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“鎘”命之路——土壤重金屬污染專題

在我國的重金屬土壤污染中,鎘(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被聯合國環境規劃署列為全球性意義危害化學物質之首。Cd污染不僅會引起土壤功能的失調、土質的下降,還會不同程度的損害植物的生理發育,影響植株的生長代謝。Cd通過植物吸收,富集而轉移進入食物鏈危害人類的生命和健康。

 土壤中鎘濃度很高主要有3種成因:

1、自然地球化學的運動,包括火山噴發、鹽熔和單質鎘的自然濃集作用,它常常導致土壤鎘的高背景(常常在1.0 mg·kg-1以上);

2、人類生產活動,包括采礦(每年因采礦進入生態環境中的鎘為7.7×106kg)、冶煉、污灌和磷肥施用等工農業活動;

3、上述兩種作用的復合。

有色金屬礦產開發、冶煉及其他工業生產排出的廢氣、廢水和廢渣都會造成鎘污染。而我國的耕地大量使用的磷肥中也有相當高的鎘含量,因此當這些磷肥進入土壤,也加重了土壤中的鎘濃度。此外,城市污泥和垃圾的焚燒也可導致土壤中鎘含量增高。

近幾年來,湖南等地大米鎘超標事件頻發,之前曾有過調查,發現10%左右的市售大米鎘超標。對此,南京農業大學教授潘根興在接受媒體采訪時指出:這與國標定得比較高有關系——大米中鎘的國標限量為每公斤0.2毫克,而國際標準是每公斤0.4毫克。
 “在中國,城市廢舊電池至今不能分類處理造成的鎘污染,我覺得更應該引起重視。”張維理說,目前在我國許多大城市,城鄉結合帶不僅用于處置城市垃圾,也是城市蔬菜主要產區,源于城市垃圾的重金屬污染將會直接影響到土壤和農產品安全。

在許多國家,為防治重金屬污染,早已實施了廢舊電池的集中收集和單獨處理,而不與普通生活垃圾混合填埋。我國東部地區城市人口密集,城市垃圾產生量大,若不盡快實現生產、生活垃圾的分類處理,含鎘量高的廢舊電池混入大量的生活垃圾,將會在城市邊緣形成嚴重的農田土壤和水的重金屬污染。

土壤鎘污染的植物修復

金屬排斥是植物抑制重金屬進入其體內,或吸收后排出,或阻礙轉運過程的現象。

研究表明,植物的細胞脂膜具有選擇特異性,是限制Cd2+利用跨膜運輸進入細胞內的重要屏障。另外,依據對耐性植物的金屬吸收與代謝關系的相關性研究發現,植物的原生質膜能夠利用轉運器運載主動將重金屬排除體外。

 螯合作用是通過誘導合成金屬配位體,并形成金屬配位體復合物,且在器官、細胞和亞細胞水平區室化分布,來降低Cd的毒性。它們能結合植物吸收的Cd2+并去毒化轉運至液泡儲存,有效減少游離態Cd。

自然界中的重金屬污染主要是多元素復合污染,Cd在與其它金屬交互作用中,表現為協同、累加或拮抗等特性,其中以拮抗作用對植物的生長最為有利,研究價值最大。


             海洲香薷——重金屬超級累植物

Cd在與Cu的復合污染中,會通過競爭吸附位點表現出拮抗效果,Cd會與Zn競爭土壤膠體中的吸附點,釋放土壤中的化合態Zn,從而提高土壤中Zn的有效性,減少Cd進入植株體的幾率;Ca與Cd在土壤中的相互作用,主要呈現出顯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,通過有效運轉Cd到地上進行消耗金屬排斥是植物抑制重金屬進入其體內,或吸收后排出,或阻礙轉運過程的現象。

有研究表明,植物的細胞脂膜具有選擇特異性,是限制Cd2+利用跨膜運輸進入細胞內的重要屏障。另外,依據對耐性植物的金屬吸收與代謝關系的相關性研究發現,植物的原生質膜能夠利用轉運器運載主動將重金屬排除體外。植物對Cd的沉淀主要是通過細胞壁和液泡來完成的,通常被沉淀后的Cd會失去毒性。細胞壁是植株阻礙Cd2+進入植物細胞的第一道屏障,通過利用細胞壁的沉淀發揮功能,Cd2+在穿過細胞壁時會部分與細胞壁上的基團結合、沉淀、絡合或吸附,從而阻止了大量Cd2+進入原生質體內,降低Cd毒害。

Ca與Cd在土壤中的相互作用,主要呈現出顯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,通過有效運轉Cd到地上進行消耗或排解。


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