礦區(qū)排水溝周圍土壤中Cr、Fe含量的研究

李 庚 飛

(1.渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，陜西 渭南 714000;2.陜西省多河流濕地重點實驗室，陜西 渭南 714000)

土壤是重要的環(huán)境要素之一，“健康”的土壤對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類的生存非常重要［1］，但隨著礦業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的重金屬污染物進(jìn)入土壤環(huán)境中，并超過土壤環(huán)境的最大容許量，引起土壤重金屬污染.在眾多金屬污染物中，過量的鐵和鉻是較為常見的兩種，其中重金屬Cr進(jìn)入植物體內(nèi)后，能夠與核酸等多種大分子物質(zhì)結(jié)合，使其改變生物活性或活性降低［2］;會抑制微生物的生長代謝作用，嚴(yán)重時可致其死亡［3－4］.鉻通過各級食物鏈進(jìn)入到人體后，某些Cr(VI)的化合物被發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)具有致癌作用［5］.常量鐵是動、植物及人體所必須的元素，但過量的鐵通過各級食物鏈放大并進(jìn)入到人體后，在機體內(nèi)蓄積，導(dǎo)致組織炎癥、多器官的損傷和纖維化［6］，與CAD發(fā)病有關(guān)，增加人患急性心肌梗死(AMI)的危險.目前越來越多的學(xué)者已經(jīng)開始重視過量鐵和重金屬鉻的問題.本實驗就是以陜西潼關(guān)縣金礦排水溝周圍土壤為研究對象，測定不同地點不同深度的土壤受鉻和鐵的污染程度，以便為進(jìn)一步篩選吸收各種重金屬的植物種類，建立人工生態(tài)系統(tǒng)治理污染提供基本依據(jù)［7］.

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于距潼關(guān)縣桐峪鎮(zhèn)金礦排水溝沿岸區(qū)域.該區(qū)域地理坐標(biāo)34°23'～34°35'N，110°15'～110°25'E.海拔高度為400～500 m，土壤主要為黃土質(zhì)棕壤，屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候.光能資源較充足，熱量和降水量偏少，累年日照時數(shù)平均為2269 h，年平均氣溫為12.8℃，年平均降水量為625 mm，年植被蒸發(fā)量為1193 mm，四季多風(fēng)，年平均風(fēng)速為3.2 m/s.

1.2 研究方法

1.2.1 土壤的采集

從金礦排污的廢水坑周圍土地(設(shè)為原點)開始，沿廢水溝向下游移動，因地勢復(fù)雜性，分別以距離廢水排放點200 m、500 m和800 m處作為研究對象，距離廢水溝邊約5 m作為采土區(qū)，根據(jù)地塊形狀在每個采土區(qū)內(nèi)采取“S”法或“X”法，分別采集 0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm(即是以下各表中出現(xiàn)的10 cm、20 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm)深度的土壤，每個區(qū)域不同深度的樣點分別由5個樣點混合，經(jīng)四分法保留0.5 kg，裝入PE塑料袋內(nèi).

1.2.2 樣品的預(yù)處理

采回的土壤樣品在室內(nèi)常溫風(fēng)干，去除動植物殘體、石塊等雜物，用瑪瑙研缽將其粉碎，過100目的尼龍篩，裝入PE塑料袋中備用.

1.2.3 樣品的測定

采用便攜式土壤重金屬測量儀(ALPHA－4000美國)直接測定.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同距離不同深度的Cr含量及其分布規(guī)律

表1 土壤中不同距離不同深度的Cr含量 (mg/kg)

由表1可知，位于廢水排放點200 m處的土壤表層 Cr含量出現(xiàn)所有測定值中的最高值，為211.1 mg/kg，且高于礦渣堆中的Cr含量，其值為132 mg/kg;隨著土壤深度的增加，Cr含量有明顯下降趨勢.而位于廢水排放點500 m、800 m以及礦渣中的土壤測定值，隨著深度的變化，土壤中重金屬Cr含量沒有出現(xiàn)明顯的變化趨勢，其值均在120～160 mg/kg范圍內(nèi)波動.田地中土壤中的Cr含量有小幅度增加趨勢，其值由120.1 mg/kg上升到134.3 mg/kg.根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618－1995)中規(guī)定的對各種重金屬的含量要求中，二級標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康的土壤限制值，在中性土壤中旱田的二級最高標(biāo)準(zhǔn)為200 mg/kg，除廢水排放點200 m處的土壤表層含量為211.1 mg/kg，超過規(guī)定范圍外，其余檢測位點的值均低于二級標(biāo)準(zhǔn)的最高限值.

2.2 不同距離不同深度的Fe含量及其分布規(guī)律

表2 土壤中不同距離不同深度的Fe含量 (×103mg/kg)

由表2可知，距離廢水排放點200 m處，土壤表層10 cm處Fe含量在所有測定值中最高，其值為67.7×103mg/kg，且隨著土壤深度的增加Fe含量下降較明顯，100 cm處土壤Fe含量為26.9×103mg/kg.距離廢水排放點越遠(yuǎn)，土壤表層的土壤Fe含量有下降趨勢，但深層土壤中Fe含量變化不大.無論在表層還是在深層廢渣和田地中的土壤Fe含量在所有測定值中均較低，其值在24×103～30×103mg/kg附近波動，且隨著土壤深度的增加，F(xiàn)e含量的變化趨勢不大.

3 討論

(1)本實驗是治理金礦污染的基礎(chǔ)，根據(jù)本實驗結(jié)果可以為篩選生態(tài)修復(fù)的植物種類做準(zhǔn)備.根據(jù)此實驗結(jié)果可以分析，在選擇植物修復(fù)廢水中的Cr和Fe污染時，位于近廢水排放點處，根據(jù)當(dāng)?shù)刂参镎{(diào)查結(jié)果，著重選擇淺根系植物吸收土壤表層過多的Cr和Fe，如雜草類、蒿類植物等，而遠(yuǎn)離廢水排放點這兩種金屬含量均在允許范圍之內(nèi)，在選擇植物進(jìn)行人工生態(tài)修復(fù)時，可以結(jié)合吸收其他重金屬的同時對這兩種金屬有一定吸收即可，不需要重點考慮這兩種元素.

(2)在不同深度的Cr和Fe含量比較中，礦渣中的含量僅僅高于田地中的Cr和Fe含量，這可能是由于Cr和Fe主要以溶解狀態(tài)存在于廢液中，而以固體或懸浮物狀態(tài)存在的Cr和Fe很少，所以Cr和Fe都隨著廢液向下游移動.

(3)本次取樣是從桐峪鎮(zhèn)最大金礦的廢水排放點開始沿河流不同距離設(shè)點取樣，但由于當(dāng)?shù)匮刂鴱U水池下游有多家利用金礦排放的廢水廢渣再次進(jìn)行二次處理提取其他有價值物質(zhì)的小作坊，而這些小作坊排放的廢水再次流入到此廢水河流中，所以導(dǎo)致了Fe和Cr在200 m處的測定值高于廢水排放點的測定值.

［1］林愛軍，張旭紅，蘇玉紅，等.骨炭修復(fù)重金屬污染土壤和降低基因毒性的研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2007，28(2):232－237.

［2］韓陽，李雪梅，朱延姝，等.環(huán)境污染與植物功能［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［3］陳懷滿.土壤—植物系統(tǒng)中的重金屬污染［M］.北京:科學(xué)出版社，1996.

［4］何寶燕，尹華，彭輝，等.酵母菌吸附重金屬鉻的生理代謝機理及細(xì)胞形貌分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2007，28(1):194－198.

［5］Tewari Neetu，Vasudevan P，Guha B.K.Study on biosorption of Cr(VI)by Mucor hiealis［J］.Biochemical Engineering Journal，2005，23(2):185 －192.

［6］蘇秋菊，蔭士安.鐵過量對健康的影響［J］.國外醫(yī)學(xué)(衛(wèi)生學(xué)分冊)，2004，31(6):359－361.

［7］Gray C.W，McLaren R.G，Roberts A.H.C.Atmospheric accessions of heavy metals to some New Zealand pastoral soils［J］.The Science of the Total Environment，2003，305:105 －115.