“镉”命之路——土壤重金属污染，cd元素

在我国的重金属土壤污染中，镉(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被联合国环境规划署列为全球性意义危害化学物质之首。Cd污染不仅会引起土壤功能的失调、土质的下降，还会不同程度的损害植物的生理发育，影响植株的生长代谢。Cd通过植物吸收，富集而转移进入食物链危害人类的生命和健康。

广东省生态环境与土壤研究所研究员陈能场长期关注镉，研究表明，此种重金属又特殊又棘手-迁移性强，极易进入土壤被植物富集再经食物链进入人体。

土壤中镉浓度很高主要有3种成因：

自然地球化学的运动，包括火山喷发、盐熔和单质镉的自然浓集作用，它常常导致土壤镉的高背景(常常在1.0 mg˙kg-1以上);

人类生产活动，包括采矿(每年因采矿进入生态环境中的镉为7.7×106kg)、冶炼、污灌和磷肥施用等工农业活动;

上述两种作用的复合。

我国镉污染土壤特点有色金属矿产开发、冶炼及其他工业生产排出的废气、废水和废渣都会造成镉污染。而我国的耕地大量使用的磷肥中也有相当高的镉含量，因此当这些磷肥进入土壤，也加重了土壤中的镉浓度。此外，城市污泥和垃圾的焚烧也可导致土壤中镉含量增高。

近几年来，湖南等地大米镉超标事件频发，之前曾有过调查，发现10%左右的市售大米镉超标。对此，南京农业大学教授潘根兴在接受媒体采访时指出：这与国标定得比较高有关系——大米中镉的国标限量为每公斤0.2毫克，而国际标准是每公斤0.4毫克。

“中国南方一些省份的镉污染肯定是有。”中科院地理所环境修复中心主任陈同斌在接受科技日报记者采访时也表示，应谨慎看待大米镉污染的威胁。

需要引起重视的是，对镉污染的具体地块分布，应有全面的研究结果。陈同斌表示，他们也在做一些对镉污染土壤分布的调查，但还没有到能公布的程度。

“在中国，城市废旧电池至今不能分类处理造成的镉污染，我觉得更应该引起重视。”张维理说，目前在我国许多大城市，城乡结合带不仅用于处置城市垃圾，也是城市蔬菜主要产区，源于城市垃圾的重金属污染将会直接影响到土壤和农产品安全。

在许多国家，为防治重金属污染，早已实施了废旧电池的集中收集和单独处理，而不与普通生活垃圾混合填埋。我国东部地区城市人口密集，城市垃圾产生量大，若不尽快实现生产、生活垃圾的分类处理，含镉量高的废旧电池混入大量的生活垃圾，将会在城市边缘形成严重的农田土壤和水的重金属污染。

镉污染土壤的危害

镉在人体继续导致软骨症周身痛，能引发多种恶性肿瘤

由水源或食物等引起的镉中毒多为慢性发作，它会引起消化道黏膜的刺激，出现恶心、呕吐、腹泻、腹痛、抽搐等症状，这种经消化道吸收引起的镉慢性中毒最容易损伤人的肾、脾、肝脏等器官，还会引发贫血、生殖功能下降等问题。长期摄入受到镉污染的食品，会造成镉在体内蓄积，导致骨软化症，周身疼痛，被称为“痛痛病”。镉本身也是致癌物之一，能引起肺、前列腺和睾丸的恶性肿瘤。1997年以来，美国毒物及疾病管理局一直将镉列为第6位危害人体健康的有毒物质。

在我国的重金属土壤污染中，镉(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被联合国环境规划署列为全球性意义危害化学物质之首。Cd污染不仅会引起土壤功能的失调、土质的下降，还会不同程度的损害植物的生理发育，影响植株的生长代谢。Cd通过植物吸收，富集而转移进入食物链危害人类的生命和健康。

广东省生态环境与土壤研究所研究员陈能场长期关注镉，研究表明，此种重金属又特殊又棘手-迁移性强，极易进入土壤被植物富集再经食物链进入人体。

土壤中镉浓度很高主要有3种成因：

自然地球化学的运动，包括火山喷发、盐熔和单质镉的自然浓集作用，它常常导致土壤镉的高背景(常常在1.0 mg˙kg-1以上);

人类生产活动，包括采矿(每年因采矿进入生态环境中的镉为7.7×106kg)、冶炼、污灌和磷肥施用等工农业活动;

上述两种作用的复合。

我国镉污染土壤特点有色金属矿产开发、冶炼及其他工业生产排出的废气、废水和废渣都会造成镉污染。而我国的耕地大量使用的磷肥中也有相当高的镉含量，因此当这些磷肥进入土壤，也加重了土壤中的镉浓度。此外，城市污泥和垃圾的焚烧也可导致土壤中镉含量增高。

近几年来，湖南等地大米镉超标事件频发，之前曾有过调查，发现10%左右的市售大米镉超标。对此，南京农业大学教授潘根兴在接受媒体采访时指出：这与国标定得比较高有关系——大米中镉的国标限量为每公斤0.2毫克，而国际标准是每公斤0.4毫克。

“中国南方一些省份的镉污染肯定是有。”中科院地理所环境修复中心主任陈同斌在接受科技日报记者采访时也表示，应谨慎看待大米镉污染的威胁。

需要引起重视的是，对镉污染的具体地块分布，应有全面的研究结果。陈同斌表示，他们也在做一些对镉污染土壤分布的调查，但还没有到能公布的程度。

“在中国，城市废旧电池至今不能分类处理造成的镉污染，我觉得更应该引起重视。”张维理说，目前在我国许多大城市，城乡结合带不仅用于处置城市垃圾，也是城市蔬菜主要产区，源于城市垃圾的重金属污染将会直接影响到土壤和农产品安全。

在许多国家，为防治重金属污染，早已实施了废旧电池的集中收集和单独处理，而不与普通生活垃圾混合填埋。我国东部地区城市人口密集，城市垃圾产生量大，若不尽快实现生产、生活垃圾的分类处理，含镉量高的废旧电池混入大量的生活垃圾，将会在城市边缘形成严重的农田土壤和水的重金属污染。

镉污染土壤的危害

镉在人体继续导致软骨症周身痛，能引发多种恶性肿瘤

由水源或食物等引起的镉中毒多为慢性发作，它会引起消化道黏膜的刺激，出现恶心、呕吐、腹泻、腹痛、抽搐等症状，这种经消化道吸收引起的镉慢性中毒最容易损伤人的肾、脾、肝脏等器官，还会引发贫血、生殖功能下降等问题。长期摄入受到镉污染的食品，会造成镉在体内蓄积，导致骨软化症，周身疼痛，被称为“痛痛病”。镉本身也是致癌物之一，能引起肺、前列腺和睾丸的恶性肿瘤。1997年以来，美国毒物及疾病管理局一直将镉列为第6位危害人体健康的有毒物质。

镉在人体内潜伏达10到30年，因危害性易被人忽视

镉污染因其隐蔽性和滞后性往往容易被人忽视。大气污染、水污染和废弃物污染等问题一般比较直观，而土壤污染往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。

在遭受镉污染的地区，人们通常对于污染状况认识不足，认为只要还能长出粮食，就可以继续种植食用。

被镉污染的大量稻田：据估算，中国仅镉污染的耕地就有8000万亩左右，被镉、砷等污染的耕地近1.8亿亩;黄河水系、淮河干流、滦河的镉超标率都在16%以上。

另一方面，短期摄入镉超标食品伤害并不会立即显现。由于进入到人体的镉生物学半衰期长达10到30年，在这期间，摄入的镉将主要在肝、肾部积累，经过数年甚至数十年慢性积累后，人体才会出现显著的镉中毒症状。但此时，土壤已经完全被镉污染破坏。镉污染具有相当大的不可逆性，土壤一旦被污染，对农作物的影响将持续很长一段时间。

中国近10%耕地被污染含镉量超标26倍，黄河水系超标16%以上

据估算，中国仅镉污染的耕地就有8000万亩左右，被镉、砷等污染的耕地近1.8亿亩。我国每年由工业废弃物排放到环境中的镉总量约680余吨。在一些重金属污染严重的地区，稻田有效镉含量甚至是国家允许值的26倍。

被镉污染的生菜叶子：美国农业部的一项研究表明，水稻是对镉吸收最强的大宗谷类作物，其籽粒镉水平仅次于生菜。

潘根兴几年前的研究表明，大米镉超标程度视土壤和品种而定。超级杂交稻比一般水稻更容易吸收金属镉。令水稻更易吸收镉的基因近年来也被发现。科学家已在实验种植基本不吸收镉的水稻品种。

土壤镉污染的植物修复

金属排斥是植物抑制重金属进入其体内，或吸收后排出，或阻碍转运过程的现象。

研究表明，植物的细胞脂膜具有选择特异性，是限制Cd2+利用跨膜运输进入细胞内的重要屏障。另外，依据对耐性植物的金属吸收与代谢关系的相关性研究发现，植物的原生质膜能够利用转运器运载主动将重金属排除体外。

螯合作用是通过诱导合成金属配位体，并形成金属配位体复合物，且在器官、细胞和亚细胞水平区室化分布，来降低Cd的毒性。它们能结合植物吸收的Cd2+并去毒化转运至液泡储存，有效减少游离态Cd。

自然界中的重金属污染主要是多元素复合污染，Cd在与其它金属交互作用中，表现为协同、累加或拮抗等特性，其中以拮抗作用对植物的生长最为有利，研究价值最大。

海洲香薷——重金属超级累植物

Cd在与Cu的复合污染中，会通过竞争吸附位点表现出拮抗效果，Cd会与Zn竞争土壤胶体中的吸附点，释放土壤中的化合态Zn，从而提高土壤中Zn的有效性，减少Cd进入植株体的几率;Ca与Cd在土壤中的相互作用，主要呈现出显著抑制吸收的拮抗作用，更好地提高了植株的耐受性，Ca拮抗Cd的主要方式在地上部分，通过有效运转Cd到地上进行消耗金属排斥是植物抑制重金属进入其体内，或吸收后排出，或阻碍转运过程的现象。

有研究表明，植物的细胞脂膜具有选择特异性，是限制Cd2+利用跨膜运输进入细胞内的重要屏障。另外，依据对耐性植物的金属吸收与代谢关系的相关性研究发现，植物的原生质膜能够利用转运器运载主动将重金属排除体外。植物对Cd的沉淀主要是通过细胞壁和液泡来完成的，通常被沉淀后的Cd会失去毒性。细胞壁是植株阻碍Cd2+进入植物细胞的第一道屏障，通过利用细胞壁的沉淀发挥功能，Cd2+在穿过细胞壁时会部分与细胞壁上的基团结合、沉淀、络合或吸附，从而阻止了大量Cd2+进入原生质体内，降低Cd毒害。

Ca与Cd在土壤中的相互作用，主要呈现出显著抑制吸收的拮抗作用，更好地提高了植株的耐受性，Ca拮抗Cd的主要方式在地上部分，通过有效运转Cd到地上进行消耗或排解。