环境中重金属元素镉概况

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环境中重金属元素镉概况
3 Cd对植物生长的影响
l 3.1Cd毒害症状：生长迟缓、植株矮小、
退绿、产量下降等。例如,大麦受Cd污
染后,种子的萌发率、根生长速率下降,
且随处理浓度增大和时间延长而加剧。
Cd对植物生长的影响,还与生长发育的
时期有关。例如,在水稻幼穗分化之
前,Cd主要降低光合力；在幼穗分化至
l 沉积岩1.167mg/kg;皂土1.4;泥灰岩2.6 l 变质岩0.46mg/kg; 石榴石片岩1 l 火成岩<0.22mg/kg；玄武岩0.22
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主要矿物中的镉
l 闪锌矿2%； l 硫镉矿、方硫镉矿77.8%； l 氧化镉矿87.5%； l 菱镉矿65.18%； l 其它矿类几~几千mg/kg。
收获后不要还田，要集中消毁。
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环境中重金属元素镉概况
世界各地发现的重金属超积累植物
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环境中重金属元素镉概况
几种异常积累植物外观
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环境中重金属元素镉概况
几种异常积累植物外观
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环境中重金属元素镉概况
利用苎麻改良镉污染农田
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环境中重金属元素镉概况
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环境中重金属元素镉概况
稻草样本重金属含量抽查mg/kg
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白云石粉中重金属含量mg/kg
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施磷带来镉污染
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部分国家和地区磷矿（肥）镉含量
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2镉污染的削减措施
1化控途径 2生控途径 3农业措施 4工程及其它措施
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1化学控镉
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施石灰对土壤中水溶态镉的影响
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施石灰对土壤中交换态镉的影响
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l 日本和英国土壤的背景值分别为 0.413mg/kg和0.62mg/kg,
l 我国土壤的背景值为0.017～0.33mg/kg。
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1.1主要地球贮库中镉的含量 及残留时间
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几类岩石中镉
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l Cd对植物的伤害是多方面的,相应地植 物采取多方面的策略来抵抗或减弱Cd 胁迫的程度,如固定化、区域化及合成 植物螯合肽、金属硫蛋白、应激蛋白、 应激乙烯等。
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土壤镉与大米镉的关系
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镉污染土壤生物修复展望2
l 与超积累植物相反,筛选以体外抗性为主导机制 的重金属排异植物,特别是农作物,减少其向可食 用部位转移,降低在食物链中的数量,对于人类寻 找既对污染物有较高的抗性,又能保证生物产品 具有较高的安全性的作物种,这将为污染土壤的 再利用提供一种崭新的途径。
l 不同植物对Cd的吸收、积累效应差异很大。木本 植物对土壤中Cd的生物积累较高,；有些蕨类其 叶部Cd含量可高达1200mg/kg,是富集Cd最强的植 物类型之一。水稻等大田农作物也易吸收土壤中 的Cd。有报道,当土壤含Cd量为2.21mg/kg时,糙米 中Cd即达2.64mg/kg。而国家食品卫生标准规定 大米中镉允许量为：小于或等于0.2mg/kg(GB238-84)。
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续上：
l Cd污染耕地涉及11个省市的25个地区,每年 生产镉米(是指Ｃｄ含量超过ｍｇ/ｋｇ的糙 米,长期食用会引起骨痛病)5.0×107ｋｇ。
l 如沈阳市张士灌区因污灌使2533公顷农田 遭受Ｃｄ污染(土壤Ｃｄ含量≥1.0ｍｇ/ｋｇ), 其中严重污染面积(可能产生的稻米Ｃｄ含 量≥1.0ｍｇ/ｋｇ的农田)占13%。 另外,作物 受Ｃｄ污染导致“镉米”的地区还有:上海
l 在沈阳张士灌区土壤中,经污灌进入土壤中的Cd的 56.33%累积于土壤的表层,去表土15cm,可使稻米中的 Cd下降50%。
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镉在土壤层次中的分布
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土壤中重金属的形态
l 土壤中重金属的形态分为:
l 可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物结 合态、有机硫化物态和残留态。形态 受土壤组分及其土壤化学行为影响,各 形态之间处于动态平衡中。
l 线粒体结构的改变是由于Cd抑制线粒
体膜上ATP酶的活性所引起。
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Cd对植物细胞结构的影响
•无Cd正常细胞
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•受Cd害细胞
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3.4 Cd对细胞膜透性的影响
l 80年代中期以来的一些试验结果表明： l Cd对细胞膜有严重破坏作用,使得细胞膜透
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有机酸对镉毒害的抑制
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有机酸对镉毒害的抑制
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2生物控镉
2.1富镉苋科作物（野生苋）富集镉的能力特 强，种一季可使土壤镉下降29.49mg/m2。
2.2绿肥植物无叶紫花苕子能富集Pb、Zn; 香 根草、苎麻对土镉的吸收力很强。
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镉污染土壤生物修复展望3
l 化害为利、以毒攻毒，新物质开发利 用
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2020/11/23
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镉污染现状 镉削减措施 研究趋势
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我国土壤镉污染现状
l 我国有关农田Cd污染的调查工作是20世纪70年代 中、后期开始的,但至今未见Cd污染总体状况的 资料报道。何电源等(1991)在1987—1990年间对 湖南省的农田污染状况进行了调查。结果发现, 农田Cd污染主要来源于工矿企业排放的废气和废 水,在各类Cd污染农田中5%～10%的面积减产严 重。90年代初,我国污灌农田已扩大到1.4×106公 顷。
性增加。植物细胞膜透性与Cd浓度呈极显 著正相关。 l Cd导致膜脂过氧化加剧 。
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3.5 Cd对植物体保护酶活性的影响
l 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶 (POD)和过氧化氢酶(CAT)是植物适应 逆境胁迫的重要酶类,被统称为植物保 护酶系统。当植物受Cd污染后, Cd污染 可引起SOD、POห้องสมุดไป่ตู้和CAT活性下降。
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3.3 Cd对植物细胞结构的影响
l 低浓度的Cd可使叶绿体基粒垛叠减少, 线粒体内腔嵴突减少或消失;高浓度的 Cd可使叶绿体垛叠无规律、膜系统溃 解,使线粒体肿胀、溃解。
l 叶绿体的破坏与Cd沉积在类囊体上与 膜上蛋白体结合，破坏叶绿体酶系统 和阻碍叶绿体合成有关。
l 研究结果表明,随着土壤总Cd含量增加, 残渣态百分率减少,交换态百分率显著 上升,这说明土壤Cd污染越重,非残渣态 的相对含量越高,将相对增加Cd的毒性。
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土壤中重金属镉的形态及关系
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2 Cd在植物体内的积累、分布
l 2.1积累
的沙川灌区、广东的广州和韶关地区、广
西的阳朔、湖南的衡阳等。
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1 土壤中Cd的来源 、含量及分布
l Cd是一种稀有分散元素。
l 地壳中镉平均量0.15 mg/kg。
l 未污染土壤中Cd主要来源于其成土母质
l 在世界范围内,土壤中Cd的含量范围为 0.01～2mg/kg，中值为0.35mg/kg。
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利用植物根系削减水体中镉
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利用植物根系削减水体中镉
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3农业措施
3.1源头控制，重类金属污染的主要源头之一是矿
质肥（尤其磷肥）和劣质农业化学品（含有的农
药），因而对新来源的磷肥等农业化学品要把好
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4工程及其它措施
电化学措施 客土措施 规避措施等等
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镉污染土壤生物修复展望1
l 应用现代生物技术将超积累植物的相 关基因克隆,然后转移到生物量较大的 植物或作物体内,培养出新的超积累植 物品种,将其应用到污染土壤的修复上, 必将大大提高对污染土壤的修复能力, 减少重金属在食物链中的积累。
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2.2分布
l 水稻的根、茎叶、糙米中Cd的比例为 80∶5∶1,
l 而杨树则可将根部吸收Cd的一半运转 至地上部。
l 一般来说,Cd在植物体内的分布是根> 茎>叶>籽实。Cd集中在根部可能与Cd 和根内蛋白质、糖、核酸等有机物化 合成为稳定的大分子或不溶性有机大 分子而沉积下来有关。
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农业土壤中镉的输入与输出
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1.2典型农业土壤中镉的含量
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我国不同类型土壤中镉含量
• 1棕壤；2褐土；3黄棕壤；4棕色石灰土；
• 5红色石灰土
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部分国家和地区土壤镉标准
利用苎麻改良镉污染农田
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利用植物根系削减水体中镉
l 植物在水体中对镉的积累效果明显优于在土壤中 的积累效果。David E 注意到利用普通作物的根 过滤作用 ，将向日葵浸入实验水体中仅24h，水 体中镉浓度可由1000ug/L 降低到 200ug/L，显示 出利用植物根部可快速削减水体中毒害性重金属 元素镉。
源头检测关。
3.2增施优质有机肥提高土壤环境容量，有机质可
增加土壤胶体对污染物的吸附吸收能力。在淹水
还原条件下，可促使镉还原，减少毒性。
3.3品种选择，不同品种对重金属吸收差别很大，
可选用对镉亲合力小的新品种。
3.4培植扩大根系统,加大根系截获量,收获后全层清
理根系,将有效削减土壤中镉量。
3.5加深耕层,还可以让镉从土壤向下层淋失。
抽穗期,主要抑制生殖器官分化,造成颖
花败育；抽穗期后,Cd则主要干扰体内
营养物质的迁移和再分配。
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3.2 Cd对细胞分裂的影响及遗传毒害
l Cd能引起细胞分裂出现障碍或不正常 分裂,表现为细胞分裂周期延长,产生染 色体断裂、畸变、粘连和液化等。
l Cd能与带负电的核酸结合,破坏核仁结 构,抑制DNase和RNase活性,并使植物体 DNA合成受阻。
镉对人体的毒性
l 粮食作物是镉进入食物链的主要途径， 土壤镉与米中镉有良好的正相关，因 而土壤镉污染产生的影响是全球性的。 镉是一种积累性毒素，人体肾皮质是 镉作用的靶器官。肾皮质镉浓度达到 200mg/kg时，会引起多种症状的肾机 能失调，如肾小管坏死，蛋白尿症等。
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环境中重金属元素镉概况
镉在植物体内的分布
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环境中重金属元素镉概况
作物不同部位镉的分布
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我国烟叶中5元素含量及变幅 单位：mg/kg
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Cd在细胞中的分布
l 近十来年不少学者研究报道, 根所吸收的重 金属中有70%～90%累集在根尖细胞壁上。 杨居荣等1993年的研究表明,Cd在黄瓜、菠 菜 中 的 可 溶 成 分 所 占 比 例 较 大 , 为 45% ～ 69%, 沉 积 于 细 胞 壁 的 成 分 占 2.5% ～ 21.0%, 而Pb有77%～89%沉积于细胞壁上,可溶成 分只占0.2%～3.8%。
1.3我国烟田土壤重金属含量mg/kg变幅
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1.4镉在土壤层次中的分布
l 同一类土壤中，重金属在土壤层次中的分布是表层>> 中下层。这主要由于有表层生物富集或外来废物污染 （污灌、污施等）引起。施用化肥、农药也会造成Cd 的污染。
l 据调查,广州市施用磷肥、石灰的Cd含量为2～3mg/kg, 而澳大利亚施用的过磷酸钙含Cd达38～48mg/kg 。