貴州北部農業土壤重金屬汞地質累積污染研究

陳紅亮, 劉崢軍, 陳曉淼

(1. 安順學院 貴州省教育廳功能材料與資源化學特色重點實驗室, 貴州 安順 561000; 2. 安順學院 化學化工學院, 貴州 安順 561000)

土壤重金屬污染是指由于人類活動將重金屬帶入土壤中，致使土壤環境中重金屬含量明顯高于背景值，造成現存的或潛在的土壤環境質量退化、生態環境惡化等現象[1].尾礦、礦渣、冶煉、城市垃圾、電鍍、有毒氣體等均可造成土壤的重金屬污染[2-4].黃真池等[5]研究了Cd2+和Hg2+對玉米幼苗生長和抗氧化酶活性的影響，研究表明Cd2+和Hg2+可以明顯降低玉米幼苗根系中SOD活性，同時Cd2+可減弱Rb1和Rb2的表達，Hg2+能抑制Rb1和Lb1的表達；N. L. Cooper等[6]報道了Zn2+、Cu2+及Pb2+在美國水質基準和加拿大水質基準下對2種蚤類(Daphniacarinata和Ceriodaphniadubia)產生了明顯的急性聯合毒性和慢性聯合毒性.相關研究表明[7-10]:土壤中重金屬含量過高可造成農作物生長遲緩、葉片退化、根系萎縮、植株矮小等不良現象，并進一步在食物鏈中遷移和轉化，最終對人體健康造成緩慢和長期的危害，引起一系列疾病.本文以貴州省北部的遵義縣為研究區域，結合環境地球化學理論知識和土壤表層Hg元素分布特征，確立該區域土壤重金屬Hg的化學基線，進一步通過地質累積指數法和污染程度分析來評判土壤表層環境的污染狀況，為土壤環境修復和無公害選址提供科學依據.

1 研究區域概況

遵義縣位于貴州北部，地處大婁山山脈南側，屬黔中丘陵和黔北山地過渡地帶，地貌類型復雜.遵義縣屬亞熱帶季風氣候，年均溫度14 ℃，平均日照數為1 137.7 h，無霜期長，雨量充沛，年平均降雨1 035 mm.遵義縣是全省商品糧、油菜籽、生豬、烤煙生產基地縣，該區土壤類型以黃壤為主[11].

調查范圍為遵義縣，調查對象為農業土壤，調查內容主要是土壤中的Hg含量及污染狀況，采樣點設在主要的農業和蔬菜基地.

2 研究方法

2.1樣品的采集與制備樣品采集按照非均勻性布點，梅花型采樣法，取自耕地層0～15 cm深度，土樣充分混合，按四分法反復取舍，最后保留1 kg左右，共選889個樣點.樣品攤放在室內經自然風干研磨，過100目網篩，進行分析測試.

樣品在各鄉鎮分布情況，茍江鎮、三合鎮、新民鎮、泮水鎮、石板鎮、三岔鎮、馬蹄鎮、南白鎮、鴨溪鎮、楓香鎮、龍坑鎮、樂山鎮和茅栗鎮各60個、尚嵇鎮59個及烏江鎮50個.

2.2分析方法土樣采用HNO3-H2O2消解(USEPA-3050B)[12]，用原子熒光法(AFS-230E)測定.以GSS-5標準土壤進行土樣檢測質量控制，同時進行空白樣品實驗，消解土樣試劑均采用優級純，樣品重復率達20%.

2.3數據處理當數值分布符合正態分布，采用算術平均值與標準差作為代表值；當數值分布符合對數正態分布，采用幾何平均值與幾何標準差作為代表值.通過相對累積總量分析法和相對累積頻率分析法確定Hg的基線，地質累積指數法和污染程度分析Hg的污染程度.數據分析采用SPSS統計軟件處理.

3 結果與分析

3.1土壤中Hg含量監測結果統計分析遵義縣農業土壤中Hg含量符合對數正態分布，數據統計分析表1，該地區Hg含量范圍為0.02～2.76 mg/kg，平均值為0.182 mg/kg.各鄉鎮中，茅栗鎮均值含量最高為0.35 mg/kg，龍坑鎮最低，均值含量排序，茅栗鎮>茍江鎮>南白鎮>樂山鎮>楓香鎮>遵義縣>馬蹄鎮>尚嵇鎮>石板鎮>新民鎮>三合鎮>鴨溪鎮>烏江鎮>泮水鎮>三岔鎮>龍坑鎮.Hg含量最大值出現在茍江鎮為2.76 mg/kg.

該地區Hg的變異系數為0.66，各鄉鎮中茍江鎮變異系數最突出為1.216，說明該鄉鎮中存在Hg的點污染源，并對該地區表層土壤造成了影響.

3.2土壤中Hg的基線研究利用相對累積總量分析法和相對累積頻率分析法確定遵義縣農業土壤中Hg的基線值[13].

1) 相對累積總量分析法：遵義縣土壤中Hg含量與相對累積密度雙對數分布曲線圖1，圖中拐點處Hg含量為0.158 mg/kg，為土壤中Hg背景值與異常值的分界點，分界點以下Hg含量的平均值為0.120 mg/kg加該段樣品的二倍標準差(0.029 mg/kg)，為該區域土壤中Hg的基線值范圍，是0.062～0.178 mg/kg.

2) 相對累積頻率分析法：圖2為遵義縣土壤Hg含量與相對累積頻率曲線圖，圖中有2個拐點:拐點1(0.115 mg/kg)和拐點2(0.510 mg/kg).拐點1代表含量的上限(基線范圍)，小于拐點1的樣品數Hg的平均值為0.090 mg/kg，拐點2代表受人類活動影響的異常值的下限.

聯合以上2種計算結果，遵義縣農業土壤Hg的基線值為0.090 mg/kg，背景值與異常值的分界值為0.158 mg/kg，Hg含量大于0.510 mg/kg的土壤與人類活動有關.對所有樣點進行分析，Hg含量大于0.510 mg/kg有3.26%，茅栗鎮、南白鎮和茍江鎮占的比例較多，分別為24.14%、20.69%、27.59%.究其原因茍江鎮、茅栗鎮近幾年工礦企業發展較迅速，大量點源污染物的排放，增加了土壤中Hg的含量；南白鎮位于城郊，礦物冶煉和化工企業充當了土壤中Hg含量增高的點污染源[14].

表 1 遵義縣農業土壤Hg的統計分析

圖1 遵義縣土壤Hg 含量與相對累積密度的 雙對數分布曲線Fig. 1 The logarithm of Hg content and the logarithmic curve of relatively accumulative density in soil of Zunyi county

圖2 遵義縣土壤Hg 元素含量概率函數Fig. 2 The probability function of Hg content in soil of Zunyi county

3.3地質累積污染分析地質累積指數(Igeo)稱為Muller指數[15].用于研究沉積物中重金屬污染程度的定量指標，其表達式如下：

其中,Cn指樣品中元素的濃度,BEn指基線濃度,1.5為修正指數，表示巖石地質、沉積特征及其它影響.Forstner等把地質累積指數分為7個級別，不同的級別代表不同的重金屬污染程度[15](表2).

表 2 重金屬地質累積指數污染程度

用本文所得的Hg基線值0.090 mg/kg和地質累積污染分析方法，得該縣Hg的Igeo為0.155，整體上處于輕度級污染.各鄉鎮中，茅栗鎮、茍江鎮的地質累積指數較大分別為1.37、1.05，處于中度級污染，這主要與茅栗鎮、茍江鎮長期的礦業開采有關.龍坑鎮Igeo最小為-0.099 5，無污染.其它分析的鄉鎮Igeo均處在0～1之間，為輕度級污染.

對所有樣品分析，地質累積指數為l級占24.07%，未受Hg的污染；2級占60.74%，為輕度污染，3級占12.04%，為中度污染；4級占2.25%，處于中度污染到強污染之間，5級占0.67%，為強污染；6級占0.23%，介于強污染到極強污染之間.

各鄉鎮中，按未受Hg的污染樣品所占比例的大小，龍坑鎮>三岔鎮>泮水鎮>烏江鎮>鴨溪鎮>三合鎮>新民鎮>石板鎮>尚嵇鎮>馬蹄鎮>楓香鎮>樂山鎮>南白鎮>茍江鎮>茅栗鎮.

3.4污染程度分析污染程度(CD)表示樣品中被測試重金屬的超標狀況，表達式[16]為CD=Ci/CA-1,其中，Ci表示Hg第i個樣品的測試值，CA表示土壤中Hg含量的允許上限，一般為土壤環境質量標準.本文在進行Hg污染程度分析時，CA為國家土壤環境質量一級標準0.15 mg/kg[17].

通過污染程度分析，該縣農業土壤中HgCD最大值為17.41，最小值為-0.997，均值為0.41.對所有樣品進行分析，294個樣點CD小于0，即33.07%的土樣未受到Hg的影響；497個樣點的CD介于0～1之間，即55.91%的土樣受到Hg的影響；98個點大于1，即11.02%的土樣受到Hg的影響較嚴重.

對遵義縣部分土樣中Hg含量偏高的原因分析.近些年，煤、鋁土礦、硫鐵礦、錳礦、等礦業開采排放大量的污染物，以礦產品為原料的冶煉加工企業排放的廢棄物，冶金、化工、建材、能源等為支柱的工業經濟迅速發展產生大量的污染物，這些因素增加了該地區土壤中重金屬Hg的含量[14]；另外該地區由碳酸鹽巖、鉛鋅礦巖和礦石風化形成的土壤，有利于重金屬的吸附、沉淀和富集[18].

4 結論

遵義縣農業土壤中Hg均值含量為0.182 mg/kg.各鄉鎮中，茅栗鎮最高為0.35 mg/kg.該縣土壤中Hg變異系數為0.66，茍江鎮變異系數最大為1.216，說明該鄉鎮中存在Hg的點污染源，并對表層土壤產生了影響.

該地區土壤中Hg的基線值為0.090 mg/kg，地質累積污染指數為0.155，處于輕度級污染.對所有樣品進行地質累積污染分析，24.07%的土樣未受污染，60.74%為輕度污染，12.04%為中度污染，2.25%處于中度污染與強污染之間，0.67%為強度污染，0.23%處于強污染與極強污染之間；通過污染程度分析，33.07%的土樣未受Hg的污染，55.91%受到Hg的影響，11.02%受到Hg的影響較嚴重.對比2種污染分析方式，分析結果基本一致.

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