礦山區土壤重金屬污染及農作物富集情況研究

張磊

摘? 要：采用野外調查和實驗室內測定分析相結合的方法，調查了某典型礦山區土壤及農作物鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）3種重金屬污染情況。結果表明，調查區域Zn、Pb、Cd 3種重金屬均屬于重度污染，其中Zn的含量最高，土壤和農作物對Cd富集能力最強，土壤污染程度排序為表層土壤>中層土壤>深層土壤。試驗測定的5類農作物中，果樹類對3種重金屬的綜合富集能力最弱，因此，在今后的種植作物選擇中應予以重點考慮。

關鍵詞：礦山區;土壤;重金屬污染;農作物富集

中圖分類號 X753文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）08-0067-05

Abstract：This study investigated the contamination of soil and crops lead（Pb），zinc（Zn）and cadmium（Cd）in a typical mountainous area，the method of field investigation and laboratory determination analysis was used，the purpose is to understand the overall state of soil environmental quality within the research area，and provide the data basis for the selection of the experimental area and crop planting type. The results show that，the three heavy metals in the survey area Zn，Pb，and Cd are all severely polluted，of which Zn has the highest content，soil and crops have the strongest concentration of Cd，and soil pollution is ranked as surface soil > middle soil > deep soil，among the five types of crops tested，fruit trees have the least comprehensive enrichment ability for the three types of heavy metals，and they can be considered in the future crop selection.

Key words：Mine area;Soil;Heavy metal pollution;Crop enrichment

土壤作為生態系統的重要組成部分，是不可替代的環境因子，也是人類健康的基礎[1]。隨著經濟社會的發展，重金屬污染物通過各種渠道進入到土壤環境中，土壤一旦被重金屬污染，不僅會降低農作物的生產能力和品質，還會通過食物鏈影響人們的身體健康[2]。位于礦山地區的土壤，隨著礦產資源的開發，大量的重金屬元素隨礦塵、尾礦、冶礦廢水等直接進入礦山區域周邊土壤環境中，造成嚴重的重金屬污染。針對土壤重金屬污染，目前國內外常用的治理方法有3種：（1）工程物理法，利用物理機械、物理化學等方法來治理，適用于污染面積小的土壤;（2）農業化學法，利用各種改良劑、鈍化劑改變土壤理化性質，效果受重金屬種類和環境因素的制約;（3）生物學法，利用生物的代謝活動降低土壤重金屬含量或者改變種植結構，規避重金屬在植株體內（尤其是可食用部分）的積累，避免通過食物鏈影響人體健康，該種方法效率高、成本低，尤其適用于大面積的土壤重金屬污染[3]。本次研究主要采用生物學治理方法進行，選取某典型礦山區，采用野外調查和室內實驗測定分析相結合的方法，對鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）3種重金屬的污染情況進行了調查分析，并對玉米、芋頭等本土種植作物的重金屬富集情況進行了研究，以期掌握研究區范圍內土壤環境質量總體狀況，查清該地區土壤污染的特征，為后期試驗區域和農作物種植種類的選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集 采樣地點選在某礦山區，結合場地實際情況，采樣點布設在納污灌溉水體兩側，按水流方向采用帶狀布點法。樣品采集分為土壤采集和作物采集。土壤選用混合樣品采樣法，每個土壤單元布設5個采樣區，每個采樣區設置1個采樣點，每個采樣點的土壤混合樣品需在80m×80m范圍內采用對角線法采集5個分點土壤，每個分點采樣深度初步設計為0～30cm（表層）、30～60cm（中層）、60～100cm（深層），分點土壤經充分混勻后，經四分法保留約150g土樣，裝入樣品瓶中，做好樣品標簽，并填寫樣品采集信息登記表。在采集土壤樣品的同時，在相同點位采集農作物樣品，農作物樣品數量約為土壤數量的30%，選取當季農作物玉米、芋頭、香蕉等進行采集，采集作物的根、莖、葉和果實部分，樣品采集后裝采樣保存瓶密封，帶回實驗室處理。

1.2 分析方法 將土壤和農作物樣品風干，并于75～80℃烘箱烘干，磨細過1mm篩，密封保存，重金屬含量分析方法如表1和表2所示。

1.3 土壤金屬富集分析方法 采用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法，對研究區域土壤的重金屬污染情況和潛在風險進行評價分析，以《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）中的II級標準作為評價的標準值。

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬元素含量 共采集了約350個樣本，對不同采樣點土壤重金屬元素含量進行測定和分析，隨機選取其中5個樣本的的測定結果整理成表4。由表4可以看出，不同深度的土壤重金屬元素含量（總量和有效態）存在明顯差異，其中表層土壤的重金屬含量最高，其次是中層，下層最低。說明土壤重金屬含量受地表環境影響較大，根據重金屬的深度分布特點可以選擇不同種類的作物進行耕種。3種重金屬的含量Zn>Pb>Cd，說明該地區以重金屬Zn污染為主。

2.2 重金屬元素相關性 土壤重金屬有效態（又稱可交換態）是指吸附在粘土、腐殖質及其他成分上的金屬，易于遷移轉化，能被植物吸收[4]，反映了人類近期排污影響及對生物的毒性作用[5]。研究對3種重金屬元素的有效態進行了測定，并對其相關性進行了分析。由表5可以看出，3種重金屬元素的有效態含量與自身的重金屬總量均有很好的正相關性，即有效態含量隨著重金屬總量的增加而增大。

分析不同金屬元素之間的相關性可以在一定程度上推測重金屬的來源是否相同[6]，從表5可以看出，Zn和Pb 2種重金屬的總量和有效態含量分別呈顯著的相關性，說明Zn和Pb可能污染來源相同，Cd與這2種金屬的相關性很小，說明Cd與Zn和Pb同源的可能性小，污染來源可能不同。

2.3 土壤重金屬的富集情況

2.3.1 土壤富集結果 通過單因子指數法進行分析，由表6可以看出，所有土壤樣本中Cd的超標率和超標倍數最高，Pb和Zn在土壤中的含量遠遠大于Cd，分析原因，可能與試驗研究區域的周邊環境密切相關，采樣周邊主要為鉛鋅礦山及部分涉重企業，大量的重金屬元素隨礦塵、尾礦、冶礦廢水等直接進入周邊土壤環境中，所以Pb和Zn在環境的含量非常高，另外在開采和生產過程中還伴隨有Cd等其它重金屬元素的外排，造成污染。

通過內梅羅綜合指數分析，可以得出表層土壤、中層土壤、深層土壤的污染指數分別為39.32、28.0、17.32，均為重度污染，污染程度排序為表層土壤>中層土壤>深層土壤。

2.3.2 不同作物富集情況 富集系數是植物重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值，能夠反映植物對重金屬的富集（吸收）能力[7]。研究采集了玉米、香蕉、芭蕉、甘蔗、枇杷、花生、姜等28個在當地廣泛種植的農作物樣本，將其分為谷物類、水果類、蔬菜類（包括新鮮蔬菜和塊根類）和堅果類這4種類型的作物，進行富集系數的試驗分析，結果見表7。

由表7可知，對Cd的富集能力：塊根類>新鮮蔬菜類>堅果類>果樹類>谷物類;對Pb的富集能力：塊根類>新鮮蔬菜類>果樹類>堅果類>谷物類;對Zn的富集能力：塊根類>新鮮蔬菜類>堅果類>谷物類>果樹類;整體上對重金屬的綜合富集能力為塊根類>新鮮蔬菜類>堅果類>谷物類≈果樹類。

同類農作物對3種重金屬的富集能力為：谷物類：Zn>Cd>Pb;果樹類：Cd>Zn>Pb;新鮮蔬菜類：Cd>Zn>Pb;堅果類：Cd>Zn>Pb;塊根類：Cd>Zn>Pb;整體上看，農作物對重金屬的富集情況與重金屬在土壤中富集情況相同，都是對Cd的富集能力最強。

2.3.3 同一作物富集情況 選取的28個農作物樣本對Pb、Zn、Cd3種重金屬的富集系數見表8，由表8可以看出，同一種作物對不同的重金屬富集能力存在差異，對不同品種農作物的Pb、Zn、Cd富集系數取平均值，其中Cd富集系數最大，為0.0508;Zn富集系數次之，為0.0214;Pb富集系數最小，為0.00145。對于大多數農作物，對Cd的富集能力最強，Zn次之，Pb最弱。

2.3.4 同一作物不同部位富集情況 研究所選取的地點為某礦山區，種植作物以果樹類型居多，在研究同一作物不同部位重金屬富集情況時，選取了6中果樹類農作物，2種蔬菜類農作物作為試驗對象，分別采集了這8中農作物的可食用部分和枝干部分，將兩者的重金屬含量進行對比，分析同種作物不同部位對重金屬的吸收效應，結果見表9。

由表9可知，通常情況下農作物的枝干部分重金屬含量大于可食用部分，枝干部分更容易富集重金屬，果樹類作物中，會出現可食用部分未檢出重金屬的現象，分析原因可能由于果樹類從根部到可食用部分，重金屬的傳遞吸收途徑比較長，需要較長的富集時間，因此本次采樣檢測的結果會受到果樹生長年數的影響，生長年數越長，可食用部分檢測出的重金屬含量的可能性越大。芭蕉對重金屬Zn的富集中，可食用部分的含量更大，分析原因可能受采樣時間的影響，不同的作物在不同的生長階段，不同的器官對不同重金屬的吸收能力會有差別[8]。

3 結論

（1）本次調查研究區域，3種重金屬的含量Zn>Pb>Cd，該地區以重金屬Zn污染為主。此外，土壤重金屬含量受地表環境影響較大，不同深度的土壤重金屬元素含量存在明顯差異，可根據含量分布特點選擇不同種類的作物進行修復和耕種。

（2）調查區域的表層土壤、中層土壤、深層土壤內梅羅綜合指數分別為39.32、28.0、17.32，均為重度污染，污染程度排序為表層>中層>深層。

（3）調查區域所種植的五類農作物，整體上對重金屬的富集能力為塊根類>新鮮蔬菜類>堅果類>谷物類≈果樹類。

（4）調查區域的農作物對Cd的富集能力最強，并且作物枝干部分的金屬含量普遍大于可食用部分，枝干部分更容易富集重金屬。

參考文獻

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（責編：王慧晴）