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干货国内外重金属土壤环境标准值比较

2021-11-17 08:35:10| 来源:| 编辑:| 点击:0次

【干货】国内外重金属土壤环境标准值比较

1、镉及土壤环境行为

镉是一种银白色金属,质软且具有极好的延展性。镉的元素符号为Cd,原子序数为48,相对原子质量为112.41,熔点为321°C,沸点为765°C,密度为8.65g˙cm-3,257°C时的蒸气压力为1.0Pa。镉主要用于各类产品的制造,包括镍镉电池、染料、喷镀、塑料耐光热稳定剂等。地壳中镉的丰度估计值为0.11~0.5mg˙kg-1,镉与锌同属第II类副族元素,在化学性质方面具有相似性,地球矿物及环境中Zn/Cd含量比值在300以上,生命体中Zn/Cd比值为100或更低。“七五”期间背景值调查表明,中国土壤A层镉含量的算术平均值、中位值、5%值和95%值分别为0.097、0.079、0.016和0.264mg˙kg-1,土壤C层镉含量的算术平均值、中位值、5%值和95%值分别为0.084、0.069、0.011和0.339mg˙kg-1。

土壤中黏土矿物、有机质等组分对镉具有吸附固定能力,多数土壤对镉的吸附率可达到80%~95%。土壤pH值下降,镉的溶出量上升,移动性增强,易被作物吸收。当土壤pH值为4.0时,土壤镉的溶出率可高于50%;而当pH值为7.5时,镉则很难溶出。旱地土壤中镉化合物主要以CdCO3、Cd32和Cd2等形态存在,pH值>7的石灰性土壤中镉主要以CdCO3形态存在;水田土壤持续淹水并达到S2-形成所需的还原条件时,土壤中镉主要以CdS形态存在。

2、镉的生物富集效应

土壤中的镉可被作物根系吸收后在农产品可食部位富集,不同作物以及同一作物的不同品种对土壤中镉的富集能力存在显著差异。加拿大研究者报道植物对镉的生物富集因子介于1.07~15.22之间,蚯蚓等无脊椎动物对镉的生物富集因子约为8.30;英国环境署用于外推土壤质量指导值的叶菜、根菜、球茎类蔬菜和木本水果对镉的生物富集因子分别为0.052、0.029、0.031和0.0014。

李志博等调查了浙江省富阳市某乡土壤污染状况,对78对土壤-水稻样品检测数据的分析结果表明,土壤中镉含量平均值为mg˙kg-1,范围值为0.08~23.7mg˙kg-1,稻米中镉含量平均值为mg˙kg-1,范围值为0.03~2.92mg˙kg-1,稻米镉含量超过GB2762—2012《食品中污染物限量》镉限量值,土壤镉污染严重。

研究者根据建立的稻米镉含量预测模型,推导出土壤pH值为5、6、7和8时基于GB2762—2012的土壤镉含量限值分别为0.55、1.03、1.95和3.68mg˙kg-1,基于稻米摄入风险的土壤镉含量限值分别为0.42、0.79、1.49和2.81mg˙kg-1。

赵勇等以郑州市河南农业大学试验土壤〔pH值为7.11,w为2.57%,阳离子交换量为9.13cmol˙kg-1〕为研究材料,开展了叶类蔬菜添加镉盆栽试验,结果表明土壤镉含量分别从0.25增加到0.47和0.60mg˙kg-1时,苋菜中镉含量从0.083增加到0.28mg˙kg-1,油麦菜中镉含量从0.037增加到0.14mg˙kg-1。

根据GB2762—2012,采用模型预测的苋菜地和油麦菜地土壤镉含量限值分别为0.27和0.32mg˙kg-1。

3、镉的人体健康毒性

长期暴露于镉可对人体肾脏和骨骼造成显著危害。镉在人体内的代谢半衰期为10~33a。国际癌症研究局将镉及其化合物划为第I类“对人体致癌”物质。加拿大政府将镉划分为第II类“可能对人体致癌”物质。美国国家环境保护局,将镉划定为“可能对人类致癌”物质,提出人体经呼吸吸入暴露于镉的单位风险因子为1.8×10-3-1,根据人体暴露于镉引起蛋白尿异常的慢性毒性效应评估结果,提出摄入镉的参考剂量为1μg˙kg-1˙d-1,上述毒性参数被USEPA用于土壤筛选值的外推。英国环境署提出呼吸吸入镉的每日允许摄入剂量为1.4×10-3μg˙kg-1˙d-1,经口摄入每日允许摄入剂量为0.36μg˙kg-1˙d-1。荷兰公共健康与环境研究所评估认为镉没有确定性致癌效应,提出的用于土壤镉干预值制订的每日允许摄入剂量为0.5μg˙kg-1˙d-1。澳大利亚根据世界卫生组织方法外推得到的镉的毒性参考值为0.7μg˙kg-1˙d-1。

4、镉的陆生生态毒性

土壤中镉的陆生生态毒性表现在对陆生植物、无脊椎动物、土壤酶及微生物活性等的危害效应。

林仁漳等采集南京市八卦洲蔬菜基地土壤〔pH值为5.3,w为1.75%,阳离子交换量为21.38cmol˙kg-1〕进行温室盆栽试验,结果表明土壤外源镉对小麦幼苗生物量、自由基代谢和抗氧化酶活性的毒性临界点在3.3~10mg˙kg-1之间。

CAO等以长春市郊表层黑土〔pH值为6.76,w为2.78%,阳离子交换量为28.6cmol˙kg-1,w为55.3%〕为供试土壤,开展了添加镉对玉米、大豆生长的毒性试验,结果表明镉对玉米根、茎生长的效应浓度为183~344mg˙kg-1,对大豆根、茎生长的效应浓度为150~225mg˙kg-1。

微区定位试验研究了黏性土壤〔pH值为6.43,w为0.84%〕镉污染对苎麻的生长毒害效应,结果表明土壤镉含量为14mg˙kg-1时,苎麻地上部分生物产量降低20%,镉含量为100mg˙kg-1时,产量下降为对照的50%。

刘德鸿等以苏州吴江稻田黄泥土〔pH值为6.2,w为2.65%,阳离子交换量为25.5cmol˙kg-1〕进行的室内模拟蚯蚓毒性试验表明,外源镉对赤子爱胜蚓和威廉环毛蚓的半致死浓度分别为809~1138和708~1030mg˙kg-1。

赵俊杰等以南京市江宁区农田黄棕壤〔pH值为6.53,w为0.69%,w为19.78%,阳离子交换量为8.95cmol˙kg-1〕,研究了镉对蚯蚓金属硫蛋白的影响效应,结果表明经外源土壤镉处理后,蚯蚓金属硫蛋白含量均呈上升趋势,300mg˙kg-1土壤镉处理7、14和28d后,金属硫蛋白含量分别为对照的8.0、23.8和35.1倍。

VANGESTEL等采用人工土壤研究了镉对赤子爱胜蚓生长和性发育的影响效应,结果表明外源镉对赤子爱胜蚓生长的效应浓度为33~96mg˙kg-1,10mg˙kg-1外源镉对蚯蚓性发育产生抑制作用。

SPURGEON等采用标准人工土壤进行试验研究的结果表明,外源土壤镉污染对赤子爱胜蚓产卵量的效应浓度为46mg˙kg-1。

沈国清等采集上海市七宝镇农场表层土壤〔pH值为8.18,w为1.62%,阳离子交换量为15.6mg˙kg-1,w为20.1%〕进行外源镉污染土壤的生态毒理试验,结果表明外源镉处理后0~14d内对蔗糖酶表现为激活效应,处理后14~28d内表现为抑制效应;外源镉对脱氢酶表现为处理初期激活、后期抑制的效应,土壤脱氢酶活性在处理后第28天为对照的180%,在处理后第49天时为对照的20%。

陆文龙等采集吉林省吉林市松花湖库区表层土壤进行土壤呼吸和微生物群落试验,结果表明随着外源镉浓度的增加,土壤呼吸CO2释放量总体上逐渐减少。

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