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土壤中的镉及其来源
镉,元素符号Cd,于1817年由德国科学家在碳酸锌中发现,属于元素周期表第五周期IIB族,是一种具有韧性、可塑性的银白色有光泽金属,六方棱锥晶体。
原子序数即核电荷数48,相对分子质量112.41,镉的溶沸点相对较低,化学性质并不活泼,可溶于酸,不溶于碱,易在物体表面形成保护层,因此常被用作染料(镉黄的主要成分)、钢铁的防腐电锻层、配置合金的添加元素、低溶点钎焊材料、制作镍镉与银镉电池的原料、以及核反应堆的控制棒等。
全世界镉储量约为50万吨,我国镉储量在全球范围内是最高的,存储量为9.2万吨,占全球总量的18.4%。
中国这么高的镉储量,岂不是很危险?
并不会。因为天然存在的镉矿并非单一纯净的镉矿石,往往与铅锌等元素以化合物的形式相伴存在。自然来源的镉在土壤中存在的形式较为稳定,即便是土壤中含有较高含量的自然来源镉,一般情况下也不至于对植物和人类构成威胁,而因人类活动带入土壤的镉往往危害更大。
人为来源的镉是工农业等人类活动过程输入土壤环境中的镉。
现代农业生产过程中,连年向耕地投入大量化肥、农药等化工生产资料,向土壤带入了大量的污染重金属。我国工业生产每年排放的未经处理的污水约400亿立方米,这些工业废水是导致我国农田镉污染的主要原因。镉主要用于电池、染料或塑胶的稳定剂,所以当我们乱扔废旧电池时,土壤中的许多重金属含量也会逐渐升高,形成污染。
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镉对人体的危害
作为重金属元素,镉具有很强的毒性。
联合国环境规划署曾在上世纪80年代提出12种在全球范围内均具有危害意义的物质,镉位列第一,而其对人体的毒性则仅次于汞(水银),位列第二。
镉在人体内的半衰期约为10-30年,镉被人体吸收后,主要累积在肺、肝、肾等器官中。
研究表明,肾脏可吸收进入体内近1/3的镉,是镉中毒的“靶器官”。由于镉损伤肾小管,病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。特别可使骨骼的代谢受阻,造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。
还可导致高血压、肾功能紊乱、肝损害、肺水肿、贫血等疾病以及神经和大脑损伤,甚至诱发癌症。
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镉对植物的影响
虽然镉不是植物的必需元素,但植物并不排斥对镉的吸收,又因土壤中的镉有较强的向植物根系迁移的能力,因此植物往往容易富集镉。
植物种植在镉污染的土地上,会危害植物对氮、磷、钾等必需营养元素的吸收利用和转运,镉能够通过多种方式干扰植物正常的光合作用、呼吸作用等生理过程,也会对植物酶系统,营养元素代谢,细胞形态与功能等方面产生严重影响。
科学家的研究发现水稻本身拥有的某些独特基因,使水稻根系吸收土壤中镉的能力较强,比如:水稻对于镉污染的吸附作用明显强于玉米、大豆等其他的作物品种。
而这些吸附的镉会在水稻的米粒中大量富集,所以镉污染在水稻米粒中表现得尤为突出。
一旦人直接食用这些镉米,或者家禽等食用后在体内富集,再通过食物链进入人体,都会引起慢性中毒,严重威胁人类健康。
此外,稻米作为东亚地区最主要的粮食作物,在多地餐桌上属于不可或缺的角色。东亚地区的饮食结构,也无形中促进了镉通过稻米向人体转移的过程。