印度泰米尔纳德邦哥印拜陀地区污水处理区土壤镉污染评价
R. Vinu Radha1*K. Kumutha1和P. Marimuthu1
1泰米尔纳德邦农业大学农业微生物系，印度泰米尔纳德邦哥印拜陀
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.2.18
镉是一种天然存在的微量元素，是地壳和海洋中的金属成分之一，无处不在。农业土壤也可能被镉富集，导致镉在植物体内积累，对人体健康构成潜在威胁。此外，土壤中镉的高浓度进入食物链后对生态系统产生有害影响。土壤样本是在哥印拜陀污水处理区附近的不同地方收集的，这些地方的镉来源可能对公众构成威胁。采集了26个样品，测定了其理化性质和总镉含量。5个土壤样本显示高含量超过3毫克公斤－1并对其丛枝菌根孢子数进行了评价。
镉污染;污水处理;哥印拜陀;AM真菌
复制下面引用这篇文章:
李建军，李建军，李建军，等。城市污水处理区土壤镉污染的研究进展。当代世界环境2014;9 (2)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.2.18
复制以下内容引用此URL:
李建军，李建军，李建军，等。城市污水处理区土壤镉污染的研究进展。《当代世界环境》2014;9(2)。//www.a-i-l-s-a.com/?p=6117
介绍
自然界中最常见的重金属污染是Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Ni。由于工业活动，这些重金属对环境的污染变得广泛，当它们在环境中水平升高时，它们被根过度吸收并转运到茎中，导致代谢受损，生长下降。土壤重金属污染导致土壤微生物活性下降、土壤肥力下降和产量损失。镉通过火山、岩石风化等自然方式释放到生物圈中，也通过采矿和金属精炼等各种城市/工业废物人为释放到生物圈中。1堆肥的应用程序2还有富镉磷肥。3.
众所周知，农业土壤中镉浓度的增加来自人类活动，如磷肥、污水污泥、废水和农药的施用，4、5、6所示高镉金属矿石的开采和冶炼。7
土壤中镉的测定对评价其环境影响或对农业生产和土壤健康的风险具有重要意义。根据FOREGS欧洲土壤地球化学数据库，总镉浓度在0.06到0.6 ppm之间。然而，估计的镉值低于农业土壤中1 ppm的最高限制阈值8．镉在土壤中的积累会导致孔隙水浓度的增加，最终导致地下水和地表水浓度的增加。根据第49/2000号法令，土壤镉的质量标准为0.5毫克公斤－1土壤。9这意味着在耕层中施用废料的区域不得超过0.5毫克镉/千克重。该标准主要侧重于污泥的应用。在关于农业用途废弃物的指导文件中提到，假定标准值不妨碍在农业土壤上获得足够的废弃物利用面积。10根据排放到水体或水道的废水水质指引，镉的最高目标允许水平不超过0.1毫克升－1．11
镉诱导的效应包括氧化胁迫、遗传毒性、光合活性抑制和根系代谢抑制。这些毒性模式之间可能的相互作用得到了很好的解释。12植物的黄化、卷叶和发育迟缓是镉中毒的主要症状。人们对耕地重金属污染的问题越来越感兴趣，但对生物体水平上的重金属稳态和耐受性知之甚少。因此，澄清与金属运输、积累、解毒和耐受性相关的问题是至关重要的，从这个意义上说，利用植物以外的模型系统，如pombe和Saccharomyces cereviciae，以及拟南芥和一些Thlaspi物种等超积累体的分子分析将是非常有意义的。13
预计哥印拜陀土壤中镉的人为来源更有可能来自越来越多的不利人为来源，即农业和城市径流、垃圾倾倒、污水处理和制金废物。
本研究的目的是找出印度泰米尔纳德邦哥印拜陀(Coimbatore)地区污染地区镉水平的热点，并探索当地的微生物种(如灌木菌根真菌)和促进植物生长的细菌(如假单胞菌等)对污染场地的清理。
材料与方法
采样地点
哥印拜陀(印度泰米尔纳德邦)位于北纬11.0161°和东经76.971°。哥印拜陀的大部分地区都有大量的开放和覆盖的污水管道，这些管道相互连接，分布在城市周围。几乎所有的管道都以未经处理的形式输送污水。采样地点更靠近多年来污水和固体废物一起倾倒的地方，并从荒地和农田收集(图1)。样本也从处理黄金废物的污水区及其附近收集(样本20，21和26)和污水处理污泥样本(样本7)。在污水处理区附近采集土壤样本的大部分农业用地种植了Palak green和Amaranthus sps，如表1所示。
表1:在哥印拜陀不同污水处理区附近收集的土壤样本
样品没有。 |
位置 |
土地的描述 |
1. |
Velalur-1 |
农业用地(高粱) |
2. |
Velalur-2 |
农业用地(bendi) |
3. |
Velalur-3 |
农用地(香蕉) |
4. |
Sungam 1 |
贫瘠的土地 |
5. |
Ukkadam-1 |
贫瘠的土地 |
6. |
Ukkadam-2 |
贫瘠的土地 |
7. |
Ukkadam-3 |
处理过的污水污泥 |
8. |
Ukkadam-4 |
处理过的污泥施肥万寿菊田 |
9. |
Ukkadam-5 |
农业用地(八乐田) |
10. |
Ukkadam-6 |
农业用地(苋属) |
11. |
Selvapuram-1 |
农业用地(八乐田) |
12. |
Selvapuram-2 |
农业用地(苋属) |
13. |
Kovaipudur-1 |
农业用地(苋属) |
14. |
Kovaipudur-2 |
农业用地(苋属) |
15. |
Ukkadam-7 |
污水污泥附近的土堆 |
16. |
Ukkadam-8 |
农业用地(百乐绿地) |
17. |
Ukkadam-9 |
农业用地(苋属) |
18. |
Ukkadam-10 |
农业用地(苋菜属) |
19. |
Ukkadam-11 |
污水污泥附近的土堆 |
20. |
Ukkadam-12 |
制金废料处理污水土壤 |
21. |
Ukkadam-13 |
污水污泥附近的土堆 |
22. |
Ukkadam-14 |
农业用地(苋属) |
23. |
Ukkadam-15 |
农业用地(苋属) |
24. |
Ukkadam-16 |
农业用地(苋属) |
25. |
Ukkadam-17 |
污水污泥附近的土堆 |
26. |
Ukkadam-18 |
制金废料处理污水土壤 |
从土壤样品中分离筛选AM和PGPR
与丛枝菌根真菌(AM)共生的植物具有从扩大的土壤体积中吸收镉的潜力，为推进植物环境净化提供了一个有吸引力的系统。假单胞菌是一种植物生长促进剂，大量存在于根际，支持AM真菌与假单胞菌的共生，因此AM真菌与假单胞菌的结合为镉污染土壤的修复提供了合适的系统。
从镉浓度较高的土壤中分离出丛枝菌根真菌和假单胞菌。共分离出AM和假单胞菌10株。已选择观察到优势的AM分离株进行研究。同时对假单胞菌的IAA产量和耐镉性进行了测试，筛选出最佳菌株进行进一步研究。
|
图1:镉浓度(ppm) |
结果与讨论
对不同样品的理化性质的观察显示出相当大的差异，如表2所示。几乎所有样品的pH值都表明土壤本质上是中性到碱性的，这可能是造成这种重金属溶解度差的原因。这主要是由于土壤中天然存在的碱性阳离子，导致相对较高程度的碱性饱和。也报道了18, CdOH+在pH值高于8时形成的物质比Cd对吸附位点有更大的亲和力２＋．EC值较高(> 1.0 dSm)－1)的样本显示镉含量偏高。土壤镉含量与EC (r)呈显著正相关2=0.726)(不包括样品7、10、16、20、22、23、24、25和26)，其中包括处理过的污水污泥(图2)，从污水污泥附近的土堆和处理过的金废物污水土壤(n=17)中提取的样本。同样，样品7的阳离子交换容量也很高(135.9 cmol (p+)公斤－1土壤)，镉含量高达3.55毫克公斤－1土壤。具有高ces的土壤能够结合更多的阳离子，如Ca２＋或者K+到粘土和有机物颗粒表面的交换点。高CEC土壤也将具有更大的缓冲能力，增加抵抗ph变化的能力。粘土和/或有机物含量高的土壤通常具有更高的CEC。在我们的研究中分析的26个样品描绘了20.1至136.0 cmol (p)的高CEC范围+)公斤－1土壤与土壤无显著相关(r= -0.0072)。但是样品来自农业和贫瘠的土壤(n = 22)除了16个样品,20日,21日和26呈正相关(r2= 0.629)与阳离子交换容量的关系(图3)。这揭示了镉含量与原生土壤参数之间的不同关系，这可能是由于近期在特定地区倾倒污水或制金废物的做法所致。镉含量与土壤pH、EC、CEC在深度和镉有效性指数(CDI)上呈显著相关，随土壤深度的增加而降低5不支持目前的调查。
镉的人为来源首先与北哥印拜陀Ukkadam地区沉积的污水污泥和排放到自然环境中的废水有关，这些废水在灌溉和其他耕作过程中可能通过将这种重金属浸出到地下土壤中而开始污染地下水。在污水处理区附近的土堆附近灌溉的Palak田镉含量较高，这是这种污染可能性的一个很好的例子。
土壤有机质能够结合重金属。相比之下，处理后的污水污泥样品(样品7)中有机碳含量较高(18.79%)。有机质富集土壤可使重金属自由离子络合，降低生物可利用金属种类的含量。该方法可用于植物修复，保护植物免受金属污染。16
镉浓度较高(> 3.5 mg kg)－1)在田间施用污水污泥的土壤样品中。镉含量与有机碳含量不呈正相关(r = 0.2277)，因为有机碳影响土壤中镉的有效性，只有在土壤中添加了富含有机碳的改良剂，并具有金属固定化的效率。16处理过的污泥(样品7)中土壤的高有机碳含量会高度固定镉水平，另一方面会增加土壤镉水平，在这些地区造成高风险，必须考虑到这一点。
报道了土壤pH值对植物重金属有效性的重要性。15日16重金属的溶解度是高度依赖于pH值的，随土壤pH值的降低而增加。土壤中重金属的吸收机制受土壤pH值的影响，因此，土壤的吸收能力会受到pH值变化的极大影响17ph诱导土壤中金属离子固定化的变化。首先，变电荷土壤中pH值的增加导致表面负电荷的增加，从而导致阳离子(Cd)吸附的增加。
表2:所采集土壤样品的理化性质。
样本 不。 |
pH值 |
电子商务 (dS米－1） |
有机 碳（%） |
CEC cmol (p+)公斤－1 |
镉 内容 (毫克公斤－1） |
1 |
8.06 |
0.06 |
0.44 |
24.4 |
0.80 |
2 |
8.15 |
0.29 |
1.23 |
41.9 |
0.95 |
3. |
8.13 |
0.27 |
1.49 |
34.1 |
0.80 |
4 |
8.41 |
0.92 |
2.05 |
57.1 |
1．15 |
5 |
8.22 |
0.86 |
2.84 |
73.7 |
1．35 |
6 |
7.37 |
0.80 |
2.46 |
106.5 |
2.60 |
7 |
7.08 |
0.95 |
18.79 |
136.0 |
3.55 |
8 |
8.31 |
0.50 |
1.84 |
94.3 |
1.60 |
9 |
8.11 |
0.82 |
2.46 |
65.7 |
1.72 |
10 |
8.79 |
0.16 |
2.93 |
73.2 |
2.23 |
11 |
8.06 |
0.51 |
0.12 |
30.7 |
1.65 |
12 |
8.32 |
0.30 |
0.23 |
33.1 |
1.50 |
13 |
7.46 |
0.63 |
0.75 |
28.2 |
1.40 |
14 |
7.94 |
0.71 |
0.95 |
24.9 |
1.45 |
15 |
8.14 |
1.23 |
0.06 |
45.8 |
1.65 |
16 |
7.99 |
0.49 |
1.62 |
20.1 |
3.85 |
17 |
8.46 |
0.81 |
1.27 |
42.0 |
0.95 |
18 |
8.76 |
0.48 |
0.92 |
42.6 |
1.05 |
19 |
8.65 |
0.97 |
0.46 |
39.9 |
1.25 |
20. |
8.19 |
1.14 |
1．24 |
28.9 |
7.65 |
21 |
7.39 |
2.69 |
5.48 |
48.8 |
4.55 |
22 |
7.5 |
3.36 |
1.07 |
35.6 |
0.10 |
23 |
8.62 |
2.08 |
1.01 |
30.5 |
0.40 |
24 |
7.95 |
2.06 |
0．35 |
41.2 |
0.40 |
25 |
7.94 |
0.52 |
2.02 |
32.3 |
1．35 |
26 |
7.83 |
1．11 |
1.33 |
21.9 |
8.20 |
表3:AM孢子的枚举高镉含量土壤
样品没有。 |
总镉 |
AM孢子负荷 |
人口假单胞菌 |
7 |
3.55 |
69 |
3 × 104 |
16 |
3.85 |
52 |
3 × 104 |
20. |
7.65 |
54 |
2 × 104 |
21 |
4.55 |
51 |
1 × 104 |
26 |
8.20 |
43 |
1 × 104 |
从采集的土壤样品中分离出丛枝菌根真菌孢子和pgproorganism。观察结果普遍表明，富镉土壤AM孢子负荷数量低于低镉土壤。镉对丛枝真菌Glomusmosseae和G. deserticola菌丝长度的抑制作用也证实了这一结果。19
此外，由于污水污泥直接倾倒在附近农田的土壤堆中，样品中的镉含量很高(从4.5至8.2毫克公斤不等)－1)和污水处理污泥用量(3.55毫克公斤)－1)。附近的苋菜田(井水和直接污水灌溉)和万金菊田(处理过的污泥施肥)的镉含量呈上升趋势
|
图2:土壤EC对总Cd的影响 |
|
图3:CEC对总Cd的影响 |
土壤中的镉可以通过添加石灰材料提高土壤pH值来固定。20.镉的增加引起镉的摄取减少２＋pH引起的吸附，增加负电荷，从而降低其生物利用度。还建议在使用含镉土壤改良剂(如磷肥和生物固体)的土地上，土壤pH值应保持在pH 6.5或更高。16随着年龄的增长，镉的生物利用度可能下降2-3倍，这可能是由于固定化的增加。18
结论
从上述关于哥印拜陀污水处理区镉污染的研究中，有必要报告的是，尽管这些地区的镉含量很高，但很大一部分添加的镉存在于土壤中的非生物可利用池中。此外，农垦和荒田土壤理化性状与镉含量之间存在有效的相关关系。不同的土地使用位置。没有研究可用性的确切机制。如果这种倾倒污水的做法发生在农田附近，在适当的年份里，镉可能有机会通过淋滤或土壤扩散机制进入地下层。镉向食物链的转移可以通过控制吸附反应来降低镉的生物利用度来控制。
确认
我们要感谢新德里印度政府科技部科学技术部对这个项目的财政支持。k博士的建议。Arulmozhiselvan，泰米尔纳德邦农业大学土壤科学和农业化学教授，哥印拜陀深感荣幸和赞赏。
参考文献
- 陈晓明，陈晓明，陈晓明，等。镉和铅对植物修复的影响研究。环境科学与技术。医学杂志。科学通报，28:655-662(2007)。
- Ramos M.C.和Lopez-Acevedo M.， alpenede 's-Anoia地区(NES pain)施用堆肥后葡萄园土壤中锌的含量，环境杂志。研究，8:687-696(2004)。
- 邓江，王飞波，张国平，镉对番茄幼苗生长和光合作用的影响。浙江大学学报(自然科学版)科学通报，6:974-980(2005)。
- 陈廷彬，黄建伟，周海燕，黄明辉，香港表层土壤中痕量金属的分布及污染评估。环境污染，1996(1):61-68(1997)。
- Qadir M, Ghafoor A.和MurtazaG。，城市污水灌溉土壤中蔬菜镉含量的测定，环境发展研究。科学通报，2:11-19(2000)。
- 陈晓明，陈晓明，陈晓明。土壤中镉对土壤污染的影响[j] .环境科学与技术。环境科学学报，2002(3):167-187。
- Tembo B.D, Sichilongo K.和Cernak J.，赞比亚Kabwe镇附近土壤中铜、铅、镉和锌的浓度分布。环境科学学报，36(3):597 - 591(2006)。
- 罗德里格兹·拉多·李，韩志强，陈志强，农业土壤中镉含量的估算:以ppm为单位的总镉浓度。FOREGS欧洲土壤地球化学数据库，联合研究委员会欧洲委员会，环境和可持续性研究所，土地管理和自然灾害股，意大利伊斯普拉。www.http: / / eusoils.jrc.ec.europa.eu(2010)。
- Miljø- ogEnergiministeriet: bebekendtg ørelse om and vendelseaffaldsproducktertiljordbrugsform
- 丹麦环保局，affaldsstoffertiljordbrugsforma1。[j] .中国机械工程，2009,5(5)。Vej。第14005号，1990年6月1日，Miljøstyrelsen。(1990)。
- 与环境规划署对铅和镉的科学审查有关的研究和正在进行的活动摘要。见:理事会第23/9号决定III:审查关于铅和镉的科学资料。参考文献:HA 348/380/01/28，阿克拉，加纳th6月(2006)。
- 《镉对植物的毒性作用》。见:镉从毒性到本质，生命科学中的金属离子。(Eds)。西格尔，A，西格尔，h和R.K.O.西格尔。施普林格科学与商业媒体，康斯坦茨大学，德国。Pp. 395(2013)。
- Benavides M.P, Gallego S.M.和Tomaro M.L，镉对植物的毒性。布拉兹。J.植物生理学。科学通报，17(1):21-34(2005)。
- walker ley A.和Black C.A.，测定土壤有机质的Deglgareff法的检验和对铬酸滴定法的改进。土壤科学，37:29-38(1934)。
- 李建军，李建军，李建军，土壤对土壤重金属含量的影响。公牛。环绕。污染。毒物学杂志。67:423-430(2001)。
- Skáodowski，王晓明，王晓明，黄晓明，黄晓明，黄晓明，褐煤对土壤重金属生物有效性的影响，环境科学与技术，(主编)，黄晓明等，Springer出版社。第3页(2006)。
- 张国强，张国强，张国强，等。土壤中砷和镉的吸附-生物利用度关系。J.危险材料(2012)。
- 李建军，李建军，李建军，等。离子强度和pH值对土壤对镉的吸附和表面电荷的影响。欧元。J.Soil科学。[j] .中国科学，1994(5):419- 429。
- 陈建军，陈建军，陈建军，黄豆(甘氨酸)和桉树(桉树球)对Cd的抗性。共生36:1-15。(2004)。
- 洪志光，李德宽，郑德耀，金鹏军，金矿开采对旱地土壤镉稳定性的影响。拱门。环绕。污染。中华毒物学杂志，52:502(2007)。
