華東某鈾礦區(qū)土壤中重金屬鎘含量特征及污染評(píng)價(jià)

王一婷 劉平輝 張淑梅

摘要[目的]對(duì)華東某鈾礦區(qū)土壤中重金屬元素Cd含量進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。[方法]采用單因子污染指數(shù)法，對(duì)鈾礦區(qū)土壤重金屬鎘污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。[結(jié)果]所采樣品Cd含量范圍為0.05～1.81 mg/kg，采礦區(qū)與尾礦壩區(qū)所采土壤樣品污染程度較高； 正在開(kāi)采礦區(qū)位置上游土壤中Cd含量高于下游， 采礦區(qū)沿運(yùn)輸路線所采樣品含量偏高。單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明， 整個(gè)采樣區(qū)各區(qū)域土壤均受到重金屬Cd不同程度的污染， 對(duì)照區(qū)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果最小。[結(jié)論]所采樣品均受到不同程度的鎘污染。各區(qū)域受污染程度大小依次為采礦區(qū)>整個(gè)礦區(qū)>尾礦壩>含礦未采區(qū)>對(duì)照區(qū)。

關(guān)鍵詞土壤；鎘含量；污染評(píng)價(jià)；鈾礦區(qū)；華東

中圖分類號(hào)S158.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）34-015-03

土壤作為環(huán)境的主要組成部分，不僅提供人類生存所需的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且接受來(lái)自工業(yè)和生活廢水、固體廢物、農(nóng)藥化肥及大氣降塵等物質(zhì)的污染[1]。我國(guó)土壤污染研究經(jīng)歷了兩個(gè)典型時(shí)期，即20世紀(jì)70年代主要研究了以農(nóng)藥為主的有機(jī)物造成的土壤污染、底泥重金屬污染和污灌對(duì)農(nóng)田系統(tǒng)帶來(lái)的影響；20世紀(jì)80年代國(guó)家組織全國(guó)范圍內(nèi)土壤背景值調(diào)查和環(huán)境容量研究等工作，這個(gè)時(shí)期的研究成果系統(tǒng)化、理論化，為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)、土壤污染控制奠定基礎(chǔ)[2]。礦山開(kāi)發(fā)對(duì)區(qū)域環(huán)境影響的一個(gè)重要方面主要表現(xiàn)為對(duì)環(huán)境的污染，并且由此直接影響人們的生命健康安全[3]。土壤重金屬污染是不可逆的，一旦重金屬元素進(jìn)入土壤環(huán)境，就很難消解或降低這些化合物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和功能的不利影響[4]。近年來(lái)，針對(duì)華東某鈾礦火山盆地深部鈾資源的研究和勘查已取得顯著進(jìn)展，在一些勘探程度很高的地段已探獲一些新的富大鈾礦體，同時(shí)對(duì)一些基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題提出新的認(rèn)識(shí)[5]。我國(guó)對(duì)鈾礦開(kāi)采后礦區(qū)的污染評(píng)價(jià)主要集中在放射性污染。礦山開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響大。研究區(qū)開(kāi)采后的廢水排放、廢渣露天堆放會(huì)對(duì)礦區(qū)土壤造成一定污染。在前人對(duì)該區(qū)研究的基礎(chǔ)上，筆者主要對(duì)華東某鈾礦區(qū)土壤重金屬鎘污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，為今后鈾礦區(qū)重金屬污染評(píng)價(jià)治理及生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

圖1研究區(qū)土壤取樣

1材料與方法

1.1樣品采集

將采樣區(qū)劃分為采礦區(qū)、含礦未采區(qū)與尾礦壩區(qū)（圖1）。樣品采集與文獻(xiàn)[6]相似但略有不同。采集0～20 cm表層土壤組樣品，將所采集樣品裝入樣品袋，用記號(hào)筆寫好標(biāo)簽，使用GPS記錄采樣點(diǎn)坐標(biāo)作為取樣的點(diǎn)位置，同時(shí)在記錄本上記錄各樣點(diǎn)取樣的詳細(xì)信息。

在整個(gè)研究區(qū)，共采集樣品230個(gè)，其中采礦區(qū)共采集樣品178個(gè)，含礦未采區(qū)共采集樣品45個(gè)，尾礦壩采集樣品7個(gè)，對(duì)照區(qū)（距離礦區(qū)60 km，遠(yuǎn)離礦區(qū)，不受礦區(qū)水系、大氣、礦石運(yùn)輸?shù)鹊挠绊懀┎杉瘶悠?個(gè)。

1.2樣品處理

將野外取得的土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，待土壤樣品干燥后將樣品研碎，去除砂石、植物根莖、蟲體、石子以及其他雜質(zhì)；然后，進(jìn)行初步研磨，過(guò)60目篩送檢。測(cè)試前，采用四分法取樣適量，研磨至200目，備用。將試樣在60 ℃下干燥4 h后，準(zhǔn)確稱取0.050 0 g試樣于聚四氟乙烯密封溶樣罐中，先用少量水潤(rùn)濕，輕輕振動(dòng)使樣品均勻，加入3 ml氫氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，蓋上專用溶樣罐蓋，在低溫電熱板上200 ℃加熱溶解24 h以上，打開(kāi)溶樣罐，在低溫電熱板上加熱蒸至近干，視消解情況再次加入3 ml氫氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，重復(fù)上述消解過(guò)程，再次蒸至近干后加入1∶1硝酸3 ml，蓋上專用溶樣罐蓋，燜置一段時(shí)間以溶解可溶性殘?jiān)Ｓ脻舛?%硝酸提取至50 ml容量瓶中，搖勻后在ICPMS上采用在線內(nèi)標(biāo)（Rh）法進(jìn)行測(cè)量，得到各樣品的測(cè)定結(jié)果。

1.3評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

運(yùn)用單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。評(píng)價(jià)方法選取的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家土壤鎘背景值，國(guó)家土壤鎘環(huán)境背景值為0.074 mg/kg[7]。

單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)即對(duì)土壤樣品中的某一污染物的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。單因子指數(shù)法是國(guó)內(nèi)通用的一種重金屬污染評(píng)價(jià)的方法， 是國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)土壤、水、大氣和河流沉積物重金屬污染的常用方法[8-9]。

Pi=Ci/S

式中，Pi為污染物單因子指數(shù)；Ci為實(shí)測(cè)濃度；S為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

Pi<1表示未受到污染；Pi >1表示受到污染；13為重度污染。

2結(jié)果與分析

2.1土壤中鎘元素含量特征

通過(guò)分析測(cè)試，所采集230個(gè)土壤樣品中Cd的含量范圍為0.05～1.81 mg/kg。超過(guò)江西省土壤背景值的樣品有226個(gè)，僅有4個(gè)樣品低于江西省土壤環(huán)境背景值；超過(guò)國(guó)家土壤背景值的樣品有228個(gè)，僅有2個(gè)樣品低于國(guó)家土壤背景值。土壤中Cd含量特征見(jiàn)表1。礦區(qū)共采土壤樣品230個(gè)。 Cd含量超過(guò)江西省土壤鎘元素背景值0.10 mg/kg的土壤樣品個(gè)數(shù)為226個(gè)，樣品個(gè)數(shù)占總樣品個(gè)數(shù)的98.26%；超過(guò)國(guó)家土壤鎘元素背景值0.074 mg/kg的樣品個(gè)數(shù)為228個(gè)，占總樣品個(gè)數(shù)比例的99.13%。對(duì)照區(qū)樣品中Cd含量均超過(guò)江西省土壤背景值與國(guó)家背景值，但與江西省土壤背景值差別不大。

礦區(qū)土壤中正在采礦區(qū)、尾礦壩土壤樣品中Cd的平均含量接近，含礦未采區(qū)與對(duì)照區(qū)土壤中Cd含量低于正在采礦區(qū)及尾礦壩區(qū)土壤中Cd含量。正在采礦區(qū)的6111附近兩個(gè)村土壤中Cd含量平均值分別為0.24、0.21 mg/kg，6122礦床下游村莊土壤中Cd平均含量0.18 mg/kg。從正在采礦區(qū)Cd含量平均值可以看出，土壤中Cd含量611礦床附近土壤中Cd含量>6111礦床附近土壤中Cd含量。

正在采礦區(qū)上游所采土壤樣品Cd含量偏高，平均值為0.20 mg/kg，正在開(kāi)采礦床下游稍遠(yuǎn)離開(kāi)采區(qū)處所采樣品平均值為0.16 mg/kg；水系由開(kāi)采礦床上游流向下游地區(qū)，上游地區(qū)土壤中Cd含量高于下游附近以及稍遠(yuǎn)于正在采礦區(qū)下游的地區(qū)。結(jié)果表明，正在開(kāi)采礦區(qū)6122礦床位置上游土壤中Cd含量高于下游， 上游與下游土壤中Cd含量平均值均高于江西省土壤背景值與國(guó)家背景值。采礦區(qū)沿運(yùn)輸路線所采樣品含量偏高，平均含量為0.21 mg/kg，超過(guò)江西省背景值與國(guó)家背景值。在尾礦壩處所采樣品含量超過(guò)江西省土壤背景值與國(guó)家土壤背景值。

標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)表征數(shù)據(jù)離散程度。變異系數(shù)大小依次為正在采礦區(qū)>整個(gè)礦區(qū)>尾礦壩>含礦未采區(qū)>對(duì)照區(qū)。變異系數(shù)越大，表明人為活動(dòng)的干擾作用越強(qiáng)烈[10]。

2.2土壤中Cd單因子污染評(píng)價(jià)

由表2可知，整個(gè)礦區(qū)土壤中Cd污染程度為無(wú)污染到極重度污

染，各個(gè)區(qū)域單因子污染指數(shù)均大于1，整個(gè)礦區(qū)中采礦區(qū)與尾礦壩污染較嚴(yán)重，含礦未采區(qū)污染較輕。與對(duì)照區(qū)相比，整個(gè)礦區(qū)各個(gè)劃分區(qū)域單因子污染指數(shù)均大于對(duì)照區(qū)，對(duì)照區(qū)單因子污染指數(shù)最小。由此可知，整個(gè)采樣區(qū)各區(qū)域土壤均受到不同程度的重金屬Cd污染。

3結(jié)論與討論

土壤重金屬污染是礦區(qū)普遍存在的環(huán)境問(wèn)題之一。重金屬Cd可對(duì)土壤構(gòu)成持久性污染，而Mo、Sn、Sb、U等重金屬的污染程度隨土壤風(fēng)化的進(jìn)行因淋失而趨于降低[11]。研究表明，所采230個(gè)土壤樣品中Cd含量范圍為0.05～1.81 mg/kg，Cd含量在采礦區(qū)與尾礦壩較高。對(duì)華東某鈾礦區(qū)重金屬鎘污染評(píng)價(jià)表明，從單因子污染指數(shù)來(lái)看，整個(gè)礦區(qū)土壤污染程度為輕度—重度污染，采礦區(qū)為輕度～極重度污染，尾礦壩為中度～重度污染，含礦未采區(qū)則為無(wú)污染～中度污染，對(duì)照區(qū)則為輕度污染。各采樣區(qū)變異系數(shù)為10.53%～68.45%，說(shuō)明礦區(qū)土壤污染受人為因素的影響較大。從綜合污染指數(shù)來(lái)看，整個(gè)礦區(qū)、采礦區(qū)、尾礦壩與含礦未采區(qū)均為重度污染，遠(yuǎn)離礦區(qū)且不受采礦影響的對(duì)照區(qū)為輕度污染。采樣區(qū)農(nóng)田中種植水稻，土壤中Cd含量偏高與種植水稻中使用農(nóng)藥有關(guān)；礦石運(yùn)輸路線中土壤Cd含量同樣偏高，與運(yùn)輸中礦石廢渣、汽車尾氣的排出可能有一定關(guān)系。華東某鈾礦區(qū)污染程度依次為采礦區(qū)>整個(gè)礦區(qū)>尾礦壩>含礦未采區(qū)。

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