第2讲-土壤污染与环境健康-重金属

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第二讲土壤污染与环境健康-重金属浙江大学环资学院资源科学系 从“土壤”说起 话说土壤 土壤定义土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层。 土壤的重要性是农业最基本的生产资料在人类赖以生存的物质生活中，人类消耗的约80%以上的热量，75%以上的蛋白质和大部分的纤维都直接来源自土壤。土壤植物性生产动物性生产民以食为天，食以土为本! 土壤的重要性是最珍贵的自然资源土壤资源的再生性与质量的可变性治之得宜，地力常新土壤资源数量的有限性土壤资源的破坏=吃祖宗的饭，断子孙的路土壤资源空间分布上的固定性土壤具有地带性分布规律 主讲内容土壤污染的概念、现状、特点和危害土壤污染物的来源、类型土壤典型重金属污染污染土壤的植物修复 第一节土壤污染的概念、现状、特点及危害 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。土壤的组成 土壤环境大气环境水体环境地质环境生物环境土壤环境1－物质循环与能量交换；2－最活跃最富生命力的圈层；3－对环境的交互作用(净化-污染)；4－记忆块与基因库；5－时空变化。 一、土壤退化(SoilDegradation) 土壤污染土壤退化 土壤退化(Soildegradation)是指在各种自然，特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降(包括暂时性的和永久性的)甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。土壤质量(Soilquality)是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力(肥力质量，健康质量和环境质量)。基本概念 土壤退化主要类型1234567 土壤荒漠化 红壤水土流失 四川盆地山地侵蚀 十年九荒的盐碱窝 土壤次生盐渍化Soilsecondarysalinization 我国土壤退化面积广，强度大，类型多全国总水土流失面积：1.5亿公顷，几乎1/6国土；荒漠化面积：262万平方公里，占国土27.3%草地退化面积：8700万公顷，占全部草地30%；全国受污染农田2000万公顷。西部荒漠化东部肥力退化西南石质化华北、东北盐碱化黄土高原水土流失长江—第二黄河 十八亿亩耕地“红线” 土地人口粮食 世界粮农组织认为，一个国家人均粮食年占有量达400kg为安全，低于400kg可能会危及粮食安全。根据估计，我国人均拥有粮食400kg为安全，人均拥有粮食370kg为基本安全。1995年以来，连续4年粮食产量在5亿t左右，人均占有量达400kg。按照现有人口估计，我国粮食的消费量为4.8-4.9亿t。从1999年以来，我国连续4年粮食减产，平均粮食产量为4550亿kg，每年粮食缺口在200-350亿kg之间。粗略按我国年粮食消费量为5亿t估计，如果粮食缺口10%，就是5000万t。而全世界可以提供的商品粮仅2亿t。显然，这些粮食并不可能都卖给我们。那么，谁来养活13亿人口的中国？中国粮食安全的现状 世界粮食短缺分布 二、土壤污染 土壤污染(Soilpollutionorsoilcontamination)人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化，并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象，称为土壤污染。 土壤污染(Soilpollutionorsoilcontamination)当进入土壤的污染物质量和速度超过土壤能承受的容量和净化速度时，就破坏了土壤环境的自然动态平衡，使污染物的积累逐渐占据优势，引起土壤的组成、结构、性状改变，功能失调，质量下降，导致土壤环境污染。 土壤污染的特点隐蔽性和滞后性：从开始受污染到导致后果，是长时间间接、逐步、积累的隐蔽过程；它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。不可逆性和长期性：重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。因此，治理污染土壤通常成本较高，治理周期较长。累积性和地域性：染物质在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易在土壤中不断积累而超标，同时也使土壤污染具有很强的地域性。 重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占耕地总面积的1/5。受矿区污染土地达200万公顷石油污染土地约500万公顷固体废弃物堆放污染约5万公顷“工业三废”污染耕地近1000万公顷污水灌溉的农田面积达330多万公顷。我国土壤污染现状-问题日趋严重 我国农药、化肥和重金属污染农产品的问题是限制我国农产品出口的主要瓶颈(贸易壁垒)。减少与消除高毒农药的危害，已成为我国农业环境亟待解决的重要问题。污灌、污泥等造成的土壤污染，还将长时期影响农作物的生长和农产品的品质。国家需求土壤污染与修复研究是中国进入WTO、保证农产品安全、推动农村生态环境保护和全面建设小康社会的国家战略需求。 土壤污染的危害严重的经济损失：农产品重金属污染，2000年达320亿元；水污染占GDP的0.5-1.3%农产品污染超标、品质不断下降：镉米大气环境的次生污染：汞水体富营养化并成为水体污染的祸患：我国年产化肥超过300万吨，使用量是世界平均水平的2.5倍成为农业生态安全的克星：农药施用量大，利用率低 污染物生物净化区域人类农药重金属硝酸盐土壤-作物系统的功能农用化学物质 土壤污染对人体健康的影响1、有机物对人体影响较大的主要有化学农药以及酚、苯并芘与油类等，通过食物链进人人体，危害人体健康，且具有“三致”作用和不可逆性。2000年全国发生150余起重大食物中毒事件，中毒6237人，死亡135人，在中毒死亡者中有很大一部分是由于使用了国家明令禁止生产和使用的甲胺磷、双氟磷、氟乙酰胺、毒鼠强、盐酸克伦特罗等农药和兽药引起。 土壤污染对人体健康的影响2、硝酸盐和亚硝酸盐硝酸盐含量过高会在人体内还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体次级胺结合形成亚硝胺具有致癌作用。硝酸盐是食品中一种潜在的毒物，为了控制这种污染，FAO/WHO/UN的食品添加剂专家委员会设置的ADI值为3.7mg/d/kgW，亚硝酸盐的ADI值为0.06mg/d/kgW3、重金属重金属能引起急或慢性中毒，抑制酶的活性，破坏正常的生物化学反应，如Cu和V具有抗生殖作用，Pb和Hg能影响胚胎正常发育，Pb对儿童有很强的神经毒性等 4、生物污染被病原体污染的土壤能传播伤寒、副伤寒、痢疾、SARS、病毒性肝炎、Ebola病毒等传染病，而这些传染病的病原体随病人和带菌者的粪便及其衣物、器皿的洗涤水污染土壤，再通过雨水的冲刷和渗透，病原体又被带进地面水或地下水中，进而引起这些疾病的暴发流行。5、放射性核素核素进入土壤后，能在土壤中累积，进而对人体形成潜在威胁。由核裂变产生的放射性核素如Sr（锶）和Cs（铯）尤为重要土壤对Cs的吸附性较强，也能在植物体内积累，导致高浓度的放射性Cs进入人体，对人体造成损伤。土壤污染对人体健康的影响 农贸市场农产品污染超标事例年份地区农产品监测项目超标(%)200014省会蔬菜/水果农药31.2(春节)重金属23.5亚硝酸盐12.2200011省会蔬菜/水果17种农药25.82000四大城市蔬菜/水果农药44.8199924省市粮食等铅/镉/汞/砷/铜等18.51998西安/南京蔬菜重金属（铅/汞）48.1/75.41998沈阳蔬菜重金属（镉等）82.21995安徽蔬菜重金属(镉等)17.9农药26.8~46.5 污染危害事例年份事例地区2000污灌区人群胃癌死亡率高6倍沈阳胃病发病率高10倍、肝肿大高5倍1992-1996农药急性中毒24.7万例，死亡2.46万人全国1999重金属等污染农产品总量649万吨24个省市损失128亿/年1995-1996农药危害2000余起,损失近5亿16省1995-1996农药药害损失近5亿其它地区1995绿磺隆污染水稻267hm2绝收沈阳 第二节土壤污染物类型及来源 按污染物的特性分化学污染物：重金属、硫化物、氟化物、农药等生物类污染物：病原微生物、寄生虫放射性污染物：主要是90锶、137铯等 按污染物的性质分无机污染物：重金属(汞、镐、铅、铬、铜、锌、镍，以及类金属砷、硒等)、放射性元素(90锶、137铯等)、氟、酸、碱、盐等。其中尤以重金属和放射性物质的污染危害最为严重，因为这些污染物都是具有潜在威胁的，而且一旦污染了土壤，就难以彻底消除，并较易被植物吸收，通过食物链而进人人体，危及人类的健康。有机污染物：人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油、多环芳烃、洗涤剂，以及有害微生物、高浓度耗氧有机物等。其中尤以有机氯农药、有机汞制剂、多环芳烃等性质稳定不易分解的有机物，在土壤环境中易累积，造成污染危害。 土壤环境中的主要污染物 土壤环境中的主要污染物 土壤污染物的来源天然污染源：矿物风化后自然扩散，火山爆发后降落的火山灰等人为污染源：不合理地使用农药、化肥，污水灌溉，使用不符合标准的污泥，城市垃圾及工业废渣等，固体废物随意堆放或填埋，以及大气沉降物等。分类：农业生产活动、废弃物的处理场所、二次污染（如大气沉降等）；工业、农业和生物 2、土壤污染源（人为）（1）污水灌溉对土壤的污染生活污水和工业废水中，含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分，所以合理地使用污水灌溉农田，一般有增产效果。但污水中还含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质，如果污水没有经过必要的处理而直接用于农田灌溉，会将污水中有毒有害的物质带至农田，污染土壤。例如冶炼、电镀、燃料、汞化物等工业废水能引起镉、汞、铬、铜等重金属污染；石油化工、肥料、农药等工业废水会引起酚、三氯乙醛、农药等有机物的污染。 2、土壤污染源（2）大气污染对土壤的污染大气中的有害气体主要是工业中排出的有毒废气，它的污染面大，会对土壤造成严重污染。工业废气的污染大致分为两类：气体污染，如二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氢化合物等；气溶胶污染，如粉尘、烟尘等固体粒子及烟雾，雾气等液体粒子，它们通过沉降或降水进入土壤，造成污染。例如，有色金属冶炼厂排出的废气中含有铬、铅、铜、镉等重金属，对附近的土壤造成污染；生产磷肥、氟化物的工厂会对附近的土壤造成粉尘污染和氟污染。 （3）化肥对土壤的污染施用化肥是农业增产的重要措施，但不合理的使用，也会引起土壤污染。长期大量使用氮肥，会破坏土壤结构，造成土壤板结，生物学性质恶化，影响农作物的产量和质量。过量地使用硝态氮肥，会使饲料作物含有过多的硝酸盐，妨碍牲畜体内氧的输送，使其患病，严重的导致死亡。2、土壤污染源 （4）农药对土壤的影响农药能防治病、虫、草害，如果使用得当，可保证作物的增产，但它是一类危害性很大的土壤污染物，施用不当，会引起土壤污染。喷施于作物体上的农药（粉剂、水剂、乳液等），除部分被植物吸收或逸入大气外，约有一半左右散落于农田，这一部分农药与直接施用于田间的农药（如拌种消毒剂、地下害虫熏蒸剂和杀虫剂等）构成农田土壤中农药的基本来源。农作物从土壤中吸收农药，在根、茎、叶、果实和种子中积累，通过食物、饲料危害人体和牲畜的健康。此外，农药在杀虫、防病的同时，也使有益于农业的微生物、昆虫、鸟类遭到伤害，破坏了生态系统，使农作物遭受间接损失。2、土壤污染源 （5）固体废物对土壤的污染工业废物和城市垃圾是土壤的固体污染物。例如，各种农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖物被广泛使用，如果管理、回收不善，大量残膜碎片散落田间，会造成农田“白色污染”。这样的固体污染物既不易蒸发、挥发，也不易被土壤微生物分解，是一种长期滞留土壤的污染物。2、土壤污染源 第三节土壤典型重金属污染物与人体健康 一、我国土壤重金属污染现状 随着工业化、城市化、集约化农业的快速发展，土壤重金属污染日益严重。2000万公顷污水灌溉大气污染颗粒沉降三废”排放城市污泥和垃圾、有机肥料 我国土壤重金属污染现状●重金属污染面积超过2000万公顷●农产品污染加剧，安全问题突显●重金属污染事件频发 沈抚污灌区浙江富阳mg/kgCu>2000Zn>3000Pb>1000Cd>20Ni>100AS>100 2006年甘肃徽县铅中毒事件污染土壤修复刻不容缓！大批土壤基本丧失生产力农产品污染普遍，危害人体健康农产品出口退货、索赔事件多发，影响出口创汇突发性公共事件频繁，影响社会稳定2009年湖南浏阳镉污染事件大批土地荒废农产品污染严重 重金属污染事件频发 土壤重金属污染特点：隐蔽性复杂性长期性不可逆性 浙江省的土壤污染状况浙江省作为国内民营企业高度发达的经济强省，经济发展过程中伴随着大量的重金属污染。如:富阳等县市，因为Zn、Cd、Cu等重金属污染使作物绝收;杭州、宁波蔬菜地土壤重金属污染面积:>2/3；全省矿产735处。其中，锌矿59处。矿区周围土壤污染严重,省内唯一大型铅锌矿黄岩五部铅锌矿因环境污染已经停产;台州正逐渐成为中国最大的洋电子垃圾场。重金属污染使作物绝收洋电子垃圾随处可见 耕地土壤重金属污染面积扩大，工业企业场地和矿区及周边土壤重金属污染日益加剧；土壤中新型重金属污染渐现；土壤重金属污染流域性态势凸显；高背景区土壤重金属叠加、复合污染突出。我国土壤重金属污染新趋势： 赵其国院士：我国土壤污染已表现出多源、复合、量大、面广、持久、毒害的现代环境污染特征，正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物，在经济快速发展地区尤其如此。我国土壤污染退化的总体现状已从局部蔓延到区域，从城市郊区延伸到乡村，从单一污染扩展到复合污染，从有毒有害污染发展至有毒有害污染与氮、磷营养污染的交叉，形成点源与面源污染共存，生活污染、农业污染和工业污染叠加、各种新旧污染与二次污染相互复合或混合的态势。 二、土壤典型重金属污染物与人体健康 土壤汞污染汞（水银），常温状态下以液态存在，银白色，常温下即能蒸发；汞是有毒金属，易挥发到空气中，温度愈高，挥发愈快；空气汞饱和浓度为15mg/m3(20℃)；自然界中汞存在形式：金属汞、无机汞和有机汞；汞化合物（无机汞和有机汞）是环境中汞存在的主要形态；金属汞：不溶于水，能溶于类脂质，易溶于硝酸及硫酸，不与碱液反应；汞的化学特性 常见无机汞化合物：硝酸汞(Hg(NO3)2)、升汞(HgCl2)、甘汞(HgCl)、溴化汞(HgBr2)、砷酸汞(HgAsO4)、硫化汞(HgS)、硫酸汞(HgSO4)、氧化汞(HgO)、氰化汞(Hg(CN)2)等，常用于汞化合物的合成，或作为催化剂、颜料、涂料等；有的还作为药物，口服、过量吸入其粉尘及皮肤涂布时均可引起中毒。在以上无机汞化合物中，升汞为主要存在形式；汞可与烷基、烯基、炔烃基、芳基、有机酸残基结合，生成有机汞化合物；有机汞化合物均为脂溶性，也有不同程度的水溶性和挥发性；甲基汞是有机汞最为主要的存在形式；此外，还有二甲基汞和苯基汞等。 土壤中的汞地面上活动的汞，主要来源于火成岩，汞平均含量0.1mg/kg；不同地区和不同类型的土壤，汞含量有一定差异；美国土壤，汞平均值0.071mg/kg；我国土壤，汞自然含量0.005-2.240mg/kg（以浙江省红壤汞含量最高）；大多数土壤，汞含量<0.1mg/kg；其中，北方土壤汞含量低，变化幅度小；南方土壤汞含量高，变化幅度大；土壤中汞分布：工业区(0.3mg/kg)＞居民区(0.19mg/kg)＞风景游览区(0.07mg/kg)＞农村土壤(0.06mg/kg)；全世界每年生产汞量10000t，供工业生产和农业使用；最终结果是，排入环境中造成环境污染，从而污染食品。 土壤汞污染汞通过污灌、污泥施肥、农药不合理利用等途径进入土壤，被生长在土壤中的植物吸收；我国个别城市曾因用污水灌溉而使糙米中汞含量高达0.355mg/kg，超过国家标准18倍；美国曾用污水处理场的含汞污泥作肥料，结果使大米汞含量达0.5-1.4mg/kg；我国含汞化肥对农业生态系统产生危害，有的化肥中汞含量高达5mg/kg，使蔬菜和一些农产品受到汞污染；据2003年第二松花江沿岸一个城镇的调查，居民头发中汞超过10mg/kg的占2%以上； 生物体汞摄入的途径汞通过两种方式进入人或动物体内：（1）动物或人接触被生产过程污染的土壤、水质和大气，因而被动摄入汞；被称为世界著名八大公害事件之一的日本沿海地区爆发的“水俣病”即属此类；（2）由于某种原因人们主动摄入汞；例如，汞在一些食品中含量很大，同时它也是某些矿物药，如朱砂、轻粉、红粉、银珠和水银的主要成分；吸收部位：呼吸道、消化道、皮肤 汞的毒性作用指标汞中毒的症状有3种：神经衰弱、震颤、口腔溃疡。汞中毒的指标：血液中汞含量>200μg/L；发汞>50μg/g；尿汞>2μg/L；汞在体内的分布组织中汞分布：肾>肝>血液>脑>末梢神经中枢神经系统内汞分布：脑干>小脑>大脑皮质>海马回； 无机汞中毒症状无机汞化合物：汞的硫化物、氯化物、氧化物及其他汞盐急性中毒：造成腐蚀性气管炎、支气管炎、毛细支气管炎和间质性肺炎；表现：剧烈咳嗽，呼吸急促，发热，伴有神经系统症状，如头痛、头晕、多梦、失眠，还有口腔病变；慢性中毒：主要是职业性汞接触者汞中毒；表现：口腔炎为早期症状之一，口中有金属味，牙龈肿胀出血，牙齿脱落，伴有酸痛、腹泻、神经衰弱、肌肉震颤等症状。 汞蒸气中毒症状⑴全身症状有头痛、头昏、乏力、发热；⑵口腔及消化道症状口腔炎突出，表现齿龈红肿酸痛、糜烂出血、牙齿松动、龈槽溢脓，口腔有臭味，并有恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻；⑶皮肤改变部分患者皮肤可出现红色斑丘疹，以四肢及头面部分布较多；少数患者可有肾损害，个别严重者可有咳嗽、胸痛、呼吸困难、紫绀等急性间质性肺炎的表现。 有机汞中毒有机汞的主要形式：甲基汞(CH3Hg+)，通常是由厌氧细菌在缺氧情况下合成的，是汞的所有存在形式—元素汞、无机汞或有机汞之中最具毒性的；大部分蓄积在肝和肾，分布于脑组织的甲基汞约占15%；但脑组织受损害先于其它各组织，主要损害部位为大脑皮层、小脑和末梢神经；甲基汞中毒主要为神经系统症状；甲基汞对人类健康的危害（1）生殖毒性（2）致畸作用（3）对神经生长因子的影响（4）对神经递质的影晌 水俣病（I）日本水俣湾地区日本氮肥公司 水俣病（II）水俣病是以脑损害为主要特征的疾病，因首先发现于日本水俣湾地区而得名；水俣是日本南部沿海水俣湾东部的一个市；1925年，日本氮肥公司在这里建厂，后又开设了合成醋酸厂；1949年后，这个公司开始生产氯乙烯，年产量不断提高，1956年超过6000吨；与此同时，工厂把没有经过任何处理的废水排放到水俣湾中；1953年开始，水俣湾附近发现了一种奇怪的病；这种病症最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症”；病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被称为“自杀猫”； 随后不久，发现了患这种病症的人；患者由于中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形；重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡；当时这种病由于病因不明而被叫做“怪病”；1959年2月，熊本大学正式开展流行病学调查；他们从工厂排出的汞渔、水俣湾的鱼和贝类中，分离并提取出氯化甲基汞结晶；用这种结晶和水俣湾的鱼贝类喂猫，结果猫都出现“自杀”症状；同时，对水俣病人尸体进行病理学检查，在显微镜下发现大脑和小脑细胞的病理变化，与氯化甲基汞中毒的猫病理变化相同，这才彻底揭开了水俣病的秘密； 水中的重金属污染物通过食物链被富集，浓度逐级加大人群 日本的水俣病患者（I） 日本的水俣病患者（II） 水俣病成因水俣病是由于环境汞污染，通过食物链，在污染地区的人群中发生的甲基汞中毒症；氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中，要使用含汞催化剂，致使排放的废水中含有大量的汞；废水排放到海湾后，汞在细菌作用下转化为甲基汞，经食物链富集到鱼贝类体内，人或动物因食鱼而引起甲基汞中毒；当时由于氮的持续生产，已使水俣湾甲基汞含量达到了足以毒死日本全国人口2次都有余的程度；水俣湾里的鱼贝类被甲基汞污染了；通过食物链，甲基汞进入人体，被肠胃吸收，侵害脑部和身体其他部分；进入脑部的甲基汞使脑萎缩，侵害神经细胞，破坏掌握身体平衡的小脑和知觉系统；发生以中枢神经损伤为主的慢性中毒死亡； 从20世纪50年代发现水俣病以来，到1982年1月，在10万人口的水俣市患者已达1809人，表明环境甲基汞污染影响的深远和危害的严重；水俣病的主要病理变化：大脑皮质细胞萎缩，严重者尚可侵犯小脑及脊髓；甲基汞，易透过胎盘从母体转移给胎儿，致先天性水俣病；因胎盘转移，使胎儿产生严重胎儿性甲基汞中毒的事例，在日本已有多起报道，生下来的婴儿多为白痴；婴儿会由于母亲受感染而只能活5-6年，而活下来的患者惨状难以描述，至今尚未找到有效的治疗方法。水俣病典型症状的病例 控制污染源，防止汞污染物的扩散操作人员应严格遵守生产操作规程，定期体检；在生产中，应尽量少与汞接触；如，用其他无毒或低毒物代替汞（用乙醇、石油、甲苯等取代仪表中的汞、用热电阻温度计取代汞温度计工厂的三废排放应符合国家有关规定，严格遵守含汞农药的使用规定；按照食品卫生标准的有关规定，监督检查鱼类、蔬菜类、肉类等的汞含量；鱼类是人类从食物中摄取汞的主要来源；饮食要保持均衡，避免因偏食而摄取过多污染物。汞中毒预防 品  种指标（以Hg计),mg/kg粮食（成品粮）≤0.02薯类（土豆、白薯）、蔬菜、水果≤0.01牛乳≤0.01乳制品按牛乳折算肉、蛋（去壳）≤0.05蛋制品按蛋折算鱼≤0.3,其中甲基汞≤0.2其他水产食品参照鱼的标准我国食品中汞允许限量标准及鱼中甲基汞允许限量标准本标准规定了食品中汞允许限量标准及鱼中甲基汞允许限量标准，适用于粮食、薯类、蔬菜、水果、肉类、鱼类、蛋及蛋制品、乳及乳制品及其他水产品。其中引用标准为GB5009.17食品中汞的测定方法。 土壤镉污染在岩石圈中平均值为0.2mg/kg。在岩石中镉的浓度变化范围是0.1到11mg/kg；在农业土壤中，镉在土壤溶液中的浓度很少超过10mg/L；正常土壤Cd含量：0.05-0.2mg/kg；因土壤类型及区域不同而异，受母质、风化强度、人类活动等因素影响；据我国41个土类调查，Cd含量：0.017-0.332mg/kg；其中，石灰土，Cd含量最高：0.332；其次，绿洲土、水稻土和高山漠土：＞0.1；栗钙土、灰色森林土、砖红壤、赤红壤和红壤较低：＜0.06；土壤中的镉 Bowen估计地壳中平均幅浓度为1.1×10-3，地质层中镉含量范围为5×10-8-2.19×10-4。 镉的吸收分布吸收部位：呼吸道和消化道（主）、皮肤（量甚微）；吸收率：人体消化道镉吸收率1-6%，呼吸道吸收率25-40%；人体对空气源的镉污染比饮食源的镉污染更为敏感；生产环境中的镉尘及镉烟，经呼吸道进入人体，肺吸收率25-40%；分布：镉在人体主要贮存于肝和肾中，约占全身镉总量的1/2～2/3。肾皮质的浓度最高，比人体中镉的平均浓度高100倍左右。肺、胰、甲状腺、膀胱、睾丸、肌肉和脂肪等脏器和组织中的镉浓度中等，骨组织次之，脑组织中最低。 镉对人体的危害（1）急性中毒经口摄入镉引起的急性中毒与食物中毒极相似，进食后数十分钟至数小时可以发病，出现流涎、恶心、呕吐等消化道症状，通常约经7小时开始恢复，24小时完全恢复。但严重者可致死亡。镉中毒最低剂量为13mg／kg(体重)，最高剂量为530mg／kg(体重)。（2）慢性镉中毒慢性镉中毒的典型特征是血液中存在和经尿排出的两种或多种与镉结合的含有高硫氨基酸半胱氨酸的蛋白质，由于这些蛋白质的分子量低(10000--300000)，它们被称为小蛋白质，蓄积于肾脏，这些蛋白质在其他肾病时是检查不出来的，因此可用这种蛋白的含量来诊断镉对健康的影响。国内外亦有不少研究表明，镉及含镉化合物对动物和人体有一定的致畸、致癌和致突变作用。 上世纪40到60年代，日本富山县神通川流域发生的“骨痛病”(主要是全身骨骼疼痛，人们总是叫“痛、痛、痛”，因此又称之为“痛痛病”)。调查后来发现，这是因为当地的土壤水源受到了镉的污染，污染土壤所产稻米含镉量超过1mg/kg，远远超过对人健康产生影响的0.4mg/kg。当地居民长期食用这样的“镉米”(每天仅从大米中就可摄入镉300-480mg)，并直接饮用被镉污染的神通川的水，才造成了所谓“痛痛病”的流行。镉与痛痛病 我国土壤镉污染现状据统计，我国镉污染耕地面积为1.33万公顷，涉及11个省的25个地区，并有11处污灌区土壤镉含量达到了生产“镉米”的程度，这些地区每年生产“镉米”5万吨。仅沈阳市张士灌区在用污水灌溉20多年后，被污染的耕地已多达2533公顷，其中严重污染面积占13%，这些耕地上生产的农产品镉含量严重超标，稻米中镉的浓度高达0.4至1.0mg/kg(已超过诱发“痛痛病”的平均镉浓度)，稻田土壤含镉达到5-7mg/kg。江西省大余县，农田土壤镉污染面积达5500公顷，严重污染面积占12%；广西某矿区生产的稻米中镉浓度严重超标，当地居民长期食用这种“镉米”后已经开始出现“痛痛病”的症状，经过骨骼透视后确定，很多人已经达到“痛痛病”的第三个阶段。另外土壤中的作物受镉污染导致“镉米”的地区还有上海川沙、广东广州和韶关、广西阳朔、湖南衡阳、湖南郴州等地。 食品中镉最大允许量品名容许量(mg/kg)粮食大米≤0.2面粉、薯类≤0.1杂粮(玉米、高粱、小麦)≤0.05蔬菜≤0.05肉、鱼≤0.1蛋≤0.05水果≤0.03 土壤铅污染铅(Pb)是自然界中常见元素之一，铅可失去4个或2个电子成为Pb4+或Pb2+，在自然界以Pb2+为主；PbO2只有在极强氧化环境中存在；常温下，铅及其化合物不易氧化，耐腐蚀；高温(400-500℃)可逸出大量铅蒸汽；除乙酸铅[Pb(C2H3O2)2]、氯酸铅[Pb(ClO3)2]、亚硝酸铅[Pb(NO2)2]和氯化铅(PbCl2)外，一般都难溶或不溶于水；烷基铅——四乙基铅和四甲基铅：危害较大的铅化合物；四乙基铅(Et4Pb)：不溶于水，易溶于有机溶剂；四甲基铅(Me4Pb)：不溶于水，易溶于有机溶剂与脂肪；铅的化学特性 土壤铅污染矿石自然风化含铅汽油的燃烧及排放矿产开采及金属冶炼工农业活动土壤铅污染 湖南某污灌区土壤铅含量区号土壤铅含量（mg/kg)平均铅含量（mg/kg)污灌区11728-36743612污灌区21263-16501349污灌区3100-862480污灌区4710-12001025背景区19-28.523.4 人体中铅的来源就土壤生态环境来说，当土壤中含有高浓度铅时，对人体造成危害的途径可能有：（1）直接吞咽污染土壤或呼吸含铅尘埃，这对小孩在庭院或娱乐场所时的危害颇大；（2）粮食、蔬菜等对污染物的吸收，再通过食物链进入人体，这在大部分情况下，该通路是人体铅的主要来源；（3）水污染，任何土壤污染均有可能造成水污染，饮水污染亦是人体铅的来源之一。 铅的吸收分布吸收部位：消化道(主)、呼吸道和皮肤(次)；进入消化道的铅约5％～l0％被吸收，其吸收部位主要是十二指肠。吸收人血的铅大部分(90％以上)与红细胞结合，随后逐渐以磷酸盐形式沉积于骨中。在肝、肾、脑等组织亦有一定的分布并产生毒性作用。人体中的铅主要是通过摄食、呼吸空气和饮水而来，其中食物占90％～98％。铅在体内主要经尿和粪排出，但其生物半衰期较长，故可长期在体内蓄积。尿铅、血铅和发铅是反映体内铅负荷的常用指标。血铅的正常值上限我国定为2.4umol／L，尿的正常值上限定为0．39umol／L(0.08mg／L)。 铅对人体的危害（1）急性毒性：引起人急性铅中毒最低剂量为5mg／kg(体重)。主要症状为：口有金属味、流涎、呕吐、便秘或腹泻、阵发性腹绞痛，血压升高，严重时出现痉挛、抽搐、瘫痪、昏迷和循环衰竭。血铅超过450ug/L可能出现上述症状。（2）慢性毒性：长期铅接触慢性中毒，可以影响机体多种功能，比较重要的是损害造血系统，神经系统及肾脏。造血系统损害这是慢性铅中毒最早出现的征象之一，其表现是红细胞、血红蛋白过少性贫血及轻度溶血性贫血。神经系统损害当人们吸入过量的铅时可使中枢神经系统与周围神经系统受损，引起脑病与周围神经病。肾脏损害长期铅接触时，可引起慢性铅中毒肾病，出现肾组织进行性变性，伴随肾功能不全，问质纤维化，肾小球过滤减少，最后导致肾衰竭。（3）致畸、致癌、致突变性：无机铅或有机铅均有致畸作用，胚胎发育差，并出现肢体畸形，高浓度铅对动物可显示致癌活性。有报告指出，无机铅可引起果蝇的基因突变。 铅对人体健康的影响（1）铅与贫血、溶血铅引起的贫血是由于血红蛋白合成减少，红细胞寿命缩短。（2）铅与脑病、周围神经病成人血铅浓度在80mg／l00ml以上，儿童血铅浓度在60mg／l00ml以上时就可诱发急、慢性脑病，其铅性脑病主要特征是大脑水肿、惊厥、麻痹、昏迷，甚至心、肺衰竭而死亡。（3）铅与肾病、高血压世界卫生组织报告认为，血铅水平达70ug／l00ml以上的长期铅接触，可引起慢性铅性肾病。（4）铅中毒的确认①铅接触史；②铅吸收和铅的生物学效应指标；③临床症状。 儿童铅中毒的血铅浓度分级标准根据1991年，美国CDC的儿童指南，儿童的血铅水平可以分为5级。I级：＜0.483umol/L，是相对安全的血铅水平；II-A级和II-B级：轻度铅中毒，不需要治疗，应定期进行血铅检查；同时给予健康教育和饮食指导，多食用含铁、钙、锌和维生素B、C丰富的食物；III级：中度铅中毒，一周内复查血铅；IV-V级：铅中毒程度加重。 土壤砷污染自然界中砷存在形式：元素砷、有机砷或无机砷(+3和+5)；元素砷，易被氧化成As2O3(剧毒)；As2O3和As2O5是两种主要无机砷，也是水体中砷的主要形式；有机砷：主要为+5砷，甲基胂酸[(CH3AsO(OH)2]、二甲基次胂酸[(CH3)2AsO(OH)]、三甲基氧化胂[(CH3)3AsO]、二甲基胂[(CH3)2AsH]等；+3砷毒性大于+5砷；气态砷主要形式：AsH3(胂)、及其甲基化衍生物；海水生物中砷主要存在形式：偶砷基甘氨酸三甲内盐(AB)、偶砷基胆碱(AC)及偶砷基糖。砷的化学性质 来源释放速率(×106kg/a)来源释放速率（×106kg/a）自然因素人为活动火山活动7铜铁铅锌的冶炼19.4生物活动0.26农业化学药品1.9风化0.24煤的燃烧0.55森林火灾0.16农业的燃烧0.56海啸0.14废物的燃烧0.43木材燃烧0.60化学试剂生产0.20矿山开采0.013合计7.8合计23.65土壤砷污染 人体一般通过口服、呼吸、皮肤吸收和非肠道服用而摄入砷。毒性强的砷化合物与毒性弱的相比，贮留在组织中的量更多且排泄缓慢。一般可溶性无机砷化物在胃肠道中吸收迅速，有机砷化物的吸收主要靠肠壁的扩散实现。进入人体的砷大部分（95-97%）与血红蛋白中的珠蛋白结合，然后随血液进入靶器官，肝和肾是砷贮量最高的靶器官脏器组织包括肌肉的软组织，浓度最低为0.008mg/kg，最高为0.1mg/kg；骨中为0.03-0.3mg/kg；毛发和指甲中浓度最高，毛发中为0.08-0.25mg/kg，指甲中为0.34-0.25mg/kg。毛发作为体内砷的贮留及排泄器官，有助于诊断砷中毒。大约70％的日摄人砷量通过甲基化作用由尿液排出体外，人体每天由尿液排出的砷为5-40mg。因此，人体尿液中砷的存在形态是反映人体快速新陈代谢过程的一个脱毒过程砷的吸收分布 目前砷毒性作用的详细机制尚未完全阐明。现已证明，砷的生化作用及其毒性，主要由于砷与酶蛋白质中的巯基（-SH）、蛋白质物质（胱）的胱胺酸、半胱胺酸含硫的氨基（-NH）有很强的亲和力，其中，As3+的亲和力最大，而As5+较小，所以As3+的毒性也最大，有些资料指出，其毒性比As5+大60倍。不同形态砷化物对人体的毒性也不同，各类砷的毒性大小依次递减的顺序是：砷化氢＞无机亚砷酸盐〔As(Ⅲ)〕＞无机砷酸盐〔As(Ⅴ)〕＞有机3价砷化合物＞有机5价砷化合物＞砷化合物＞砷元素。砷的对人体的危害 砷中毒分为急性和慢性中毒急性砷中毒多为大量意外地砷接触所致。主要损害胃肠道系统、呼吸系统、皮肤和神经系统：表现症状为疲乏无力、呕吐、皮肤发黄．腹痛、头痛及神经痛，甚至引起昏迷，严重者表现为神经异常、呼吸困难、心脏衰竭而死亡。慢性砷中毒主要反映在皮肤、头发、指(趾)甲和神经系统方面，显示于皮肤干燥、粗糙、头发脆而易脱落，掌及趾部分皮肤增厚、角质化。在神经系统方面表现为多发性神经炎，如感觉迟钝，四肢端麻木，行动困难，运动失调等. 地方性砷中毒发病地方性砷中毒发病主要原因是自然环境高砷，致饮水中高砷所致的饮水型砷中毒，以及燃烧产于某种特定环境中高砷煤引起的燃煤污染型砷中毒，除中国贵州省病区为燃煤污染型砷中毒外，其他病区及国外病区均为饮水型砷中毒病区，在中国新疆奎屯车排子地区还发现同时存在砷氟联合中毒(饮水砷0.85mg/L，含氟9.9mg/L)。较早的由饮天然高砷水引起的砷中毒准确报告为发生于1927年加拿大安大略省一农户，因饮用高砷井水，引起两代人发病，导致4人死亡的砷中毒，该井水含砷量高达10mg/L。 危害人体健康职业中毒：由于工人长期处在含硫和各种重金属的粉尘、烟尘（铅、锌、砷烟气和汞蒸气等）的恶劣环境中工作，对身体健康造成了极大的危害，各种职业病多有发生居民长期食用含As等重金属元素的粮食及蔬菜时，将会发生贫血症；重金属元素还会阻碍人体骨骼中钙的补给，产生“骨痛病”，严重者可产生周身自然性骨折 (1)中毒初期患者表现为无力、食欲不振、恶心、呕吐、腹泻等症状，随后发生结膜炎、上呼吸道炎等症状。(2)在眼睑、腋窝等受摩擦和皱褶处呈现皮肤色素沉着症状。(3)引起肝、肾的损害，血清丙酮酸和巯基含量降低等生理生化改变。(4)心血管系统受累，心电图上心肌传导异常，QT间期延长，同时外周血管系统也受到损害。如台湾省西南沿海地区慢性砷中毒引起的黑脚病。(5)患者出现末梢多发性神经炎，四肢感觉异常，麻木、疼痛、行走困难、至肌肉萎缩。(6)皮肤角质增生，干燥、皱裂；指甲失去光泽，脆而薄，头发易脱落。角化一般先发生在手足。慢性砷中毒症状（I） 砷暴露造成的健康危害 土壤铬污染铬在地壳中的丰度为200mg/kg；铬在土壤中的含量，因成土母岩不同变化范围很大，一般为100-500mg/kg，平均含量为200mg/kg；正常土壤pH下，铬以四种离子态存在：Cr3+、CrO2-、Cr2O72-、CrO42-；土壤中离子态铬的迁移转化，与土壤pH、有机质含量、无机胶体组成、土壤质地及其他化合物的存在有关；土壤中的铬 铬污染铬污染环境的重要来源：工业生产的含铬废水；燃煤排放的废气，也造成铬污染；电镀铬污染采矿燃煤大气污染物沉降 未经处理的电镀废液、制革废液等：铬含量达600mg/L，超过我国工业废水排放标准的1000倍；煤中：铬含量约10mg/kg，在冶金、火力发电等企业燃煤排放出的废气中含有铬。我国工业“三废”排放试行标准规定：六价铬车间或车间处理设备排出口Cr(Ⅵ)含量<0.5mg/L；生活饮用水卫生标准规定：Cr(Ⅵ)含量<0.05mg/L 铬的吸收分布铬是人体必需的微量元素，是胰岛素的协同因子，在人体中的正常含量是5-7mg，主要经肠道吸收。无机铬的吸收率较低，大约为0.4%-3%；CrCl3在人体内的吸收率为0.5%-0.69%；铬主要分布在肝、脾、软组织和骨中 铬中毒对人体的危害(1)急性毒性服铬化合物可引起人急性中毒，引起肾脏、肝脏、神经系统和血液的广泛病变，严重时可致死亡。急性中毒的临床症状为恶心、呕吐、腹痛、腹泻、脱水、血便并伴有头痛、头晕、烦躁不安、呼吸急促、肌肉痉挛、肾功能衰减、昏迷、休克。(2)慢性毒性动物喂饲中毒量的铬酸盐，出现生成障碍，给予大剂量铬酸以后，尿中往往有蛋白和脱落细胞，肾充血、脂肪变坏，坏死。Cr6+只有强氧化性，易穿人生物膜，其毒理作用在于干扰人体内正常氧化还原和水解过程。(3)致突变性与致癌性实验研究已证实Cr6+有致突变性。铬酸钙诱发g12细胞株gpt位点突变，并呈明显的剂量一反应关系。 人群调查和动物实验表明，长期暴露铬，特别是生产铬酸盐的工人，肿瘤发病率增加。20世纪30年代德国首先报道，铬化合物制造工人肺癌高发1985年，我国全国调查铬酸盐生产工人，肺癌发生率为52.63/10万，是一般人群的3.58倍，肺癌死亡率为43.85/10万，是一般人群的3.28倍，平均潜伏期是15.6年。日本的石川雄报道，铬作业者肺癌发生率比一般人群高16.6倍，多在从事铬作业19.5年后发现肺癌，以鳞状细胞癌多见。此外还发现有肝癌、食管癌、胃癌、上颌窦癌、胆总管癌等。Cr6+具有诱变作用，其前提是铬必须被细胞摄取，而Cr3+不能被细胞摄取，便没有诱变作用。Cr6+可被碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐载体系统转运入细胞。 铬对人体健康的影响1.铬与糖尿病调查表明缺铬现象严重地区，糖尿病的发病率高，而通过补铬对改善糖尿病异常是有效的。铬在糖尿病中的主要作用是预防成年型糖尿病的发生而不是治疗或治愈糖尿病。因为铬通过增加胰岛素活性，减少胰岛素的量去控制血糖和有关的过程，保持正常水平的胰岛素，预防糖尿病继发症发生。2.铬与动脉粥样硬化流行病学调查表明，动脉粥样硬化多发地区人群的机体和主动脉含铬量显著降低，血清含铬量也明显反映了这种关系。人们发现，给动物或人体补充铬有许多有益的作用，并且其作用效应与缺铬现象是相互一致的。有机铬疗效较无机铬好，且剂量一效应呈直线关系。3.铬与接触性皮炎如果人体接触数周至6个月铬及铬化合物后可对铬发生过敏，通过职业性接触的工人如对铬已经过敏，再接触空气中存在的微量铬酸盐，即可使身体裸露部分皮肤发生皮炎。 第四节土壤重金属污染与生态健康 对土壤生物和酶活性的影响（1）土壤微生物生物量及多样性降低土壤微生物的数量和活性，改变土壤微生物群落特性，影响土壤呼吸速率。重金属污染对土壤生态系统的影响 Cu-Zn复合污染对土壤微生物生物量的影响10-110-2稀释度CKCu100+Zn200Cu100+Zn400Cu200+Zn200Cu200+Zn400 铜污染对土壤微生物群落结构的影响三种土壤不同铜污染下细菌随培养时间变化情况YRS：红黄壤；PCS：青紫泥；SLS：小粉土 （2）土壤酶活性抑制土壤酶的活性，干扰土壤中正常的生物化学反应过程，如土壤有机质的分解矿化过程。 讨论：在某粉末冶金企业污染地区，调查测得方园3.5km范围内农田耕作层土壤中Cd含量与该企业130m高架烟囱的距离的关系、土壤Cd含量与土壤有机质含量的关系分别如图1和图2所示，请对该调查结果进行科学解释：图1土壤Cd含量与高架烟囱距离的关系图2土壤有机质与土壤Cd含量的关系 干扰植物体内离子间的平衡，造成正常离子在吸收、运输、渗透和调节等方面的障碍，使代谢过程紊乱与核酸、蛋白质和酶等大分子物质结合，取代某些酶和蛋白质在行使其功能时所必需的一些特定元素，使其变性或活性降低土壤重金属污染对植物的影响毒害反应：分子水平→亚细胞和细胞水平→组织器官水平→植株水平 对照Cd60mg/kg黑土Cd污染对玉米生长的影响镉对植物生长的影响 正常土壤桑根镉污染土壤桑根 重金属污染对植物生长和品质的影响铅污染对蔬菜生长的影响 第四节污染土壤的修复技术 重金属污染土壤的修复工程措施生物措施农艺措施微生物修复生态修复植物修复动物修复物化措施 （一）工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。 （二）物化措施工程措施是利用物理、化学原理治理重金属污染土壤且工程量比较大的一类方法。工程措施治理效果最为显著、稳定，是一种治本措施，而且适应性广，但投资大，存在二次污染及肥力降低问题，适于小面积的重度污染土壤。固化与稳定技术电化法淋洗法热解吸法玻璃化法 固化与稳定技术固化与稳定是两个不同的物理化学过程，其中固化是指把污染物固结成具有较高结构强度的实心固体的技术。固化不一定需要固结剂与废弃物之间有化学反应，但需要把污染物固结到固体结构中。固化是通过大幅度降低污染物的接触比表面积或把污染物密封隔离来阻止其有害成分流失。稳定是指:通过降低污染物的溶解度、移动性或毒性来减少污染物危害的技术。稳定不一定要改变污染物的物理特性和机械可操作性。通常固化与稳定是结合使用的。 也可称为电动修复(Electroremediation)。其原理是在污染土壤中插入电极对，并通以低直流电，形成直流电场。由于土壤颗粒表面具有双电层，孔隙水中离子或颗粒带电荷，引起孔隙水及水中的离子和颗粒物质在电场作用下向电极室运输，从而可通过工程化的收集系统收集起来，然后进行集中处理。电化法 淋洗法土壤是一种异源的、复杂的混合物，重金属以多种方式与土壤组份发生各种反应，包括离子交换、吸附、沉淀和螯合作用。土壤淋洗技术就是通过逆转这些反应，把土壤固相中的重金属转移到土壤液相。类型主要种类有机酸柠檬酸、酒石酸、草酸、苹果酸无机酸硝酸、盐酸、磷酸、硫酸碱氢氧化钠、碳酸氢钠盐碳酸盐、磷酸盐、EDTA钠盐螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)、羟乙基替乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、乙二醇双四乙酸(EGTA)、氨基三乙酸(NTA)、乙二胺二乙酸(EDDHA)、环己烷二胺四乙酸(CDTA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)等常用重金属提取剂 Fig.2.Biosolidscompostamendmentprocess:(a)initialrototilling;(b)surfacepreparation;(c)biosolidscompostapplication;(d)forminga6–8cmlayerofbiosolidscompost;(e)rototillingtoadepthof20cm;(f)emerginggrasscover. 三、农艺措施农业措施是因地制宜地改变一些耕作管理制度以及在污染土壤上种植不进入食物链的植物等，从而改变土壤中重金属活性，降低其生物有效性，减少重金属从土壤向作物的转移，达到减轻其危害的目的。改变耕作制度控制土壤水分调整作物品种合理施用有机肥提高土壤pH值施加土壤改良剂 四、生物修复重金属污染土壤的生物修复是指通过植物、动物和微生物等对土壤重金属的吸收、降解、吸附、转化等过程，将土壤重金属清除，或者改变重金属的活性或在土壤中的结合状态，将重金属稳定化，以减少其向周边环境的扩散。微生物修复：固定、溶解、还原、吸收动物修复：固定、吸收..植物修复：提取、固定、挥发、过滤….生态修复：联合修复 微生物修复土壤微生物是土壤中的活性胶体，它们比表面大，带电荷，代谢活动旺盛。受到重金属污染的土壤，往往富集多种耐重金属的真菌和细菌，微生物可通过多种方式影响土壤重金属的活性。微生物修复是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、吸附、沉淀、氧化和还原等作用，从而改变重金属的形态，降低土壤中重金属的毒性。 微生物修复高效降解菌株的筛选拟降解对象的生物可降解性研究基因工程菌构建土壤微生物功能基因开发 微生物修复研究热点土壤微生物功能基因开发土壤中蕴含着极其丰富的微生物资源，但目前人们对此知之甚少。在还无有效的手段完全分离的情况下，开发土壤微生物的各种功能基因，从而将其克隆出来，这已经成为一种土壤微生物修复资源开发十分重要的的基础研究策略。原位PCR技术功能基因探针检测技术反转录PCR技术（RT-PCR）荧光原位杂交技术（FISH）荧光定量PCR技术（realtimePCR）环境功能微生物基因芯片 动物修复土壤动物在土壤有机质分解、养分循环、改善土壤结构、影响健康和植物演替中具有重要的作用。重金属污染土壤的动物修复是通过习居的土壤动物或投放高富集动物对土壤重金属吸收、降解、转移,以去除重金属或抑制其毒性,是一种经济有效的土壤生态恢复措施。动物通常通过以下方式实现生物修复：A通过收获野生种群来提取污染物B补充或维持野生动物种群来固定或降解污染污染物。 动物修复方法Gifford通过类比植物修复(Phytoremediation)提出了下列术语：动物提取(Zooextraction)：收获和处理富集污染物的动物生物量。动物固定(Zoostabilization):用动物抑制污染物迁移，这方法不是收获动物生物量，而是维持与补充野生动物的种群。动物转化(Zootransformation)或动物降解(Zoodegradation):用动物降解有机污染物到低毒性的化合物，不是通过收获生物量，而是维持与补充野生动物种群。金属超积累动物(Animalmetal-hyperaccumulator)已报道一些动物种可以积累>100mgKg-1Cd、Cr、Co或Pb；>1000mgKg-1Ni、Cu、Se、As或Al；>10000mgKg-1Zn、Mn. 适于修复的动物土壤修复：蚯蚓、线虫等水体修复:牡蛎、贝类、鱼类、蛤类、多毛环节动物、海绵等。 土壤修复——以蚯蚓为例蚯蚓是一种杂食性的低等腐生动物，具有很强的分解有机废弃物的能力蚯蚓对重金属元素具有很强的富集作用蚯蚓可以强化污染土壤修复，认为蚯蚓可以通过改善土壤理化性质、增强微生物活性、改变污染物的活性等强化污染土壤的生物修复过程。 蚯蚓提取Cu、Zn利用蚯蚓萃取猪粪猪粪铜(Cu)、锌(Zn)重金属污染。吴国英(2009)采用室内接种法研究了赤子爱胜蚓(Eiseniafoetida)对猪粪重金属重金属Cu、Zn潜力。结果发现，蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn具有一定的吸收能力，富集系数分别为0.43、0.73。 蚯蚓对Pb、Cd提取敬佩等(2009)通过重金属污染土壤中接种蚯蚓的试验,研究了蚯蚓活动对土壤中Pb,Cd的富集作用和有效态含量的影响。敬佩,等.水土保持学报,2009,23(3)期 蚯蚓对Pb、Cd提取(1)蚯蚓可以诱导改变棕壤中Pb,Cd的有效态含量,显著提高棕壤中Pb,Cd酸提取态含量,降低可还原态含量。(2)蚯蚓对Pb有一定的吸收能力,对Cd有较强的富集能力,富集量随着蚯蚓作用时间的延长而增加,富集系数K值为1.6～49.2。(3)蚓粪中Pb,Cd的酸提取态和可氧化态含量明显高于土壤中含量，蚯蚓可以活化土壤中重金属。 蚯蚓提取土壤中ZnKizilkayaetal.(2005)测定蚯蚓(L.terrestris)Zn生物富集。蚯蚓是能够生物富集土壤Zn无脊椎动物。C/N比值是影响Zn提取能力的一个主要因素，用蚯蚓生物修复时土壤低N或高C/N比值能导致辞较高Zn吸收。 污泥养殖蚯蚓技术研究 污泥+植物秸秆—生产蚯蚓 PhytostabilizationRhizofiltrationPhytoextractionPhytovolatilizationPhytoavoidationPhytodecontaminationcoupledwithcropproduction植物修复 植物修复(Phytoremediation)自然植物遗传工程培育植物植物系统根际微生物去除降解稳定重金属、放射性核素、有机化合物 根际强化生物降解EnhancedRhizosphereDegradation根际微生物降解(石油烃)植物吸取Phytoextraction移到植物地上部（As）植物修复植物过滤Phytofiltration根系浓缩(137Cs)植物挥发Phytovolatilization植物吸取,积累,挥发(Se,Hg)植物降解Phytodegradation植物体内部代谢（氯代化合物）植物稳定Phytostabilization根系固定(Pb) 植物修复新发展络合诱导植物吸取：Chelate-inducedphytoextraction植物转化：Phytotransformation植物刺激：Phytostimulation根际修复：Rhizo-remediation 植物修复研究热点超积累植物的筛选及其种子资源和数据库的建立；超积累植物吸收累积重金属的生理生化及分子生物学机制研究；超积累植物重金属吸收富集关键基因的克隆；环境友好的重金属污染土壤植物修复的微生物、化学和生态调控技术；植物修复的示范性基地的建设和推广。 H.Sato,S.Shindo,H.Hattori,M.ChinoAkitaPrefecturalUniv.&　ResearchInst.Food&Brewing,AkitaPhytoremediationofCdcontaminatedsoilandpost-phytoremediation案例-利用能源作物修复重金属污染土壤 国内一些学者发现的超积累植物 ElsholtiaSplendengrowninCopperminingareaTwodifferentgenotypesofElsholtiaSplendens:i.e.Purpleandwhiteflower ToleranceofElsholtiasplendentoCuinnaturalsoilderivedfromcopperore(soiltotalCu3000mg/kg)ToleranceofElsholtiaSplendenstoCuinnutrientsolution(upto0.5mMCu) TwodifferentgenotypesofElsholtiaSplendens:i.e.PurpleandwhiteflowerCd 锰超积累植物——商陆 蜈蚣草（PterisvittataLinn.）——第一种在我国发现的As超富集植物，由陈同斌等发现． 常见超积累植物(Hyperaccumulators）ThlaspicaerulecensThlaspipraecoxArabidopsishalleriSedumalfredii龙葵Pterisvittata 体系土壤－植物体系土壤－微生物体系土壤－水体系内容农产品卫生质量作物效应生化指标微生物计数环境效应地下水地面水目的防止污染食物链，保证人体健康保持良好的生产力和经济效益保持土壤生态处于良性循环不引起次生水环境污染标准国家或部门颁发的粮食卫生标准卫生指标或产量降低程度凡一种以上的生化指标在7天以上出现的变化微生物计数指标在7天以上出现的变化不导致地下水超标不导致地面水超标标准级别仅1种减产10％25％50％仅1种仅1种15％30％减产20％10－15％10－15％确定重金属土壤临界含量的依据 课堂作业1、我国土壤污染日趋严重，赵其国院士指出我国土壤污染已表现出、、、、持久、毒害的现代环境污染特征，正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物，在经济快速发展地区尤其如此。2、不同形态砷化物对人体的毒性也不同，各类砷的毒性大小依次递减的顺序是：＞＞＞＞有机5价砷化合物＞砷化合物＞砷元素。 3、近年来，我国土壤污染事件频发，给生态环境、食品安全及人体健康带来了严重威胁，成为重大的社会问题。而最近发生的广东"镉大米"事件，更把土壤污染推到了舆论的风口浪尖。谈谈你对我国土壤污染现状的认识，分析土壤污染的特点有哪些？4、土壤受重金属或类金属毒物污染后，常常通过农作物和水体等进入人体，对人体健康造成各种危害。通常将重金属中毒症状分为急性和慢性中毒，请你谈谈砷慢性中毒的主要症状？课堂作业 谢谢！