桂西北礦區農田土壤鎘污染評價

韋妮玉，張新英

(1.廣西師范學院，廣西 南寧 530001；2.北部灣環境演變與資源利用省部共建教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001)

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桂西北礦區農田土壤鎘污染評價

韋妮玉1，2，張新英1,2

(1.廣西師范學院，廣西 南寧 530001；2.北部灣環境演變與資源利用省部共建教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001)

為探明廣西典型礦區的礦業活動對農田鎘(Cd)污染的累積影響，對大廠礦區12個自然屯主要農田采集156個土壤樣，測定了土壤中重金屬Cd元素含量，以及進行了污染評價。結果表明：156個土壤樣品中鎘超標率為98.08%，12個屯農田土壤中 Cd的鎘含量都超過廣西土壤背景值，污染等級為極強。因此施用磷肥(P)可降低土壤鎘的活性，同時控制污染源，降低鎘污染程度。

大廠礦區；農田土壤；鎘污染

1 引言

鎘在地殼中的豐度為0.2×10-6，是一個極為分散的、具有致癌作用的強毒性化學元素[1]。金屬礦區通常是重金屬污染的重要地區。鎘礦的開采運輸，冶煉過程的煙塵沉降，含鎘廢水排放均能導致鎘元素在土壤或者水體中累積，并通過食物鏈等途徑危害人體健康[2]。含鎘礦石的開采、選冶以及含鎘的工業“三廢”排放是土壤鎘污染的主要來源。

許超等研究表明[3]，大寶山20世紀60年代開始興建的采礦場和金屬冶煉廠排出酸性采礦廢水已造成下游農田的大面積污染，農田土壤污染是以Cd和Cu為主的多金屬復合污染。近年催力拓等研究提出[4]，廣西某礦區生產的稻米中鎘濃度嚴重超標，當地居民因長期食用這種“鎘米”已經出現“骨痛病”癥狀。

目前大眾對鎘礦的區域分布特征、采礦活動造成的鎘元素污染以及存在的風險仍缺乏系統的認識。林炳營研究表明，廣西某鉛鋅礦場地開發，引起了河流水質、土壤和農作物的鎘污染問題[5]?；诖耍瑢V西河池大廠礦區農田土壤進行了鎘含量測試，目的在于探究目前農田土壤的鎘污染來源和狀況，并評估其污染等級。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與分析

在南丹縣大廠村的12個屯，包括新菜園、荒田、朝陽、大坪屯、銅坑屯、大樹腳、鐵板哨、更莊、老菜園、巖山腳、高峰和沙坪。采用蛇形布點，采集5個點混合為一個樣品。共采集土壤樣品156個(圖1)。

土壤樣品pH值(水比土2.5∶1)用pH計測定；測含水率將樣品放于烘箱中烘至恒重，減少的質量即為水分的質量；有機質水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定；樣品的消解采用加反王水(濃鹽酸與濃硝酸比例1∶3和2 mL氫氟酸)，放入WARS微波消解儀中消解，趕酸，定容待測。

用ICP—MS測定Cd含量，測試有標準樣。 隨機抽取1個樣品做5次重復測定，各元素相對標準偏差均小于10%。用 SPSS19.0 對數據進行統計分析，用 Excel 進行圖形的繪制和矩陣的計算。

3 結果與分析

3.1 土壤鎘含量分析

土壤中Cd的平均含量大小順序依次為銅坑>大樹腳>沙坪>鐵板哨>朝陽>新菜園>高峰>更莊>老菜園>大坪>巖山腳>荒田，所有的采樣點Cd的含量高于廣西土壤元素背景值0.0617 mg/kg[6]。

銅坑土壤中Cd 的含量最大，為42.75 mg/kg；荒田最小，為1.54 mg/kg，但是也超過廣西土壤背景值25倍。同時，12個屯的采樣點Cd含量均超過國家土壤中國土壤元素背景值0.097 mg/kg[7]；總體來看，大廠鎮12個屯農田土壤中 Cd的含量都很高(表1)，土壤Cd污染的現象已經比較嚴重。

以廣西土壤環境背景值和國家土壤環境質量標準[8]作為比較依據。大廠鎮農地土壤中Cd存在普遍的累積，超出廣西土壤背景值274倍；變異系數為1.52，依據變異系數大小分級規律，變異系數大于0.3為強變異。

結果表明(表2)土壤中Cd的污染程度比較嚴重，且土壤鎘區域含量變化比較大，說明受外界活動影響的強弱差異大。實地調查得知，大廠鎮是一個典型的礦業鎮，土壤中Cd的分布主要受采礦活動的影響。

圖1 廠區采樣點分布

表2 土壤鎘含量極其特征

2.2 土壤鎘污染評價

進行土壤單項污染超標倍數公式(pi=(Ci-C0)/C0)計算[9]和分級[10]。評價結果(表3)表明，土壤鎘樣品超標率為98.08%。

表3 土壤Cd污染超標倍數及超標率

2.3 土壤鎘累積評價

地積累指數[11]Igeo廣泛應用于定量研究沉積物中重金屬污染程度，也適用于當代土壤中重金屬污染的評價(表4)。它綜合考慮了人為污染因素、環境地球化學背景值以及因造巖運動可能引起的背景值的變動的因素。其計算公式如下：

Igeo=log2[Cn/(K×Bn)]。

式中：Cn為元素n的實測含量；Bn為元素n的背景值；K是考慮各地巖石差異可能會引起的背景值的變動而取的系數(這里取值為1.5)。在這里地累積指數的計算我們采取以廣西土壤背景值為評價標準。結果表明(表5)，Cd元素地累積指數范圍為Igeo(Cd) 3.81～8.61，污染等級為極強。存在一定的生態風險，由此需要加強Cd元素污染的研究和污染源的控制。

表5 土壤Cd地積累指數及分級

3 結果與討論

(1)大廠鎮農地土壤中Cd存在普遍的累積，均超出廣西土壤背景值。根據實地調查發現，早期一些缺乏嚴密規劃和環保意識的礦業活動，存在著嚴重的濫采亂挖現象，導致了礦石的利用率低，任意的排放采礦和冶煉的廢水，隨意堆放尾礦和礦渣。部分選礦廠的沉淀池、尾礦庫，由于沒有按照生產能力來設計容量，造成了廢渣、廢水的坍塌和溢出或直接排入江河，導致了河流的水體污染；選礦廠和冶煉廠排放的廢渣、廢液和廢氣對周圍的環境造成污染。而引用污水灌溉，直接導致農田土壤鎘污染。鄉間公路的車輛通行導致沿線土壤重金屬污染，并且產生重金屬污染生態風險累積，主要有Pb、Cu、Cd的污染和累積。本研究表明，鎘元素在采礦廠附近和公路沿線的土壤中含量較高，說明這種元素主要受采礦和交通兩方面影響，其含量超過正常水平，對礦區附近和道路兩側的土壤造成較大污染。

(2)通過污染分級，荒田已屬于強度污染；大坪、巖山腳屬于強—極嚴重污染；其他9個自然屯屬于極嚴重污染，土壤鎘污染的形勢非常嚴峻。任繼凱等研究發現[12]，植物吸收土壤中的鎘并向地上部莖葉和果實中轉移，進行再分配，鎘以不同的形態出現，同時在鎘含量高的土壤中鉛、鋅、銅的含量往往也高。Cd元素在植物體滯留和累積，超過一定量就會危及農產品的食用安全，農作物的重金屬污染，最終危害人體的健康。

(3)大廠礦區農田土壤受到不同程度的污染，控制污染源是直接措施，施加磷肥是有效措施。磷肥對作物吸收累積鎘的影響已后大量報道，劉昭兵等研究表明[13]，土壤中磷與鎘存在密切聯系，磷酸鹽可通過誘導吸附和沉淀作用影響鎘的有效性。施磷肥可以顯著提高植株對重金屬的總吸收量，這一點對提高植物修復重金屬污染土壤效率具有借鑒意義。

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[5]林炳營.廣西某鉛鋅礦區土壤—作物鎘污染研究 [J].土壤通報,1997,28(5):235～237.

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Assessment for Cadmium Pollution of Farmland Soilin Northwest Guangxi Mining Area

Wei Niyu1,2, Zhang Xinying1,2

(1.SchoolofGeographyandPlanning,GuangxiTeachersEducationUniversity,Nanning,Guangxi530001,China; 2.KeyLaboratoryofBeibuGulfEnvironmentalEvolutionandResourcesUtilization,MinistryofEducation,Nanning,Guangxi530001,China)

Aiming to assess the influence of cadmium pollution by typical mining industryon farmland soil in Guangxi,we took 156 soil samples from 12 natural villagesin Dachang mining areaas analysis samples of heavy cadmium in total and guiding values. The over standard rate was 98.08%, the contents of cadmium in soil exceeded the background value of soil in Guangxi, the class of pollution was pole-strength. P fertilizer application decreased soil available Cd content significantly. Thuscontrolling the pollute sources and P fertilizer application would be the effective measure to reduce cadmium pollution

Dachang mining area; farmland soil; cadmium pollution

2016-08-10

國家自然科學基金項目(編號：41461095)；廣西科技開發項目(編號：2014DD29046)；廣西自然科學基金項目(編號：2011GXNSFA018094)。

韋妮玉(1990—)，女，廣西師范學院碩士研究生。

張新英(1970—)，女，博士，教授，主要從事資源與環境評價方面的教學與研究工作。

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1674-9944(2016)18-0031-03