華東某鈾礦區(qū)土壤中重金屬鎘含量特征及污染評價

王一婷 劉平輝 張淑梅

摘要[目的]對華東某鈾礦區(qū)土壤中重金屬元素Cd含量進行評價研究。[方法]采用單因子污染指數(shù)法，對鈾礦區(qū)土壤重金屬鎘污染程度進行評價。[結(jié)果]所采樣品Cd含量范圍為0.05～1.81 mg/kg，采礦區(qū)與尾礦壩區(qū)所采土壤樣品污染程度較高； 正在開采礦區(qū)位置上游土壤中Cd含量高于下游， 采礦區(qū)沿運輸路線所采樣品含量偏高。單因子污染指數(shù)評價結(jié)果表明， 整個采樣區(qū)各區(qū)域土壤均受到重金屬Cd不同程度的污染， 對照區(qū)單因子污染指數(shù)評價結(jié)果最小。[結(jié)論]所采樣品均受到不同程度的鎘污染。各區(qū)域受污染程度大小依次為采礦區(qū)>整個礦區(qū)>尾礦壩>含礦未采區(qū)>對照區(qū)。

關(guān)鍵詞土壤；鎘含量；污染評價；鈾礦區(qū)；華東

中圖分類號S158.4文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）34-015-03

土壤作為環(huán)境的主要組成部分，不僅提供人類生存所需的各種營養(yǎng)物質(zhì)，而且接受來自工業(yè)和生活廢水、固體廢物、農(nóng)藥化肥及大氣降塵等物質(zhì)的污染[1]。我國土壤污染研究經(jīng)歷了兩個典型時期，即20世紀70年代主要研究了以農(nóng)藥為主的有機物造成的土壤污染、底泥重金屬污染和污灌對農(nóng)田系統(tǒng)帶來的影響；20世紀80年代國家組織全國范圍內(nèi)土壤背景值調(diào)查和環(huán)境容量研究等工作，這個時期的研究成果系統(tǒng)化、理論化，為土壤質(zhì)量評價、土壤污染控制奠定基礎(chǔ)[2]。礦山開發(fā)對區(qū)域環(huán)境影響的一個重要方面主要表現(xiàn)為對環(huán)境的污染，并且由此直接影響人們的生命健康安全[3]。土壤重金屬污染是不可逆的，一旦重金屬元素進入土壤環(huán)境，就很難消解或降低這些化合物對土壤結(jié)構(gòu)和功能的不利影響[4]。近年來，針對華東某鈾礦火山盆地深部鈾資源的研究和勘查已取得顯著進展，在一些勘探程度很高的地段已探獲一些新的富大鈾礦體，同時對一些基礎(chǔ)地質(zhì)問題提出新的認識[5]。我國對鈾礦開采后礦區(qū)的污染評價主要集中在放射性污染。礦山開采對環(huán)境的影響大。研究區(qū)開采后的廢水排放、廢渣露天堆放會對礦區(qū)土壤造成一定污染。在前人對該區(qū)研究的基礎(chǔ)上，筆者主要對華東某鈾礦區(qū)土壤重金屬鎘污染進行評價，為今后鈾礦區(qū)重金屬污染評價治理及生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

圖1研究區(qū)土壤取樣

1材料與方法

1.1樣品采集

將采樣區(qū)劃分為采礦區(qū)、含礦未采區(qū)與尾礦壩區(qū)（圖1）。樣品采集與文獻[6]相似但略有不同。采集0～20 cm表層土壤組樣品，將所采集樣品裝入樣品袋，用記號筆寫好標簽，使用GPS記錄采樣點坐標作為取樣的點位置，同時在記錄本上記錄各樣點取樣的詳細信息。

在整個研究區(qū)，共采集樣品230個，其中采礦區(qū)共采集樣品178個，含礦未采區(qū)共采集樣品45個，尾礦壩采集樣品7個，對照區(qū)（距離礦區(qū)60 km，遠離礦區(qū)，不受礦區(qū)水系、大氣、礦石運輸?shù)鹊挠绊懀┎杉瘶悠?個。

1.2樣品處理

將野外取得的土壤樣品在實驗室自然風(fēng)干，待土壤樣品干燥后將樣品研碎，去除砂石、植物根莖、蟲體、石子以及其他雜質(zhì)；然后，進行初步研磨，過60目篩送檢。測試前，采用四分法取樣適量，研磨至200目，備用。將試樣在60 ℃下干燥4 h后，準確稱取0.050 0 g試樣于聚四氟乙烯密封溶樣罐中，先用少量水潤濕，輕輕振動使樣品均勻，加入3 ml氫氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，蓋上專用溶樣罐蓋，在低溫電熱板上200 ℃加熱溶解24 h以上，打開溶樣罐，在低溫電熱板上加熱蒸至近干，視消解情況再次加入3 ml氫氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，重復(fù)上述消解過程，再次蒸至近干后加入1∶1硝酸3 ml，蓋上專用溶樣罐蓋，燜置一段時間以溶解可溶性殘渣。用濃度1%硝酸提取至50 ml容量瓶中，搖勻后在ICPMS上采用在線內(nèi)標（Rh）法進行測量，得到各樣品的測定結(jié)果。

1.3評價方法與標準

運用單因子污染指數(shù)評價法進行評價研究。評價方法選取的評價標準為國家土壤鎘背景值，國家土壤鎘環(huán)境背景值為0.074 mg/kg[7]。

單因子污染指數(shù)評價即對土壤樣品中的某一污染物的污染程度進行評價。單因子指數(shù)法是國內(nèi)通用的一種重金屬污染評價的方法， 是國內(nèi)評價土壤、水、大氣和河流沉積物重金屬污染的常用方法[8-9]。

Pi=Ci/S

式中，Pi為污染物單因子指數(shù)；Ci為實測濃度；S為土壤環(huán)境質(zhì)量標準。

Pi<1表示未受到污染；Pi >1表示受到污染；13為重度污染。

2結(jié)果與分析

2.1土壤中鎘元素含量特征

通過分析測試，所采集230個土壤樣品中Cd的含量范圍為0.05～1.81 mg/kg。超過江西省土壤背景值的樣品有226個，僅有4個樣品低于江西省土壤環(huán)境背景值；超過國家土壤背景值的樣品有228個，僅有2個樣品低于國家土壤背景值。土壤中Cd含量特征見表1。礦區(qū)共采土壤樣品230個。 Cd含量超過江西省土壤鎘元素背景值0.10 mg/kg的土壤樣品個數(shù)為226個，樣品個數(shù)占總樣品個數(shù)的98.26%；超過國家土壤鎘元素背景值0.074 mg/kg的樣品個數(shù)為228個，占總樣品個數(shù)比例的99.13%。對照區(qū)樣品中Cd含量均超過江西省土壤背景值與國家背景值，但與江西省土壤背景值差別不大。

礦區(qū)土壤中正在采礦區(qū)、尾礦壩土壤樣品中Cd的平均含量接近，含礦未采區(qū)與對照區(qū)土壤中Cd含量低于正在采礦區(qū)及尾礦壩區(qū)土壤中Cd含量。正在采礦區(qū)的6111附近兩個村土壤中Cd含量平均值分別為0.24、0.21 mg/kg，6122礦床下游村莊土壤中Cd平均含量0.18 mg/kg。從正在采礦區(qū)Cd含量平均值可以看出，土壤中Cd含量611礦床附近土壤中Cd含量>6111礦床附近土壤中Cd含量。

正在采礦區(qū)上游所采土壤樣品Cd含量偏高，平均值為0.20 mg/kg，正在開采礦床下游稍遠離開采區(qū)處所采樣品平均值為0.16 mg/kg；水系由開采礦床上游流向下游地區(qū)，上游地區(qū)土壤中Cd含量高于下游附近以及稍遠于正在采礦區(qū)下游的地區(qū)。結(jié)果表明，正在開采礦區(qū)6122礦床位置上游土壤中Cd含量高于下游， 上游與下游土壤中Cd含量平均值均高于江西省土壤背景值與國家背景值。采礦區(qū)沿運輸路線所采樣品含量偏高，平均含量為0.21 mg/kg，超過江西省背景值與國家背景值。在尾礦壩處所采樣品含量超過江西省土壤背景值與國家土壤背景值。

標準差與變異系數(shù)表征數(shù)據(jù)離散程度。變異系數(shù)大小依次為正在采礦區(qū)>整個礦區(qū)>尾礦壩>含礦未采區(qū)>對照區(qū)。變異系數(shù)越大，表明人為活動的干擾作用越強烈[10]。

2.2土壤中Cd單因子污染評價

由表2可知，整個礦區(qū)土壤中Cd污染程度為無污染到極重度污

染，各個區(qū)域單因子污染指數(shù)均大于1，整個礦區(qū)中采礦區(qū)與尾礦壩污染較嚴重，含礦未采區(qū)污染較輕。與對照區(qū)相比，整個礦區(qū)各個劃分區(qū)域單因子污染指數(shù)均大于對照區(qū)，對照區(qū)單因子污染指數(shù)最小。由此可知，整個采樣區(qū)各區(qū)域土壤均受到不同程度的重金屬Cd污染。

3結(jié)論與討論

土壤重金屬污染是礦區(qū)普遍存在的環(huán)境問題之一。重金屬Cd可對土壤構(gòu)成持久性污染，而Mo、Sn、Sb、U等重金屬的污染程度隨土壤風(fēng)化的進行因淋失而趨于降低[11]。研究表明，所采230個土壤樣品中Cd含量范圍為0.05～1.81 mg/kg，Cd含量在采礦區(qū)與尾礦壩較高。對華東某鈾礦區(qū)重金屬鎘污染評價表明，從單因子污染指數(shù)來看，整個礦區(qū)土壤污染程度為輕度—重度污染，采礦區(qū)為輕度～極重度污染，尾礦壩為中度～重度污染，含礦未采區(qū)則為無污染～中度污染，對照區(qū)則為輕度污染。各采樣區(qū)變異系數(shù)為10.53%～68.45%，說明礦區(qū)土壤污染受人為因素的影響較大。從綜合污染指數(shù)來看，整個礦區(qū)、采礦區(qū)、尾礦壩與含礦未采區(qū)均為重度污染，遠離礦區(qū)且不受采礦影響的對照區(qū)為輕度污染。采樣區(qū)農(nóng)田中種植水稻，土壤中Cd含量偏高與種植水稻中使用農(nóng)藥有關(guān)；礦石運輸路線中土壤Cd含量同樣偏高，與運輸中礦石廢渣、汽車尾氣的排出可能有一定關(guān)系。華東某鈾礦區(qū)污染程度依次為采礦區(qū)>整個礦區(qū)>尾礦壩>含礦未采區(qū)。

參考文獻

[1]

高太忠，李景印.土壤重金屬污染研究與治理現(xiàn)狀[J].土壤與環(huán)境， 1999， 8（2）：137-140.

[2] 溫志良，莫大倫.土壤污染研究現(xiàn)狀與趨勢[J].重慶環(huán)境科學(xué)， 2000，22（3）：55-57.

[3] 陳翠華，倪師軍，何彬彬，等.江西德興礦區(qū)土壤重金屬污染的富集因子分析[J].金屬礦山， 2005， 354（12）： 57-60.

[4] DONG J H，YU M，BIAN Z F，et al.The safety study of heavy metal pollution in wheat plantedin reclaimed soil of mining areas in Xuzhou， China[J].Environ Earth Sci，2012， 66：673-682.

[5] 張士紅，林子瑜.東相山鈾礦田航空能譜數(shù)據(jù)圖像處理與分析[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，35（2）：124-128.

[6] 黃玉溢，陳桂芬，熊柳梅，等.廣西稻田土壤重金屬污染評價[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（26）：10648-10649.

[7] 何紀力，徐光炎，朱惠民，等.江西省土壤環(huán)境背景值研究[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006：1-314.

[8] 宋偉，陳百明，劉琳.中國耕地土壤重金屬污染概況[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.

[9] 徐燕，李淑芹，郭書海，等.土壤重金屬污染評價方法的比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008，36（11）：4615-4617.

[10] 石平，王恩德，魏忠義，等.青城子鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬污染評價[J].金屬礦山，2010（4）：172-175.

[11] 彭渤，唐曉燕，余昌訓(xùn)，等.湘中HJC鈾礦區(qū)黑色頁巖土壤重金屬污染地球化學(xué)分析[J].地質(zhì)學(xué)報，2009，83（1）：89-105.