某煤矸石山周邊土壤和農作物中Ni的分布特征研究*

李香梅 陳宏貴 李 爍 李書欽3

（1．中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2．國家環境保護礦山固體廢物處理與處置工程技術中心）

Ni是植物生長所必需的元素之一，但土壤中的Ni過量會對植物造成傷害［1-4］。煤礦資源中普遍富含Ni元素，在其開采、洗選、儲存、運輸過程中會釋放Ni元素到周邊環境中［5-6］，堆積在地表的煤矸石經風化、淋溶等作用，會釋放Ni到周邊環境中［7］，從而造成Ni污染。陳霖等［8］認為，過量的Ni會導致菹草體內MDA含量上升，膜脂過氧化程度加深，影響鳥氨酸代謝。Kerstin等［9］在對天藍遏藍菜施加Ni多代培養后發現，Ni離子會取代天藍遏藍菜氧化酶中的鋅離子，導致天藍遏藍菜變異，使得對Ni的富集量增加。吳洋等［10］在對都安瑤族自治縣農田土壤的調查中，發現126個耕地土壤樣本Ni的超標率為34.9%。于洋等［11］的研究表明，西江流域土壤Ni的背景值為25.60 mg/kg，基線值為156.00 mg/kg，不同土地利用類型的土壤Ni含量表現為礦區最高，水田次之，旱地最低，分別達42.50、28.70和22.70 mg/kg。這些高Ni土壤對生活在該區域的人和牲畜造成了相當的危害。

本研究以淮南某煤矸石山周邊的自然狀態土壤及作物為對象，通過分析Ni元素的分布，分析了Ni對煤矸石山周邊土壤的污染情況，及其在植物（黃豆）中的遷移、積累情況，以便為煤矸石堆周圍環境的保護、作物的種植和處理等提供理論依據。

1 樣品的采集、處理與分析

1.1 樣品采集

本煤矸石山所在區域的土壤主要為棕壤，主要農作物為黃豆。矸石樣分別取自矸石山頂、腰、底，每個樣點按表層（0～20 cm）和深層（20～40 cm）進行采集。土壤樣取自煤矸石堆周邊農田，樣點距矸石山分別50、200、500、700 m，采樣點分4條樣線，對照農田土樣取自安徽理工大學附近農田，每個樣點按表層（0～20 cm）和深層（20～40 cm）進行采集。

植物樣即為礦區周圍的黃豆樣，以梅花形5點取樣。

1.2 樣品的處理與分析

土壤樣及矸石樣的處理參照文獻［12］中的方法進行。植物樣根、莖、葉、殼、籽的處理參照文獻［13］中的方法進行。

Ni濃度的測定采用AAS（TAS北京普析），以國家土壤標樣（GSS-3）和植物標樣（GSV-2）為標準參考樣來評價分析精度。土壤總氮、總磷、總鉀和有機質含量，以及pH值、電導率的測試均按常規方法進行。

2 測試結果與分析

2.1 土壤、矸石理化性質

土壤、矸石理化性質分析結果見表1。

從表1可以看出，研究區pH值均明顯高于7，且均大于對照組農田，表明礦區土壤呈堿性，這是由于煤矸石中CaO、MgO、K2O、Na2O等的含量高于硫化物，煤矸石浸出物滲濾到礦區土壤中造成的。

2.2 土壤中Ni的分布

土壤中Ni的分布情況見表2。

注：表中數據結構為“平均值±標準差”。

由表2可以看出，礦區農田土壤Ni含量均低于土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準，礦區農田土壤Ni含量較高，為33.535～35.272 mg/kg，比淮南市土壤背景值高30.28%～37.03%，表明礦區農田土壤出現了不同程度的Ni積累；矸石山頂部和中部Ni含量均低于淮南市土壤背景值，底部Ni含量略高于淮南市土壤背景值，但均小于礦區農田Ni含量；矸石山中部Ni含量低于頂部和底部，而頂部和底部的表層、深層Ni含量相差不大，中部深層比表層高4.05 mg/kg，這是由于采樣區中部處于迎風面，矸石山表層易受到風力侵蝕和雨水侵蝕；礦區農田表層土壤Ni含量高于矸石山表層Ni含量，這主要與煤矸石山產生的粉塵顆粒物隨大氣遷移及滲濾液污染有關。

2.3 黃豆植株中Ni的分布

富集系數是植物地上部分和土壤中重金屬含量的比值，是評價植物富集重金屬能力的指標之一［14］。Ni在干黃豆植株的根、莖、葉、殼、籽中的分布見表3，富集系數見表4。

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由表4可以看出，Ni在干黃豆根、莖、葉、殼、籽中的富集系數均遠小于1，說明黃豆對Ni的富集能力較弱；Ni在莖中富集系數最小，說明莖部富集Ni能力最弱；黃豆各器官富集Ni的能力從大到小的順序為籽、葉、根、殼、莖；干黃豆籽實中Ni含量超食品安全國家標準食品中污染物限值3.99倍［15］。

3 結論

（1）某煤矸石山及周邊土壤呈堿性，土壤中Ni含量均低于土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準，礦區農田土壤Ni含量較高，為33.535～35.272 mg/kg，高于淮南市土壤背景值30.28%～37.03%。

（2）矸石山中部深層Ni含量比表層高4.05 mg/kg，主要是由于采樣區中部處于迎風面，矸石山表層易受到風力侵蝕和雨水侵蝕；礦區農田土壤Ni含量約為背景值的1.37倍，表明Ni元素在礦區農田有富集。

（3）煤矸石山的粉塵顆粒物隨大氣遷移及滲濾液污染是造成礦區農田表層土壤Ni含量高于矸石山表層的主要原因。

（4）干黃豆籽實中Ni含量超食品安全國家標準食品中污染物限值3.99倍，黃豆各器官富集Ni的能力從大到小的順序為籽、葉、根、殼、莖。