錫冶煉廠周邊果園土壤和果樹重金屬污染研究

楊中雄，吳桂容，曲芬霞，陳春嵐，唐 政，劉玉清

（1.廣西環境工程與保護評價重點實驗室，廣西 桂林 541004；2.賀州市環保局監測站，廣西 賀州 542800；3.賀州學院化學與生物工程系，廣西 賀州 542800）

土壤是一個國家最重要的自然資源。近年來，隨著中國經濟的迅速發展，工業“三廢”排放、城鎮垃圾處理不當、農業化學品投入量增加等，都導致Cd、Hg、Pb、As、Cr等強毒害作用的重金屬在某些地區成為對土壤危害最嚴重的污染物之一[1-7]。目前，工廠在生產中將大量含重金屬物質的工業廢氣排入大氣，將工業廢水、廢渣排入河道，大氣中的重金屬沉降至土壤，河底底泥遷移至表土，都會導致土壤重金屬含量的超標[8]。由于重金屬進入土壤后，通過溶解、沉淀、凝聚、絡合吸附等反應，形成不同的化學形態，表現出不同程度的毒性[9]，對人的身體造成很大的危害，因此重金屬污染一直是研究的熱點[10-11]。

本研究中的冶煉廠位于桂東北，以加工Sn產品為主。該廠由點源和面源向空氣中排放的主要污染物是SO2、氟化物及粉塵，周邊的大量果園是當地農民的主要經濟來源，冶煉廠排出的廢渣和廢氣中含有的重金屬可能直接影響到該區域的土壤和果樹生長。筆者通過對冶煉廠周邊果園土壤及果樹葉片重金屬污染特性進行研究，以期為該區土壤重金屬污染的防治提供依據。

1 材料與方法

1.1 取樣方法

一般冶煉廠對土壤造成重金屬污染的主要途徑是以細礦石顆粒、氧化物氣溶膠顆粒形式通過大氣遷移、沉降進入土壤，以及通過污水排放，固體廢棄物的不合理堆放等污染周邊環境。經過實地調查研究，綜合考慮重金屬可能的污染途徑、地方常年主導風向等因素，共選取具有代表性的8個果園作為土壤及植物采樣點，對選定的果園進行采樣，每個采樣區按Z型設置5個采樣點。

1.1.1 土壤樣品 該地區常年主導風向為西北風，夏季風向為東風，采樣果園分別以1#～7#和對照CK表示，果園依次位于該冶煉廠的東、東北、北、北、西、南、南、南方向（1#位于主導風下方向，5#為夏季風下風向），距該冶煉廠的距離分別為380、370、600、900、550、1 400、5 000 和 10 000 m。使用竹簽采集，均勻混合后，再按四分法除去多余部分，保證其代表性。土壤取樣深度為0～30 cm，樣品重量為1 kg。風干后過18目和100目標準篩，備用。土壤用HNO3-HClO4-H2O2消化，采用原子吸收光譜法測定 Pb、Cd、As和 Sn[12]。

1.1.2 植物樣品 每個采樣點選柑橘4棵，每棵樹按東、西、南、北4個方向采集春梢營養枝從頂端往下第3位葉（帶葉柄）。用去離子水洗凈后，殺青、烘干、粉碎后過100目標準篩，HNO3-H2O2消化，測定方法及項目同土樣。

1.2 重金屬污染評價方法及判斷依據

該研究采用單項污染指數法對樣品進行分析[13]：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為土壤中元素i的污染指數；Ci為土壤中元素i的實測值（mg/kg）；Si為土壤中元素i的評價標準值（mg/kg）。一般Pi≤1表示未污染，Pi>1表示已污染，13表示重度污染，Pi越大表明污染越嚴重[14]。

1.3 數據處理方法

試驗數據采用SPSS13.0統計軟件進行方差及相關分析。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量

冶煉廠周圍果園土壤的重金屬含量見表1。土壤中 Pb、Cd、As、Sn 含量范圍分別為 16.60～46.60、0.03～0.11、15.00～46.30、0.65～6.28 mg/kg，平均值分別為 28.94、0.07、30.57、2.87 mg/kg。Pb、As、Sn 3 種重金屬的平均含量都高于對照，Cd的含量接近對照值。4種重金屬在土壤中含量順序為As＞Pb＞Sn＞Cd。方差分析表明，1#、2#、3#土壤中Pb含量與對照差異顯著（p<0.05）；1#、2#、3#、4#、5# 土壤中 As含量與對照差異顯著（p<0.05）；1#、2#、3#、4#、5#、7#土壤中Sn含量與對照差異顯著（p<0.05）。6#、7#果園除Sn比對照高之外，其他重金屬含量與對照均無顯著差異。2#、3#樣點未在主導風下風向，但離冶煉廠較近，As、Pb、Sn含量也顯著高于對照。由此可見，果園土壤中Pb、As、Sn的累積與風向及距離有關，但3種重金屬的累積分布有差異，可能與周邊其他工廠的大氣排放有關。

表1 土壤重金屬的含量 （mg/kg）

2.2 土壤重金屬污染評價

由表2可知，7個果園土壤中Pb、Cd的單項污染指數均低于1，說明沒有污染。Sn含量無國家標準，所以不進行單項污染指數分析，參照文獻[15]，各樣地土壤Sn含量在耕地正常的含量范圍內。As含量較高，其中1#、3#、5#超過二級標準，單項污染指數分別為1.07、1.16、1.03，且顯著高于對照。對大氣取樣監測，根據國內外判定異常污染因子方法，調查區域30%監測點的單項污染指數值Pi大于0.3，即有30%監測點實測濃度達到國家控制標準值30%以上，則可判定為異常污染因子。分析結果顯示，所有監測點位Pb、Cd的Pi值均低，僅As的污染指數較高，周邊果園As污染來自大氣污染，該冶煉廠是來源之一。

表2 土壤重金屬單項污染指數

2.3 土壤重金屬間相關性分析

土壤重金屬含量的相關分析結果顯示，其中As與Pb呈顯著正相關，相關系數為0.766；Sn與Pb、As分別呈極顯著、顯著正相關關系，相關系數分別為0.874、0.811。冶煉廠周邊果園土壤中Pb、As、Sn 3種重金屬有積累趨勢，它們相關性較好，是潛在的污染物，為將來監測的主要重金屬。Cd與其他3種重金屬無相關性，且含量很低，不是主要污染物。

2.4 植物葉片重金屬含量

果園中柑橘葉片的重金屬含量如表3所示。1#、2#、3#、5# 的 As 含量分別為 1.43、4.80、1.76、2.47 mg/kg，與對照間差異顯著（p<0.05）；1#、2#、5#的 Pb 含量分別為 0.66、0.73、1.09 mg/kg，顯著高于對照（p<0.05）；1#、2#、5# 的 Cd 含量分別為 0.14、0.40、0.33 mg/kg，顯著高于對照（p<0.05）。柑橘葉片中Cd含量比土壤中高，表明植物對Cd有較強的富集作用，與張虹等研究結果一致[16]；1#、2#、3#、5#的 Sn 含量分別為 0.91、1.03、0.80、0.80 mg/kg，顯著高于對照（p<0.05）。柑橘葉中重金屬含量大小順序為 As＞Sn＞Pb＞Cd，說明柑橘對 Sn 的吸收、累積能力大于Pb。

表3 柑橘葉片重金屬含量 （mg/kg）

主要污染物As的污染指數與相應樣點柑橘葉片的As含量比較表明，處于冶煉廠大氣排放下風向及近廠的柑橘葉片中的As含量較其他重金屬含量高，As為主要重金屬污染物。

3 小結與討論

植物在受污染的土壤中生長，部分重金屬會轉移到植物體內，而后通過食物鏈渠道進入人體，當重金屬在人體內的含量達到一定程度后便會危害人體健康[17-18]。該冶煉廠周邊土壤、柑橘葉片重金屬含量從高到低的順序分別為As＞Pb＞Sn＞Cd和As＞Sn＞Pb＞Cd，冶煉廠風下風向或近廠區土壤及柑橘葉片的As、Pb、Sn含量均顯著高于對照，其中土壤As含量顯著高于其他樣點，超過國家第二類土壤質量標準，為輕度污染；土壤及果樹葉中的As污染主要來自大氣污染，As是今后環境監控重點。土壤Pb、Sn含量高于對照，有累積趨勢，但符合國家第二類質量標準。Cd含量與對照點相近，無累積現象。

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