徽縣鉛鋅冶煉廠周邊土壤中鉛污染縱向分布研究(圖文)
導(dǎo)讀：本文選取甘肅徵縣某有色金屬冶煉廠(其周圍目前大部范圍尚為農(nóng)田或林地)為研究對象，采集多個土壤剖面樣品，通過對其中的鉛污染研究探索重金屬污染縱向分布特征，為因地制宜地防治土壤重金屬環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。土壤剖面垂直方向上：在土壤剖面上進行連續(xù)水平分層采樣,從地表向下每10cm采集1個樣品，每個剖面共采集3-10個樣品。冶煉廠周圍土壤剖面上重金屬Pb的分布如圖2所示。
關(guān)鍵詞：鉛，剖面，分布
土壤作為一個十分復(fù)雜的多相體系和動態(tài)開放體系，固相中大量粘土礦物、有機質(zhì)、金屬氧化物等能吸持進入其內(nèi)部的各種污染物特別是重金屬元素[1]。研究成果表明，重金屬元素一旦進人土壤后很難在生物物質(zhì)循環(huán)和能量交換過程中分解，往往在土壤中不斷地進行累積[2-9]。當(dāng)其積累量超過土壤承受能力或土壤容量時，就會對作物和人體產(chǎn)生危害[5,7]。
通常認為，重金屬主要在土壤0~20cm的表層積累，其縱向遷移趨勢不明顯[10,15]。但通過田間小區(qū)試驗，得知在平原地區(qū)表層耕作土壤重金屬輸出主要有作物吸收、滲漏水帶走、向下層遷移3 大項 [8]。 阮心玲等通過對江蘇某鋼鐵廠周邊3 種不同利用類型土壤進行垂直方向的采樣分析，發(fā)現(xiàn)重金屬即使只是受大氣干濕沉降影響、濃度很低的情形下，仍然能夠觀察到遷移現(xiàn)象[12]。Sterckeman等采用選取發(fā)生層采樣的方法研究了法國北部的Pb、Zn冶煉廠周圍的土壤剖面的Pb、Zn、Cd 的分布，得出不同剖面元素遷移的大致距離[13]。
本文選取甘肅徵縣某有色金屬冶煉廠(其周圍目前大部范圍尚為農(nóng)田或林地)為研究對象，采集多個土壤剖面樣品，通過對其中的鉛污染研究探索重金屬污染縱向分布特征，為因地制宜地防治土壤重金屬環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
研究區(qū)所在的徽縣地處甘肅省東南部，秦嶺山脈南麓，屬長江上游嘉陵江水系，轄區(qū)總面積2772km2。大全。全縣海拔704～2504m，地形地貌復(fù)雜，相對高差較大;全縣地處亞熱帶向暖溫帶過渡氣候帶，屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，多年平均氣溫12℃，多年年平均降水量745.8mm，多集中在夏、秋兩季。大全。土壤以褐土為主，其次分布有棕壤、草甸土等。主要作物為玉米、大豆和辣椒。
縣域境內(nèi)目前已發(fā)現(xiàn)有鉛、鋅、鐵、金等22種礦產(chǎn)資源，尤其是經(jīng)過徽縣的西徽成鉛鋅礦帶，綿延300多公里，是全國第二大鉛鋅礦帶。采樣區(qū)位于縣城南部某鉛鋅冶煉廠周圍，受地形地貌影響，區(qū)內(nèi)耕地多為旱地。該冶煉廠1996 年開始建廠，采用燒結(jié)鍋工藝生產(chǎn)鉛產(chǎn)品，廠區(qū)年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，排放的廢水水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭。采集的土壤樣品以砂質(zhì)或粉砂質(zhì)壤土居多，絕大多數(shù)土壤呈微堿性，有機質(zhì)含量0.30%-4.69%。樣品理化性質(zhì)見表1。
1.2 土壤樣品的采集
以冶煉廠煙囪為中心，避開居民區(qū)，選取了受人為活動干擾相對較少的20個土壤采樣點。土壤剖面垂直方向上：在土壤剖面上進行連續(xù)水平分層采樣,從地表向下每10cm采集1個樣品，每個剖面共采集3-10個樣品。土壤樣品用聚乙烯袋盛裝帶回實驗室，經(jīng)自然風(fēng)干后，四分法取出部分土樣木棒碾碎使全部通過2mm篩，再用瑪瑙研缽研磨，使其全部通過100目尼龍篩，混勻后裝袋備用。
1.3 樣品的測定
土壤中的粒度采用英國Malvern公司生產(chǎn)的Master-sizer.激光粒度儀測定①;土壤pH值以水土比1：1的比例，采用PHS-3C數(shù)顯酸度計測定，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定[11]。土壤基本理化性質(zhì)見表1。大全。土壤中的鉛含量采用HNO3-HF-HClO4 消解[14]，火焰原子吸收法測定。鉛含量見表2。
表1 樣點土壤基本理化性質(zhì)
| 剖面名稱 | pH值 | 有機質(zhì)% | 機械組成% | |||
| >0.02 mm | 0.02～0.002 mm | 〈0.002mm | 〈0.001mm | |||
| T1 | 7.86～8.13 | 0.39～1.47 | 55.22～82.20 | 15.00～32.49 | 2.79～9.89 | 1.21～4.04 |
| T2 | 7.86～8.23 | 0.30～1.47 | 52.74～82.03 | 15.22～36.53 | 2.75～10.93 | 1.01～4.52 |
| T3 | 6.45～7.87 | 0.43～1.68 | 43.09～68.60 | 24.99～46.24 | 5.56～11.25 | 2.70～4.68 |
| t1 | 7.83～8.04 | 0.68～1.37 | 64.42～79.28 | 17.88～30.64 | 2.84～4.94 | 1.13～2.06 |
| t2 | 7.6～7.99 | 0.65～1.95 | 53.09～60.32 | 33.70～39.62 | 5.98～6.95 | 2.42～2.84 |
| t3 | 7.42～8.06 | 0.56～2.85 | 53.65～67.34 | 27.55～39.20 | 5.10～7.16 | 2.07～3.01 |
| t4 | 7.63～8.02 | 0.31～1.77 | 56.44～80.49 | 16.55～38.24 | 2.96～6.12 | 1.25～2.50 |
| t5 | 7.88～8.02 | 0.66～1.22 | 67.65～79.79 | 17.24～27.99 | 2.97～4.37 | 1.17～1.75 |
| t6 | 6.43～6.94 | 0.73～1.40 | 40.89～43.27 | 50.03～53.38 | 5.73～8.10 | 1.98～3.16 |
| t7 | 6.85～7.75 | 0.78～1.44 | 41.76～43.59 | 48.85～50.76 | 6.96～7.56 | 2.64～2.92 |
| t8 | 7.74～7.86 | 1.12～2.94 | 40.82～71.41 | 24.51～50.49 | 4.08～8.69 | 1.62～3.53 |
| t9 | 7.67～7.93 | 0.50～1.10 | 42.64～73.98 | 22.59～49.10 | 3.43～8.48 | 1.4～3.50 |
| t10 | 7.54～8.08 | 0.39～1.02 | 56.14～77.93 | 18.36～36.98 | 3.71～6.88 | 1.64～2.80 |
| t11 | 6.5～6.87 | 0.41～0.91 | 36.53～41.39 | 51.46～56.40 | 6.99～8.65 | 2.49～3.19 |
| t12 | 7.74～7.76 | 1.10～1.50 | 63.67～66.15 | 28.25～29.90 | 5.60～6.43 | 2.59～2.85 |
| t13 | 7.21～7.56 | 1.03～1.62 | 51.41～56.42 | 35.61～39.89 | 7.97～8.70 | 3.53～3.86 |
| t14 | 6.75～7.15 | 0.82～1.22 | 56.85～86.76 | 11.20～35.82 | 2.04～7.33 | 0.77～3.12 |
| t15 | 7.25～7.43 | 1.55～1.84 | 53.75～54.85 | 37.33～7.92 | 7.83～8.33 | 3.47～3.53 |
| t16 | 7.35～7.54 | 1.19～1.79 | 57.05～68.27 | 25.62～34.97 | 6.11～7.99 | 2.88～3.62 |
| t17 | 6.41～6.69 | 1.88～4.69 | 53.56～56.19 | 35.34～38.53 | 7.91～8.47 | 3.38～3.75 |
表2 樣品鉛含量與背景值(mg·Kg-1)比較
| 項目 | Pb |
| 含量范圍 | 81.25～3396 |
| 平均值 | 253.96 |
| 標準差S | 444.07 |
| 甘肅省土壤背景值 | 68.5 |
| 國家土壤背景值（2級） | 300 |
1.4 數(shù)據(jù)處理
實驗測得數(shù)據(jù)，利用Excel 進行數(shù)據(jù)整理;利用SPSS13.0 for window 軟件進行數(shù)理統(tǒng)計分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 鉛在土壤剖面上的分布
冶煉廠周圍土壤剖面上重金屬Pb的分布如圖2所示。通過圖2可以看出鉛在各剖面中的分布具有不同的特征。
0-100cm剖面(T1-T3)0-50cm剖面(t1-t11) 0-30cm剖面(t12-t17)
圖2 冶煉廠周圍土壤剖面的Pb分布
①通過分析上面的剖面重金屬含量的分布，發(fā)現(xiàn)Pb元素上層含量均較甘肅省背景值高，9個剖面0-20 cm的土壤中Pb含量超過國家土壤背景值二級標準(GB15618-1995)，表層鉛含量最高達3396mg·Kg-1，超過國家二級標準6.79倍，表明該區(qū)域土壤已受不同程度的污染。
②Pb在剖面的最上層含量最高,在土壤表層下面一定范圍內(nèi)的土層中含量逐漸降低。在0～30cm 的土壤中, Pb含量隨剖面深度的增加，含量分布變化明顯。在30cm以下的土層中Pb含量相對穩(wěn)定,變化較小。上層含量高的原因可能一是表層污染隨時間的逐漸加強, 在機械截留、膠體吸附等作用下，鉛在土壤表層積累量大，導(dǎo)致土壤表層鉛元素含量增高;二是說明在溶質(zhì)運移的作用下土壤中鉛向下遷移[12]。
③隨距污染源距離遠近，表層Pb含量差異較大。表明冶煉活動造成的重金屬污染環(huán)境程度與距污染源距離密切相關(guān)。剖面0～30cm 的土壤中Pb含量迅速降低，表明大部分污染物集中在上層20-30cm。
⑤Pb最高值出現(xiàn)在t8剖面上層，除該點距污染源較近外，還與其土壤質(zhì)地多為壤土有關(guān)。t6及t11剖面上層與下層含量差距相對較小，可能與其pH值較其它剖面低有關(guān)，其因為酸性越強，Pb淋失率越大。
2.2鉛含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性
表3鉛與理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)表(n=103)
| 項目 | Pb | pH | 有機質(zhì) | 〈0.001粘粒含量 |
| Pb | 1 | |||
| pH | -0.08 | 1 | ||
| 有機質(zhì) | 0.625** | -0.377** | 1 | |
| 〈0.001粘粒含量 | 0.148 | -0.240* | 0.375** | 1 |
注：**99%的顯著性水平, *95%的顯著性水平
土壤是一個開放的復(fù)雜的三相體系，元素在土壤中的自然含量、存在狀態(tài)、遷移活化規(guī)律受各種物質(zhì)組成特征和物理化學(xué)條件的影響和制約[16]。其中，元素在土壤中的存在形式和有效性與土壤酸堿性(pH值)、有機質(zhì)含量等參數(shù)有密切相關(guān)。Pb與有機質(zhì)極顯著相關(guān)，說明土壤中有機質(zhì)對鉛有較強的吸附能力。
3 結(jié)論
(1)研究區(qū)域土壤已受不同程度的污染。其中9個剖面0-20 cm的土壤中Pb含量超過國家土壤背景值二級標準(GB15618-1995)，表層鉛含量最高達3396mg·Kg-1，超過國家二級標準6.79倍，污染程度十分嚴重。
(2)Pb在剖面的最上層含量最高,主要集中在0～30 cm 土層內(nèi)，在土壤表層下面一定范圍內(nèi)的土層中Pb含量逐漸降低。在0～30cm 的土壤中, Pb含量隨剖面深度的增加,含量分布變化明顯。
(3)各剖面不同深度上,鉛含量隨土壤理化性質(zhì)不同而有明顯不同。Pb與有機質(zhì)極顯著相關(guān)，說明土壤中有機質(zhì)對鉛有較強的吸附能力。
注：①由中國海洋地質(zhì)研究所實驗室完成。
參考文獻:
[1]龐獎勵，黃春長，孫根年.西安污灌區(qū)土壤重金屬含量及對西紅柿影響研究 [J]. 土壤與環(huán)境2001，10(2):94一97
[2] 丁中元.重金屬在土壤一作物中分布規(guī)律研究 [J].環(huán)境科學(xué)，1989，10(5):78-84.
[3] BAATH E. Effects of heavy Meta1s in soil onmicrobial processes and populations [J].Water, Air and Soil Pollution, 1989，47(3/4):213-221.
[4] SUERBECK D R. Plant, element and soilproperties governing uptake and availabilities of heavy metals derived fromsewage slodge [J].Water, Air and Soil Pollution，1991, 52-58.
[5] 楊居榮，黃翌.植物對重金屬的耐性研究 [J].生態(tài)學(xué)雜志.1994，13(6): 20-26.
[6] 張乃明.土壤一植物系統(tǒng)重金屬污染研究現(xiàn)狀與展望 [J].環(huán)境科學(xué)進展，1999，7(4): 30-33.
[7] 宋霏,郭玉文.土壤中重金屬Cu 、Zn、Pb復(fù)合污染研究 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1996，16(4):431-436.
[8] 吳燕玉，陳懷滿.Cd，Pb，Cu，Zn，As復(fù)合污染在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的遷移動態(tài)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1998，18(4):407-412.
[9] 李書鼎,李雪蓮.土壤植物系統(tǒng)重金屬長期行為的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2000，20(1):76-80.
[10]白瑛,張祖錫.土壤環(huán)境與重金屬 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護8(3):31-33，43(1989)
[11] 國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)[M] .北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2002. 497～499.
[12]阮心玲等,基于高密度采樣的土壤重金屬分布特征及遷移速率 [J].環(huán)境科學(xué),27(5):1020-1025
[13] Sterckeman T,Douay F,Proix N,etal.Vertical distributionof Cd ,Pb and Zn in soils near smelters in the North ofFrance [J ] .Environmental Pollution,2000,107:377～389.
[14] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M] .北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社, 1999. 205～227.
[15]夏增祿,李森照,穆從如.北京地區(qū)重金屬在土壤中的縱向分布和遷移[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,1985,5(1):105-112.
[16]張輝.南京地區(qū)土壤沉積物中重金屬形態(tài)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1997，17(3):346-351
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
