一小段铅笔芯 插入其中，但勿插至土壤底部，并保证约有 0.5cm的铅笔芯露出土壤表面，然后铺置一层松
散的玻璃丝，在微波间歇辐照过程中发现土壤变红并偶尔发出火花，照射结束后，测其质量 浓度为 4.59mg/kg。
4．总结
综上所述，国内外对于土壤镉的污染现状与治理，取得了一定成绩，也存在一些理论上 和技术上的问题，如土壤中镉与土壤中矿物之间的吸附与解吸。固定与释放的平衡关系的研 究，土壤中镉的形态特征、转化与迁移规律的系统研究，土壤中二次污染的及时处理等。总 而言之，土壤中镉的污染问题，应从源头抓起，控制污染源。对于我国这样一个人多地少的 农业大国，开展综合治理措施，显得更为必要和迫切。
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湖南农业大学课程论文
学 院： 东方科技学院 班 级：08环工一班 姓 名： 高超 学 号：200841912104 课程论文题目：土壤中镉污染现状与防治方法 课程名称：环境修复理论与技术 评阅成绩： 评阅意见：
成绩评定教师签名： 日期： 年 月 日
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