吉林省通化土壤中镉(Cd)重金属污染评价研究
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【摘 要】本文研究吉林省通化市土壤中镉（cd）重金属元素的污染状况，通过对吉林省通化市土壤中镉（Cd）重金属元素网格化数据的分析，以土壤环境质量（重金属）标准值（Si ）作为本区域土壤重金属评价标准，以单因子指数质量模型的方法分析工作区域内土壤中镉（Cd）重金属元素污染状况。研究证明，采用单因子指数评价法对吉林省通化市土壤中镉（Cd）重金属污染评价，评价方法简单。希望以此为依据，为该地区的土壤重金属污染防治和可持续利用提供科学依据。
【关键词】土壤；重金属；评价
土壤是生物与人类赖以生存的物质基础。作为有再生作用的自然资源，土壤在维护农业生态系统的平衡方面具有重要意义[1]。随着工业的迅猛发展、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的不断增加，土壤重金属污染日益严重。重金属污染物在土壤中具有移动性差、滞留时间长、不易被微生物降解、毒性强和积累效应等特征，对农作物的生长、产量及品质都有较大影响，并通过食物链影响着人类健康，土壤一旦受到重金属污染，要消除是一件极其不容易的事。因此，调查和评价土壤环境中重金属污染程度，对摸清土壤环境质量、加强土壤污染的综合防治、保障人类健康等具有十分重要的现实意义[2]。
1 研究概述
1.1 重金属及镉危害
重金属指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以，将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、福、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钻、镍、锡、钒等污染物[3]。
在自然界中主要成硫镉矿而存在；也有小量存在于锌矿中，所以也是锌矿冶炼时的副产品。镉的主要矿物有硫镉矿（Cds），贮存于锌矿、铅锌矿和铜铅锌矿石中。镉的世界储量估计为 900万吨。
镉不是人体的必需元素。人体内的镉是出生后从外界环境中吸取的，主要通过食物、水和空气而进入体内蓄积下来。镉的吸收和代谢镉的烟雾和灰尘可经呼吸道吸入。肺内镉的吸收量约占总进入量的25～40%。每日吸20支香烟，可吸入镉2～4ug。镉经消化道的吸收率，与镉化合物的种类、摄入量及是否共同摄入其它金属有关。例如钙、铁摄入量低时，镉吸收可明显增加，而摄入锌时，镉的吸收可被抑制。吸收入血液的镉，主要与红细胞结合。肝脏和肾脏是体内贮存镉的两大器官，两者所含的镉约占体内镉总量的60%。据估计，40～60岁的正常人，体内含镉总量约30mg，其中10mg存于肾，4mg存于肝，其余分布于肺、胰、甲状腺、、毛发等处。器官组织中镉的含量，可因地区、环境污染情况的不同而有很大差异，并随年龄的增加而增加。进入体内的镉主要通过肾脏经尿排出，但也有相当数量由肝脏经胆汁随粪便排出。镉的排出速度很慢，人肾皮质镉的生物学半衰期是10～30年。
1.2 研究区概况
通化市旅游资源丰富。列为国家重点文化保护单位的有集安市的“洞沟古墓群” 和“丸都山城”，省级重点文物保护单位有集安市内的“国内城”、“霸王朝山城”和“长川壁画墓”等。“洞沟古墓群”有高句丽古墓1万多座，最早的有2000多年历史，最大的“将军坟”被称为“东方金字塔”。高句丽遗址现已被联合国教科文组织列为世界文化遗产[4]。
2 材料与方法
2.1 数据处理
选取通化市作为研究对象，根据通化市工作区范围为北纬40°40' -- 42°东经125°30' -- 126°，对通化市镉元素网格化数据图进行处理，得出通化市工作区镉元素网格化数据图见表1
126000′
2.2 评价标准
该研究以国家《土壤环境质量标准》（GB15618-95）二级标准作为评价标准，分析评价吉林省通化市工作区土壤中镉（Cd）重金属的污染现状 mg/kg。
2.3 评价方法
单因子指数质量模型
单因子质量指数[5]是以土壤污染物的实测浓度与评价标准之比计算出的土壤环境质量污染指数，即式中，Pi为土壤中污染物i的环境质量指数； Ci为污染物i的实测浓度； Si为污染物i的评价标准。具体分级评价指标为：若Pi≤0.7，土壤环境质量处于清洁安全状态； 0.71.0，表明土壤重金属含量超标污染，对作物的生长发育有影响，进而会通过食物链影响人体的健康。1.0
3 结果和讨论
3.1 结果
3.1.1 根据单因子指数质量模型
根据单因子指数方法，得到数据见表二
表二 吉林通化市工作区镉（Cd）重金属污染评价结果
3.1.2 讨论
从表三可以计算出，吉林省通化市工作区44.4%的土壤单因子污染指数未超过0.7，表明土壤环境质量处于清洁安全状态； 34.8%的土壤单因子污染指数超过0.7，但未超过1.0，表明土壤重金属含量没有超标污染，土壤环境质量尚清洁，但土壤重金属污染已处于安全警戒状态；。15.2%的土壤单因子污染指数超过1.0，但未超过2.0，属轻度污染；5.56%的土壤单因子污染指数超过3.0，属重度污染。
总体上说吉林省通化市工作区土壤极大部分处于清洁安全状态，只有极少一部分出现了污染状况，尤其是偏中部地区，污染情况比较严重，应该对这部分地区予以重视，加强对该地区的土壤环境污染的治理工作。
在利用单因子指数质量模型对土壤重金属污染评价时，评价方法简单，能够简单的表现出重金属超过标准值的程度，可以给该地区重金属污染防治和可持续利用提供一定的科学依据。
4 通化土壤镉污染的防治展望
土壤受污染后， 蓄积在土壤中的有害物质能迁移到水、空气和植物中， 最终进入人体。土壤污染一旦形成， 就会造成长远的影响， 而且难以消除。因此， 我们应以“预防为主”， 积极做好土壤的保护工作[7]。
土壤污染主要来自采矿、熔炼、镀锌等工业生产和 大气中含镉粉尘的沉降。因此，要减轻镉对环境的污染， 人类首先应采取的行动是对能带来的镉污染的工业生产 采取预防措施或减少这类生产活动。 由于镉对动植物都有 很强的毒性，且易通过食物链进入人体，因此受严重镉污 染的土好弃之不用，但对中轻度污染的土壤，根据镉在土 壤中的特性， 采取适当的措施是完全可以减轻甚至消除其 毒害的。 近年来国内外采用的土壤重金属污染治理方法按 治理方式、工程措施、改良措施、农业措施及生物措施[8]。
4.1 工程措施 翻耕、客土与换土 翻耕就是把污染重的表层翻到下层，而把污染轻 下层 翻为表层。很显然，如果底层的污染同样较严重翻耕是不会 有什么效果的。客土是指在污染土壤上覆盖一层净土，换 土则是先将受污染的表土挖走， 然后再填入同等厚度的新 土。无论是翻耕、还是客土或换土，都必须要掌握好土层 厚度，处理土层太厚，工作量太大，劳民伤财；处理土层 太薄，效果不佳，通常以处理 30cm 深的土层为宜。一般 来说， 3 种方法以换土效果最好， 这 但采用换土措施会带 来如何处置被挖掘的受污染土壤的问题，处理不好，就很 可能导致二次污染， 由于这类物理措施都需要大量的人力 物力，通常它们只用于污染较重的土壤。
4.2 改良措施
4.2.1 提高土壤 PH 镉的活性明显受深液酸度的影响，PH 越高，其活性 越弱，当土壤 PH 达 7 时，有效镉的浸出率就降到 5%左 右。因此，在受镉污染的土壤中施用石灰性物质，如氢氧 化钙、碳酸钙、硅酸钙等来提高土壤 PH，即可有效地降 低镉的活性，石灰、硼泥、硫酸锌、过磷酸、氮肥 5 种 Cd 良剂中，以石灰效果最好。
4.2.2 调节土壤 Eh 旱改水或淹水栽培是降低土 Eh，使土壤处于还原状 态的有效措施， 从而保证镉变成无机盐沉淀和低有效性状 态。当然，含硫少的酸性土壤，施用石灰硫黄合剂，既可 降低土壤酸度，又可保证在还原条件下产生更多的 S—来 生成 CdS 沉淀。
4.3 农业措施
4.3.1 增施有机肥 土壤有机质对镉等多种重金属都有不同程度的吸附 作用，有机质增加可提高土抗重金属污染的能力。因此， 施用有机肥，一方面能提高土壤肥力，改良土壤性状。另 一方面又可较好地减轻镉的生物毒性。但有些有机肥，如 垃圾堆肥，本身就含有一定量的重金属，施入土壤可能反 而会使植物体内的金属含量增加，这时可在肥料中拌施碳酸钙以降低其活性。
4.3.2 选择合适形态的化肥 肥料的不同形态对土壤镉溶解度的影响，特别是在 根际土溶解度，产生明显差异。我们可以利用这种差异， 减少镉对植物体的污染， 而且化肥是现代农作物种植业不 可缺少的， 只要选购合适形态的化肥用于污染土壤便能实 现污染治理，因此比较经济易行。
4.3.3 选种抗污染农作物品种 改种吸收污染物少或食手部位污染物累积少的作 物。研究表明：菠菜、小麦、大豆吸镉量多，不宜种植； 而玉米、 水稻吸镉较少。 在中、 轻度重金属污染的土壤上， 不种叶菜、块根类蔬菜而改种瓜果蔬菜或果树等，能有效 地降低农产品的重金属浓度。
4.4 生物措施
4.5 其他措施 参考文献：
[1] 刘庆； 杜志勇； 史衍玺； 战金成； 庞绪贵 山东省寿光市土壤重金属环境质量评价[J]江西农业大学学报2009（1）
[2] 孟宪丽. GIS支持下的吉林省黑土区土壤重金属污染评价研究[A]东北师范大学2008.6.1
[3] 郑喜珅； 鲁安怀； 高翔； 赵谨； 郑德圣 土壤中重金属污染现状与防治方法 [J] 土壤与环境2002，11（1），79-84
[4] 维基百科http：///wiki/%E9%80%9A%E5%8C%96%E 5%B8%82
[5] 王焕校.污染生态学[M].北京：高等教育出版社， 2001：214-233.
[6] 刘云霞； 庞奖励； 丁敏； 楚永波 黄土高原长期苹果园地土壤重金属分布和评价 [J ]中国农业气象2010， 31（1）： 32-36
[7] 周敏，王安群 土壤的重金属污染危害及防治措施 [J ] 科技信息2006（4）：121
[8] 夏汉平《土壤植物系统中的镉研究进展》 《应用 与环境生物学报》1997.3
[9]·岳振华等《菜园土中重金属和氟的迁移累积及 蔬菜对重金属的富集作用》 《湖南农学院学报》1992.12