導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇重金屬對(duì)環(huán)境的影響，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：污泥農(nóng)用；重金屬元素；環(huán)境及健康；緩解措施

城市污泥是指在污水處理中產(chǎn)生的固體產(chǎn)物。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前美國(guó)所積累的干污泥總量已達(dá)1000萬(wàn)t，歐洲各國(guó)總計(jì)達(dá)660萬(wàn)t，日本為240萬(wàn)t左右[1]。隨著中國(guó)城市化的不斷發(fā)展，到2010年為止，全國(guó)產(chǎn)生廢水的總量已經(jīng)達(dá)到125萬(wàn)m3/天。污泥作為污水處理廠的主要產(chǎn)物，急需有效且安全的處理方式。目前污水的處理方式包括污泥焚燒、填埋法和農(nóng)田利用法。由于擔(dān)心污泥中的一些毒性病原體可能會(huì)引起人類的健康問(wèn)題，西方的許多國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)法規(guī)來(lái)限制污泥的農(nóng)田利用。污泥填埋的高費(fèi)用已經(jīng)促使污泥的處理朝向污泥焚燒來(lái)提供熱量用于發(fā)電。污泥的農(nóng)田利用也被視為一種能回收利用污泥中植物營(yíng)養(yǎng)的有效方式，特別是污泥中的N、P元素對(duì)作物的生長(zhǎng)促進(jìn)十分明顯。

城市污泥中的污染物可以被大致劃分為3種主要的種類：①無(wú)機(jī)元素（例如金屬和微量元素）；②有機(jī)元素（例如PCBs、PCDD、PPCPs、PAHs、表面活性劑）；③毒性病原體（例如細(xì)菌、病毒、寄生蟲）。本文主要對(duì)重金屬元素環(huán)境影響進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上研究污泥農(nóng)用過(guò)程中重金屬元素的控制措施。

1 污泥農(nóng)用中重金屬的影響

由于城市廢水主要來(lái)自生活廢水、工商業(yè)廢水和市區(qū)地表河流的排放，因而含有大量的重金屬元素，特別是在一些發(fā)達(dá)城市和工業(yè)化城市中，城市污泥的潛在有毒重金屬含量特別高，在污泥農(nóng)用過(guò)程中可能會(huì)進(jìn)行累積，進(jìn)入生物鏈；或是由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)安全的處理途徑，會(huì)對(duì)人體和環(huán)境健康造成重大影響。重金屬由于具有難遷移、易富集、危害大等特點(diǎn)，一直是限制污泥農(nóng)業(yè)利用的最主要因素[2]。目前關(guān)于污泥中重金屬的研究集中在Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni，但不同國(guó)家及不同城市的污泥重金屬含量范圍變化都很大。

一般來(lái)說(shuō)，像在埃及這樣的以農(nóng)業(yè)灌溉為主的國(guó)家里，城市污泥中重金屬含量相對(duì)較低。1980年前，污泥中重金屬含量幾乎僅占干重的0.5%～2%，最多時(shí)也只有干重的6%。美國(guó)和歐洲的城市污泥中重金屬含量的急劇下降，不僅與他們本國(guó)嚴(yán)格的法律限制有關(guān)，也和他們國(guó)家與污水處理廠達(dá)成的協(xié)議，控制工業(yè)廢水重金屬含量緊密相連。

重金屬在污泥中的運(yùn)移、生物有效性以及生態(tài)毒性與污泥所施用土壤的pH值、陽(yáng)離子的交換量（CEC）、有機(jī)質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)及土壤質(zhì)地有關(guān)[3]。隨著土壤pH值的增加，土壤對(duì)重金屬的吸附能力也逐漸增強(qiáng)。土壤中有機(jī)質(zhì)的存在形態(tài)也會(huì)影響重金屬的生物有效性。由于有機(jī)質(zhì)可以分為可溶和不可溶2種，不可溶的有機(jī)質(zhì)會(huì)阻礙土壤中作物對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸收，通過(guò)使重金屬離子牢牢吸附在有機(jī)質(zhì)表面來(lái)降低重金屬的生物有效性。然而，可溶性有機(jī)質(zhì)組分可以通過(guò)形成重金屬和有機(jī)質(zhì)互溶組分來(lái)提高重金屬在土壤的活性。同時(shí)， Tessier等采用分級(jí)提取的辦法，將重金屬分為交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘余態(tài)5個(gè)組分[4]。Pérez-Cid [5]等發(fā)現(xiàn)可交換態(tài)的重金屬最易被作物吸收，有含量低、生物有效性大的特點(diǎn)；碳酸鹽巖態(tài)易在酸性條件下分解釋放，對(duì)作物的生物有效性也很明顯；鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)在氧化還原電位降低時(shí)易釋放出來(lái)；硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)主要包括重金屬硫化物沉淀及與各種有機(jī)質(zhì)結(jié)合的重金屬，是相對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)；殘?jiān)鼞B(tài)是存在于礦物晶格中的重金屬，是生物難以利用的形態(tài)[6]。在土壤質(zhì)地方面，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Zn在酸性土壤中的生物有效性更大，相比之下，Cu在堿性土壤中的生物有效性更明顯。

2 重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

由于污泥的長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致重金屬元素在土壤中的聚集，從而使土壤受到污染，進(jìn)而可能使地下水環(huán)境受到污染。針對(duì)重金屬對(duì)地下水的污染以及評(píng)估土壤自身重金屬污染程度可以采用Nemerow指數(shù)法。其特點(diǎn)是既考慮了污染物的平均濃度，又兼顧了濃度最大的污染物對(duì)地下水污染的影響[7]。

Nemerow指數(shù)法計(jì)算公式為：

式中：Pi為重金屬污染物的分項(xiàng)污染指數(shù)；ci為重金屬污染物的實(shí)測(cè)濃度（mg/L）；coi為重金屬污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）；（Pi）max為各項(xiàng)污染指數(shù)中污染指數(shù)Pi的最大值；Pi為各項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。

Nemerow指數(shù)法反映地下水受重金屬污染的程度，綜合污染指數(shù)越大，說(shuō)明地下水污染程度越嚴(yán)重。Nemerow指數(shù)具體指標(biāo)分級(jí)界限視研究區(qū)地下水中重金屬濃度的類型、濃度等確定。

3 污泥農(nóng)用中對(duì)重金屬元素的控制措施

篇2

關(guān)鍵詞:超富集植物;生態(tài)毒理;氮素代謝;重金屬

中圖分類號(hào):[S19] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-0432(2010)-10-0045-2

0 前言

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展、城市的急劇擴(kuò)大,自然環(huán)境中的重金屬污染日益嚴(yán)重。重金屬污染不僅導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低,而且可能通過(guò)直接接觸、食物鏈傳遞等途徑危及人類的生命和健康。根據(jù)現(xiàn)存的技術(shù)包括用機(jī)械去除和化學(xué)修復(fù)方法去清除重金屬污染的土壤較為困難,并且處理費(fèi)用較為昂貴。近年來(lái),對(duì)土壤擾動(dòng)少、成本低且能大面積推廣應(yīng)用的重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

通常現(xiàn)在采用較多的是Baker在1983年提出的參考值為:植物葉片或地上部(干重)Cd含量達(dá)到100mg/kg,Co、Cu、Ni,、Pb含量達(dá)到1000g/kg,Mn、Zn的含量要達(dá)到10000mg/kg。超富集植物對(duì)重金屬的吸收機(jī)制也受到了廣泛的關(guān)注,目前,在超富集植物的研究方面,著重對(duì)重金屬的生態(tài)毒理和氮素代謝機(jī)制的研究,為了更好的利用超富集植物來(lái)修復(fù)受重金屬污染的土壤,本文就超富集植物對(duì)重金屬的生態(tài)毒理和氮素代謝機(jī)制影響作一個(gè)綜述。

1 超富集植物對(duì)重金屬的生態(tài)毒理機(jī)制

1.1 細(xì)胞壁沉淀和細(xì)胞區(qū)室化作用

重金屬離子進(jìn)入植物體內(nèi)時(shí)會(huì)有一部分沉淀在細(xì)胞壁上,從而阻止過(guò)多的重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞原生質(zhì)使其免受傷害。細(xì)胞內(nèi)區(qū)室化作用與超富集植物耐受和超富集重金屬密切相關(guān)。鄧華在研究錳對(duì)短毛蓼亞細(xì)胞分布的結(jié)果表明:短毛蓼不同器官90%的以上的錳分布在細(xì)胞壁和可溶性部分。在組織和細(xì)胞水平,重金屬在超富集植物內(nèi)呈區(qū)室化分布。組織水平上,重金屬大多積累在表皮細(xì)胞、亞表皮細(xì)胞和表皮毛中,一定程度上減輕葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)及生理功能所受的傷害;至于細(xì)胞內(nèi),重金屬貯存在液泡中,減少了重金屬對(duì)細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞器中各種生理代謝活動(dòng)的傷害。

1.2 植物體對(duì)重金屬的螯合機(jī)制

目前在超富集植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的螯合重金屬的物質(zhì)有草酸、蘋果酸、檸檬酸、組氨酸和谷胱甘肽(GSH)等小分子物質(zhì)和重金屬結(jié)合蛋白(MBP)大分子物質(zhì)。GSH是含非蛋白硫基的小分子量多肽,它在抵御植物細(xì)胞受活性氧攻擊過(guò)程中,參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡和H2O2的水平,所以它起著非常重要的作用。GSH在植物螯合肽合成酶催化下,聚合成對(duì)重金屬親和力較強(qiáng)的植物螯合肽(PCs),它是植物組織中富含-SH的多肽,通常PC在植物組織中的含量較低,但是在重金屬的誘導(dǎo)下,PCs合成酶可以在半胱氨酸為底物的條件下合成植物絡(luò)合素。并能與重金屬離子螯合成無(wú)毒化合物,減輕重金屬離子對(duì)植物的毒害。因此,植物誘導(dǎo)PCs的合成是其解毒機(jī)制之一。據(jù)吳靈瓊等人報(bào)道,PCs能與重金屬如Cd+在根部細(xì)胞內(nèi)形成區(qū)室化以阻止重金屬對(duì)根部的進(jìn)一步損傷。劉可慧等人研究了小白菜通過(guò)植物體中非酶物質(zhì)(SH、GSH、PCs)含量的增加來(lái)緩解重金屬Cd引起的毒害。

1.3 抗氧化酶系統(tǒng)激活保護(hù)作用

超富集植物在重金屬脅迫下,可激活超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)組成的抗氧化酶系統(tǒng),并有效的清除產(chǎn)生的過(guò)多的活性氧,從而減輕重金屬對(duì)植物的毒害。閆研研究了李氏禾對(duì)重金屬鉻誘導(dǎo)的氧化脅迫實(shí)驗(yàn)中表明隨著鉻脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),SOD、POD、CAT酶活呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)。隨著鉻脅迫質(zhì)量濃度的增加,MDA逐漸升高,膜透性增大,3種抗氧化酶先升后降。植物體內(nèi)的抗氧化物酶(SOD、POD、CAT)在清除活性氧自由基方面起著重要的作用。SOD在抗氧化酶中處于核心地位,是重要的含Zn酶類,在供Zn不足的條件下,一般植物的正常生長(zhǎng)會(huì)受到抑制,體內(nèi)SOD或Cu/Zn-SOD活性會(huì)顯著下降,而在過(guò)量供Zn的條件下,過(guò)量的Zn會(huì)破會(huì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu),對(duì)植物產(chǎn)生毒素,使得SOD活性下降或短暫升高;它將02-歧化為H2O,同時(shí)催化Fenton反應(yīng)產(chǎn)生更多的OH。一旦植物細(xì)胞中的保護(hù)酶系統(tǒng)的平衡遭到破壞,導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除失衡,必將使植物的生理代謝紊亂加速植物體的衰老和死亡。

2 重金屬對(duì)超富集植物氮素代謝影響機(jī)制

重金屬對(duì)植物的毒害作用歸因于其對(duì)植物的光合作用、呼吸作用、礦物營(yíng)養(yǎng)、植物的水分狀態(tài)、氮素代謝以及誘導(dǎo)其受到氧化脅迫。氮素代謝對(duì)重金屬的毒性的響應(yīng)是很重要的,用Cd對(duì)植物進(jìn)行處理后,植物會(huì)通過(guò)氮素代謝合成一組含N的代謝產(chǎn)物,氮素代謝影響了植物功能的所有水平,從代謝到資源分配,植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。

2.1 重金屬對(duì)植物無(wú)機(jī)N同化的影響

氮是許多植物體中所必須的礦物元素,占植物體干重的1.5-2%。在大多數(shù)的農(nóng)業(yè)土壤中,硝酸鹽是植物最重要的N的來(lái)源,氮素代謝受到各種植物中存在的重金屬的影響。Ewa揭示了Ni不僅抑制了小麥葉片木質(zhì)部中NO3-的吸收和運(yùn)輸使NH4+的大量累積,而且也抑制了NR和NiR的活性從而對(duì)硝酸鹽的同化產(chǎn)生了很大的影響。NR是氮同化的限速酶,對(duì)重金屬的脅迫很敏感。在植物中,從硝酸鹽同化為氨基酸涉及以下的反應(yīng):硝酸鹽首先通過(guò)NR和NiR還原為NH4+,這一步是N-NO3-轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)N的關(guān)鍵。銨的累積對(duì)細(xì)胞具有較大的毒性,需被快速的同化。于方明等人在研究Cd對(duì)超富集植物圓錐南芥氮素代謝的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)隨著Cd濃度的增加圓錐南芥植物體中的NH4+含量明顯增加。

2.2 重金屬對(duì)植物有機(jī)N同化的影響

通常NH4+的同化過(guò)程有兩條高效的調(diào)控途徑:銨與α-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶(GDH)的作用下合成谷氨酸;NH4+然后通過(guò)GS/GOGAT循環(huán)結(jié)合成谷氨酰胺和谷氨酸:在GS 的催化作用下,銨與谷氨酸結(jié)合生成谷氨酰胺,而GOGAT催化谷氨酰胺與α-酮戊二酸結(jié)合,形成2分子谷氨酸。谷氨酰胺和谷氨酸是主要的含N化合物(氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)、葉綠素、生物堿等)生物合成的供體,在植物面對(duì)重金屬的脅迫過(guò)程中起著重要的作用。除了大多數(shù)氨基酸合成的基質(zhì),谷氨酸也是游離脯氨酸的產(chǎn)物,游離脯氨酸可以保護(hù)植物免受Ni的脅迫。經(jīng)過(guò)Ni處理的水稻葉片中,伴隨著谷氨酸含量的減少游離脯氨酸含量的增加。GS是高等植物體內(nèi)氨同化的關(guān)鍵酶之一。因此,在植物體銨同化的初級(jí)階段,GDH所起的作用相對(duì)較小或不起作用。

3 存在的問(wèn)題及展望

利用超富集植物修復(fù)重金屬污染的土壤是一種高效、經(jīng)濟(jì)、綠色的方法。目前,雖然我們?cè)诔患参飳?duì)重金屬的吸收特性和貯存機(jī)制等方面做了大量的研究,但對(duì)超富集植物的超富集功能的生理生化機(jī)制、分子生物學(xué)機(jī)制等方面還缺乏足夠的了解,這成了我們以更加優(yōu)化的模式應(yīng)用超富集植物以及獲得更大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的障礙。所以在未來(lái)的研究過(guò)程中還是有幾方面需要進(jìn)一步的研究和完善。

應(yīng)更深入的進(jìn)行微觀方面的研究,可以把超富集植物的基因轉(zhuǎn)移到一般植物中,以提高普通植物對(duì)重金屬污染土壤的耐性和修復(fù)性;可以考慮植物-微生物復(fù)合體系,以提高植物修復(fù)污染土壤的效率;由于大多數(shù)的超富集植物的生物量小,生長(zhǎng)較慢,應(yīng)進(jìn)一步對(duì)重金屬超富集植物進(jìn)行篩選,建立重金屬超富集植物的物種資源庫(kù)。加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植物修復(fù)的研究,在篩選出的原有超富集植物的基礎(chǔ)上培育出生長(zhǎng)快、高生物量的更加優(yōu)越的轉(zhuǎn)基因植物,以滿足對(duì)受重金屬污染土壤植物修復(fù)的需要和達(dá)到較好的效果;對(duì)重金屬脅迫超富集植物機(jī)理的研究尤其是對(duì)氮素代謝影響的研究也是將來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。清楚了解超富集植物對(duì)重金屬的耐受機(jī)制將會(huì)有助于成功而有效的設(shè)計(jì)對(duì)受污染土壤的修復(fù)體系,以及有利于利用超富集植物的基因增強(qiáng)一般植物的修復(fù)和提取污染物的能力。

參考文獻(xiàn)

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篇3

關(guān)鍵詞：重金屬污染；城市環(huán)境；汽車尾氣排放；工業(yè)三廢；生活垃圾

中圖分類號(hào)：X131　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1009-2374(2011)28-0125-03

伴隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市重金屬污染問(wèn)題已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。重金屬污染的主要來(lái)源是工業(yè)污染，此外還有交通污染和生活污染等，簡(jiǎn)而言之，主要是工業(yè)“三廢”的任意排放，汽車尾氣的排放和日常生活垃圾中重金屬的污染。重金屬污染的主要影響是對(duì)大氣、土壤和水體等帶來(lái)了很嚴(yán)重的污染，危害了人的健康。針對(duì)這種污染現(xiàn)狀，應(yīng)該減少或切斷重金屬污染源，控制土壤和水體的重金屬污染，減輕對(duì)于人體健康的危害。

一、城市重金屬污染的現(xiàn)狀及具體問(wèn)題

(一)地面揚(yáng)塵中重金屬超標(biāo)，空氣質(zhì)量變差

由于汽車尾氣的排放，很多重金屬顆粒進(jìn)入空氣中，如鉛、汞等。此外城市土壤也受到了嚴(yán)重的重金屬污染，導(dǎo)致了地面揚(yáng)塵直接被人們呼吸進(jìn)體內(nèi)。針對(duì)顆粒物來(lái)源的有關(guān)分析表明，在重慶，城區(qū)道路的地面揚(yáng)塵對(duì)大氣TSP的貢獻(xiàn)比為5％～13％，長(zhǎng)春空氣顆粒物的來(lái)源中土壤占到36.7％。北方地區(qū)的春季容易刮大風(fēng)，每年沙塵暴天氣常常發(fā)生。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)沙塵暴發(fā)生時(shí)，來(lái)自土壤的元素和離子的濃度會(huì)迅速增加，主要污染的重金屬元素Pb，zn，cd，cu在沙塵暴發(fā)生期問(wèn)的濃度會(huì)比平時(shí)高3～12倍，而且TSP和PMl0的質(zhì)量濃度相當(dāng)高，顯而易見，通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)分析，我們能夠認(rèn)知到地面揚(yáng)塵中的重金屬超標(biāo)，導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差，進(jìn)而通過(guò)人們的呼吸進(jìn)入人體，給健康帶來(lái)了很大的隱患和威脅。

(二)土壤重金屬含量過(guò)高，城市郊區(qū)的蔬菜不合格

郊區(qū)土壤重金屬含量過(guò)高的主要源頭就是城區(qū)，城區(qū)龐大的交通量帶來(lái)的尾氣污染和大量的工廠的“三廢”排放一定程度上也影響了郊區(qū)土壤重金屬含量。郊區(qū)是城市蔬菜食品的最主要的供給點(diǎn)，由于郊區(qū)土壤受到了污染，蔬菜食品中的重金屬含量也會(huì)上升。一些蔬菜中某些重金屬含量甚至已經(jīng)超出了上百倍，而這也是癌癥患者越累越多的原因之一。2003年烏魯木齊市蔬菜重金屬含量的調(diào)研表格，如下：

根據(jù)上表的分析得知，污染嚴(yán)重程度已經(jīng)嚴(yán)重超出了國(guó)家的安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人們的生活健康帶來(lái)了很大的隱患。

(三)水體的重金屬污染，對(duì)于城市水體環(huán)境造成很大的威脅

城市水體是居民生活和生產(chǎn)的基礎(chǔ)，對(duì)于城市自身環(huán)境的調(diào)節(jié)也具有重要的作用。然而大量的工業(yè)用水、生活污水排入了城市水體，導(dǎo)致了城市水體的重金屬積累越來(lái)越多。一些專家針對(duì)長(zhǎng)江沿岸的近水域中沉降物的污染元素含量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)近岸水域沉降物中某些重金屬污染物的含量水平相對(duì)較高，超國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的0.7～68.3倍，此外沉降物中的沉淀物污染輕于懸浮物。其污染順序?yàn)椋簔n、Pb、cd、cu、Ni、As、co、V、Ti、cr、Fe、Mn，其中zn的污染最嚴(yán)重。此外一些專家針對(duì)廣州城市水體和上海濱岸的水體沉積物中的重金屬進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)上海濱岸潮灘表層沉積物中cu、Pb、zn和cr的平均含量均遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)睾袜徑K州河中沉積物的各種重金屬元素的背景值，它們分別是背景值的5、2、4和3倍，這些元素中zn的污染毫無(wú)疑問(wèn)是最為嚴(yán)重，同時(shí)廣州城市水體中重金屬含量也是zn的最高，然后依次為cu、cr和Pb。顯而易見，我國(guó)的大中型城市的水體重金屬含量均超標(biāo)，污染現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)城市水體環(huán)境造成很大的威脅。

二、城市重金屬污染治理的對(duì)策及具體應(yīng)用

(一)嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”排放，減少和切斷重金屬污染源

工業(yè)“三廢”即廢水、廢氣、廢渣，它們含有大量的重金屬元素，當(dāng)排入道環(huán)境后，會(huì)在人、植物和動(dòng)物的體內(nèi)富集，從而對(duì)環(huán)境和人的健康造成一定程度的危害。針對(duì)廢水、廢氣和廢渣中重金屬的排放問(wèn)題，工廠必須采取一定的處理方案。首先，針對(duì)于工業(yè)廢水中重金屬的處理，通常會(huì)采用中和沉淀法、硫化物沉淀法和鐵氧體法三種化學(xué)沉淀的方法。工廠應(yīng)該積極引進(jìn)這些科學(xué)的方法進(jìn)行廢水的綜合治理，避免這些廢水進(jìn)入城市水體中，對(duì)于城市的水體環(huán)境造成污染。其次，工業(yè)生產(chǎn)中排放的含Pb、As等重金屬的廢氣，工廠可以采用橢圓式噴淋吸收塔和雙塔式噴淋吸收設(shè)備，用氧化劑及堿液吸收的治理方法，在排放出去之前做一些凈化處理，分理出重金屬元素，避免排入空氣中，形成顆粒狀污染物，對(duì)城市居民的健康造成威脅。最后，對(duì)于在工業(yè)生產(chǎn)中含重金屬的廢渣的處理，應(yīng)該采用堿石灰、粉煤灰、活性炭和有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬元素廢渣來(lái)進(jìn)行一定的吸附，以防止工業(yè)廢渣中的重金屬元素會(huì)在土壤里擴(kuò)散和遷移，給城市的土壤造成嚴(yán)重污染，特別是郊區(qū)的一些工廠，應(yīng)該對(duì)于工業(yè)廢渣的處理有嚴(yán)格的流程。眾所周知，城市的蔬菜食品主要是郊區(qū)供給的，控制好重金屬對(duì)郊區(qū)農(nóng)田的污染意義重大。如果土壤中重金屬元素的含量超標(biāo)，會(huì)在蔬菜食品中富集，進(jìn)而進(jìn)入人體，帶來(lái)健康威脅。我國(guó)很多的工業(yè)區(qū)的環(huán)境監(jiān)制工作存在很多的缺陷，對(duì)于工廠廢水、廢氣、廢渣的監(jiān)管力度不夠，導(dǎo)致了很多工廠隨意排放，使城市的重金屬污染程度越來(lái)越嚴(yán)重。對(duì)于一些工廠的“三廢”處理設(shè)備落后和缺失的，有關(guān)部門應(yīng)該強(qiáng)制工廠進(jìn)行安裝和完善。只有嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”的排放，減少和切斷重金屬污染源，才能維持城市環(huán)境的良性發(fā)展，減少人們的健康威脅。

(二)減少汽車尾氣的排放，鼓勵(lì)清潔能源的應(yīng)用

伴隨著城市的不斷發(fā)展，汽車也逐年遞增，同時(shí)汽車尾氣的排放量也猛增。汽車尾氣主要的重金屬元素就是Pb，過(guò)去，車用汽油是以四乙基鉛作為防爆劑的，即含鉛汽油，在汽車行駛過(guò)程中，排放的尾氣中會(huì)含有較高濃度的鉛，給人們的健康帶來(lái)了嚴(yán)重的危害。從1999年7月1日開始，國(guó)家明確規(guī)定要在全國(guó)范圍內(nèi)禁止使用含鉛汽油，由含鉛量為0.013g/L以下的無(wú)鉛汽油來(lái)代替。但是隨著汽車越來(lái)越多，汽車尾氣的排放量也大大增加，重金屬元素對(duì)于空氣的污染依然嚴(yán)重。

針對(duì)汽車尾氣中重金屬元素對(duì)于空氣的污染，應(yīng)該采取一定的治理途徑：第一，就是最有效和最終的途徑，即改變汽車的動(dòng)力。比如說(shuō)，開發(fā)代用的燃料汽車以及電動(dòng)汽車等。這種途徑能夠在一定程度上使汽車只產(chǎn)生很少氣體或者不產(chǎn)生。第二，改善現(xiàn)有的燃油質(zhì)量和汽車動(dòng)力裝置。采用改善燃燒室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)更加高效的發(fā)動(dòng)機(jī)、提高燃油的質(zhì)量、開發(fā)新能源等都能使汽車的尾氣污染程度降低。第三，也就是現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的汽車尾氣的凈化技術(shù)。通過(guò)采用先進(jìn)的機(jī)外凈化技術(shù)來(lái)對(duì) 汽車在行駛中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化來(lái)減少一定的污染，此外，在汽車的排氣系統(tǒng)中來(lái)安裝凈化裝置，采用物理的和化學(xué)的方法減少尾氣的重金屬污染物，主要分為催化器、熱反應(yīng)器和過(guò)濾收集器等。實(shí)驗(yàn)表明，甲醛樹丁醚也具有很好的抗爆性，作為汽油的摻合劑，不僅不含鉛元素，還能降低其他碳?xì)湮锏呐欧拧Ｔ诎l(fā)達(dá)城市和地域，倡導(dǎo)和鼓勵(lì)人們乘坐公共交通出行，從汽車數(shù)量上面來(lái)減少尾氣的排放量，防止其中的重金屬元素在空氣中形成顆粒物，污染空氣，并沉降在地面，污染土壤。

(三)生活垃圾應(yīng)該分類處理，避免重金屬對(duì)土壤和水體污染

人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中的各種垃圾，也不同程度的含有重金屬成分。比如說(shuō)武漢市幾種垃圾成分中重金屬的含量，如下表：

顯而易見，電池中含有大量的重金屬元素zn。因此對(duì)于日常垃圾，我們應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的類處理，來(lái)防止重金屬對(duì)城市土壤和水體造成一定的污染。如果生活垃圾中的Hg、cd、cr等重金屬含量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該將生活垃圾進(jìn)行分類收集，將印刷制品、電池、塑料包裝物、塵土與其他的垃圾進(jìn)行分開存放。處理垃圾時(shí)，應(yīng)檢查Hg、cd、cr等重金屬元素的含量是否超標(biāo)，只有在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的情況下，才可進(jìn)行堆肥、填埋和焚燒處理，不然就要單獨(dú)處理。此外，政府應(yīng)當(dāng)制定相關(guān)城市生活垃圾分類的法規(guī)，明確配套的實(shí)施細(xì)則，建立完善的立法體系，創(chuàng)建真正意義上的仲裁機(jī)構(gòu)，明確相關(guān)法律的責(zé)任，同時(shí)加大相關(guān)宣傳力度，提高公民的垃圾分類的意識(shí)。由此看來(lái)，生活垃圾應(yīng)該分類處理，避免重金屬對(duì)土壤和水體污染，在收集、運(yùn)輸和處理過(guò)程中，要加大相應(yīng)的垃圾分類力度，確保垃圾中的重金屬成分能合理的回收和處理，降低重金屬對(duì)于城市的污染程度。

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關(guān)鍵詞 土壤污染；重金屬；有機(jī)污染物；植物生長(zhǎng)發(fā)育

中圖分類號(hào) X173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)101-0209-01

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。伴隨著我國(guó)工業(yè)、城市污染的加劇和農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類、數(shù)量的增加，我國(guó)土壤重金屬污染程度正在加劇，污染面積在逐年擴(kuò)大。

1 土壤污染的來(lái)源

我國(guó)土壤污染主要有兩大來(lái)源：一類是自然來(lái)源，有些地方本身地質(zhì)中重金屬含量就高（比如長(zhǎng)江沿岸）；另一類是人類活動(dòng)的結(jié)果，如：工業(yè)和城市“三廢”排放，包括污水灌溉和污泥施用，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)“三廢”排放，大氣飄塵，農(nóng)藥、農(nóng)膜和肥料的長(zhǎng)期不合理投入。

2 土壤的主要污染物及其對(duì)植物的影響及危害

土壤中的污染物超過(guò)植物的忍耐限度，會(huì)引起植物的吸收和代謝失調(diào)；一些污染物在植物體內(nèi)殘留，會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至導(dǎo)致遺傳變異。土壤污染破壞植物根系的正常吸收和代謝功能，通常同植物體內(nèi)酶系統(tǒng)作用過(guò)程有關(guān)。污染物通過(guò)土壤途徑影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，與污染物通過(guò)大氣或水作用于植物是大不相同的。這種影響既涉及污染物在不均勻的、多相的土壤系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，又涉及土壤膠體與植物根膠系統(tǒng)之間相互作用。因此，在確定土壤污染對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育障礙的“閾值”方面，不能制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前對(duì)重金屬、微量元素以及有機(jī)物污染土壤而造成植物生長(zhǎng)發(fā)育障礙方面研究較多。

土壤的主要污染物有：重金屬；有機(jī)污染物。

2.1 重金屬污染對(duì)植物的影響

重金屬污染物多來(lái)源于礦山、冶煉、電鍍、化工等工業(yè)廢水。若使用未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)的污水灌溉農(nóng)田，就會(huì)造成土壤和農(nóng)作物的污染。重金屬對(duì)植物的危害常從根部開始，然后再蔓延至地上部，受重金屬影響，會(huì)妨礙植物對(duì)氮、磷、鉀的吸收，使農(nóng)作物葉黃化、莖稈矮化，從而降低農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。水體中重金屬對(duì)水生生物的毒性，不僅表現(xiàn)為重金屬本身的毒性，而且重金屬可在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為毒性更大的金屬化合物，如汞的甲基化作用。重金屬和微量元素在土壤中存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，例如鐵與銅、錳、鎘之間，鎘與銅、鋅之間存在拮抗作用。此外，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的還有土壤的pH值、土壤氧化還原電勢(shì)和土壤代換吸收性能等因素。

2.1.1 重金屬污染對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

重金屬鎘是危害植物生長(zhǎng)發(fā)育的有害元素，土壤中的過(guò)量的鎘會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生明顯的危害。研究表明鎘脅迫時(shí)會(huì)破壞葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)，降低葉綠素含量，葉片發(fā)黃，嚴(yán)重時(shí)幾乎所有的葉片都出現(xiàn)褪綠現(xiàn)象，葉脈組織成醬紫色，變脆，萎靡，葉綠素嚴(yán)重缺乏，表現(xiàn)為缺鐵癥狀。由于葉片受傷害致使生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，根系受到限制，造成生長(zhǎng)障礙降低產(chǎn)量，高濃度時(shí)死亡。鉛毒害引起草坪植物主要的中毒癥狀為根量減少，根冠膨大變黑、腐爛，導(dǎo)致植物地上部分生物量隨后下降，葉片失綠明顯，嚴(yán)重時(shí)逐漸枯萎，植物死亡。

植物體內(nèi)積累過(guò)量鉻會(huì)引起毒害作用。研究表明當(dāng)土壤中三價(jià)鉻離子為20～40×10-6時(shí)，對(duì)玉米苗生長(zhǎng)有明顯的刺激作用，但達(dá)到320×10-6時(shí)，則對(duì)玉米生長(zhǎng)有抑制；六價(jià)鉻離子為20 ×10-6時(shí)，對(duì)玉米苗生長(zhǎng)具刺激作用，80×10-6時(shí)有明顯的抑制作用。高濃度鉻離子對(duì)植物產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用，當(dāng)土壤溶液中鉻濃度大于10 ×10-6 時(shí)，生長(zhǎng)稍受影響，25×10-6植物出現(xiàn)褪綠現(xiàn)象，無(wú)分蘗（水稻），葉鞘灰綠色，組織開始潰爛，生長(zhǎng)受嚴(yán)重影響。

銅是植物體內(nèi)多酚氧化酶、氨基氧化酶、酪氨酸酶、抗壞血酸氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶等組分，是各種氧化酶活性的核心元素，與這些酶的電子接受與傳遞有關(guān)。一般禾本科植物對(duì)銅元素很敏感，土壤缺銅時(shí)植物分蘗數(shù)量多但不抽穗，子粒不飽滿，葉片失綠，牧草出現(xiàn)白瘟病一樣的缺銅癥狀。過(guò)量的銅元素對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生危害，主要是妨礙植物對(duì)二價(jià)鐵的吸收和在體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成缺鐵病。在生理代謝方面，過(guò)量的銅抑制脫羧酶的活性，間接阻礙了NH4+向谷氨酸轉(zhuǎn)化，造成NH4+的累積，使根部受到嚴(yán)重?fù)p傷，首先主根不能伸長(zhǎng)，常在2 cm～4 cm就停止，根尖硬化，生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞分裂受到抑制，根毛少甚至枯死。

2.1.2 重金屬污染對(duì)植物細(xì)胞分裂的影響

重金屬能夠損壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，干擾細(xì)胞的有絲分裂過(guò)程，誘導(dǎo)染色體畸變，從而影響植物的生長(zhǎng)。關(guān)于重金屬對(duì)植物細(xì)胞有絲分裂的研究已有不少研究報(bào)道，如：鉛并不是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，當(dāng)鉛被動(dòng)進(jìn)入植物根、樹皮或葉片后，積累在根、莖和葉片影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，使植物受害。鉛對(duì)植物根系的生長(zhǎng)的影響是顯著的，鉛能減少根細(xì)胞的有絲分裂速度，這也是造成植物生長(zhǎng)緩慢的原因。

2.1.3 重金屬污染對(duì)植物生理生化的影響

土壤中鎘脅迫對(duì)植物代謝的影響顯著，引起植物體內(nèi)活性氧自由基劇增，超出了活性氧清除酶的歧化—清除能力時(shí)，使根系代謝酶活性降低，嚴(yán)重影響根系活力。何翠屏等的研究表明，隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，SOD活性也受到影響而急劇下降，從而使其它代謝酶活性受到影響，最終使植物死亡。葉片中葉綠素成為自由基攻擊的靶分子，造成葉綠素結(jié)構(gòu)破壞，葉片失綠，嚴(yán)重時(shí)使葉片枯萎。

2.1.4 重金屬污染對(duì)植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)代謝的影響

重金屬脅迫引起植物體對(duì)氮、磷、鉀等大量營(yíng)養(yǎng)元素吸收和再運(yùn)輸效率下降，從而導(dǎo)致它們參與體內(nèi)物質(zhì)和代謝的異常；鈣、鎂作為植物所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在植物體內(nèi)滲透壓調(diào)節(jié)、代謝平衡維持、物質(zhì)合成中都有著不可或缺的作用，而重金屬的脅迫常會(huì)導(dǎo)致它們參與的代謝過(guò)程紊亂和功能失調(diào)。較高濃度重金屬抑制植物體對(duì)鈣、鎂的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。鐵、銅、鋅、錳等作為植物的微量元素在體內(nèi)物質(zhì)代謝過(guò)程中起到重要的作用，它們不僅是植物體某些物質(zhì)的組分（如Cu， Zn-SOD），而且也在某些生理過(guò)程中起催化作用。Cr對(duì)作物的礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收和代謝活動(dòng)具有重要的影響。例如：Cr可以抑制作物對(duì)Fe、Zn吸收，而引起葉片失綠；Cr抑制矮菜豆、黃豆等對(duì)Zn的攝取，增加水稻對(duì)Mn，水稻、黃豆等對(duì)Mg的攝取。

2.2 有機(jī)污染物污染對(duì)植物的影響

造成土壤有機(jī)污染的主要原因是向土壤施肥、施用農(nóng)藥、用污水灌溉、在地面上堆放廢物，以及大氣中的污染物沉降到土壤中。當(dāng)進(jìn)入土壤的污染物不斷增加，致使土壤結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，土壤微生物和小動(dòng)物會(huì)減少或死亡，這時(shí)農(nóng)作物的產(chǎn)量會(huì)明顯降低，收獲的作物體內(nèi)毒物殘留量很高，從而影響食用安全。

3 結(jié)論

由于土壤的污染物來(lái)源復(fù)雜，土壤中重金屬不同形態(tài)，不同重金屬之間及與其他污染物的相互作用產(chǎn)生各種復(fù)合污染的復(fù)雜性增加了對(duì)土壤污染研究的難度。為了防止土壤污染引起植物生長(zhǎng)發(fā)育障礙，破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，必須對(duì)各種污染毒物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室篩選，深入開展土壤－植物系統(tǒng)的生態(tài)毒理學(xué)研究。

參考文獻(xiàn)

[1]何翠屏.環(huán)境中重金屬污染及對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].青海草業(yè),2004.

[2]秦天才,吳玉樹,王煥校.鎘,鉛及其相互作用對(duì)小白菜生理生化特性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1994,14(1):46-49.

[3]王慧忠,何翠屏.鉛對(duì)草坪植物生物量與葉綠素水平的影響[J].草業(yè)科學(xué),2003,6:73-75.

[4]廖自基.環(huán)境中微量元素的污染危害與遷移轉(zhuǎn)化[M].北京:科學(xué)出版社,1989.

作者簡(jiǎn)介

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關(guān)鍵詞 重金屬；污染；水產(chǎn)品；巢湖

中圖分類號(hào) TS254 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）08-0263-02

Abstract Use the wet digestion method to digest Exopalaemon modestus， Cipangopaludina fluminalis， Heemisalanx prognathus Regan and detect heavy metal （Cu，Pb， Cd and Fe） content of them. The results showed that the heavy metal in three kinds of aquatic animals for the distribution of the content of Fe，Cu were higher than Pb and Cd； In the same organization， the content of Cu was the highest，the content of Pb was the lowest； The same biological content of heavy metal in innards than any other organization， shrimp and shellfish shell of heavy metals in the content was higher， the muscle of the heavy metal content was the lowest. Through various levels of heavy metals in body and in the study of distribution， and drew the conclusion that the fish in the Chaohu Lake included very trace amounts of heavy metal， Chaohu Lake aquatic products had mild heavy metal pollution.

Key words heavy metal； pollution； aquatic product；Chaohu Lake

重金屬在自然界乃至生命體內(nèi)都是以極少量存在的，人們把這些在自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)以低濃度存在的元素稱為微量元素[1]。近年來(lái)，隨著人們生活水平的逐漸提高和對(duì)生命健康越來(lái)越重視，對(duì)于這些微量金屬的研究也在不斷深入。在現(xiàn)在重金屬研究領(lǐng)域中，砷（As）、氟（F）、硒（Se）雖是非金屬元素，但在環(huán)境污染研究中通常被當(dāng)作重金屬對(duì)待，這是因?yàn)槠浠瘜W(xué)性質(zhì)及環(huán)境表現(xiàn)行為與其他重金屬相似[2]。生物體內(nèi)的重金屬元素可分為必需和非必需兩類。必需的微量元素生物體內(nèi)必不可少，但是當(dāng)這些金屬的含量過(guò)高的時(shí)候便會(huì)對(duì)人體有毒害作用。非必需元素對(duì)生物體是有毒的，稱為有毒元素[3]。重金屬進(jìn)入人體后，能干擾酶的功能，破壞和影響正常的代謝系統(tǒng)，嚴(yán)重威脅人們的身體健康。重金屬是典型的難降解、累積性污染物，可通過(guò)食物鏈傳遞并在生態(tài)系統(tǒng)中積累，在某些條件下還可轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿蟮慕饘儆袡C(jī)化合物[4]。美國(guó)環(huán)保局（EPA）把銅、鋅、鉛等列入環(huán)境優(yōu)先污染物名單[5]。

巢湖是我國(guó)五大淡水湖之一，巢湖盛產(chǎn)銀魚、白蝦等水產(chǎn)品。由于被巢湖市、合肥市環(huán)抱的特殊地理位置，它成為了江北的“魚米之鄉(xiāng)”。近年來(lái)，由于長(zhǎng)江上游的污染以及巢湖地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)“三廢”、農(nóng)業(yè)排水和生活污水的排放量正在不斷增加，這些排放物可以導(dǎo)致有機(jī)污染、無(wú)機(jī)污染和重金屬污染，嚴(yán)重威脅著水生生物的生存和以這些水產(chǎn)品為食的人類的生命健康[6]。 其中重金屬的污染會(huì)因?yàn)樯锏母患饔枚訃?yán)重[7]。特別是巢湖閘的設(shè)立，阻礙了巢湖水系和其他水系的交流，降低了巢湖水系的自凈能力，加重了巢湖的污染。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)重金屬在水生生物體內(nèi)富集和分布做過(guò)一些研究，如Itow等[8]研究了重金屬對(duì)馬蹄蟹步足再生的影響，Svobodova等 [9]研究了重金屬汞在11種魚體內(nèi)的富集情況，Nogami等[10]研究了食物中的鎘對(duì)羅非魚生長(zhǎng)發(fā)育的影響。關(guān)于巢湖市魚、蝦、貝類重金屬富集的研究已有不少，如童軍華等的《巢湖水體重金屬污染評(píng)價(jià)》[11]。本研究以巢湖銀魚、白蝦、田螺作為樣品，研究Cu、Pb、Cd和Fe 4種重金屬在魚、蝦、貝類體內(nèi)富集、分布規(guī)律，目的是了解巢湖水產(chǎn)品體內(nèi)重金屬含量污染的現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)，以期為巢湖重金屬污染的監(jiān)控和防治提供一定的理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

銀魚（Heemisalanx prognathus）、白蝦（Exopalaemon mod-estus）、田螺（Cipangopaludina fluminalis），所有材料均采于巢湖（表1）。分別在巢湖的四周隨機(jī)捕捉新鮮的銀魚、白蝦、田螺分組后凍存（溫度控制在-20 ℃左右）。試驗(yàn)時(shí)從冰柜取出樣品，室溫融化，用蒸餾水沖洗干凈，吸水紙吸干水分，用不銹鋼解剖刀解剖：取銀魚的魚肉、魚鰓，背部?jī)蓚?cè)肌肉、內(nèi)臟；取白蝦的蝦殼和肌肉；取田螺的外殼、肌肉和內(nèi)臟。裝入保鮮袋中，冷凍保存待用[12]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 濕法消解。濕法消解又稱濕灰化法或濕氧化法[13]，在適量的樣品中加入氧化性強(qiáng)酸，并同時(shí)加熱消煮，使有機(jī)物質(zhì)分解氧化成CO2、水和各種氣體，為加速氧化進(jìn)行，可同時(shí)加入各種催化劑，這種破壞樣品中有機(jī)物質(zhì)釋放重金屬的方法就叫做濕法消化。在本次試驗(yàn)中是對(duì)含有大量有機(jī)物的生物樣品進(jìn)行消解，所以采用HNO3-HClO4（4∶1）體系的濕法消解。消化管中出現(xiàn)白色煙霧即是消解終點(diǎn)，最后再加適量蒸餾水趕酸。

1.2.2 原子吸收光譜分析。原子吸收光譜法是一種基于物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸氣對(duì)特定譜線（通常是待測(cè)元素的特征譜線）的吸收作用來(lái)進(jìn)行定量分析的一種方法。以空心陰極燈作為光源，可以發(fā)射一定波長(zhǎng)的特征光，當(dāng)特征光通過(guò)一定厚度的原子蒸氣時(shí)部分被蒸氣中基態(tài)原子吸收而減弱。通過(guò)單色器和檢測(cè)器得到特征光被減弱的程度，即可求得試樣中金屬離子的含量。本試驗(yàn)需要對(duì)Cu、Pb、Cd、Fe 4種重金屬進(jìn)行分析，具體參數(shù)見表2。

具體步驟如下：從冰箱里取出樣品，稱量1～2 g樣品于消化管中稱重，向每個(gè)消化管（設(shè)2個(gè)空白管）中加入提前配好的硝酸和高氯酸的混合液（4∶1）10 mL后，過(guò)夜，并于第2天放入電子控溫加熱板上，于120 ℃下加熱消化。消化過(guò)程中如出現(xiàn)炭化現(xiàn)象，需再加入酸混合液[14]。待樣品充分消解，大約余下0.5 mL后移下，降到室溫。加入少量超純水，倒入事先準(zhǔn)備好的刻度比色管中，用少許超純水清洗消化管 2～3次，倒入比色管中，定容至10 mL。用AA370MC型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)量樣品中的Cu、Pb、Cd、Fe的含量。每個(gè)樣品測(cè)量3次，取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物內(nèi)體重金屬含量比低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物高

由于重金屬在生物體內(nèi)很難被代謝掉，所以會(huì)隨著生物體生命的延長(zhǎng)而在生物體內(nèi)富集，因而從理論上來(lái)猜測(cè)，高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的重金屬含量應(yīng)該高于低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物[15]。本試驗(yàn)在處理銀魚的時(shí)候有意將個(gè)體較大的銀魚分為一組，個(gè)體較小的分為一組，結(jié)果表明：個(gè)體較大的一組體內(nèi)重金屬含量明顯高于個(gè)體較小的一組（表3）。這是因?yàn)殂y魚特殊的生活特性決定的，幼小的銀魚主要是以水藻為食，屬于低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，而成年銀魚卻是肉食性動(dòng)物，屬于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物[16]。

2.2 相同的金屬在生物體不同組織的含量不同

從表3可以看出，內(nèi)臟特別是肝、腎、腮中重金屬的含量要明顯高于其他部位。蝦和螺螄的殼中的重金屬含量比其他部位要高。因?yàn)楦闻K等內(nèi)臟是生命體代謝的主要場(chǎng)所，重金屬的代謝富集過(guò)程也是在內(nèi)臟中進(jìn)行的。重金屬在肝臟和腎臟中的富集主要與重金屬誘導(dǎo)肝臟、腎臟中金屬硫蛋白的合成并與之結(jié)合有關(guān)[15]。腮更是大多數(shù)水生生物的呼吸器官和過(guò)濾器官，直接與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。鰓的特殊結(jié)構(gòu)有利于水中離子滲透，使鰓成為水生動(dòng)物直接從水中吸收重金屬的主要部位[16]。蝦和螺的殼中重金屬含量偏高則因?yàn)椴蝗艿闹亟饘冫}是殼的重要組成部分。

2.3 相同組織不同重金屬含量不同

即使在相同的組織相同部位中，不同的重金屬含量也不相同（表3）。原因可能是由于這些組織所處的外環(huán)境的差異導(dǎo)致的。這種差異性主要表現(xiàn)在外環(huán)境中不同重金屬含量的不同。當(dāng)然，相同組織對(duì)不同重金屬的吸收能力也不盡相同。

2.4 必需元素的含量大于非必需元素含量

重金屬鹽雖然是很難被生物體分解的，但是并不是完全不能被代謝掉的。在本試驗(yàn)中，必需元素如銅、鐵在樣品中的含量則遠(yuǎn)大于其他重金屬含量。這是因?yàn)殂~、鐵是生物體的必需元素，這些元素被生物體吸收后直接轉(zhuǎn)化為機(jī)體的組分或者參與代謝活動(dòng)。而非必需元素含量則會(huì)因?yàn)樯矬w對(duì)重金屬有限的代謝作用而降低。因此，才會(huì)導(dǎo)致必需元素的含量大于非必需元素的情況。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)巢湖水產(chǎn)品體內(nèi)重金屬含量的分析，得出巢湖魚、蝦、貝類的重金屬污染較輕，但仍然不能忽視。相信隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，重金屬以及其他污染是有可能更為嚴(yán)重，所以要加強(qiáng)防控，防患于未然。此外，在飲食中，盡量不要吃水產(chǎn)品的內(nèi)臟，特別是肝腎；縮短養(yǎng)殖魚的生長(zhǎng)周期和適量縮短捕撈周期，減少魚類的富集作用。

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篇6

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

人為活動(dòng)或自然作用釋放的重金屬經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)或生物過(guò)程，在土壤中逐漸積累從而造成土壤重金屬污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)造成重金屬污染的耕地面積已約占全國(guó)耕地面積的1/5，其中以Pb、Cd、Hg污染最為嚴(yán)重。

2 土壤重金屬污染危害屬

（1）對(duì)農(nóng)作物的危害；污染土壤中的重金屬通過(guò)農(nóng)作物根系進(jìn)入作物內(nèi)，積累到一定程度后會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生毒害。當(dāng)灌溉水中含 2.5mg/L的Hg時(shí)，水稻就發(fā)生明顯的抑制生長(zhǎng)作用，表現(xiàn)為生長(zhǎng)矮小，根系發(fā)育不良；當(dāng)Cd含量超過(guò)30μmol/L時(shí)，小白菜明顯抑制生長(zhǎng)，表現(xiàn)為株高、主根長(zhǎng)度下降、葉面積銳減等。（2）對(duì)土壤微生物和土壤酶有影響；重金屬對(duì)土壤微生物有明顯的影響，重金屬的增加會(huì)減少土壤中微生物的種類和數(shù)量。當(dāng)Hg為0.7mg/Kg、Cd為3mg/Kg、Pb為100mg/Kg、Cr為50mg/Kg時(shí)土壤中細(xì)菌總數(shù)開始下降。（3）對(duì)人體有危害；重金屬對(duì)土壤污染后，人們通過(guò)食物鏈不斷攝取有害物質(zhì)。大腦對(duì)Pb、Cd、Br、Al積累較多，胃對(duì)As、Se、Si、Pb、Cd積累較多，肺對(duì)Sn、Se、Pb、Cr積累較多，骨骼對(duì)Pb、Cd積累較多。

3 重金屬土壤的植物修復(fù)技術(shù)

重金屬類污染的植物修復(fù)技術(shù)按其修復(fù)的機(jī)理和過(guò)程可分為植物萃取、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)和根系過(guò)濾。

（1）植物萃??；指種植一些特殊植物， 利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物質(zhì)并運(yùn)移至植物地上部，通過(guò)收割地上部物質(zhì)帶走土壤中污染物的一種方法。植物萃取技術(shù)利用的是一些對(duì)重金屬具有較強(qiáng)富集能力的特殊植物。（2）植物穩(wěn)定；指利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害物質(zhì)的一種方法。其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種過(guò)程。（3）植物揮發(fā)；是指利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的汞、硒轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)以去除其污染的一種方法。如煙草能使毒性大的二價(jià)汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的汞，洋麻可使土壤中47%的三價(jià)硒轉(zhuǎn)化為甲基硒揮發(fā)去除。（4）根系過(guò)濾；是利用植物根系過(guò)濾沉淀水體中重金屬的過(guò)程。例如水科植物浮萍和水葫蘆可有效吸收清除水體中的鎘、銅和硒。

4 耐性和超富集植物

耐性植物是指能夠適應(yīng)高含量的重金屬土壤環(huán)境而生長(zhǎng)的一類特殊植物。人們很早就發(fā)現(xiàn)某些植物能夠生長(zhǎng)在重金屬含量異常高的土壤上，這些植物無(wú)一例外地對(duì)重金屬具有一定的耐性。大量研究發(fā)現(xiàn)，很多耐性植物僅分布于某些重金屬含量較高的土壤上，為地方性的物種。如海州香薷、鴨跖草就分布在中國(guó)長(zhǎng)江中下游銅礦區(qū)含銅較高的土壤上。

5 植物修復(fù)技術(shù)的運(yùn)用

美國(guó)依阿華大學(xué)利用雜交楊樹修復(fù)了位于南達(dá)科達(dá)州一塊受砷污染的土地。該地區(qū)有130a的金礦開采歷史。試驗(yàn)共種植了3100棵雜交楊樹，深入尾礦中達(dá)1.6m。通常要加入各種改良劑以改善土壤的物理化學(xué)性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增強(qiáng)植物修復(fù)的效果。除了必要的氮、磷、鉀肥料外，常用的改良劑包括石灰、磷礦物、鐵錳氧化物、粉煤灰、生物活性污泥、豬糞、堆肥、合成鋯石等。通常這些改良劑本身可降低重金屬在土壤中的活性，在植物穩(wěn)定中起著重要的作用。

6 植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足

優(yōu)點(diǎn)：植物修復(fù)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是其在工程中可以原位實(shí)施，從而減小了對(duì)土壤性質(zhì)的破壞和對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的影響，可稱是真正意義上的“綠色修復(fù)技術(shù)”；植物修復(fù)技術(shù)無(wú)需專門作人員 ，因而工程上易于推廣和實(shí)設(shè)備和專業(yè)操施；植物修復(fù)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是其運(yùn)行成本大大低于傳統(tǒng)方法。

不足：植物修復(fù)技術(shù)也具有一些自身的不足。主要表現(xiàn)在：超富集植物個(gè)體矮小，生長(zhǎng)緩慢，修復(fù)重金屬污染土地需時(shí)太長(zhǎng)；植物修復(fù)土壤只能局限在植物根系所能延伸的范圍內(nèi)，一般不超過(guò)20cm土層厚度；超富集植物對(duì)重金屬具有一定的選擇性，難以全面清除土壤中的所有污染物；富集了重金屬的超富集植物需收割并作為廢棄物妥善處置；異地引種對(duì)生物多樣性的威脅。

7 展望

植物對(duì)重金屬的清除效率取決于其耐性、地上部重金屬含量、生物量、生長(zhǎng)速度及生物富集系數(shù)。因此，在修復(fù)重度重金屬污染時(shí)，耐性是一個(gè)關(guān)鍵因素。目前植物修復(fù)技術(shù)大多停留于實(shí)驗(yàn)室模擬研究階段。但必須引起注意的是從實(shí)驗(yàn)室獲得的超富集植物生物富集系數(shù)、最大富集量等并不能簡(jiǎn)單地?fù)Q算成實(shí)際工程中的植物修復(fù)系數(shù)和單位面積重金屬去除量。因此繼續(xù)在全球范圍內(nèi)尋找生物量大、富集能力強(qiáng)的超富集植物是超富集植物研究獲得突破的選擇途徑之一。植物修復(fù)技術(shù)作為一種新的污染治理替代技術(shù)業(yè)已被證明具有極大的潛力和市場(chǎng)前景，從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還需假以時(shí)日。未來(lái)研究需從以下方面深入以獲得突破：（1）繼續(xù)尋找和培育新的超富集植物。（2）對(duì)超富集植物深入開展有關(guān)重金屬富集機(jī)理的研究，揭示植物超量富集重金屬的生態(tài)生理過(guò)程，為培育高效低選擇性的“ 超富集植物”奠定基礎(chǔ)。（3）深入研究超富集植物修復(fù)污染土壤和水體的過(guò)程及其調(diào)控機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

篇7

劉偉強(qiáng) 鐘小玉 薛文濤

（河源市清潔生產(chǎn)中心，廣東 河源 517000）

【摘 要】重金屬污染條件下，植物生產(chǎn)緩慢，主要是根細(xì)胞機(jī)構(gòu)受到影響，造成破壞，從而影響植物生產(chǎn)。本文以隔濃度研究說(shuō)明，重金屬污染對(duì)根系形態(tài)有著強(qiáng)烈的影響。重金屬脅迫下，植物根際pH，氧化還原電位，根際分泌物，根際微生物發(fā)生改變。

【關(guān)鍵詞】重金屬；危害；根系；影響

1 重金屬污染的現(xiàn)狀及危害

重金屬是指密度大于5.09/cm3的一類金屬元素，其中包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）等多種金屬元素。隨著工業(yè)的發(fā)展，采礦和冶煉等“三廢”排放、土地城市化、工業(yè)化、汽車尾氣排放以及農(nóng)業(yè)的集約化經(jīng)營(yíng)，土壤和水體中受重金屬元素Cd、Pb和Ni等污染日趨嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前受重金屬污染的耕地面積占全國(guó)耕地總面積的16%，每年因土壤污染而損失的糧食產(chǎn)量達(dá)1000萬(wàn)噸。不少城市土壤和水體中重金屬污染超標(biāo)率高達(dá)50%以上，有些甚至超標(biāo)濃度高達(dá)50多倍。

2 重金屬污染對(duì)根系形態(tài)的影響

重金屬污染條件下，植物的根生物量一般會(huì)隨重金屬濃度的升高而下降，本研究結(jié)果也顯示低濃度的鎘處理對(duì)梧桐幼苗根生物量影響不大，而隨著鎘溶液濃度的增加，其根的生長(zhǎng)受到強(qiáng)烈影響，生物量迅速減少。而且的根系受到高濃度鎘的影響，生長(zhǎng)緩慢，15到30 d之間幾乎沒(méi)有任何生長(zhǎng)。結(jié)合測(cè)定時(shí)對(duì)根系肉眼觀察，高濃度處理?xiàng)l件下根系呈現(xiàn)褐色，長(zhǎng)時(shí)間處理則表現(xiàn)出黑色壞死狀。所以推斷，高濃度鎘溶液條件下，重金屬鎘破壞了根系細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞破裂壞死，從而影響了根的正常發(fā)育生長(zhǎng)，造成高濃度鎘溶液條件下梧桐幼苗根系生物量的減少。高濃度鎘處理?xiàng)l件下根系生物量的減少是通過(guò)根系的形態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般的研究結(jié)果表明，高濃度重金屬脅迫條件下，根的長(zhǎng)度變短，根系變小。本試驗(yàn)研究結(jié)果也表明，重金屬鎘處理梧桐幼苗以后，高濃度處理降低根長(zhǎng)，導(dǎo)致根體積和根表面積的減少，這可能是因?yàn)椋涸诟邼舛葪l件下，鎘引起根尖細(xì)胞分裂受阻，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，特別是表皮細(xì)胞的崩解脫落導(dǎo)致未成熟細(xì)胞的死亡，降低了根對(duì)水分的吸收，從而影響了根的正常生理， 造成根系生長(zhǎng)受阻。另一方面高濃度鎘還強(qiáng)烈抑制了梧桐根尖數(shù)的產(chǎn)生和分叉數(shù)的形成，從而抑制了整個(gè)根系的橫向發(fā)育，造成高濃度下根系變小的現(xiàn)象。低濃度鎘脅迫下對(duì)植物根系形態(tài)的研究較少，而本研究結(jié)果表明，在低濃度鎘處理?xiàng)l件下，對(duì)根系形態(tài)影響更明顯。一方面，低濃度（1mg/L）處理組與對(duì)照相比，根長(zhǎng)并沒(méi)有太大變化，但是根體積和根表面積卻增加顯著，可能是因?yàn)榈蜐舛葧r(shí)，鎘促進(jìn)了幼苗根系產(chǎn)生較多的根微毛，從而表現(xiàn)出根長(zhǎng)不變的情況下根表面積和根體積增加的現(xiàn)象。另外一方面，在低濃度（1mg/L）時(shí)，鎘對(duì)根長(zhǎng)的延伸影響不大，但是根尖的數(shù)目卻明顯減少，即低濃度的鎘不影響根尖的生長(zhǎng)，但影響根尖的發(fā)生。這一現(xiàn)象目前還沒(méi)有很好的解釋，有待進(jìn)一步的研究.而且本研究還發(fā)現(xiàn)，重金屬鎘對(duì)梧桐幼苗根縱向生長(zhǎng)（根長(zhǎng)、根表面積、根體積）發(fā)生較大影響的濃度為20mg/L，而對(duì)根橫向生長(zhǎng)（根尖和根系分叉數(shù)）的較明顯的影響發(fā)生在5mg/L時(shí)，說(shuō)明，重金屬鎘對(duì)梧桐幼苗根系的橫向生長(zhǎng)影響要大于對(duì)根的縱向生長(zhǎng)方面。其中對(duì)根尖的發(fā)生在短時(shí)間和低濃度上都表現(xiàn)的最為明顯（圖1）。

3 金屬脅迫下的根際pH、Eh特征

3.1 根際pH環(huán)境

由于植物根系的作用根際pH狀況明顯不同于土體，其變化范圍可高于或低于土體 1-2單位。 不同植物種類之間根際pH的變化存在很大差異，禾本科植物對(duì)氮肥的形態(tài)比較敏感，吸收銨態(tài)氮?jiǎng)t根際pH下降，吸收硝態(tài)氮?jiǎng)t根際pH上升。 而一些豆科植物不論是吸收銨態(tài)氮還是硝態(tài)氮， 都會(huì)導(dǎo)致根際pH下降。蕎麥的表現(xiàn)又有所不同，其體內(nèi)似乎有一種自動(dòng)調(diào)節(jié)根際pH變化的機(jī)制： 當(dāng)根系吸收硝態(tài)氮時(shí) ，先使根際pH升高，上升到一定程度時(shí)又迅速下降，以保持根系生長(zhǎng)的最適pH條件。對(duì)一些耐低營(yíng)養(yǎng)的基因型植物的研究發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)分貧瘠的條件下，植物根系往往分泌出大量的有機(jī)酸，使得根際環(huán)境酸化，從而使根際鐵、磷等養(yǎng)分得到活化。陰陽(yáng)離子吸收的不平衡是造成根際的pH變化的主要原因。此外，肥料的類型、土壤緩沖性能、根系呼吸和微生物代謝產(chǎn)生的CO2等也將對(duì)根際pH產(chǎn)生一定的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，重金屬環(huán)境脅迫對(duì)根際pH也將產(chǎn)生較大的影響。 Kennedy等（1986）的研究表明，Cd對(duì)根系透根電位（transroot potential）和根系H+分泌存在抑制作用，在培養(yǎng)液中50μmol?L -1的 Cd2+能使質(zhì)子泵受抑60%（Hynes，1990），而根系質(zhì)子的原初主動(dòng)分泌（質(zhì)子泵）為細(xì)胞膜上的ATP酶所催化，是陰陽(yáng)離子透過(guò)質(zhì)膜的次級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力來(lái)源（Hynes，1990），這表明了Cd等重金屬可通過(guò)影響根系對(duì)陰陽(yáng)離子的吸收平衡來(lái)影響根系代謝，進(jìn)而影響根際環(huán)境特征。根際pH環(huán)境的變化，將直接或間接地對(duì)重金屬在根際中的固定和活化狀況產(chǎn)生影響，同時(shí)也是植物對(duì)重金屬抗性的重要機(jī)理之一。禾本科植物在缺鐵脅迫下可誘導(dǎo)根系分泌質(zhì)子作用加強(qiáng)，造成根際pH下降，鐵元素得到活化，但與此同時(shí)，也提高了根際重金屬的遷移活化性能，使得重金屬的毒性增強(qiáng)。Chen等（1992）的研究發(fā)現(xiàn)隨著黃棕壤根際pH的提高或紅壤根際pH的下降，根際土對(duì)Cd的吸附也將相應(yīng)地增強(qiáng)或減弱。周建華等對(duì)大麥不同品種耐鋁性與溶液pH的研究發(fā)現(xiàn)，同樣的氮素供應(yīng)條件下，耐性大麥品種根際pH水平高于敏感性品種，研究認(rèn)為具有較高耐鋁性的大麥品種對(duì)鋁的抗性的獲得與其根際pH的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制有很大關(guān)系。就一般重金屬而言，pH的降低可導(dǎo)致碳酸鹽和氫氧化物結(jié)合態(tài)重金屬的溶解、釋放，同時(shí)也趨于增加吸附態(tài)金屬的釋放。因此，根際的酸化將導(dǎo)致重金屬的活化，使其毒性增強(qiáng)，反之pH的增加，則有利于重金屬的固定，使其遷移能力降低，毒性減弱。但類金屬砷的情況有所不同，其在溶液中常呈陰離子態(tài)存在，當(dāng)pH在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的條件下，溶解度反而增加。這些形態(tài)上的改變，都將影響其活性，并進(jìn)一步影響其在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化狀況。

3.2 根際氧化-還原狀況

在植物根系的作用下，根際氧化-還原狀況與土體存在顯著差異。研究表明，由于根系和微生物的呼吸作用以及根系分泌物中的還原物質(zhì)的作用，旱作植物的根際氧化-還原電位一般可低于土體50-100mV。植物類型的差異、生育期的不同以及營(yíng)養(yǎng)元素狀況對(duì)根際的Eh都將產(chǎn)生一定的影響。水稻由于其根系特殊的泌氧功能，使得根區(qū)的氧還電位和溶解氧濃度始終高于根外土壤。根際環(huán)境的 Eh條件對(duì)重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化和毒性具有重要的影響。許多重金屬如Cr、As、Hg等，在環(huán)境中均以多種價(jià)態(tài)存在，而不同價(jià)態(tài)的重金屬其毒性差異可以很大。如在含砷量相同的土壤中，水稻易受害，而對(duì)旱地作物幾乎不產(chǎn)生毒害。這主要是由于漬水條件下，土壤呈還原態(tài)環(huán)境，而旱地土壤Eh則較高，在淹水條件下存在的還原態(tài)As3+比氧化態(tài)As5+易溶 4-10倍，其毒性也顯著高于As5+。Shuman等（1997）的研究表明，由于水稻根際中高Eh環(huán)境，使得根際鐵錳氧化物增加，從而降低了根際Zn有效態(tài)濃度。對(duì)一般的重金屬元素的研究認(rèn)為，在還原條件下可增強(qiáng)重金屬的固定作用，這主要是由于Cd、Zn、Ni、Co、Cu、Pb等重金屬都能與還原條件下的S2-形成難溶性的硫化物，使它們的遷移性和生物可給性降低，從而大大減輕了重金屬的生物毒性。

4 重金屬脅迫條件下的根系分泌物

一般認(rèn)為，植物在重金屬脅迫條件下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)根泌物的組成來(lái)改變根際狀態(tài)以適應(yīng)外界環(huán)境。如在鋁脅迫條件下，耐鋁作物根際有機(jī)酸的積累增加，以緩解鋁的毒害。Hue等以棉花為指示作物進(jìn)行解毒實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為有機(jī)酸的解毒能力與OH/COOH在主碳鏈上的相對(duì)位置有關(guān)。并將有機(jī)酸分為三種類型：檸檬酸為強(qiáng)解毒型，蘋果酸為中解毒型，乙酸、乳酸為弱解毒型。但近來(lái)也有相反的結(jié)論認(rèn)為根系低分子的有機(jī)酸對(duì)重金屬具有增溶的作用，從而增強(qiáng)了重金屬在作物中的富集。此外，一些根系分泌物（主要是高分子凝膠物質(zhì)）能對(duì)重金屬產(chǎn)生吸附、絡(luò)合作用，從而使其固定，減輕其生物毒性，被認(rèn)為是重金屬向根系遷移的“過(guò)濾器”。胡紅青等人用砂培法研究了不同鋁濃度的營(yíng)養(yǎng)液處理后，小麥根系分泌氨基酸和糖類的種類和數(shù)量的變化。結(jié)果表明，鋁脅迫下小麥根細(xì)胞膜受到損害，透性增加，并引起植物體內(nèi)碳氮代謝紊亂）。一些研究表明，重金屬的脅迫使得根系游離脯氨酸的分泌量增加，并認(rèn)為這是重金屬根際解毒的機(jī)制之一，但這一理論還有待于進(jìn)一步證實(shí)。由此可見，根系分泌物對(duì)重金屬的根際形態(tài)轉(zhuǎn)化起著重要的作用。但由于根泌物對(duì)重金屬的影響并不只是簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)。根系的分泌作用也在積極的改變著微生物的活動(dòng)狀態(tài)、土壤的理化性質(zhì)，而這些變化反過(guò)來(lái)又進(jìn)一步影響重金屬在根際環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化。

5 根際微生物效應(yīng)

在植物根際，由于有較高濃度的碳水化合物、氨基酸、維生素和其它生長(zhǎng)因子的存在，使之成為微生物活動(dòng)旺盛的區(qū)域。研究表明，根際中微生物的數(shù)量一般為非根際的5-40倍左右（王建林，1993）。這些微生物的活動(dòng)對(duì)根際土壤性質(zhì)的改變、養(yǎng)分的有效性以及重金屬的固定活化等都具有重要的影響。

重金屬對(duì)微生物效應(yīng)的研究由來(lái)已久，Hosfall總結(jié)出金屬陽(yáng)離子的毒性順序：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Co>Zn。并指出這種順序可因生物種類的不同而略有差異。通過(guò)研究，人們發(fā)現(xiàn)重金屬的毒性還與其與蛋白質(zhì)中巰基親合力的大小有關(guān)。事實(shí)上兩者順序非常相似，即Hg≌Ag>Cu>Pb>Cd>Zn。Khan等（1998）人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Cd、Pb、Zn的加入導(dǎo)致了紅壤中微生物生物量的顯著下降，其生物毒性依次為Cd>Zn>Pb。

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篇8

關(guān)鍵詞：活性污泥 厭氧污泥 重金屬污水處理 微生物

Study and Development of Activated-Sludge Treatment of Heavy Metal-Containing Wastewater

Abstract：The effects of activated-sludge treatment of heavy metal-containing wastewater are discussed in respect of different types of activated sludge and treatment of different heavy metals．The mechanisms of activated-sludge treatment of heavy metal-containing wastewater are analyzed，with possible ways put forward to improve the treatment capability of activated sludge，which provide some references for the improvement and perfection of the study of activated-sludge treatment of heavy metal-containing wastewater．

Key words：activated sludge; anaerobic sludge; treatment of heavy metal-containing wastewater; microorganism

傳統(tǒng)上處理重金屬?gòu)U水的方法主要是物理化學(xué)法，如吸附法、離子交換法、化學(xué)沉淀法、膜分離法、氧化還原法等，但這些方法都具有二次污染嚴(yán)重，處理成本高等問(wèn)題。近年來(lái)人們開始為重金屬?gòu)U水的處理尋找新的方法。過(guò)去人們普遍認(rèn)為活性污泥法不宜用來(lái)處理重金屬?gòu)U水，因?yàn)橹亟饘購(gòu)U水中有機(jī)物質(zhì)較少，而且重金屬對(duì)污泥中的微生物有很強(qiáng)的毒害作用。但近年的研究結(jié)果表明，通過(guò)改造現(xiàn)行的活性污泥法可以處理重金屬?gòu)U水[1-2]?；钚晕勰喾ㄌ幚碇亟饘?gòu)U水主要是利用活性污泥中的細(xì)菌、原生動(dòng)物等微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜形成的具有很強(qiáng)吸附分解能力的污泥顆粒來(lái)完成的。目前研究主要集中在活性污泥對(duì)重金屬吸附能力以及活性污泥處理重金屬?gòu)U水的機(jī)理等方面。本文旨在通過(guò)對(duì)活性污泥處理重金屬?gòu)U水的工藝現(xiàn)狀及其機(jī)理的分析，提出一些能提高活性污泥處理能力的切實(shí)可行的途徑，為該方法的進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用提供參考。

1 活性污泥對(duì)重金屬?gòu)U水的處理

不同的活性污泥體系對(duì)重金屬的去除效果和機(jī)理都不盡相同，選擇一個(gè)適應(yīng)范圍廣、抵抗重金屬能力強(qiáng)的污泥體系是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。

1.1 不同類型活性污泥的處理效果

活性污泥可分為厭氧污泥和好氧污泥。好氧污泥主要利用生物絮凝和細(xì)菌分泌的胞外聚合物吸附—螯合重金屬，因?yàn)楹醚跷勰嗪械陌饩酆衔锖退鶐ж?fù)電荷均高于厭氧污泥，所以好氧污泥比厭氧污泥更易形成絮凝體，去除水中的重金屬。厭氧污泥主要利用細(xì)菌分解產(chǎn)物沉淀重金屬。本人對(duì)好氧污泥和厭氧污泥處理含鉻廢水進(jìn)行了比較，通過(guò)兩個(gè)月對(duì)污泥的馴化，厭氧污泥可以處理Cr(Ⅵ)的質(zhì)量濃度為600mg／L的廢水，而好氧污泥只能達(dá)到100mg／L左右，這主要是因?yàn)閰捬鯒l件下，Cr(Ⅵ)被細(xì)菌產(chǎn)生的強(qiáng)還原性物質(zhì)硫化氫還原成Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)以氫氧化物的形式從水中沉淀去除，而在好氧條件下，污泥中的氧化還原電位高，Cr(Ⅵ)不易被還原。

此外，不同類型的污泥吸附重金屬的效果也不盡相同。E．Bux等[3]，對(duì)剩余活性污泥和消化污泥吸附鋅作了對(duì)比研究。當(dāng)處理鋅的質(zhì)量濃度為1 200mg／L的廢水時(shí)，剩余活性污泥與消化污泥各自的最大吸附量為22.65和16.8mg／g，剩余污泥吸附鋅的能力要強(qiáng)于消化污泥，同時(shí)隨著鋅濃度的提高剩余污泥的吸附總量也提高了，這是因?yàn)槭Ｓ辔勰啾认勰嗑哂懈唠娯?fù)性。

1.2 活性污泥對(duì)不同重金屬的去除效果

不同重金屬對(duì)活性污泥的毒害機(jī)制是不同的，這就決定了活性污泥對(duì)其去除效果的差異性。

1.2.1 鋅

B．W．Atkinson等[4]研究了剩余活性污泥處理電鍍廢水，該電鍍廢水中主要含有110mg／L鋅，同時(shí)還含有少量的Cu2+，Cd2+，Ni2+，Cr3+和Cr6+戶，其研究結(jié)果表明活性污泥對(duì)鋅的去除率高達(dá)96％，其他金屬平均去除率均為80％以上。馬曉航等[5]，研究了用SRB(硫酸鹽還原菌)處理含鋅廢水的活性污泥床工藝及影響運(yùn)行的主要因素，該工藝可在進(jìn)水COD和鋅的質(zhì)量濃度分別為320mg／L與100mg／L時(shí)有效運(yùn)行，有機(jī)物和Zn2+的去除率分別達(dá)到73.8％和99.63％。在水力滯留時(shí)間降至6h時(shí)，Zn2+的去除率仍可達(dá)94.55％。進(jìn)水Zn2+的質(zhì)量濃度低于500mg／L時(shí)裝置可以穩(wěn)定運(yùn)行，而當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到600mg／L時(shí)，硫酸鹽還原菌受到Zn2+的明顯毒害，去除效果顯著降低。

1.2.2 鉛

王士龍等[6]利用活性污泥對(duì)含鉛廢水進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)廢水pH值控制在4-9范圍內(nèi)，ρ(Pb2+)小于100mg／L，鉛與活性污泥的質(zhì)量比為1：300時(shí)，鉛的去除率均在99％以上，而其它酸度范圍去除率均較低。

1.2.3 鉻

王士龍等[7]還利用活性污泥處理含鉻廢水，當(dāng)Cr(Ⅵ)在20mg／L以內(nèi)的電鍍廢水，pH值控制在3—10之間時(shí)；其去除率達(dá)到95％以上。

Song等[8]研究了硫酸鹽還原菌處理含鉻廢水的能力。在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌可以還原130mg／L Cr(Ⅵ)，同時(shí)還可降解廢水中的硫酸鹽。

當(dāng)前的研究情況表明，活性污泥幾乎可以應(yīng)用到所有重金屬?gòu)U水的處理中，其中以培養(yǎng)含有SRB的厭氧活性污泥最具有發(fā)展?jié)摿?，這與其能同時(shí)處理多種重金屬和硫酸根的特點(diǎn)有關(guān)。

2 活性污泥法處理重金屬的機(jī)理

活性污泥處理重金屬?gòu)U水機(jī)理很復(fù)雜，通常認(rèn)為活性污泥對(duì)重金屬的作用包括沉淀，吸附和胞內(nèi)吸附等。

2.1 重金屬的沉淀機(jī)理

重金屬的沉淀主要是利用污泥中微生物新陳代謝產(chǎn)物與重金屬離子直接生成難溶性的沉淀，或?qū)⒅亟饘龠€原后再生成難溶性的沉淀，從而達(dá)到從水相去除的目的。用SRB處理重金屬?gòu)U水是近年發(fā)展很快的方法。其原理是利用SRB在厭氧條件下產(chǎn)生的H2S和廢水中的重金屬反應(yīng)，生成金屬硫化物沉淀以去除重金屬離子。Van等[9]研究以蔗糖作為有機(jī)源，利用SRB還原硫酸根，去除重金屬銅，鉛等重金屬離子，從而提出以下的反應(yīng)過(guò)程：

①產(chǎn)酸菌將復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)分解生成氫和簡(jiǎn)單有機(jī)酸，如丙酸、乙酸等。

②SRB利用氫作為電子供體將硫酸根還原成負(fù)二價(jià)硫。

③負(fù)二價(jià)硫與重金屬離子生成難溶于水的金屬硫化物。

當(dāng)前對(duì)利用氫作為電子供體的SRB的研究比較多，但對(duì)其它類型SRB的研究則相對(duì)較少。加上影響SRB對(duì)硫酸根作用的因素眾多，這就使對(duì)SBR處理重金屬機(jī)制的研究變得復(fù)雜和艱難。目前研究還僅限于對(duì)單一菌種，多種細(xì)菌共存的體系還未見報(bào)道。研究多種細(xì)菌共存對(duì)處理效果影響以及其作用機(jī)制將是下一步研究的重點(diǎn)。

2.2 重金屬的吸附機(jī)理

重金屬的吸附是通過(guò)利用微生物本身結(jié)構(gòu)或其分泌物和代謝產(chǎn)物來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌等能夠產(chǎn)生胞外聚合物(ECP)，如多糖、糖蛋白、脂多糖等。革蘭氏陰性細(xì)菌分泌的胞外聚合物是由脂多糖、莢膜多聚糖和其他的蛋白質(zhì)等組成。這些分泌物在細(xì)胞表面上易于脫落。革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌所分泌的則是由脂磷壁酸、多聚糖和游離蛋白質(zhì)組成。這些胞外聚合物含有大量的陰離子基團(tuán)，如羧基、磷?；⒘蛩岣纫着c金屬離子結(jié)合。天然多聚糖上陽(yáng)離子能與水辮液中二價(jià)重金屬離子進(jìn)行離子交換，如藻酸鹽中K+，N a+，Ca2+，Mg2+就能夠與相應(yīng)的陽(yáng)離子如Co2+，Cu2+，Cd2+和Zn2+進(jìn)行交換，從而達(dá)到生物吸附重金屬的目的。Aksu等[10]還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了C.Vulgari和Z.Ramigera是通過(guò)細(xì)胞壁的多聚糖上氨基和羧基與金屬之間韻吸附和配位作用來(lái)吸附銅的。但生物吸附機(jī)理仍不是十分清楚，當(dāng)前對(duì)其比較有影響的解釋是巴斯韋爾，麥金尼等所提出的粘液學(xué)說(shuō)和含能說(shuō)。

2.3 重金屬的胞內(nèi)積累機(jī)理

一般金屬離子要進(jìn)入細(xì)胞體必須經(jīng)過(guò)胞外結(jié)合與運(yùn)輸?shù)桨麅?nèi)兩個(gè)步驟[11]，前者迅遺且不需能量，后者緩慢并依賴能量及代謝系統(tǒng)調(diào)空。由于大部分的重金屬對(duì)微生物都有害，所以很難研究高濃度下重金屬的吸附機(jī)理。通常認(rèn)為重金屬進(jìn)入細(xì)胞膜的傳送機(jī)制與代謝作用必須的離子鉀、鎂、鈉的相類似。但當(dāng)有時(shí)相同電荷和離子半徑近似的重金屬離子共存時(shí)，這種傳送系統(tǒng)就可能會(huì)將這幾種共存金屬同時(shí)傳人到細(xì)胞體內(nèi)，使細(xì)胞新陳代謝功能出現(xiàn)障礙。如Cr(VI)在pH=7-9范圍內(nèi)主要以CrO42-的形式存在。而CrO42-，硫酸鹽和磷酸鹽結(jié)構(gòu)相似，較易經(jīng)過(guò)一般陰離子的傳輸渠道穿過(guò)細(xì)胞膜。在有還原性質(zhì)物質(zhì)存在的條件下，Cr(Ⅵ)作為電子受體，在酶的作用下，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)還原。

3 活性污泥法的改進(jìn)

活性污泥處理高濃度的重金屬?gòu)U水是一種全新的處理方法。在過(guò)去的二十多年里，人們研究集中在微生物處理重金屬的機(jī)制、優(yōu)化活性污泥處理重金屬?gòu)U水的工藝參數(shù)等方面。但由于研究還不夠透徹，使活性污泥應(yīng)用受到了限制。如何提高活性污泥法的應(yīng)用范圍，提高活性污泥的處理效果，降低活性污泥法的生產(chǎn)成本，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 改變活性污泥的形態(tài)

將絮狀活性污泥培養(yǎng)成顆粒污泥，為微生物提供一個(gè)穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)，有利于微生物抵抗高濃度的重金屬離子；顆粒污泥形成有利于細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收；顆粒污泥能維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的微環(huán)境，有利于抵抗廢水的突變[12]。

3.2 生物強(qiáng)化技術(shù)

生物強(qiáng)化技術(shù)是通過(guò)向廢水處理系統(tǒng)中直接投加H-自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)菌種或通過(guò)基因重組技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，以改善原處理系統(tǒng)的能力，達(dá)到對(duì)某一種或某一類有害物質(zhì)的去除或某方面性能的優(yōu)化目的。其實(shí)現(xiàn)需要三個(gè)步驟：①高效菌種的獲得；②高效菌種在投加系統(tǒng)中保持及活力的表達(dá)；③對(duì)目標(biāo)物的有效去除或原系統(tǒng)性能的有效改善。生物強(qiáng)化技術(shù)有利于減少活性污泥的馴化時(shí)間，增強(qiáng)活性污泥處理效果，并可以根據(jù)廢水特性有選擇性地投加特定菌種，從而使活性污泥適應(yīng)能力顯著增強(qiáng)。但目前主要是針對(duì)單一菌種處理重金屬效果的研究，對(duì)復(fù)合功能菌的研究較少。復(fù)合功能菌借助不同菌種之間相互協(xié)調(diào)共生，有利于增強(qiáng)茁群整體對(duì)于環(huán)境的抵抗能力，保持在系統(tǒng)中的活力，提高與系統(tǒng)中固有菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的競(jìng)爭(zhēng)能力，從而保證強(qiáng)化技術(shù)有效實(shí)施。

3.3 促進(jìn)微生物胞外聚合物(ECP)的分泌

活性污泥形成過(guò)程是先由細(xì)菌形成菌膠團(tuán)，再進(jìn)一步絮凝成活性絮凝體，絮體的形成和細(xì)胞產(chǎn)生的胞外聚合物有很大關(guān)系。細(xì)菌產(chǎn)生的胞外聚合物越多，絮凝聚合作用就進(jìn)行得越快。胞外聚合物的形成與細(xì)菌的生長(zhǎng)階段有關(guān)。在細(xì)菌生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期，細(xì)菌開始絮凝，到穩(wěn)定生長(zhǎng)期時(shí)，胞外聚合物大量形成。

目前對(duì)微生物產(chǎn)生ECP的機(jī)制和生物絮凝過(guò)程研究不是十分清楚，針對(duì)提高分泌ECP能力的研究還處于試驗(yàn)探索階段，這一方面研究還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

活性污泥法處理重金屬?gòu)U水具有成本低，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是一種較有發(fā)展前途的方法。但活性污泥法尚有許多的不足之處，如利用沉淀機(jī)制處理重金屬?gòu)U水，則剩余活性污泥需要進(jìn)行再處理回收其中的金屬成分。當(dāng)前活性污泥法大多還處在實(shí)驗(yàn)室和中試階段，進(jìn)行了大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的研究成果還很少，若想在此領(lǐng)域有所突破，還必須加強(qiáng)在生物強(qiáng)化技術(shù)等方面的研究，同時(shí)提高工業(yè)過(guò)程和設(shè)備自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

關(guān)鍵詞 路面徑流 重金屬 來(lái)源 分布

0 引言（Introduction）

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市成為人類活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)。而且隨著科學(xué)技術(shù)及環(huán)保措施的提高，城市面源污染卻日益嚴(yán)重。其中地表徑流成為僅次于農(nóng)業(yè)面源污染的第二大面源污染；路面徑流是地表徑流中污染最嚴(yán)重的部分。甚至美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（ EPA） 把城市地表徑流列為導(dǎo)致全美河流和湖泊污染的第三大污染源。城市路面徑流進(jìn)入受納水體是導(dǎo)致水體水環(huán)境惡化的主要原因之一。此外，城市化進(jìn)程的提高促使城市的交通事業(yè)飛速發(fā)展，交通的頻繁活動(dòng)導(dǎo)致路面徑流攜帶的污染物越來(lái)越多，除了顆粒物、有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽等常規(guī)污染物外，有毒有害的重金屬也日益增多，嚴(yán)重影響我國(guó)的生態(tài)和環(huán)境。重金屬與有機(jī)物不同，不易降解，容易在生物體內(nèi)富集，導(dǎo)致重金屬污染持久，難以治理；長(zhǎng)期會(huì)通過(guò)食物鏈的傳遞到人體，并在人體內(nèi)富集，對(duì)人體產(chǎn)生毒害作用。國(guó)外對(duì)路面徑流中重金屬污染的研究方興未艾，國(guó)內(nèi)也有相關(guān)報(bào)道，探明重金屬的特性非常必要，可為解決城市路面徑流重金屬對(duì)環(huán)境的污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 路面徑流中重金屬的主要來(lái)源

在城市路面上，主要活動(dòng)的是機(jī)動(dòng)車輛。城市路面徑流中的重金屬主要來(lái)源于公路瀝青、輪胎、燃料、尾氣、制動(dòng)器、車體、油等各方面。

研究表明：路面徑流中Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Ni的污染非常嚴(yán)重，其中Zn來(lái)源于輪胎磨損、油泄漏、防腐鍍鋅汽車板的脫落。Pb主要來(lái)源于含鉛汽油的燃燒、剎車片及車漆脫落。Cr來(lái)源于用于汽車構(gòu)件的各種合金。Ni來(lái)源于汽車尾氣、剎車片及引擎的磨損和公路瀝青。Cd鹽主要作為含鋅添加劑的雜質(zhì) ，因此Cd主要來(lái)源于輪胎磨損和油泄漏。Cu污染物主要來(lái)源于剎車?yán)镆r的磨損。

探明了路面徑流中重金屬的來(lái)源后可以采取有效措施減弱重金屬的污染。

2 路面徑流中重金屬的分布及賦存形態(tài)

目前，有毒有害重金屬的分布及形態(tài)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，國(guó)外研究說(shuō)明路面徑流中的重金屬與顆粒物有顯著地相關(guān)性，尤其與細(xì)顆粒（

對(duì)這一現(xiàn)象有兩種解釋：

（1）是因?yàn)榧?xì)顆粒本身的比表面積大，能吸附更多的重金屬；

二是因?yàn)榧?xì)顆粒物上附著著細(xì)小的有機(jī)物，有機(jī)物對(duì)重金屬的吸附能力也很強(qiáng)。

北京城區(qū)北三環(huán)的研究表明：路面徑流中的重金屬主要附著在

重金屬在徑流中的賦存狀態(tài)有顆粒態(tài)和溶解態(tài)，但顆粒態(tài)和溶解態(tài)的比重不同。如，Pb主要以顆粒態(tài)存在，而Zn、Cu、Cd主要以溶解態(tài)存在。分析清楚重金屬與細(xì)顆粒物之間的相關(guān)關(guān)系，就能夠理清重金屬在路面徑流中的賦存形態(tài)及分布特征。

3結(jié)論

（1）路面徑流中重金屬主要來(lái)源于公路瀝青、輪胎、燃料、尾氣、制動(dòng)器、車體、油等各方面。

（2）路面徑流中的重金屬賦存狀態(tài)分為顆粒態(tài)和溶解態(tài)，重金屬與細(xì)顆粒物之間的相關(guān)關(guān)系顯著；重金屬的濃度分布呈現(xiàn)偏態(tài)分布。

參考文獻(xiàn)

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篇10

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)土壤；鎘；危害；污染途徑

中圖分類號(hào)：S156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.023

Analysis of Cadmium Pollution in Agricultural Soils and Analysis of its Aay of Pollution

PANG Rongli， WANG Ruiping， XIE Hanzhong， GUO Linlin， LI Jun

（1. Institute of Zhengzhou Pomology， CAAS/ Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Fruit（Zhengzhou）， Ministry of Agriculture， Zhengzhou， Henan 450009， China）

Abstract： The rapid development of industry and agriculture of our country， caused different degrees of pollution on soil environment， especially the problem of cadmium pollution has attracted global attention. The article analyzed the current status of soil cadmium pollution and the harm of cadmium pollution in soil， and pointed out the evaluation indexes of cadmium in soil environment， and summarized the main ways of cadmium pollution in soil， and put forward the suggestions for reducing cadmium pollution in soil. This will better promote the development of soil remediation and treatment technology of cadmium contaminated soil.

Key words： agricultural soils； cadmium； harm； pollution way

土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的不合理開采，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽養(yǎng)殖等，導(dǎo)致了土壤重金屬的污染逐步加劇。鎘是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的5毒（汞、鉛、鎘、砷、鉻）元素之一，同時(shí)由于鎘在土壤中不易遷移，鎘對(duì)土壤的污染基本上是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，土壤一旦受到鎘污染就很難恢復(fù)，對(duì)鎘污染土壤及修復(fù)的研究目前是土壤環(huán)境研究的熱點(diǎn)[1-2]。

本研究擬從土壤鎘污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)指標(biāo)、土壤鎘污染的危害及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定、土壤中鎘污染的主要途徑等方面著手，全面分析農(nóng)業(yè)土壤中鎘污染來(lái)源及其危害性，并對(duì)減少土壤中鎘污染途徑提出建議，以期為更好地推動(dòng)重金屬鎘污染土壤的修復(fù)與治理技術(shù)研究提供參考依據(jù)。

1 我國(guó)土壤鎘污染現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 土壤鎘背景值

土壤背景值是指在未受或受人類活動(dòng)影響小的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量。自然土壤中的鎘主要來(lái)源于成土母質(zhì)，全世界土壤中鎘的含量一般在0.010～2.000 mg?kg-1，中值為0.35 mg?kg-1。由于我國(guó)不同區(qū)域地球化學(xué)條件差異顯著，在我國(guó)各區(qū)域土壤中鎘背景值差異較大，土壤中鎘背景范圍為0.001～13.400 mg?kg-1，中值為0.079 mg?kg-1，算術(shù)平均值為0.097 mg?kg-1，低于日本（0.413 mg?kg-1）和英國(guó)（0.62 mg?kg-1），95%置信度的置信區(qū)間為0.017～0.330 mg?kg-1 [3]。

1.2 土壤鎘污染現(xiàn)狀

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展以及含重金屬的化肥、農(nóng)藥等的大量使用，導(dǎo)致土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，這不僅使土壤肥力、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)下降，而且重金屬元素通過(guò)在農(nóng)作物中的富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全，從而間接危害人體健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鎘污染農(nóng)田超過(guò)1.3萬(wàn) hm2，涉及11個(gè)省市的25個(gè)地區(qū)[4]，并且部分地區(qū)的鎘污染已相當(dāng)嚴(yán)重。2014年4月17日環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合公布了全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)，公布了我國(guó)首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果。公報(bào)指出，我國(guó)土壤環(huán)境狀況令人堪憂，鎘等重金屬污染問(wèn)題相對(duì)比較突出，從污染分布情況看，南方土壤污染較重，北方土壤污染相對(duì)較輕，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大，長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問(wèn)題也較為突出。鎘含量分布呈現(xiàn)出從東北到西南、從西北到東南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)，鎘點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%，其中，輕微污染、輕度污染、中度污染、重度污染的比例分別為5.2%，0.8%，0.5%，0.5%。我國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的《中國(guó)耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告（2015）》顯示，我國(guó)有232萬(wàn)hm2重金屬中重度污染或超標(biāo)耕地。

1.3 土壤鎘評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618―1995）將土壤各污染物限量值分為三級(jí)：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)，維持自然背景而設(shè)置，鎘限量值為0.2 mg?kg-1；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康而設(shè)置，鎘限量值在pH值7.5時(shí)為0.6 mg?kg-1；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長(zhǎng)而設(shè)置的土壤臨界值，鎘限量值為1.0 mg?kg-1（pH值>6.5）。此外，我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品 種植業(yè)產(chǎn)地環(huán)境條件》（NY/T 5010―2016）規(guī)定，土壤污染物鎘為基本指標(biāo)，具體限量值應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618的要求；《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》（NY/T 391―2013）規(guī)定，鎘限量值均為0.30 mg?kg-1（pH值≤7.5）和0.40 mg?kg-1（pH值>7.5）。

2 土壤鎘污染的危害及我國(guó)對(duì)植物性食品中鎘的規(guī)定

2.1 土壤鎘污染對(duì)植物生長(zhǎng)的危害

鎘在土壤中具有移動(dòng)性差、毒性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而，重金屬污染土壤之后，就有可能導(dǎo)致重金屬等有害物質(zhì)在農(nóng)作物體內(nèi)富集[5-6]。鎘不是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，當(dāng)鎘進(jìn)入植物體內(nèi)并積累到一定程度時(shí)，就會(huì)通過(guò)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育、抑制植物的呼吸作用和光合作用、減弱植物體中的酶活性[7-8]、降低植物可溶性蛋白和可溶性糖的含量等途徑來(lái)影響植物的產(chǎn)量、品質(zhì)和安全，從而間接地危害人類的健康[9-10]。

2.2 土壤鎘污染對(duì)人體的毒害作用

鎘不是人體所必需的元素，主要通過(guò)影響人體的心血管系統(tǒng)而使人體免疫力下降。鎘屬于肺癌的致癌物之一，同時(shí)其還是典型的環(huán)境激素類物質(zhì)，對(duì)人類生殖系統(tǒng)造成損傷，對(duì)胚胎發(fā)育也有一定的毒性。

2.3 我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品中鎘的限制

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762―2012）中規(guī)定了和土壤相關(guān)的植物性食品中污染物鎘的限量指標(biāo)。

3 土壤中鎘污染的主要途徑

土壤中鎘的自然來(lái)源主要是巖石和土壤的本底，人為來(lái)源主要是人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的污染。

3.1 交通運(yùn)輸

公路源重金屬對(duì)公路旁植物污染來(lái)說(shuō)是主要的污染源，通過(guò)對(duì)路邊重金屬沉降種類相關(guān)分析表明，路邊的交通造成的污染主要有鉛、鎘、鋅等重金屬。鐵路旁鎘、鉛污染主要?dú)w結(jié)于貨物運(yùn)輸（包括冶煉物質(zhì)、煤炭、石油、建材、礦建等各種大宗工業(yè)物資）、火車輪軸以及車輛部件的磨損、牽引機(jī)車的廢氣排放等[11]。公路、鐵路兩側(cè)土壤中的鎘污染程度與距離路基的距離、交通流量、通車時(shí)間長(zhǎng)短等有一定的相關(guān)性。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的267條干線公路兩側(cè)的1 578個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占20.3%，主要污染物為鉛、鋅、砷、鎘和多環(huán)芳烴，一般集中在公路兩側(cè)150 m范圍內(nèi)。符燕[12]2007年研究表明，在隴海鐵路鄭商段路兩側(cè)300 m范圍內(nèi)，表層土壤中重金屬含量明顯高于我國(guó)潮土中鎘背景值，綜合污染指數(shù)為重污染，基本與距鐵路的距離呈負(fù)相關(guān)，離鐵路越近，污染指數(shù)越大。羅婭君等[13]2014年對(duì)成綿高速公路特征路段兩側(cè)土壤重金屬污染特征及分布規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在分析路段范圍內(nèi)Cd單項(xiàng)污染指數(shù)介于2.2～4.35，平均為3.18，污染等級(jí)為重度污染。陳黎萍等[14]研究表明，在川中丘陵區(qū)鐵路沿線附近土壤中，鎘總量較高，其化學(xué)形態(tài)主要以酸可交換態(tài)和可還原態(tài)為主，殘?jiān)鼞B(tài)含量很低，說(shuō)明在鐵路沿線附近土壤中鎘的生物活性和可遷移性較強(qiáng)。

3.2 農(nóng)業(yè)投入品的使用

含鎘肥料主要指磷肥以及一些可以用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的含鎘生活垃圾為原料生產(chǎn)的肥料，大量長(zhǎng)期施用會(huì)造成不同程度的農(nóng)田鎘污染。生產(chǎn)磷肥的原料是磷礦石，磷礦石中除了含有一些營(yíng)養(yǎng)元素外，同時(shí)也含有較高含量的鎘。資料顯示，磷肥中的鎘含量因原料產(chǎn)地不同而有很大差異，加拿大為2.1～9.3 mg?kg-1，瑞典為2～30 mg?kg-1，荷蘭為9～60 mg?kg-1，澳大利亞的磷肥鎘含量高達(dá)18～91 mg?kg-1，美國(guó)為734～159 mg?kg-1，我國(guó)的磷礦含鎘大多較低，所以磷肥的鎘含量也較低，如廣州市施用的磷肥鎘含量為2～3 mg?kg-1 [15]。王美等[16]對(duì)肥料中重金屬含量研究結(jié)果表明，過(guò)磷酸鈣中鎘含量高于鈣鎂磷肥，這與生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝等有關(guān)，這些磷肥的大量長(zhǎng)期施用必將導(dǎo)致土壤鎘含量的積累。馬耀華[17]1998年研究結(jié)果顯示，上海地區(qū)的一些菜園土施肥前土壤中Cd的含量為0.134 mg?kg-1，施肥后上升到0.316 mg?kg-1。美國(guó)某橘園土壤Cd含量為0.07 mg?kg-1，連續(xù)施用磷肥36年后，土壤Cd含量高達(dá)1.0 mg?kg-1。由于長(zhǎng)期施用含鎘磷肥而導(dǎo)致了土壤中Cd的積累，同時(shí)增加了植物中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[18]。因此，含鎘磷肥被認(rèn)為是農(nóng)田鎘污染的重要來(lái)源。

以畜禽糞便等為原料堆制成的有機(jī)肥中也含有較高的鎘等重金屬，長(zhǎng)期連續(xù)施用也將造成土壤鎘污染[19]。潘霞等[20]研究了畜禽有機(jī)肥對(duì)典型蔬果地土壤剖面重金屬分布狀況，指出施用豬糞、羊糞、雞糞3種畜禽有機(jī)肥均可使重金屬在土壤剖面呈現(xiàn)表聚現(xiàn)象，以設(shè)施菜地最為突出，Cd和Zn積累較為明顯。葉必雄等[21]研究結(jié)果表明，牛糞集中施用區(qū)土壤剖面中Cd，Ni，Cu，Pb，Cr等重金屬存在較為明顯的淋溶下移性，長(zhǎng)期施用不同畜禽糞便的不同土壤剖面Cd，Pb，Cr，Ni等含量變化差異明顯。董志新等[22]在分析沼氣肥養(yǎng)分物質(zhì)和重金屬含量差異時(shí)指出，沼渣有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較高，是營(yíng)養(yǎng)元素種類齊全的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料，但沼氣肥中也含有一些重金屬元素，農(nóng)業(yè)利用有可能因植物富集而影響農(nóng)產(chǎn)品食品安全。

農(nóng)用塑料薄膜在生產(chǎn)過(guò)程中用到熱穩(wěn)定劑，而熱穩(wěn)定劑中又含有重金屬鎘，因而，隨著塑料大棚和地膜覆蓋技術(shù)的大量應(yīng)用，在對(duì)低溫季節(jié)和干燥地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到極大促進(jìn)作用的同時(shí)，也可能使農(nóng)用土壤中的鎘積累，造成土壤質(zhì)量下降。陳慧等[23]研究結(jié)果表明，覆膜種植方式下萵苣根際土壤中的重金屬明顯高于不覆膜種植方式，地膜覆蓋能有效地降低重金屬向地上部分轉(zhuǎn)移。于立紅等[24]在地膜中重金屬對(duì)土壤―大豆系統(tǒng)污染的試驗(yàn)研究中指出，大豆各生育時(shí)期，高倍地膜殘留量土壤和植株中Cd和Pb含量高于低倍殘留，各生育時(shí)期各處理土壤中Cd含量為0.7～2.4 mg?kg-1，Cd含量均超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 15618―1995的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 污水灌溉

使用污水灌溉農(nóng)田，在一定程度上解決了農(nóng)業(yè)用水資源短缺的問(wèn)題，但由于污水中可能會(huì)含有重金屬等污染物，長(zhǎng)期施用勢(shì)必也會(huì)造成土壤中重金屬含量的增加[25-26]。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的55個(gè)污水灌溉區(qū)中，有39個(gè)存在土壤污染，在1 378個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占26.4%，主要污染物為鎘、砷和多環(huán)芳烴。長(zhǎng)沙市郊引用化工區(qū)污水灌溉，土壤的重金屬污染極其嚴(yán)重，環(huán)保部門在某鉛鋅礦區(qū)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果顯示，該礦水系沿岸耕地所產(chǎn)的稻米Cd含量為2.24 mg?kg-1，是對(duì)照點(diǎn)的3.7倍，屬于“鎘米”[27]。張萌等[28]在對(duì)太原市污灌區(qū)土壤鎘存在形態(tài)與生物可利用性研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，與太原市土壤背景值相比，污灌區(qū)土壤中重金屬鎘含量已達(dá)太原市土壤背景值的3倍，鎘在土壤表層含量明顯高于其他分層，表明表層土壤有明顯的鎘累積，并且鎘在表層土壤含量最高，隨深度增加鎘含量逐漸降低。艾建超等[29]研究結(jié)果表明，污灌區(qū)土壤鎘含量超標(biāo)，并且污灌區(qū)土壤耕作層中Cd的形態(tài)特征為可交換態(tài)>鐵錳氧化態(tài)>碳酸鹽結(jié)合態(tài)或有機(jī)結(jié)合態(tài)>殘?jiān)鼞B(tài)。

3.4 污泥施肥

城市污泥中含有多種能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素（如B，Mo等），但是污泥中也可能含有大量的重金屬元素，主要來(lái)源于不同類的工業(yè)廢水中，鎘主要來(lái)源于礦業(yè)廢水、鋼鐵冶煉廢水等，長(zhǎng)期污泥施肥也可導(dǎo)致土壤中鎘含量的增加。黃游等[30]研究結(jié)果表明，污泥進(jìn)入土壤后，土壤中鎘和鋅的生物活性與污泥的施加量成正比。有研究表明，不同區(qū)域城市污泥Cd含量從大到小依次為華南、西南、華中、華東、西北、華北、東北，這可能與工業(yè)密集程度、礦區(qū)類型及分布等有關(guān)[31]。徐興華等[32]在污泥和水溶性重金屬鹽的植物有效性比較研究時(shí)指出，污泥中含有較高的鋅、鎘等重金屬。

3.5 工況企業(yè)活動(dòng)

鎘往往與鉛鋅礦伴生，工礦活動(dòng)可造成不同程度的鎘污染。在冶煉廢渣和礦渣堆放或處理的過(guò)程中，由于日曬、雨淋、水洗重金屬極易遷移，以廢棄堆為中心向四周及兩側(cè)擴(kuò)散。全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)（2014年）顯示，在調(diào)查的70個(gè)礦區(qū)的1672個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占33.4%，主要污染物為鎘、鉛、砷和多環(huán)芳烴。姬艷芳等[33]在2008研究鳳凰礦區(qū)耕地土壤和稻米中重金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)，土壤中Cd含量高達(dá)10.70 mg?kg-1，大大超過(guò)了國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，稻米中Cd含量也嚴(yán)重超標(biāo)。周建民等[34]2004年在研究廣東省大寶山礦區(qū)的尾礦和周邊的土壤重金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)，尾礦附近的稻田土壤Cd平均濃度高達(dá)2.453 mg?kg-1。尹偉等[35]2009年調(diào)查佛山某礦區(qū)周邊菜地結(jié)果表明，在研究區(qū)域內(nèi)有20%的土壤不同程度地受到鎘污染。

4 控制土壤重金屬鎘污染的建議

由以上分析可知，人類活動(dòng)對(duì)全球土壤鎘的輸入量已大大超過(guò)自然釋放量，同時(shí)被鎘污染的土壤很難修復(fù)。因而，應(yīng)嚴(yán)格控制土壤鎘的來(lái)源，尤其是嚴(yán)格要求農(nóng)業(yè)投入品的質(zhì)量。做到不用未經(jīng)處理的污水進(jìn)行灌溉，不用污泥進(jìn)行施肥，少用農(nóng)用薄膜，杜絕不合格化學(xué)肥料或有機(jī)肥料，遠(yuǎn)離工廠企業(yè)和交通要道，嚴(yán)格控制土壤中重金屬鎘的輸入，改善土壤環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，保護(hù)人類健康。

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