土壤镉污染及其修复方法

陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西西安 710075）

摘要 土壤污染日趋严重，而以重金属镉为主要污染物的土壤镉污染尤为突出。本文就此展开了论述、分析，主要介绍了土壤镉污染的危害、来源、特点及修复方法，旨在为土壤镉污染修复提供理论依据。

关键词 土壤镉污染；来源；特点；危害；修复方法

中图分类号 X53；S15 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）11-0175-03

Research on Soil Cadmium Pollution and Its Remediation Methods

ZHU De-qiang

（Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.，Ltd.，Institute of Land Engineering and Technology of Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.，Ltd.，Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering of the Ministry of Land and Resources，Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center，Xi′an Shaanxi 710075）

Abstract Soil pollution is becoming more and more serious，soil cadmium pollution is particularly prominent.In this paper，the soil cadmium pollution was discussed and analyzed including its sources，characteristics，harm and remediation methods of soil cadmium pollution so as to provide theoretical basis for soil cadmium pollution remediation.

Key words soil cadmium pollution；source；characteristics；harm；remediation method

土壤作为连接无机界和有机界的纽带，是地球上物质循环、能量迁移转化的重要场所[1]，在保护环境和维持生态平衡中具有重要作用[2]。近年来，随着工矿业“三废”的排放与堆放、农化产品的不当使用及污水灌溉、城镇化发展伴生问题的发生，重金属镉通过各种途径进入土壤并造成污染[3]，在影响植物产量和质量的同时，也会通过能量流动最终富集到人体中造成危害。因此，土壤镉污染修复已成为目前亟待解决的问题。但由于其隐蔽性、滞后性、累积性等特点，给土壤修复带来了困难。面对严峻的污染形势，人们采用物理修复、生物修复、农业生态修复、化学修复等方法，为实现土壤可持续利用不断努力。本文通过论述、分析土壤镉污染的来源、危害、特点及修复方法，以期为土壤镉污染修复提供理论依据。

1 土壤镉污染危害

镉是一种生物毒性极强的重金属元素。联合国粮农组织和世界卫生组织还曾议定了人体能摄入镉的最低剂量，对镉的限制十分严格。由于土壤是连接生物界与非生物界的纽带，所以镉一旦进入土壤，势必会引起生物圈的污染。因此，本文主要介绍镉对农作物生长及人体健康的影响。

1.1 对植物的危害

镉是植物生长过程中的非必需元素。对植物的影响可分为2个层次：植物细胞、植物体。镉进入植物细胞内会影响核酸、细胞内蛋白的合成，破坏细胞中的膜结构，还能与酶形成共价键而结合影响其活性，降低细胞中的叶绿素含量。当种子进入镉污染的土壤后，镉会降低种子活力，抑制种子的有丝分裂、萌发率、根的生长速率。当种子发芽长成植株后，镉还会影响其植物根系的生长、降低对水分和养分的吸收，由于镉在细胞中的累积，光合、蒸腾作用也受到阻碍，影响植物正常生长，最终导致减产。镉离子进入植物体后，在植物的各个器官之间迁移，并渐进累积到果实、籽粒中，进而影响其质量、产量[4]。

1.2 对人体的危害

对于人体来说，镉元素同样不是必需微量元素。由于人类位于食物链的顶端，镉便随着物质循环、能量流动，通过饮食、饮水、呼吸等途径进入人体。人体内的镉均源于外界，主要通过呼吸道进入人体，一旦进入人体就很难再排出体外，随着年龄的增长逐渐积累。镉对人体的毒害，分为急性毒害與慢性毒害2种[5]。急性毒害主要损伤肝脏，慢性毒害主要损伤肾脏。吸入含镉的气体能造成急性中毒，表现出胸闷气短、咽痛咳嗽、全身酸痛无力等症状，严重者会出现肺水肿、肺炎，有明显的呼吸困难，甚至会因急性呼吸衰竭而死亡。若食物中含有镉，误食后也可引起急性镉中毒，10～20 min后就会发生恶心、呕吐、腹泻等症状，严重者甚至出现抽搐、休克等症状，需要经过3～5 d才可恢复。长期暴露于低镉环境中的人体则会慢性中毒，尿中含大量低分子量蛋白质，导致肾小管功能障碍、损害肾脏。在人体内的镉还会替代部分骨质中的钙，造成骨质疏松、骨骼变形，甚至死亡。这就是痛痛病的原因。此外，镉元素还有较强的致癌、致畸和致突变作用。由于镉的生物半衰期长达10～30年，而且目前还没有对于镉有效的药物，对人体生命健康产生严重的影响。

2 土壤镉污染来源

土壤污染来源包括工业生产污染、农业生产污染、城市发展污染3个方面，具体可以其细分为以下4点。

2.1 干湿沉降

大气中的镉主要是以气溶胶的形式存在，其通过自身重力作用或者雨水淋洗而进入土壤。干湿沉降夜以继日地进行着，土壤中的镉不断累积而产生污染。大气的干湿沉降是土壤镉污染的主要原因，每年耕地中大约有15 g/hm2的镉输入，占全部镉污染来源的88%左右。

2.2 污水、污泥农用

由于我国水资源缺乏，特别是北方，随着工业的发展，用水量不断加大，导致农业用水紧缺，人们就想到了用污水进行灌溉。而在多数情况下，用于灌溉的水质并不达标，便造成了污染。污水灌溉镉污染土壤的事例也不在少数，如沈阳张士污灌区、甘肃白银污灌区。另外，为了实现废物再利用，盲目地将富含氮、磷、钾的污泥用作有机肥施入土壤，由于其中也含有大量的重金属镉，从而造成污染。马学文等[4]对全国近200个污水处理厂污泥进行调查，发现镉含量明显升高。

2.3 农化产品的使用

由于人口的不断增加，人们对粮食的需求量也在不断增加，由于过度用地，导致土壤肥力下降。为了提高土壤肥力、增加粮食产量，人们便开始向土壤中施加化肥。众所周知，磷是植物生长的必需元素，镉伴随磷肥不断施入土壤而导致土壤污染。进口磷肥中的镉含量是国内磷肥含量的10～20倍，成为一个重要的镉污染源。同时，人们为了提高产量，还向植物喷洒农药以防治病虫害，而高镉含量的农药并不占少数。此外，大量使用农膜造成白色污染的同时也造成了镉污染，这是由于在农膜生产过程中添加了含镉的热稳定剂。总而言之，农化产品的不当使用是镉污染土壤的一个主要来源。

2.4 生活、生产垃圾的堆放

日常生活的大量垃圾未及时收集、处理而随意堆放，其中所含的镉元素经雨水溶解、沉淀作用，大多渗入到周围土壤中并累积，导致土壤中镉含量增加。采矿厂、冶炼厂等重工业厂矿产生的废渣乱堆乱放，其中的镉也与生活垃圾一样，受到雨水冲刷、沉淀等作用而污染土壤。江西省主要矿区重金属污染状况显示，农田中的镉含量高达29.8 mg/kg。此外，人们对于肉类需求量的增加也促使全国规模化养殖场的数量不断增加，由于镉很难被畜禽吸收，即随粪便排出体外。堆积的粪便也如同生活垃圾、废渣，逐渐污染土壤；而用作有机肥施入土壤的粪便直接造成镉污染。

3 土壤镉污染特点

土壤是由固体、液体、气体组成的一个多相多孔的疏松体。由于其复杂的结构，当污染物进入到土壤后会发生很多未知的变化，所以土壤污染有别于大气污染、水体污染而形成自己的特点。

3.1 隐蔽性和滞后性

大气和水体的污染比较直观，人们对于其污染也比较敏感。如雾霾严重时，人们会感觉到嗓子难受、眼睛流泪，看到天空像被浓雾笼罩。而土壤污染时，具有隐蔽性，人们不能通过视觉、嗅覺感知到，只有通过分析检验才能判断其是否受到污染。受到污染的土壤，其有害物质最先伴随着作物吸收养分而累积到作物中，之后由于能量流动，通过食物链转移到动物和人体中，由人体和动物的健康状况反映出来。从开始受到污染到导致后果会经历很长时间，体现了土壤污染的滞后性。日本的痛痛病就是一个很好的例证。当证实该病是由于镉中毒时，导致这一后果的铅锌矿厂已经结束开采，其间经历了20年。

3.2 累积性和不可逆性

污染物在大气与水体中更容易迁移、扩散，只要有效地治理污染源就能很高效地治理污染。由于土壤本身性质的原因，镉一旦进入土壤后，并不能像其在大气与水体中那样容易稀释、扩散。虽然土壤有自净能力，但只有很少的一部分被净化，未被净化的部分则不断累积到土壤中。许多有机物质需要很长时间才能降解，而某些重金属污染的土壤甚至需要200～1 000年才能恢复[6]。同样，镉也会累积，当其累积到一定的数量之后，会对土壤性质、结构引起变化，使土壤很难再恢复到原本的状态，故土壤镉污染几乎是一个不可逆的过程。

3.3 难以治理性和后果严重性

正是由于土壤镉污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆转性的特点，所以难以治理。受污染的土壤会严重影响粮食安全，除去籽实中有害物质含量超标以外，轻则减产，重则绝收。甚至有些镉污染严重的土壤重新播种后仍然受害。而且污染土壤中的镉多数会通过食物链危害人体、动物的健康，甚至影响生命。此外，土壤中的镉在雨水、重力的作用下会进入江河、湖泊、海洋以及地下水造成水体污染；还会在风力的作用下进入大气造成大气污染。

4 土壤镉污染修复方法

土壤污染修复是指通过技术手段促使受污染的土壤恢复其基本功能和重建生产力的过程。土壤重金属污染修复则是排除土壤中重金属的影响。由于土壤中的重金属易受到土壤pH值、土壤类型、CEC值、Eh值等因素的影响，其离子交换、吸附解吸、络合沉淀、氧化还原等都会发生变化而导致活性改变。而且土壤重金属污染具有隐蔽、滞后、不断累积、不可逆、难以治理、后果严重的特点。因此，国内外学者已将如何修复、治理镉污染土壤作为一个重要课题研究。宏观上说，修复土壤镉污染有2种思想：一是除去土壤中的镉；二是通过改变土壤中镉离子的活性，降低其生物毒性。围绕着这2种主要思想，按照修复工艺原理将镉污染修复方法主要分为以下4种：物理修复、生物修复、农业生态修复、化学修复。

4.1 物理修复

物理修复是指用物理方法将土壤中的镉稀释、去除、固定以降低其对土壤环境的影响，主要包括客土、换土、去表土、深耕翻土、热处理、电动修复、固化玻璃化等方法（表1）[7]。物理方法整体上来说效果较好，但是工程量大、高耗能、影响土壤结构。

4.2 生物修复

生物修复是指利用某些特殊的动物、植物、微生物，通过其生命活动吸收或者转化镉从而降低其生物毒性，净化土壤环境，主要包括动物修复、植物修复、微生物修复（表2）[7]。该方法可改良土壤，投资小且易于操作，但受到土壤环境、污染浓度、重金属种类的限制。

4.3 化学修复

化学修复是指通过向污染土壤中添加钝化剂、淋洗剂等物质降低镉的水溶性、扩散性、生物有效性，从而改变其化学形态、影响其化学行为，以减轻镉对土壤环境的危害。主要包括络合淋洗、原位钝化等方法（表3）[7]。化学修复整体来说，原位操作，经济可行，但可能会造成二次污染。该技术的关键是钝化剂、淋洗剂的选择以及添加剂量的确定。

4.4 农业修复

农业生态修复是指因地制宜地制定出一套适合污染地区的农业行为，以减少镉通过植物进入食物链的机会，降低其对生态环境的毒害，主要包括农艺修复、生态修复（表4）[7]。该方法对土壤环境扰动较小，但修复时间较长，效果并不显著。

5 结语

土壤是人类赖以生存的重要自然资源，但土壤镉污染却愈演愈烈。人们要做到有的放矢，如根据土壤镉污染的来源不同制订相应的防治、修复措施，根据其污染情况的严重与否选择不同的修复方法。因此，只有在全面掌握土壤镉污染来源、危害、特点以及修复方法等诸多相关知识的前提下，加强科普宣传，加快合理立法，增强全社会保护环境的责任和意识，使土壤镉污染防治、修复成为自觉行动、全民行为，才能做到有效治理、预防土壤镉污染。

6 參考文献

[1] 朱鲁生.环境科学概论[M].北京：中国农业出版社，2005：1-2.

[2] 串丽敏，赵同科，郑怀国，等.土壤重金属污染修复技术研究进展[J].环境科学与技术，2014，37（120）：213-222.

[3] 朱德强，梁成华，杜立宇，等.含方解石物质对土壤镉赋存形态的影响[J].水土保持学报，2016，30（1）：326-330.

[4] 马学文，翁焕新，章金骏.中国城污泥重金属和养分的区域特性及变化[J].中国环境科学，2011，31（8）：1306-1313.

[5] JOHANNES G，FRANZISKA S，CHRISTIAN G S，et al.The toxicity of cadmium and resulting hazards for human health[J].Journal of Occupational Medicine and Toxicology，2006，1（22）：1186.

[6] 陈印军，杨俊彦，方琳娜.我国耕地土壤环境质量状况分析[J].中国农业科技导报，2014，16（2）：14-18.

[7] 陈怀满.土壤-植物系统中的重金属污染[M].北京：科学出版社，1996：27-28.