錫冶煉廠(chǎng)周邊果園土壤和果樹(shù)重金屬污染研究

楊中雄，吳桂容，曲芬霞，陳春嵐，唐 政，劉玉清

（1.廣西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；2.賀州市環(huán)保局監(jiān)測(cè)站，廣西 賀州 542800；3.賀州學(xué)院化學(xué)與生物工程系，廣西 賀州 542800）

土壤是一個(gè)國(guó)家最重要的自然資源。近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)“三廢”排放、城鎮(zhèn)垃圾處理不當(dāng)、農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入量增加等，都導(dǎo)致Cd、Hg、Pb、As、Cr等強(qiáng)毒害作用的重金屬在某些地區(qū)成為對(duì)土壤危害最嚴(yán)重的污染物之一[1-7]。目前，工廠(chǎng)在生產(chǎn)中將大量含重金屬物質(zhì)的工業(yè)廢氣排入大氣，將工業(yè)廢水、廢渣排入河道，大氣中的重金屬沉降至土壤，河底底泥遷移至表土，都會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬含量的超標(biāo)[8]。由于重金屬進(jìn)入土壤后，通過(guò)溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等反應(yīng)，形成不同的化學(xué)形態(tài)，表現(xiàn)出不同程度的毒性[9]，對(duì)人的身體造成很大的危害，因此重金屬污染一直是研究的熱點(diǎn)[10-11]。

本研究中的冶煉廠(chǎng)位于桂東北，以加工Sn產(chǎn)品為主。該廠(chǎng)由點(diǎn)源和面源向空氣中排放的主要污染物是SO2、氟化物及粉塵，周邊的大量果園是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，冶煉廠(chǎng)排出的廢渣和廢氣中含有的重金屬可能直接影響到該區(qū)域的土壤和果樹(shù)生長(zhǎng)。筆者通過(guò)對(duì)冶煉廠(chǎng)周邊果園土壤及果樹(shù)葉片重金屬污染特性進(jìn)行研究，以期為該區(qū)土壤重金屬污染的防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 取樣方法

一般冶煉廠(chǎng)對(duì)土壤造成重金屬污染的主要途徑是以細(xì)礦石顆粒、氧化物氣溶膠顆粒形式通過(guò)大氣遷移、沉降進(jìn)入土壤，以及通過(guò)污水排放，固體廢棄物的不合理堆放等污染周邊環(huán)境。經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查研究，綜合考慮重金屬可能的污染途徑、地方常年主導(dǎo)風(fēng)向等因素，共選取具有代表性的8個(gè)果園作為土壤及植物采樣點(diǎn)，對(duì)選定的果園進(jìn)行采樣，每個(gè)采樣區(qū)按Z型設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)。

1.1.1 土壤樣品 該地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，夏季風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，采樣果園分別以1#～7#和對(duì)照CK表示，果園依次位于該冶煉廠(chǎng)的東、東北、北、北、西、南、南、南方向（1#位于主導(dǎo)風(fēng)下方向，5#為夏季風(fēng)下風(fēng)向），距該冶煉廠(chǎng)的距離分別為380、370、600、900、550、1 400、5 000 和 10 000 m。使用竹簽采集，均勻混合后，再按四分法除去多余部分，保證其代表性。土壤取樣深度為0～30 cm，樣品重量為1 kg。風(fēng)干后過(guò)18目和100目標(biāo)準(zhǔn)篩，備用。土壤用HNO3-HClO4-H2O2消化，采用原子吸收光譜法測(cè)定 Pb、Cd、As和 Sn[12]。

1.1.2 植物樣品 每個(gè)采樣點(diǎn)選柑橘4棵，每棵樹(shù)按東、西、南、北4個(gè)方向采集春梢營(yíng)養(yǎng)枝從頂端往下第3位葉（帶葉柄）。用去離子水洗凈后，殺青、烘干、粉碎后過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)篩，HNO3-H2O2消化，測(cè)定方法及項(xiàng)目同土樣。

1.2 重金屬污染評(píng)價(jià)方法及判斷依據(jù)

該研究采用單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)樣品進(jìn)行分析[13]：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為土壤中元素i的污染指數(shù)；Ci為土壤中元素i的實(shí)測(cè)值（mg/kg）；Si為土壤中元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg）。一般Pi≤1表示未污染，Pi>1表示已污染，13表示重度污染，Pi越大表明污染越嚴(yán)重[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差及相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量

冶煉廠(chǎng)周?chē)麍@土壤的重金屬含量見(jiàn)表1。土壤中 Pb、Cd、As、Sn 含量范圍分別為 16.60～46.60、0.03～0.11、15.00～46.30、0.65～6.28 mg/kg，平均值分別為 28.94、0.07、30.57、2.87 mg/kg。Pb、As、Sn 3 種重金屬的平均含量都高于對(duì)照，Cd的含量接近對(duì)照值。4種重金屬在土壤中含量順序?yàn)锳s＞Pb＞Sn＞Cd。方差分析表明，1#、2#、3#土壤中Pb含量與對(duì)照差異顯著（p<0.05）；1#、2#、3#、4#、5# 土壤中 As含量與對(duì)照差異顯著（p<0.05）；1#、2#、3#、4#、5#、7#土壤中Sn含量與對(duì)照差異顯著（p<0.05）。6#、7#果園除Sn比對(duì)照高之外，其他重金屬含量與對(duì)照均無(wú)顯著差異。2#、3#樣點(diǎn)未在主導(dǎo)風(fēng)下風(fēng)向，但離冶煉廠(chǎng)較近，As、Pb、Sn含量也顯著高于對(duì)照。由此可見(jiàn)，果園土壤中Pb、As、Sn的累積與風(fēng)向及距離有關(guān)，但3種重金屬的累積分布有差異，可能與周邊其他工廠(chǎng)的大氣排放有關(guān)。

表1 土壤重金屬的含量 （mg/kg）

2.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

由表2可知，7個(gè)果園土壤中Pb、Cd的單項(xiàng)污染指數(shù)均低于1，說(shuō)明沒(méi)有污染。Sn含量無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以不進(jìn)行單項(xiàng)污染指數(shù)分析，參照文獻(xiàn)[15]，各樣地土壤Sn含量在耕地正常的含量范圍內(nèi)。As含量較高，其中1#、3#、5#超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，單項(xiàng)污染指數(shù)分別為1.07、1.16、1.03，且顯著高于對(duì)照。對(duì)大氣取樣監(jiān)測(cè)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外判定異常污染因子方法，調(diào)查區(qū)域30%監(jiān)測(cè)點(diǎn)的單項(xiàng)污染指數(shù)值Pi大于0.3，即有30%監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)濃度達(dá)到國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)值30%以上，則可判定為異常污染因子。分析結(jié)果顯示，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位Pb、Cd的Pi值均低，僅As的污染指數(shù)較高，周邊果園As污染來(lái)自大氣污染，該冶煉廠(chǎng)是來(lái)源之一。

表2 土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)

2.3 土壤重金屬間相關(guān)性分析

土壤重金屬含量的相關(guān)分析結(jié)果顯示，其中As與Pb呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.766；Sn與Pb、As分別呈極顯著、顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.874、0.811。冶煉廠(chǎng)周邊果園土壤中Pb、As、Sn 3種重金屬有積累趨勢(shì)，它們相關(guān)性較好，是潛在的污染物，為將來(lái)監(jiān)測(cè)的主要重金屬。Cd與其他3種重金屬無(wú)相關(guān)性，且含量很低，不是主要污染物。

2.4 植物葉片重金屬含量

果園中柑橘葉片的重金屬含量如表3所示。1#、2#、3#、5# 的 As 含量分別為 1.43、4.80、1.76、2.47 mg/kg，與對(duì)照間差異顯著（p<0.05）；1#、2#、5#的 Pb 含量分別為 0.66、0.73、1.09 mg/kg，顯著高于對(duì)照（p<0.05）；1#、2#、5# 的 Cd 含量分別為 0.14、0.40、0.33 mg/kg，顯著高于對(duì)照（p<0.05）。柑橘葉片中Cd含量比土壤中高，表明植物對(duì)Cd有較強(qiáng)的富集作用，與張虹等研究結(jié)果一致[16]；1#、2#、3#、5#的 Sn 含量分別為 0.91、1.03、0.80、0.80 mg/kg，顯著高于對(duì)照（p<0.05）。柑橘葉中重金屬含量大小順序?yàn)?As＞Sn＞Pb＞Cd，說(shuō)明柑橘對(duì) Sn 的吸收、累積能力大于Pb。

表3 柑橘葉片重金屬含量 （mg/kg）

主要污染物As的污染指數(shù)與相應(yīng)樣點(diǎn)柑橘葉片的As含量比較表明，處于冶煉廠(chǎng)大氣排放下風(fēng)向及近廠(chǎng)的柑橘葉片中的As含量較其他重金屬含量高，As為主要重金屬污染物。

3 小結(jié)與討論

植物在受污染的土壤中生長(zhǎng)，部分重金屬會(huì)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，而后通過(guò)食物鏈渠道進(jìn)入人體，當(dāng)重金屬在人體內(nèi)的含量達(dá)到一定程度后便會(huì)危害人體健康[17-18]。該冶煉廠(chǎng)周邊土壤、柑橘葉片重金屬含量從高到低的順序分別為As＞Pb＞Sn＞Cd和As＞Sn＞Pb＞Cd，冶煉廠(chǎng)風(fēng)下風(fēng)向或近廠(chǎng)區(qū)土壤及柑橘葉片的As、Pb、Sn含量均顯著高于對(duì)照，其中土壤As含量顯著高于其他樣點(diǎn)，超過(guò)國(guó)家第二類(lèi)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為輕度污染；土壤及果樹(shù)葉中的As污染主要來(lái)自大氣污染，As是今后環(huán)境監(jiān)控重點(diǎn)。土壤Pb、Sn含量高于對(duì)照，有累積趨勢(shì)，但符合國(guó)家第二類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。Cd含量與對(duì)照點(diǎn)相近，無(wú)累積現(xiàn)象。

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