1、生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 第一作者:邹长伟(1969),男,博士,副教授,研究方向为大气环境与环境毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20210623001邹长伟,江玉洁,黄虹.重金属镉的分布、暴露与健康风险评价研究进展J.生态毒理学报,2022,17(6):225-243Zou C W,Jiang Y J,Huang H.Distribution,e
2、xposure and health risk assessment of heavy metal cadmium:A review J.Asian Journal of Ecotoxicology,2022,17(6):225-243(in Chinese)重金属镉的分布、暴露与健康风险评价研究进展邹长伟1,2,江玉洁1,2,黄虹1,2,*1.南昌大学资源环境与化工学院,南昌 3300312.鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室(南昌大学),南昌 330031收稿日期:2021-06-23 录用日期:2021-10-04摘要:重金属镉(Cd)分布广泛,剧毒,具有致癌、诱变、基因毒性和免疫毒性
3、作用,镉暴露给人体健康带来严重威胁。本文综述镉的来源、形态、检测方法、分布特征、暴露途径及其健康风险评价等研究进展,为镉的健康风险防范和科学干预提供科学依据。关键词:镉;健康风险;来源;镉形态;暴露文章编号:1673-5897(2022)6-225-19 中图分类号:X171.5 文献标识码:ADistribution,Exposure and Health Risk Assessment of Heavy Metal Cad-mium:A ReviewZou Changwei1,2,Jiang Yujie1,2,Huang Hong1,2,*1.School of Resource,Envi
4、ronment and Chemical Engineering,Nanchang University,Nanchang 330031,China2.Key Laboratory of Poyang Lake Environment and Resource Utilization(Nanchang University),Ministry of Education,Nanchang330031,ChinaReceived 23 June 2021 accepted 4 October 2021Abstract:The heavy metal cadmium(Cd)is widely dis
5、tributed and highly toxic.It has carcinogenic,mutagenic,genotoxic and immunotoxic effects.The exposure of Cd poses serious threat to human health.This paper reviewsthe progress of source,form,detection method,distribution property,exposure pathway of Cd and the health riskassessment of Cd,which lays
6、 scientific basis for the health risk prevention and scientific intervention of cadmium.Keywords:cadmium;health risk;source;cadmium form;exposure 镉(Cd)是环境中普遍存在的一种重金属,在水体、大气、土壤和食物等介质中广泛分布。镉不可生物降 解1-2,生 物 毒 性 强。国 际 癌 症 研 究 机 构(IARC)3-4将镉列为第一类致癌物,世界卫生组织(WHO)将镉列为优先食物污染物。我国每年由工业废弃物排放到环境中的重金属镉总量高达 680 余t5
7、;世界环境范围内,镉化合物积累量超过 22 000t6。在健康风险评估中,镉是土壤-植物接触途径中最为关注的重金属之一,也是研究的主要污染物之一7。通过饮食、呼吸和皮肤接触等途径,镉进入人体后,半衰期 10 30 年。非职业性镉暴露的健康危害226 生态毒理学报第 17 卷主要表现为低剂量、长期接触和慢性中毒等特点4,长期镉暴露会对人体的肾、肝、肺、骨骼、生殖系统及胚胎发育带来损伤,甚至致癌8-11。污染物的健康风险评价主要是通过风险评估模型估算污染物对人体健康危害的发生率,量化暴露于该有害因子的人群健康风险12-14。本文针对镉的来源、形态、测定方法、分布特征、暴露途径及健康风险评价等方面的
8、研究进展进行综述,以期为合理评估镉的健康风险提供科学依据,为镉暴露的健康风险防范和科学干预提供参考思路。1 镉的来源(Source of cadmium)1.1 环境中镉的来源环境中镉主要分布在水体、大气和土壤中,不同介质中的镉分布有差异,来源也不同。表 1 列出不同环境介质中镉的来源。环境体系中镉的来源分自然源和人为源15。环境中镉的自然源主要包括火山、矿物风化等自然活动;水体中镉的自然源为岩石风化、水动力作用、陆地径流和大气沉降等;大气中镉的自然源为火山喷发、森林火灾、风生尘埃、海盐喷雾和生物源等;土壤中镉的自然源为岩石、土壤本体。人为来源的镉是造成环境中镉污染的主要原因,环境中镉的人为源
9、主要包括:(1)矿物元素的开采:伴随着不同金属元素的开采,重金属镉释放到环境中;(2)工农业原料的使用:含镉材料在电镀、杀虫以及防腐等行业的使用过程进入环境中16。水体中镉主要来源于工业废水(采矿、冶炼、颜料、电镀和塑料等行业)的排放;大气中镉主要来源于工业废气(冶炼、燃煤、石油燃烧、垃圾焚烧和运输等)的排放;土壤中镉主要来源于交通运输、农业活动、污水灌溉、污泥施肥和矿业活动等。1.2 食品中镉的来源镉迁移性强,工业生产及生活活动排放的含镉废水、废气、废渣,经作物吸收、食物链或接触吸附等方式进入到食品中,成为食品中镉的来源17。农作物的根系易从土壤中吸收并富集镉;农业上施用含镉农药或化肥,使镉
10、进入土壤蓄积,进而被作物吸收。养殖水体中含镉,经非生物作用使得水产品富集镉;畜牧业使用的饲料、药物等含镉,造成畜禽体内积累镉。在包装或盛装食品时,使用由合金、釉彩和颜料等含镉材料,析出的微量镉沾染在食品上,致使食品被镉污染。2 镉的形态(Forms of cadmium)2.1 大气颗粒物中镉的形态大气颗粒物中重金属形态常分为 4 种:可溶态与可交换态(F1);可氧化态与可还原态、碳酸盐态(F2);有机质、氧化物与硫化物结合态(F3);残渣态(F4)18。大气颗粒物中镉以 CdCl2、CdSO4、CdS、CdO 和 CdSe 等形式存在,主要来源是工业废气、化石燃料燃烧烟气和机动车尾气。当前,
11、常采用 BCR 法和 Tisser 法对重金属形态进行提取。顾佳丽等19采用改进的 BCR 提取法,发现大气颗粒物中镉主要以酸可提取态(F1)、氧化物结合态(F2)2 种形态存在;陆喜红等20通过 BCR 法,发现大气颗粒物中镉主要以弱酸提取态存在。镉在大气颗粒物中的形态不同,其生物有效性及毒性也会不同,F1、F2 这 2 种形态易发生迁移转化,对人体以及环境具有很大危害。表 1 环境介质中镉的来源Table 1 Sources of cadmium in environmental media环境介质Environmental medium自然源Natural source人为源Man-ma
12、de source水体Water body岩石风化、水动力作用、陆地径流、大气沉降等Rock weathering,hydrodynamic effects,land runoff,atmospheric subsidence,etc.工业废水(采矿、冶炼、颜料、电镀、塑料等行业)Industrial wastewater(mining,smelting,paint,electroplating,plastics,etc.)大气Atmosphere火山喷发、森林火灾、风生尘埃、海盐喷雾、生物源等Volcanic eruptions,forest fires,wind-generateddust
13、,sea salt spray,biological sources,etc.工业废气(冶炼、燃煤、石油燃烧、垃圾焚烧、运输等)Industrial waste gas(smelting,coal burning,oil burning,garbage incineration,transportation,etc.)土壤Soil岩石、土壤本体Rock and soil body交通运输、农业活动、污水灌溉、污泥施肥、矿业活动Transportation,agricultural activities,sewageirrigation,sludge fertilization,mining a
14、ctivities第 6 期邹长伟等:重金属镉的分布、暴露与健康风险评价研究进展227 2.2 水环境中镉的形态水体中镉的形态主要分为 2 类:溶解态(0.45m)21。溶解态镉主要以 Cd2+形式存在22。水环境中镉的毒性主要以 Cd2+含量为据。水体中 Cd2+可与 OH-、Cl-、SO2-4和 CO2-3等生成络合物,生成的络合物可形成沉淀物或转变为无毒性的物质,稳定性强。非溶解态的镉存在可交换态、碳酸盐态以及残渣态等形态的镉,可与大气颗粒物中镉形态对应,除残渣态外,其他形态镉易发生迁移转化,从而危害环境以及人体健康。2.3 土壤中镉的形态土壤中镉的形态与大气颗粒物中 4 种镉形态分类一
15、致。土壤中可溶态镉常以简单离子或简单配离子的形式存在,如 Cd2+、CdCl+和 CdSO4,石灰性土壤中还有 CdHCO+3形式镉,其他形式镉(CdNO+3、CdOH+、CdHPO4及有机配合物等)少见。非水溶性镉主要以 CdS、CdCO3及胶体吸附的形式存在23。旱地中,镉多以难溶性 CdCO3、Cd3(PO4)2和Cd(OH)2的形式存在,而在水田中,则多以 CdS 的形式存在。土壤中镉的形态会受土壤理化性质(pH 值、有机质和土壤粒度等)影响。张鑫等24研究发现铜陵矿区表层土壤中镉的形态与土壤酸碱度有关,酸性土壤中镉以铁锰氧化态、可交换态为主,有机态、残渣态、碳酸盐态较少;碱性土壤中镉
16、有机态、残渣态较多,碳酸盐态、可交换态较少。龚媛媛等25研究燃煤型氟中毒地区土壤镉形态,发现区域土壤中镉的形态分布特征为:可氧化态弱酸提取态可还原态水溶态残渣态,土壤镉生物有效性高,主要与富镉的黑色泥页岩、碳质粉砂岩和煤层的风化有关。钟志淋等26研究三峡库区不同高层土壤镉形态,发现区域土壤镉主要以可交换态、碳酸盐结合态存在,主要与土壤粒度组成有关。3 镉的检测(Cadmium detection)3.1 样品前处理方法样品前处理工作对检测结果的准确性非常重要,样品中镉检测的前处理方法汇总如表 2 所示。当前,样品中镉检测的前处理方法以湿法消解、微波消解最为常用,其中微波消解因其消解时间短、精确度和准确度好、易于操作、空白值低等特点,应用最为广泛。3.2 镉形态的提取重金属化学形态分析采用连续化学浸提,目前常用的镉形态提取法包括:Tessier 五步浸提法、BCR三步浸提法和改进版 BCR 浸提法。不同浸提法的操作步骤如表 3 所示。表 3 所列的镉形态提取方法中,改进版 BCR浸提法重现性好,提取精度较高,并且其数据具有可比性,有标准参考物,因而在国际上通用,应用最为广泛。3.3 镉的
