镉的生态风险
《2024年我国农田土壤镉污染现状及防治对策》范文
《我国农田土壤镉污染现状及防治对策》篇一一、引言随着工业化的快速发展，我国农田土壤镉污染问题日益凸显，对农产品安全和生态环境造成了严重威胁。
镉是一种有毒的重金属元素，其污染不仅影响土壤质量，还会通过食物链进入人体，对人类健康构成潜在风险。
因此，了解我国农田土壤镉污染的现状，并采取有效的防治对策，对于保障农产品安全和生态环境健康具有重要意义。
二、我国农田土壤镉污染现状1. 污染范围广泛我国农田土壤镉污染范围广泛，主要分布在矿业开采区、冶炼厂周边、化工企业集中区等地区。
这些地区的土壤镉含量往往超过国家标准，对当地农业生产造成严重影响。
2. 污染程度严重受镉污染的农田往往导致农作物减产、品质下降，甚至出现绝收现象。
同时，镉还会通过食物链进入人体，引发健康问题。
此外，镉污染还会对土壤生态系统造成破坏，影响土壤微生物群落结构。
3. 污染源多样农田土壤镉污染的来源多样，包括工业排放、农业活动（如过度施用磷肥和污水灌溉）等。
这些污染源相互交织，使得镉污染问题更加复杂。
三、防治对策针对我国农田土壤镉污染的现状，应采取以下防治对策：1. 源头控制（1）加强工业排放管理：严格实施排放标准，加大对重金属排放企业的监管力度，确保工业排放达到国家标准。
（2）合理规划矿业开采和冶炼活动：在矿产资源开发过程中，应合理规划开采区域和规模，减少对周边环境的破坏。
同时，加强冶炼过程中的尾矿处理和回收利用。
（3）减少农业活动中的镉污染：推广科学施肥技术，减少磷肥使用量；加强农田灌溉管理，避免污水灌溉；合理利用农膜等农业投入品，减少土壤污染。
2. 土壤修复与治理（1）物理修复：采用客土法、换土法等物理方法去除土壤中的镉。
这些方法可有效降低土壤中镉的含量，改善土壤质量。
（2）化学修复：通过施用改良剂、拮抗剂等化学物质来降低土壤中镉的活性或减少其吸收。
例如，施用石灰、磷酸盐等物质可以与镉结合形成难溶性的化合物，从而降低其生物可利用性。
（3）生物修复：利用植物、微生物等生物体及其代谢产物来降低土壤中镉的含量或减少其危害性。
土壤中镉污染及治理技术
政策与法规的完善
制定严格的土壤镉污染排放标准， 明确污染治理责任和监管机制。
加大对土壤镉污染治理技术的研 发支持力度，鼓励技术创新和产
业升级。
建立健全土壤污染治理法律法规 体系，加强法律监督和执法力度，
确保相关政策的有效实施。
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土壤中镉污染的分布与迁移
分布特征
研究土壤中镉的空间分布特征，了解 不同区域和地形的镉污染情况。
迁移转化
研究土壤中镉的迁移转化过程，了解 镉在土壤中的吸附、解吸、溶解、沉 淀等行为，为预测镉的迁移趋势和治 理提供依据。
03 土壤中镉污染的治理技术
物理法治理技术
物理法治理技术主要包括客土法、换土法、翻土法等。 这些方法通过改变土壤的物理性质，降低土壤中镉的
化学法治理技术
化学法治理技术主要是通过向土壤中添加化学试剂，使镉 离子转化为不易溶或难溶的化合物，从而降低其在土壤中 的迁移性和生物有效性。
常用的化学试剂包括石灰、硫化物、磷酸盐等。这些试剂 可以与镉离子结合，形成沉淀物，降低其在土壤中的浓度。
需要注意的是，化学法治理技术可能会改变土壤的pH值和 养分状况，对土壤生态产生影响。因此，在实际应用中需 要谨慎选择化学试剂和操作方法。
04 土壤中镉污染治理案例分 析
物理法治理案例
土壤清洗
通过清洗土壤中的重金属，降低土壤中镉的含量。该方法适用于镉污染较轻的 土壤，且需要大量水资源。
土壤固化/稳定化
通过添加固化剂或稳定剂，使镉等重金属在土壤中固定或稳定，降低其迁移性 和生物可利用性。该方法适用于污染程度较重的土壤。
化学法治理案例
765℃。
镉在土壤中的溶解度较低，通常以硫化物和碳酸盐的形式存在。
土壤重金属镉污染的危害及治理分析
土壤重金属镉污染的危害及治理分析一、本文概述本文旨在全面深入地探讨土壤重金属镉污染的危害及其治理方法。
我们将对镉污染的来源、分布及其在土壤中的行为进行详细解析，以揭示其对生态环境和人体健康造成的严重影响。
接着，我们将对现有的土壤镉污染治理技术进行综合分析，包括物理、化学和生物修复方法，评估其优缺点及适用性。
在此基础上，本文将进一步探讨土壤镉污染治理的未来发展趋势，提出针对性的政策建议和技术创新方向。
通过本文的研究，我们期望为土壤重金属污染治理提供理论支持和实践指导，促进土壤生态环境的持续改善和人类健康的保护。
二、土壤重金属镉污染的危害土壤重金属镉污染对环境和人类健康产生了深远的影响。
镉在土壤中的积累会破坏土壤结构，降低土壤肥力，从而影响农作物的生长和产量。
镉是一种有毒的重金属元素，进入食物链后会对农作物造成污染，进而影响人类的健康。
长期摄入镉污染的食物可能导致肾脏损伤、骨质疏松等疾病，严重时甚至可能致癌。
镉污染的另一个重要危害是对水资源的污染。
镉可以通过土壤渗滤进入地下水，污染饮用水源，对人类和其他生物造成潜在的健康风险。
镉污染还可能影响土壤微生物的多样性和活性，破坏土壤生态系统的平衡。
因此，土壤重金属镉污染不仅会对农业生产造成经济损失，还会对人类健康和生态环境产生长期的负面影响。
为了保障人类健康和生态环境的可持续发展，必须对土壤重金属镉污染进行有效的治理和控制。
三、土壤重金属镉污染的来源土壤重金属镉污染主要源于人类活动，这些活动包括工业生产、农业活动、城市生活以及交通运输等。
工业生产过程中，特别是那些涉及有色金属冶炼、电镀、电池制造、化工和涂料生产等行业的工厂，常常会产生含镉的废水、废气和废渣。
如果这些废弃物处理不当，镉便会通过各种途径进入土壤，造成土壤污染。
农业活动也是镉污染土壤的重要途径。
农药、化肥和有机肥的不合理使用，尤其是磷肥的大量使用，可能导致土壤镉含量上升。
磷肥生产时，原料中的镉元素可能会残留在肥料中，长期大量使用这样的磷肥，就会导致土壤中镉的积累。
大气沉降物中有害重金属的潜在生态风险
大气沉降物中有害重金属的潜在生态风险大气沉降物是指悬浮在空气中的微小颗粒物质，它们随着空气流动而沉降到地面上。
这些颗粒物质中可能存在有害重金属，如铅、汞、镉等。
这些重金属具有极高的毒性，对人体健康和生态环境都构成潜在的风险。
首先，大气沉降物中的有害重金属可能对土壤产生较大影响。
当沉降物降落到土壤表面时，重金属中的微粒可能会渗入土壤中，引起土壤污染。
而土壤是生态系统的重要组成部分，直接影响植物的生长和发育。
一旦土壤被有害重金属污染，将对植物的生长、养分吸收和代谢过程产生不可逆的影响。
此外，重金属还可能通过土壤进入水体，引发水污染，对水生生物造成毒害。
其次，有害重金属的沉降物还可能对大气环境产生负面影响。
气溶胶是大气中的一种重要沉降物，它携带了大量的有害物质，包括重金属。
当气溶胶沉降到地面时，其中的有害重金属可能会被释放到大气中，进一步污染空气。
空气污染不仅会对人类健康产生危害，还会威胁野生动物和植物的生存。
例如，过量的重金属可以破坏植物叶片的光合作用，导致植物生长受阻甚至死亡。
对于野生动物来说，它们在摄食过程中也可能摄入含有重金属的食物，进而积累重金属，给其健康带来潜在的风险。
另外，大气沉降物中的有害重金属也会对人类健康产生潜在威胁。
空气中的颗粒物被人们吸入后可能对呼吸系统产生刺激和损害。
特别是重金属微粒，由于其较小的粒径，更容易进入人体的深部呼吸道，对肺部产生损害。
某些重金属，如铅、汞等，经过长期积累，可能引发潜在的慢性中毒。
此外，还有一些研究表明，重金属微粒还可能通过血液循环进入脑部，对神经系统造成损伤。
为了减少大气沉降物中有害重金属的潜在生态风险，需从源头进行控制。
首先要加强工业和交通尾气的净化处理，减少大气中的颗粒物排放量。
其次，需要加强环境监测，及时掌握大气沉降物的情况。
通过监测数据，可以评估环境风险，并采取相应的措施进行治理。
另外，提高公众的环境保护意识也是关键，促使人们行动起来，减少对大气沉降物的贡献。
土壤重金属镉污染现状、危害及治理措施
土壤重金属镉污染现状、危害及治理措施一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重，其中镉污染尤为突出。
镉是一种毒性极强的重金属元素，对生态环境和人类健康构成严重威胁。
本文旨在全面概述土壤重金属镉污染的现状、危害及治理措施。
我们将探讨镉污染的主要来源，包括工业排放、农业活动、城市污水等。
我们将分析镉污染对土壤、水体、大气等环境的危害，以及对农作物和人体健康的潜在影响。
在此基础上，我们将提出一系列有效的治理措施，包括源头控制、土壤修复、农业管理等，以期为我国土壤重金属镉污染的防治工作提供有益的参考和借鉴。
二、土壤重金属镉污染现状近年来，随着工业化和城市化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重，其中镉污染尤为引人关注。
镉是一种具有显著生物毒性的重金属元素，它在土壤中的积累不仅会对土壤生态环境造成破坏，还会通过食物链影响人类健康。
在全球范围内，镉污染问题普遍存在。
特别是在一些工业发达、人口密集的地区，土壤镉污染尤为严重。
这些地区的工业活动，如采矿、冶炼、电镀等，会产生大量的含镉废水、废气和固体废弃物，这些废弃物如果不经过有效处理而直接排放，就会对土壤造成严重的污染。
在我国，土壤镉污染问题也不容忽视。
由于历史原因，一些地区长期存在重金属排放超标的问题，导致土壤镉含量严重超标。
这些地区的土壤不仅生态环境受到破坏，而且农产品质量也受到影响，甚至存在食品安全隐患。
为了有效应对土壤镉污染问题，我国已经采取了一系列治理措施。
例如，加强工业废水、废气和固体废弃物的监管和处理，推广环保技术和清洁能源，开展土壤污染修复和生态恢复等。
这些措施的实施，对于改善土壤镉污染现状、保护生态环境和人民健康具有重要意义。
然而，目前土壤镉污染问题仍然严峻，需要进一步加强治理力度。
未来，我们需要继续深化对土壤镉污染问题的研究，探索更加有效的治理技术和方法，为实现土壤生态环境的可持续发展做出更大贡献。
三、土壤重金属镉污染的危害土壤重金属镉污染对人类生活环境和生态系统构成了严重威胁。
大气中重金属污染的生态风险评估
大气中重金属污染的生态风险评估重金属污染一直以来是环境保护的一大难题。
重金属，在自然界中虽然存在于地壳中，但由于人类活动的加剧，如工业生产、农药和化肥的使用等，大量的重金属被排放到大气中，对生态系统产生了严重的影响。
因此，进行重金属污染的生态风险评估显得尤为重要。
首先，了解什么是重金属污染以及它的危害是进行评估的前提。
重金属是指密度大于等于5克/立方厘米的金属元素，包括铬、镉、铅、汞等。
这些重金属在自然界中一旦积累到一定浓度时，会对土壤、水源和空气等环境及生物体产生毒性作用。
它们在土壤中的积累会导致作物吸收过多的重金属，影响农产品的安全性，进而影响人类健康。
重金属进入水源会与水中的微生物、藻类等形成复合物，对水生生物造成严重伤害。
大气中的重金属进入呼吸道后，会引起慢性中毒，对人体的健康造成威胁。
为了评估大气中重金属污染的生态风险，首先需要收集相关数据，包括空气中重金属的浓度、环境参数、植物及动物样本等。
这些数据的准确性和全面性对于评估结果的可靠性至关重要。
然后，使用适当的评估方法和模型，对数据进行分析和处理。
评估方法有多种选择，例如潜在生态风险指数法、多媒体模型、生物标志物等。
通过计算和比对不同指标的数值，可以得出重金属污染对生态系统的潜在危害程度。
在评估过程中，还需要考虑重金属的来源和迁移路径。
重金属的主要来源是工业废气、交通尾气、矿山尾矿等，它们通过大气悬浮颗粒物的方式进入到环境中。
其中，交通尾气是城市中重金属污染的主要来源之一。
因此，评估的重点应当放在城市及其周边地区。
同时，要了解重金属在环境中的转化和迁移路径，以便更好地预测其对生态系统的影响。
评估得出生态风险后，应当采取相应的措施来减少重金属污染对生态系统的影响。
这包括加强环境监测、控制工业废气排放、改善交通尾气排放等。
此外，政府和企业应当加大对重金属污染治理技术的研发力度，推广使用环保型材料和清洁生产工艺，减少重金属的使用和排放。
只有通过源头治理和科学评估相结合，我们才能实现真正的环境保护和可持续发展。
土壤重金属潜在生态危害与健康风险评价
土壤重金属潜在生态危害与健康风险评价土壤重金属是指土壤中存在的含量超过一定标准的金属元素，如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、铬（Cr）等。
这些重金属对环境和人类健康造成潜在生态危害和健康风险。
本文将从土壤重金属的来源、生态危害和健康风险进行评价，并提出相应的解决措施。
首先，土壤重金属的来源主要包括自然和人为两个方面。
自然来源包括岩石崩解、土壤侵蚀和沉积物的运移等，但其含量较低。
人为来源主要包括工业、农业和城市化进程中的各类排放，如矿产资源开采、化肥和农药的使用、工业废水和废气的排放等。
这些活动对土壤中重金属的含量造成了显著影响。
其次，土壤重金属对生态环境的危害主要表现在以下几个方面。
首先，重金属的累积会导致土壤中微生物群落的变化，影响土壤的生物多样性和养分循环。
其次，重金属对植物的生长和发育有严重影响，如镉和铅会阻碍酵素活性，导致植物生理机能紊乱。
最后，土壤重金属还会进入水体、大气和食物链中，对水生生物和人类健康构成风险。
土壤重金属对人类健康造成的风险主要源于食物链的传递。
植物吸收土壤中的重金属，人类通过食用植物或食用含有重金属的肉类，摄入重金属。
重金属在人体内会积蓄并引起一系列健康问题，如铅中毒和镉中毒，严重影响神经系统、肝脏、肾脏、骨骼等器官的功能。
针对土壤重金属潜在生态危害和健康风险，应采取相应的解决措施。
在工业污染防治方面，应加强对重金属排放的监管，建立严格的环境标准和监测体系。
在农业管理方面，应合理使用化肥和农药，控制重金属的输入量。
此外，采用生物修复和植物吸收等技术，能有效减少土壤中重金属的含量。
同时，加强对土壤重金属的监测和风险评估，及时掌握土壤重金属污染状况，采取相应的措施进行修复和治理。
综上所述，土壤重金属对生态环境和人类健康构成潜在的生态危害和健康风险。
通过加强管理和监测，探索适宜的治理技术，能够有效减少土壤重金属的含量，保护生态环境和人类健康。
继续探讨土壤重金属潜在生态危害与健康风险评价的相关内容，还可以从评价方法和案例分析两个方面进行阐述。
重金属污染及其生态风险评估
重金属污染及其生态风险评估近年来，重金属污染成为人们关注的热点话题。
重金属污染对环境和人类健康造成了巨大的隐患。
本文将就重金属污染的成因、影响和生态风险评估进行探讨。
一、重金属污染的成因重金属污染的主要成因有工业排放和农业使用。
工业生产中的废水和废气中含有大量的重金属，如铅、镉、汞等。
这些重金属经过工业生产过程中的排放，进入土壤和水体，进而进入食物链，对生态系统产生严重影响。
此外，在农业生产中，农药和化肥中的重金属也是重要的污染源。
二、重金属污染对生态系统的影响重金属污染对生态系统的影响主要体现在三个方面：土壤污染、水体污染和生物毒性。
首先，重金属污染会导致土壤的环境质量下降，影响农作物的生长和质量。
由于植物吸收了土壤中的重金属，进而进入食物链，食用受污染的农产品会对人类健康产生潜在危害。
其次，重金属进入水体会导致水体污染，破坏水生生物的栖息地，并引发水生生物的死亡。
最后，重金属具有较强的生物毒性，它们可以在生物体内积累，对人类和动物的健康产生慢性毒害作用。
三、重金属污染的生态风险评估为了科学评估重金属污染对生态系统的风险，需要进行生态风险评估。
生态风险评估是通过对生态环境进行综合评估，评估重金属污染对生态系统的潜在风险程度。
首先，需要对重金属的浓度进行监测，了解重金属在环境中的分布情况以及其积累情况。
其次，通过对重金属与生物体之间的相互作用关系进行研究，了解重金属从环境进入生物体的途径和积累情况。
再次，结合生物学效应和生态学指标，对重金属的生物毒性和生态风险进行评估。
在实际工作中，常常采用生态风险评估模型来进行重金属污染的生态风险评估。
这些模型根据重金属污染的性质和生态系统的特征，综合考虑重金属的生物毒性、迁移途径和暴露途径等因素，从而评估出重金属污染对生态系统的风险程度。
总结起来，重金属污染已成为全球范围内面临的重大环境问题之一。
在评估重金属污染的生态风险时，需要综合考虑重金属的浓度、生物毒性和生态学指标等因素，利用生态风险评估模型评估重金属污染对生态系统的潜在风险程度。
重金属污染对环境与健康的潜在危害
重金属污染对环境与健康的潜在危害近年来，随着工业化进程的加速和人类活动的不断增加，重金属污染成为了一个严重的问题。
重金属污染对环境和人类健康产生了潜在的危害。
本文将从两个方面进行探讨，分别是重金属污染对环境的危害和对人类健康的潜在危害。
一、重金属污染对环境的危害重金属污染是指工业、冶炼和废物处理过程中排放的重金属物质对环境的直接或间接污染。
重金属物质如铅、汞、镉等具有高毒性和持久性，长期存在于土壤、水体和大气中，对环境造成了以下危害：1. 污染土壤：重金属物质可以通过废水、废气和固体废物等途径进入土壤，导致土壤污染。
受污染的土壤失去了生命力，无法正常供应植物的养分需求，导致植物生长受阻。
此外，重金属物质还会在食物链中逐渐积累，最终进入人体，造成人类健康问题。
2. 污染水体：重金属物质进入水体后，会对水生态系统造成严重破坏。
重金属物质对水中的有机物和无机物发生复杂的化学反应，改变水的化学性质，导致水的酸碱度、溶解氧和营养盐等指标发生变化。
这不仅会对水生生物的生存和繁殖造成影响，还会加剧水体富营养化的程度，引发赤潮等环境问题。
3. 污染大气：重金属物质排放到大气中后，通过降水和沉积作用进一步污染土壤和水体。
此外，重金属物质也可以直接进入人体呼吸系统，对人类健康产生危害。
大气中的重金属物质还会促进酸雨的发生，造成土壤酸化，破坏植被覆盖，影响生态平衡。
二、重金属污染对人类健康的潜在危害1. 慢性中毒：长期接触重金属物质会导致人体内重金属积累，逐渐引发慢性中毒。
例如，铅中毒会影响神经系统的发育和功能，导致儿童智力退化和行为异常；汞中毒会造成神经系统损伤和生殖系统问题；镉中毒则会引起骨骼病变和癌症等。
2. 呼吸系统疾病：重金属物质进入人体后，会对呼吸系统产生直接的刺激和损害。
颗粒物和金属尘埃会沉积在肺部，引发慢性支气管炎、哮喘等呼吸系统疾病。
3. 癌症风险增加：一些重金属物质被国际癌症研究机构确定为致癌物质，如镍、铬、砷等。
镉污染对植物生理生态的影响及其防治对策
镉污染对植物生理生态的影响及其防治对策随着人类经济活动的不断推进，各种污染问题也不断浮现。
近年来，镉污染问题也日益引起人们的关注。
镉是一种有害金属，其对植物生长发育产生了严重的影响。
本文将从植物生理生态的角度探讨镉污染对植物的影响及其防治对策。
一、镉污染对植物的生理生态影响镉的存在会影响植物的生长发育和光合作用，进而影响植物的产量和品质。
其中，镉对植物生理生态的影响主要体现在以下几个方面：1. 镉对植物根系的影响镉会通过根部渗透入植物体内，并在根系部分积聚。
镉的积累会影响植物根系的细胞分裂和根长，进而导致植物根系的发育受到影响。
研究发现，根部受到镉污染的植物其根系生成明显减少，根长也明显受到抑制。
2. 镉对植物光合作用的影响镉对植物光合作用的抑制作用主要体现在光合单位面积的减少和光合酶的活性降低。
光合作用是植物体内最重要的生物化学反应之一，其被影响会导致植物的生长发育受到抑制。
此外，镉还会导致植物体内氧化还原平衡失调，进而影响生长发育进程。
3. 镉对植物代谢的影响镉对植物各种代谢过程的抑制作用非常显著，包括光合作用、呼吸作用、蛋白质合成、糖类代谢等等。
这些影响导致植物体内的荷尔蒙水平异常，导致植物生长发育受到长期的抑制作用。
二、镉污染防治对策目前，对于镉污染防治已经有了一些有效的措施。
以下是一些常用的镉污染防治对策。
1. 采用生物修复技术将一些具有吸附镉离子的植物种植在镉污染的土壤中，通过植物的生长发育从而达到吸附和去除镉污染的目的。
这种方法既环保又经济，而且可以促进土壤养分的转化，有利于土壤生态环境的恢复。
2. 开展土壤改良土壤的pH值、有机质含量、磷、钾等元素含量都能影响土壤中镉的吸附作用。
通过对土壤 pH 值和有机质含量的改变，调整土壤中对镉的吸附作用，有利于镉的去除和修复。
3. 加强镉污染源的控制制定严格的环保法规，对镉污染的源头进行彻底的控制，减少镉的释放，是解决镉污染的根本策略。
加强工厂废水和废气的治理，杜绝非法倾倒废品等行为，可以有效地降低镉污染的风险。
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镉的生态风险李 裕1,2,张 强1,张建奎21.中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室,兰州730020;2.西北民族大学化工学院,兰州730030摘 要:镉是来自于自然环境和人类活动的一种稀有元素,如今因其致畸、致癌和致突变的可能性而倍受关注。
生态系统中镉暴露潜在的风险主要来自生物积累、尤其淡水生态系统中生物积累的证据,但镉在食物链之间生物放大的研究结论仍存在一定的不确定性。
镉的风险管理最为紧迫的任务是尽快围绕镉的生态风险评价、生物检测手段、建立相关规章制度和措施,以减少镉的来源。
文中对镉的生态风险,包括生物积累、生物放大以及镉对生物区系的影响和风险管理的最新研究进行综述。
关键词:镉;生态风险;风险管理;食物链中图分类号:X171 5 文献标识码:A 文章编号:1000 5684(2010)05 0528 05Ecological Risk from CadmiumLI Yu 1,2,ZH ANG Qiang 1,ZHANG Jian Kui 21.Institute o f Arid Meteo rology ,China Meteorological Administration,Gansu Key Laboratory o f Arid Cli mate Changes and Disaster Reduction,Lanzhou 730020,China ;2.School o f Chemical Engineering ,Northwest University for Nationalities,Lanzhou 730030,ChinaAbstract:Cadmium,a nonessential heavy metal that comes from nature and anthropogenic sources,is a teratogen,carcinogen,and a possible mutagen.Therefore,there has been an increasing concern about e xposures,intakes and absorption of Cd by humans.Assessment of potential risk from cadmium requires understanding environmental e xposure in ecosystem.And there is evidence for bioaccumulation,particu larly in freshwater organisms,but evidence for biomagnification up the food chain is inconsistent.Recent works on the importance of managing the risk from cadmium to ecological health involves ecological risk assessment,biomonitoring,setting regulations and enforcement,and source reduc tion.In this paper we discuss the assessment of risk of Cd to biota in the current literature,including bioconcentration,biomag nification,and the effects of Cd on biota,as well as regulation and management.Key words:cadmium;ecological risk;risk management;food chain 镉是地壳中一种稀有元素,虽然现在我们还不完全理解它的生物活性,但镉暴露引起的环境问题,包括镉的生态毒理学、在植物区系和动物区系的迁移转化、生物富集和生物放大引起的生态学问题,以及在人体积累引发的组织损伤、内分泌紊乱、心血管疾病、生殖器官功能障碍和癌变[1 3],成为一个社会焦点问题。
笔者结合文献报道中镉的最新研究进展,从生态系统中镉的生态效应、迁移转化、生物富集和生物放大等方面讨论镉的生态风险。
通讯作者基金项目:中国博士后科学基金项目(20100470892),国家自然科学基金重点项目(40830957),公益性气象行业科研专项(GYHY200806021)作者简介:李裕,男,博士,副教授,主要研究方向:污染生态。
收稿日期:2010 07 10 修回日期:2010 08 20吉林农业大学学报 2010,32(5):528~532http :// Journal o f Jilin Agricultural UniversityE mail :jlndxb @1 镉的生态效应陆地生态系统中的镉即使是很低的浓度也往往伴随着生态效应[4]。
植物镉中毒直接影响到基因表达[5]、抑制DNA复制[6]、减少光合作用量、降低植物对水和营养的吸收[7],并呈现明显的中毒症状,如萎黄病、抑制生长、根尖变褐色,直至死亡[8]。
但对于镉等重金属的污染,植物的反映并不是非常被动的,植物具有依靠真菌共生体来减轻镉毒性的免疫反应。
研究发现,大多数植物的生态演替依靠大量的真菌共生体来改善和获得营养,保护植物免受生物和非生物因素的胁迫[9],而在重金属污染的土壤中,共生微生物通过营养协调或减少金属毒性以改进植物的适合度,减轻镉对植物生态系统的风险。
如共生菌能够缓解欧洲赤松(Scots pine)种子镉暴露的影响[10]。
这种改进的程度因共生菌的种类和基因型而异,虽然多种真菌共同作用下减少镉转移到寄主植物的机理目前还不清楚,但一些学者认为可能由于外生菌根真菌在细胞内的分隔、螯合、配位和络合作用直接减轻了镉的毒性[11 12]。
并且,土壤中镉浓度的增加会触发植物对重金属的耐受性[13],促使土壤细菌和菌根真菌进化[14],如琵琶对镉表现出异常的耐受性现象就是一个典型的例证[15]。
这些研究表明,植物通过耐受性和共生菌的共同作用减轻了镉的危害,从而降低了镉中毒引起的生态风险。
不过,从目前的研究来看,除琵琶外,很少发现第2种对镉具有耐受性的植物[15]。
但是这些研究启迪人们可以通过共生菌的筛选等途径,借以提高包括农作物在内的植物品种对镉的耐受性,这在理论和实践中都将具有重要的科学意义。
镉对动物具有致畸、致癌和导致染色体突变的多种生态效应,其危害性已对生态安全构成了威胁。
无脊椎动物无论在海水还是在淡水生态系统中都存在镉暴露风险,淡水生态系统中的生物区系对镉尤其敏感[16]。
水生无脊椎动物大多因生物富集而存在镉暴露风险,且它们对镉敏感程度远超过脊椎动物。
哺乳动物镉的转移通过蛋白联合体,尤其与金属硫结合储藏于肝、肾和肠内长达10余年以上[17]。
从物种的角度,人们一直更多地关注镉对生态系统及其生态服务功能的影响程度,如镉在作物品种的富集对具有休闲娱乐以及商业价值的甲壳类水生物的生态风险[18 19],而且通过食物链对人体健康构成的风险是一个更为重要的问题。
2 食物链之间镉的富集和生物放大食物链之间镉的迁移影响着生产者和消费者的生态功能[20]。
一项研究测定植物中的镉浓度为0~100g/g,初级消费者蜗牛(Helix aspersa)和次级消费者甲虫的幼虫(Chryso carabus s plen dens)体内镉的富集倍数分别高达1 87和3 90倍,并且次级消费者甲虫的死亡率比蜗牛高31%[21],说明镉通过食物链的生物放大,提高了捕食者的镉暴露风险。
最近的研究认为镉从植物到蜗牛之间的迁移主要是因为蜗牛的以镉超富集植物为食的生活习性[22]。
Veltman等[20]也认为污染的食品是消费者获得镉等重金属的重要途径,即使人类也不例外。
Millis等[23]和Li等[24]的研究认为蔬菜是人类镉暴露的主要来源,虽然不同类型的土壤中生长的植物中元素富集程度有很大差异,但由于蔬菜相比粮食作物的可食部分所具有的巨大表面积,一般情况下,蔬菜比粮食作物具有更大的镉暴露,人类食用蔬菜,特别是叶菜将会引起较高的镉暴露风险[24]。
这些研究反映了镉在食物链之间迁移的一般规律,即消费者体内的镉浓度相比生产者显著提高,并构成消费者的镉暴露风险。
动物区系镉的迁移、生物活性取决于其在不同动物体内的生理生化特性,以及对动物产生毒理学影响的年龄、性别、营养水平,并且季节、年度和所处的地理位置等因素也直接影响着镉的迁移转化[25]。
一些物理因素,如温度和pH对生物区系镉的吸收具有一定影响。
随着pH值的增加,镉对无脊椎动物和两栖动物幼虫的毒性增大,但植物区系镉的聚集水平随pH的下降而增加[26]。
镉在动物体内的毒性大小取决于其在食物链之间的生物放大作用。
动物体内镉富集水平随金属硫蛋白的增加而显著提高[27],就雌性而言,有一部分沉积的镉传给卵或后代,并对后代的形态和行为方面有直接影响[28 29]。
动物吸收的镉进入血液后,与肝脏中的金属硫蛋白结合,经过复杂的过程重新分布到肾脏,并经过肾小球的过滤排入尿液,因此肾是哺乳动物、脊椎动物镉中毒的关键器官[16,30]。
对动物镉的529李 裕等:镉的生态风险吉林农业大学学报Journal o f Jilin Agricultural University吸收具有直接影响的元素主要有硒[31],此外,钙、铁、锌、铜、蛋白质和维生素D也能够促进肌体对镉的吸收[16,32 33]。
镉富集水平最高的动物是甲壳类,成年甲壳类动物体内镉的浓度是海水镉浓度的900~1600倍[34]。
海水中生长的大型植物和鱼类具有中等镉富集水平,其富集倍数分别是海水中镉水平的50倍和100倍[35]。
一些学者认为,镉在淡水生物食物链之间没有明显的放大作用,因此淡水生态系统中的生物相比陆地生态系统中的生物如鸟和哺乳动物对镉污染更为敏感。
不仅如此,当环境温度下降和pH升高的情况下,无脊椎动物对镉污染尤为敏感,如蚯蚓,即使土壤孔隙中水的pH 也会对镉的吸收起到重要作用[36]。
镉对野生动物伤害的报道很少,也许它们很少受到镉的影响。
不过陆地上生物的食物链开始于植物,食用镉超级富集植物的野生草食动物比圈养的草食动物具有更高的镉暴露水平(例如海狸),甚至镉水平超过最大许可浓度[37]。
在食性(营养级)层次上镉呈 U 形曲线,即植物和植食性动物相对于其他以中间生物为食的动物具有较高的镉富集水平,并且一些处于中间营养级的生物因生物放大使得体内镉的本底值偏高。