کادمیوم معمولاً به طور طبیعی در آب های سطحی زیر زمینی وجود دارد. این عنصر ممکن است به صورت یون هیدراته یا ترکیبات پیچیده معدنی مانند کربنات، هیدروکسید، کلراید سولفات و هم چنین ترکیبات آلی همراه با اسید هومیک یافت شود. کادمیوم از طریق فرسایش خاک و سنگ بستر، رسوبات آلوده اتمسفری ناشی از کارخانجات صنعتی، پساب مناطق آلوده و استفاده از لجن و کود در کشاورزی وارد اکوسیستم های آبی می شود( اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱). کادمیم در پوسته زمین به حد زیادی انتشار یافته، اما عمدتاً به عنوان محصول جانبی در ذوب روی تولید می شود. تقریباً ا‏ز سال ۱۹۵۰‏، کادمیم به عنوان پایدارکننده و رنگدانه در تهیه پلاستیک ها و در آبکاری و سیم های لحیم و دیگر آلیاژها مورد استفاده قرارگرفت. نگرانی هایی مبنی بر اینکه کادمیم سلامتی انسان را تهدید می کند، موجب کاهش استفاده آن برای مقاصد مذکور گردیده است. اما با بهره گرفتن از کادمیم در باتری های نیکل -کادمیم، همچنان کادمیم کاربرد داشته و تولید جهانی آن سالانه بطور تقریبی در حد ۱۹۵۰۰ ‏تن ثابت مانده است.

مهمترین مورد مصرف کادمیوم در آبکاری می باشد، کادمیوم برای آبکاری فولاد، آهن، مس، برنج و فلزات دیگر جهت محافظت از آنها در برابر خوردگی به کار می رود. کادمیوم در قطعات الکتریکی نیز اغلب بکار می رود زیرا هدایت الکتریکی آن نسبتاً پایین بوده و لحیم کاری آن آسان است. بخش کوچکی از کادمیوم تولید شده در جهان برای تولید رنگدانه های مختلف بکار می رود. عنصر کادمیوم به کار رفته در باطری های الکتریکی در مقایسه با سرب دارای عمر بسیار طولانی تری می باشد. کادمیوم دارای کیفیت بالایی برای جذب نوترون می باشد و به همین خاطر اغلب در میله های کنترل در رآکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد (بِرد، ۱۳۷۸ و کلارک، ۱۳۸۵و اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱). کادمیوم می تواند از طریق عملیات صنعتی و استخراج معدن و نشت از محل های دفع زباله وارد شبکه های آبرسانی شود همچنین کادمیوم می تواند در اثر خوردگی لوله های گالوانیزه وارد شبکه توزیع آب گردد.
به طور کلی می توان راه های ورود کادمیوم به محیط زیست از منابع مختلف را بدین ترتیب بیان نمود:
- گرد و غبار و فاضلاب صنایع پالایش روی و سرب و معادن مربوطه ، کارخانجات ساخت محصولات کادمیوم.
- فاضلاب ناشی از الکترولیز که غلظت کادمیوم در آن بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ میلی گرم در لیتر است.
- صنایع فلزی غیر آهنی، صنایع آهن و فولاد تولید گرد و غبار و فاضلاب می نمایند که لجن آنها حاوی کادمیوم است.
- لجن فاضلاب خانگی تا حدود ۳۰ میلی گرم در لیتر کادمیوم دارد.
- روی که در پوشش گالوانیزه در صنایع بکار می رود، شامل حدود ۲/۰ درصد کادمیوم بوده که به صورت ناخالص است. تخمین زده می شود که این پوشش حاوی کادمیوم تماماً به دلیل خوردگی طی چهار تا ۱۲ سال به محیط زیست باز می گردد.
- پوشش لاستیک اتومبیل ها شامل ۹۰–۲۰ میلی گرم در لیتر کادمیوم است که این مقدار به صورت ناحالصی در اکسید روی که به عنوان تسریع کننده ی پخت لاستیک استفاده می گردد وجود دارد.
- سنگ های فسفاته که ممکن است حاوی ۱۰۰ میلی گرم در لیتر کادمیوم باشند و در نتیجه کودهای فسفاته یک منبع ورود کادمیوم به محیط زیست هستند.
- زغال سنگ شامل ۵ – ۲۵/۰ میلی گرم در لیتر و روغن های گرم کننده به طور متوسط ۳/۰ میلی گرم در لیتر کادمیوم دارند که مقادیر نامعلومی از آنها به هوا وارد می شود. تخمین زده می شود که کل کادمیوم ورودی به آبهای اقیانوسی جهان نزدیک به ۸۰۰۰ تن در سال می باشد که نیمی از آن به واسطه فعالیت اقتصادی، صنعتی انسان و بقیه آن به صورت طبیعی وارد می شوند (بِرد، ۱۳۷۸ و کلارک، ۱۳۸۵).
۱-۴-۴- مروری بر سمیت برخی فلزات برای جانوران دریایی:
‏اثرات سمی فلزات سنگین در موجودات زنده به دخالت آنها در فرایندهای متابولیکی که ترکیبات حاوی گوگرد در آنها نقش دارند وابسته اند. زیرا بیشتر تجمع فلزات سنگین مربوط به ترکیب شدن با گروه های گوگرد در پروتئین ها و آنزیم ها است. در یک سامانه زنده مانند بدن یک موجود زنده فلزات در ‏بافت های سرشار از پروتئین مانند ماهیچه و ‏کبد تجمع پیدا می کنند (Islam and Tanaka, 2004) ‏. مطابق با گزارش Neff در سال۲۰۰۲ ‏سمیت برخی فلزات برای جانوران دریایی به شرح زیر می باشد:
‏الف) کادمیوم: این فلز در شکل تجمع یافته در بدن موجودات زنده یکی از سمی ترین فلزات برای ‏جانوران و گیاهان است. سمیت این فلز برای موجودات ساکن آب های شیرین بیشتر از موجودات دریایی ‏است زیرا افزایش شوری باعث کاهش سمیت این فلز می شود که می تواند به علت ترکیب این فلز در شکل یونی خود با یون کلراید در آب دریا باشد. غلظت کادمیوم به مقدار ۱۵ ‏تا ۲۰ ‏میگروگرم بر لیتر ‏در آب دریا در بسیاری از جانوران دریایی باعث ایجاد اختلالاتی همچون کاهش رشد، بی نظمی در تنفس، توقف پوست اندازی، کاهش طول عمر، ایجاد تغییر در فعالیت آنزیم ها و ‏انقباض غیرطبیعی ماهیچه ها می شود .
‏ث) نیکل و وانادیوم: این دو فلز غلظت بالایی در نفت خام دارند و به صورت ترکیبات آلی ‏فلزی در منابع نفتی یافت می شوند که مانند سایر فلزات ذکر شده در بالا د‏ارای سمیت قابل توجهی برای موجودات دریایی هستند. مطالعه نحوه پراکنش این دو فلز در اکوسیستم های دریایی و موجودات ساکن آنها در نواحی نفت خیز که استخراج و حمل و نقل نفت در آنجا صورت می گیرد بسیار حائز اهمیت است.
به دلیل اثرات مخرب فلزات سنگین از جمله نیکل و کادمیوم که دارای اثرات سمی و مخرب حتی در مقادیر کم می باشند کنترل آنها با اندازه گیری مداوم در اکوسیستم های آبی ضرورت می یابد. از مهم ترین روش های کنترل، انتخاب گونه های مختلف به عنوان شاخص آلاینده های فلزی در محیط های آبی می باشدکه دراین مورد بافت های مختلف آبزیان به طور گسترده ای به منظور بررسی اثرات فلزات سنگین می توانند به کار روند.
۱-۵- شاخص های زیستی آلودگی
‏مطالعات دانشمندان علوم زیست محیطی نشان می دهد که حضور، وضعیت و تعداد انواع ماهی، حشرات، جلبک و گیاهان اطلاعات دقیقی را درباره سلامت یا آلودگی یک رودخانه، نهر، دریاچه، تالاب یا مصب خاص فراهم می آورد. این نوع از گیاهان و جانوران را اندیکاتورهای بیولوژیک می گویند. ‏اندیکاتور^[۸]، یک نشانه یا سیگنال است که پیام پیچیده ای دارد. یک اندیکاتور ممکن است منعکس کننده صفات فیزیکی یا شیمیایی اوضاع اکولوژیک باشد. ‏اولین کاربرد اندیکاتورها مشخص نمودن وضعیت فعلی، ردیابی یا پیش بینی تغییرات مهم است. یک اندیکاتور اکولوژیک هم چنین می تواند برای شناسایی استرس های مهم اکوسیستم به کار رود (اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱).
‏۱-۵-۱- کاربرد بیواندیکاتورها
یکی از مهم ترین روش ها برای پاسخ دادن به سؤالات مطرح پیرامون وضعیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک آب ها مطالعه مستقیم گیاهان یا جانورانی است که در آن زیست می کنند. ارگانیزم های آبی و جوامع آنها وضعیت فعلی و هم چنین تغییرات در گذر زمان و اثرات تجمعی آلودگی ها را نشان می دهند. ‏اندیکاتورهای بیولوژیک قادرند اثرات زیست محیطی پنهان را نشان دهند (اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱).
‏۱-۵-۲- استفاده های بالقوه بیواندیکاتورها
بیانگر میزان آلودگی در محیط هستند.
می توانند به درک مکانیزم سمیت کمک کنند.
هشدار اولیه در مورد خسارت وارده به محیط را می دهند.
در مورد احیاء محیط نشانه هایی را فراهم می آورند.
در ارتباط دهی استرس زاها به اثرات اکولوژیک مربوطه اهمیت دارند.
می توان آنها را با ارزیابی ریسک اکولوژیک مرتبط کرد(اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱).
۱-۵-۳- ویژگی های بیواندیکاتورها
‏ گونه باید به طور دائم و به وفور موجود باشد.
‏ هر تاکسون باید به راحتی قابل شناسایی باشد.
‏ هر تاکسون باید دارای حدود اکولوژیک دقیق یا دامنه های قابل توصیف باشد.
‏در سیستم های بیولوژیک، انواع مختلفی از پاسخ های داده شده به استرس اندازه گیری می شوند. پاسخ ها می توانند بیومولکولی / بیوشیمیایی تا پاسخ هایی در سطح جمعیت و جامعه باشند. هر یک از جنبه های مطالعه روی بیواندیکاتورها از نظر ارتباط اکولوژیک و زمان پاسخ دهی با هم فرق می کنند.
‏از بیومارکرها^[۹] (پاسخ های بیومولکولی / بیوشیمیایی) برای نشان دادن ارگانیزم در معرفی آلودگی، درسطوح پایین سازمان بیولوژیک، استفاده می شود. بیومارکرها با سایر بیواندیکاتورهایی که در سطوح بالاتر مقایسه می شوند در زیر آورده شده است(اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱) (جدول۱-۴).
جدول۱-۴: مقایسه اختصاصات بیواندیکاتورها و بیومارکرها (اسماعیلی ساری، ۱۳۸۱).