典型礦業城市土壤重金屬污染的垂直分布規律研究

曹羽飛　黃亞楠　丁九龍

摘 要：選取鎘、砷、鉻、鉛4種元素作為土壤污染特征因子。運用原子吸收光譜儀、采用KI–MIBK萃取原子吸收分光光度法測定鎘（Cd）、鉛（Pb）濃度；運用分光光度儀、采用二苯碳酰二肼分光光度法測定鉻（Cr）濃度；運用原子熒光儀、采用原子熒光光度法測定砷（As）濃度。采用EXCEL軟件和SPSS統計軟件分析處理監測數據，得出該地區重金屬污染垂直分布規律。

關鍵詞：土壤污染 重金屬 垂直分布

中圖分類號：X825 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0107-01

1 研究背景

武安位于河北省南部，礦山資源有煤、鐵、大理石、鋁釩土等20余種，尤以煤鐵礦最為有名，為全國58個重點產煤縣（市）和全國四大富鐵礦基地之一。

該地礦產資源開發歷史悠久，近年以來政府采取措施進行了礦業秩序的整頓，使礦業活動逐漸規范，然而環境問題依然存在。經過前期調查，發現該市主要污染是礦業粉塵和交通揚塵，以及工礦企業未經處理的廢水，造成了土壤的重金屬污染，并通過降雨污染周圍耕地。該文重點研究武安市郊耕地土壤中重金屬污染的垂直分布規律并評價其污染程度。

2 研究過程

2.1 土壤重金屬污染特征因子的選擇

研究表明，對耕地土壤環境和動物及人體危害較大的具有顯著毒性重金屬主要有汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、銅（Cu）6種元素。該研究結合武安作為一個礦業城市，礦廠、鋼鐵、冶金企業眾多的實際情況，重點選取了排放量較多的鎘、砷、鉻、鉛4種元素作為土壤特征污染因子。

2.2 土壤采樣

該研究選取武安市康二城鎮、礦山鎮、上團城鄉、北安樂鄉作為耕地土壤重金屬污染典型調查評價區。依據中華人民共和國農業部《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY/T395—2000）和中華人民共和國環境保護行業標準《土壤環境監測技術規范》（HJ/T166—2004）進行土壤樣點布置與采樣。

土壤采樣采用多點采樣混合法，即每個土壤樣品采集點按10 m×10 m正方形4個定點和中心5個點各采集1kg樣品，均勻混合后用四分法從中選取1kg土壤作為混合樣品，裝入聚乙烯薄膜袋以備實驗室監測。

康二城鎮在0～100 cm土層深度每20 cm連續采樣，采集土壤剖面樣品5個，樣品編號分別為KESa、KESb、KESc、KESd、KESe。礦山鎮在0～100 cm土層深度每20 cm連續采樣，采集土壤剖面樣品5個，樣品編號分別為KSa、KSb、KSc、KSd、KSe。上團城鄉每個采樣點在0～20 cm耕作層和20～40 cm土壤層采樣，共采集樣品4組8個，樣品編號分別為STS01a、b，STS02a、b，STS03a、b，STS04a、b。北安樂鄉在0～100 cm土層深度每20 cm連續采樣，采集土壤剖面樣品5個，樣品編號分別為BASa、BASb、BASc、BASd。

2.3 樣品的處理與監測

土壤樣品經室內自然風干后，在瑪瑙研缽中研磨，過100目尼龍網篩，用HNO3-H2SO4–HClO4消解，以去除土壤中的礦物質和有機質。依據GB/T17141—1997、GB/T17137—1997，運用原子吸收光譜儀（JenaAAs 6）、采用KI–MIBK萃取原子吸收分光光度法測定鎘（Cd）、鉛（Pb）濃度；運用分光光度儀（VIS–7220）、采用二苯碳酰二肼分光光度法測定鉻（Cr）濃度；運用原子熒光儀（ASS–22021）、采用原子熒光光度法測定砷（As）濃度。監測數據采用EXCEL軟件和SPSS統計軟件分析處理。

3 土壤剖面中重金屬元素的垂直分布特征

3.1 土壤剖面（0～40 cm）重金屬元素的垂直分布特征

3.1.1礦山鎮

通過對礦山鎮耕作層（0～20 cm）與其下層（20～40 cm）土壤重金屬含量統計分析，結果表明，礦山鎮耕作層土壤鎘、鉛含量高于其下層土壤，具有明顯的由耕作層向其下層減少的垂向分布特征，土壤中的鎘、鉛具有向土壤耕作層富集的特征；耕作層土壤中的鉻、砷含量低于其下層土壤，說明土壤鉻、砷具有向耕作層下層（20～40 cm）遷移的特征。

3.1.2上團城鄉

通過對上團城鄉耕作層（0～20 cm）與其下層（20～40 cm）土壤重金屬含量統計分析，結果表明，上團城鄉耕作層土壤中的鎘含量與其下層土壤基本一致，土壤中的鉛含量低于其下層土壤，說明土壤中的鎘、鉛向土壤耕作層富集的特征不明顯；耕作層土壤中的鉻、砷含量高于其下層土壤，說明土壤鉻、砷具有向耕作層富集的特征。

3.2 土壤剖面（0～100 cm）重金屬元素的垂直分布特征

該研究通過對康二城鎮、北安樂鄉、礦山鎮耕地土壤剖面（0～100 cm）土壤樣品的采集、監測。統計分析結果表明，武安地區耕地土壤剖面中的鎘、鉛含量具有從耕作層向下垂直遞減的趨勢，垂直分布規律明顯。土壤中的砷含量可以在土壤耕作層中富集，具有向下垂直遞減的分布特征，但在0～40 cm土層中變化較小，在40～80 cm土層中呈明顯的遞減趨勢。土壤中的鉻可以在土壤耕作層中富集，但具有從土壤表層向下層遷移的趨勢，在60～80 cm土層中明顯高于表層土壤。土壤剖面中的鎘、鉛、砷、鉻含量在80～100 cm土層中均具有顯著增高的趨勢，為土壤重金屬元素垂直分布的轉折層。這主要是由于該層土壤黏化程度較高，對土壤重金屬的吸附作用明顯引起的。

4 結語

（1）武安地區耕地土壤剖面中的鎘、鉛含量具有從耕作層向下層垂直遞減的分布規律，表明隨著人類農業生產活動的加強，土壤鎘、鉛具有向耕作層富集的特征。

（2）土壤表層中的砷具有向耕作層下層（20～40 cm）遷移的趨勢，向60～80 cm的土層遷移現象不明顯，對地下水污染的可能性較小。

（3）金屬鉻也易在土壤耕作層中富集，但其從耕作層向下層遷移的能力高于砷，易于向下包氣帶土壤層遷移，故會對地下水造成污染。

（4）重金屬元素鎘、鉛、砷、鉻在土壤剖面80～100 cm土層中有顯著增高的現象，為土壤重金屬元素在土壤剖面中垂直分布的轉折層。

參考文獻：

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