漢江上游鉛鋅尾礦區(qū)土壤環(huán)境效應(yīng)

湯波 趙佐平 宋鳳敏 段敏 李琛?┩躚迕癃┝踔欠?

摘要：以陜西省南部某鉛鋅礦區(qū)為研究對象，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 （ICP-AES） 測定土壤銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、錳（Mn）、鍺（Ge）、鎳（Ni）含量，采用歐洲參考交流局（BCR）修正的順序提取技術(shù)進行重金屬形態(tài)分析；測定土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性。結(jié)果表明：尾砂堆積對周邊土壤的重金屬含量影響明顯，6種重金屬乙酸提取態(tài)含量較高，容易遷移至土壤環(huán)境，風(fēng)險評估編碼法（RAC）重金屬生態(tài)評價結(jié)果為Cu、Zn、Pb、Ge、Ni等5種重金屬的生態(tài)風(fēng)險評價等級為中等，Mn的生態(tài)風(fēng)險等級為低；重金屬復(fù)合污染對土壤過氧化氫酶、脲酶活性呈抑制作用，對蔗糖酶、磷酸酶活性具有激活作用。

關(guān)鍵詞：鉛鋅礦區(qū)；重金屬復(fù)合污染；土壤酶

中圖分類號： X53文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0470-04

近年來礦產(chǎn)開采活動日益頻繁，由于尾礦、廢石的堆放，占用了大量土地，污染周圍環(huán)境，破壞了生態(tài)系統(tǒng)平衡。由于空氣氧化、雨水淋溶等自然作用，尾礦、廢石中的重金屬會進入礦區(qū)及周邊土壤、地表水及地下水，使環(huán)境生態(tài)問題不斷惡化[1]。土壤酶是由微生物、土壤動物、植物根系和生物殘體等釋放到土壤中的一類具有催化作用的生物活性物質(zhì)，是土壤系統(tǒng)中生物化學(xué)反應(yīng)過程的主要參與者，它與土壤發(fā)育、土壤肥力形成、土壤環(huán)境凈化等息息相關(guān)[2-3]。眾多研究表明，土壤重金屬的毒性、生物有效性、遷移轉(zhuǎn)化特點，以及重金屬對土壤酶的影響機理與效果都不僅與單一重金屬含量相關(guān)，而且更加明顯地受重金屬的賦存形態(tài)和多種重金屬復(fù)合污染的影響[4]。因此，開展礦區(qū)土壤重金屬形態(tài)分布特征、多種重金屬復(fù)合污染特點及其對土壤酶影響的研究，其意義遠大于單因素污染的研究。本研究探討了陜西省南部燕子砭鉛鋅礦區(qū)周邊土壤重金屬的復(fù)合污染特征及其對土壤酶活性的影響，旨在為漢江上游鉛鋅尾礦區(qū)土壤生態(tài)保護提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于陜西省西南部的寧強縣，該縣位于陜西省、四川省、甘肅省的交界處，長江的最大支流——漢江就發(fā)源于此，因此寧強縣有“三千里漢江第一城”之美譽。該縣境內(nèi)富含數(shù)十種金屬、非金屬礦藏，主要有鐵（Fe）、銅（Cu）、錳（Mu）、鋅（Zn）、金（Au）等，區(qū)域成礦條件優(yōu)越，被李四光先生譽為“中國的烏拉爾”[3]。本研究中的燕子砭鉛鋅礦地處陜西省寧強縣、略陽縣、勉縣的三角地帶，降水量充沛，地表雨水徑流活躍，而且山區(qū)人口較多，耕地農(nóng)田面積較大，所以該地區(qū)由礦產(chǎn)開采和選礦而產(chǎn)生的廢石、尾礦對周邊農(nóng)田土壤的重金屬污染不可小覷。

1.2采樣點布設(shè)及采集

在鉛鋅礦尾礦壩的壩頂、壩坡、下游及周邊農(nóng)田土壤中采集土樣19個（其中對照1個，標為W19），尾砂樣品2個。采樣時間是2014年8月，采用“S”形多點采樣法[5]。采集0～20 cm深度的表土，剝除表層雜草、枯枝等，在采樣點不同位置分別采樣3次，然后混合均勻作為1個樣品。用全球定位系統(tǒng)（GPS）儀對每個采樣點進行定位，并詳細記錄采樣點環(huán)境狀況，將樣品保存在密封塑料袋中，依次編號。土樣及尾砂經(jīng)過風(fēng)干、磨碎、過100目尼龍篩后，用塑封袋保存。采樣點分布及坐標如圖1、表1所示。

2.2土壤重金屬含量

由表5可知，在重金屬全量方面，與陜西省土壤背景值[13]相比，本研究中尾礦周邊的18個采樣點Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni含量平均值超過當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担謩e是背景值的 2.4、3.1、4.1、23.8、1.9、1.5倍。而遠離尾礦庫的對照點重金屬全量與陜西省土壤背景值非常相近，這說明燕子砭尾礦庫的尾砂堆積對周邊土壤的重金屬含量影響十分明顯。其中影響最大的是Ge元素，其次是Pb、Zn、Cu。從各元素含量變異系數(shù)看，Mn、Pb含量的變異系數(shù)最大，分別為84.5%、64.5%，說明這2種元素在一定程度上受到外界干擾影響較大[12，14]。從乙酸提取態(tài)含量看，Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni乙酸提取態(tài)含量分別占對應(yīng)全量的14.0%、20.9%、13.3%、12.4%、7.7%、13.2%，該研究區(qū)域土壤屬于中性偏弱酸性。重金屬的乙酸提取態(tài)含量越高，表明重金屬越容易遷移至土壤環(huán)境，對于該區(qū)域的土壤生態(tài)潛在威脅越大。對照W19采樣點遠離尾礦庫，其重金屬全量以及乙酸提取態(tài)含量均低于尾礦周邊18個土壤的平均含量，且接近背景值，說明該樣點未受到尾礦重金屬的影響或影響較小。18個土樣Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni全量平均值分別是對照的2.3、3.3、5.0、17.2、2.0、2.2倍，乙酸提取態(tài)含量平均值分別是對照的2.4、1.7、5.0、5.3、1.6、5.1倍，說明尾礦庫對周邊土壤重金屬污染比較明顯。

2.3RAC重金屬風(fēng)險評價

RAC風(fēng)險評價法是基于重金屬形態(tài)分析的重金屬潛在風(fēng)險評價方法[10]。傳統(tǒng)重金屬污染評價都是對重金屬總量進行評價，這些方法僅可了解重金屬污染程度，不能有效評價重金屬的遷移性、活性和潛在生態(tài)危害性。所以將重金屬總量評價與重金屬形態(tài)分析評價相結(jié)合，才能為土壤重金屬污染防治提供更加科學(xué)有效的依據(jù)[10]。

如表6所示，從采樣點的重金屬乙酸可提取態(tài)比例的平均值看，Cu、Zn、Pb、Ge、Ni等5種重金屬的生態(tài)風(fēng)險評價等級為中等，Mn的生態(tài)風(fēng)險等級為低。從乙酸可提取態(tài)的分布比例范圍看，各采樣點的Zn元素生態(tài)風(fēng)險評價等級均屬于中等，其他4種重金屬元素的生態(tài)風(fēng)險等級都是在部分區(qū)域呈中等風(fēng)險，部分區(qū)域呈低風(fēng)險。

2.4礦區(qū)土壤酶活性

由表7可知，從酶活性平均值來看，18個污染土壤樣品的過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性分別是對照的47%、171%、114%、58%，說明重金屬復(fù)合污染對土壤過氧化氫酶、脲酶活性呈現(xiàn)出抑制作用，對蔗糖酶、磷酸酶具有激活作用。

制作用，對蔗糖酶、磷酸酶活性具有激活作用。

過氧化氫酶和脲酶在重金屬影響下最敏感，6種重金屬全量及乙酸提取態(tài)含量均與其活性呈負相關(guān)，且基本與Cu、Zn等元素的相關(guān)性達到顯著或極顯著。蔗糖酶活性與重金屬全量呈正相關(guān)，激活作用比較明顯。磷酸酶活性與重金屬全量呈正相關(guān)，雖無顯著相關(guān)關(guān)系，但在一定程度上說明重金屬對磷酸酶具有激活作用。

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