某鋼廠周邊土壤重金屬與磁化率分布規(guī)律及情況監(jiān)測

王 琦

（忻州市環(huán)境監(jiān)測站， 山西 忻州 034000）

在社會經(jīng)濟發(fā)展的過程中，鋼廠在發(fā)展的同時也會產(chǎn)生很多的重金屬污染物，重金屬污染在鋼鐵廠以及周圍的區(qū)域都產(chǎn)生了重要的影響，尤其是引起了全世界的關(guān)注。重金屬污染中存在磁性礦物，所以需要進(jìn)行深入分析。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文結(jié)合某鋼鐵廠及周圍地區(qū)進(jìn)行了研究，此廠建成于1958年，占地1.32 km2，主要包含了采礦、煉鐵、煉鋼等工藝配套，屬于一個大型的鋼鐵聯(lián)合型企業(yè)。在研究區(qū)中，不僅有鋼鐵廠、煤廠，還包含了此外的農(nóng)田土壤。根據(jù)這些廠區(qū)的特點，其污染比較嚴(yán)重，尤其是污染源十分復(fù)雜。鋼鐵廠周圍的區(qū)域主要是農(nóng)田，而且以玉米、小麥等農(nóng)作物為主，容易受到重金屬污染而減產(chǎn)。研究區(qū)處于半干旱以及半濕潤的季風(fēng)氣候區(qū)，總體特征是溫帶大陸性氣候，其土壤類型為褐土。地形屬于四周環(huán)山，中間為平川。這種地形條件造成了污染物擴散困難的局面，所以此地的污染十分嚴(yán)重。這一城市的礦產(chǎn)資源比較豐富，成為此地的一種能源特征，屬于山西省能源以及工業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的重要部分，該市的經(jīng)濟支柱主要是煤、焦、鐵等。

1.2 土壤樣品采集

在鋼鐵廠的內(nèi)部，需要對其功能的分區(qū)以及污染情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，因此本次研究主要從40個樣點采集了土壤。在鋼鐵廠周邊的農(nóng)田，采集了46個土壤樣品，主要的依據(jù)是將鋼鐵廠作為中心，在北、東、南以及東南和西北幾個方向上，按照50 m為變程布設(shè)樣點，剖面土壤主要使用的連續(xù)刻槽取樣法。在采樣的過程中，一共采集了90個土壤樣品，可以使用GPS定位，將樣品裝入塑料自封袋并且?guī)Щ貙嶒炇遥⑶沂蛊渥匀伙L(fēng)干，碾磨之后備用[1]。

1.3 分析測定的方法

土壤磁化率的測定使用Bartington MS2型磁化儀，土壤樣品主要是在低頻以及高頻的測長中進(jìn)行測定，計算樣品的頻率磁化率（Xfd），其公式為Xfd=（Xlf－Xhf）×100/Xlf，式中Xlf、Xhf主要代表的是低頻和高頻磁化率，測量相對誤差小于0.3%，單位10-8m3/kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計以及相關(guān)性分析。使用Arcgis進(jìn)行重金屬污染與磁化率空間分布圖的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋼鐵廠周邊重金屬元素含量

在研究的過程中，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的重金屬含量較高，如下頁表1所示，其中有7種重金屬已經(jīng)超出了山西省的環(huán)境背景值，其中的Pd和Cr的超標(biāo)了高達(dá)90%以上，1≤Igeo＜2，處于中度污染水平，Cd、Cu、Mn 的超標(biāo)率在 70%之上，0≤Igeo＜1，表示重金屬元素雖然有所積累，不過污染不嚴(yán)重。目前的Zn以及Ni還沒有受到過多的影響，根據(jù)變異系數(shù)進(jìn)行分析，此廠區(qū)內(nèi)的7種重金屬元素的變異系數(shù)不大，在0.23～0.46的范圍內(nèi)，屬于弱變異的范疇，由此可以見，此廠區(qū)的重金屬元素呈現(xiàn)的是狀或者是面源污染。

該區(qū)域的空間分布特征以及對重金屬均一化之后的分布特征十分明顯，如下頁圖1所示，在鋼鐵廠區(qū)內(nèi)部的焦化廠、煉鋼廠以及球團(tuán)廠等處的污染比較嚴(yán)重。其中主要的污染物是Pb以及Cu，在鋼鐵廠的東南部污染物為Cd以及Cr，在動力廠以及煤氣車間中的污染物是Cr以及Mn，在煉鐵廠的西南部以及加工廠和煤廠的西側(cè)，主要存在的污染物是Zn，而且污染程度不高。

表1 研究區(qū)土壤重金屬元素統(tǒng)計特征值

圖1 樣品磁化率隨深度變化的關(guān)系

2.2 土壤重金屬元素與磁化率之間的相關(guān)性

試驗證明，在研究剖面土壤樣品的時候，發(fā)現(xiàn)其Xlf比地表以下樣品的Xlf要高，而且與深度有著密切的關(guān)系，在深度下降之后，Xlf出現(xiàn)了突變的情況，這種變化情況具有規(guī)律性。重金屬Zn、Cu、Pd、Ni以及Mn的變化趨勢和突變深度與土壤側(cè)磁化率具有一致性。如圖1-3所示，為樣品磁化率隨深度變化的關(guān)系[3]。

此外，為了更加明確金屬元素與磁化率之間的關(guān)系，本文還對表層樣品重金屬含量以及磁化率進(jìn)行了相關(guān)性的分析，如表2所示。

表2 表層土壤重金屬與磁化率相關(guān)分析×10-8m3/kg

3 討論

3.1 表層土壤重金屬含量與磁化率值特征

研究表明，鋼鐵廠的土壤樣品Xlf值比一般的褐土Xlf值高，存在明顯的差距，因此可以說明在鋼鐵廠的重金屬污染區(qū)域具有這樣的特點，重金屬與磁化率存在相關(guān)性，而且磁化率的變異也是因為外部因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)，廠區(qū)周邊土壤Xlf明顯超過了一般的褐土磁化率值，因此可以明確污染物受到風(fēng)力的影響而造成了遷移，因此分布較為均勻。

3.2 重金屬含量和磁化率值的相關(guān)性分析

在對樣品中包含的重金屬元素以及磁化率分析之后，發(fā)現(xiàn)如果Pd含量超標(biāo)，鋼廠內(nèi)部的表層土壤Xlf和Zn、Cu就會呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，但是Xlf和重金屬元素Pd的相關(guān)性不明顯。廠區(qū)外部的土壤Xlf和Pd、Zn呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。

[1]陳亮，陳克龍，張志軍.青海湖周邊地區(qū)表土磁化率與土壤重金屬的相關(guān)性研究[J].中國人口·資源與環(huán)境，2017，27（S1）：51-54.

[2]錢鵬，董艷，戴兵.高校室內(nèi)降塵粒度、磁學(xué)特征與重金屬污染垂向分布特征[J].環(huán)境化學(xué)，2015，34（11）：2 067-2 076.

[3]陳軼楠，張永清，張希云，等.晉南某鋼廠周邊土壤重金屬與磁化率分布規(guī)律及其相關(guān)性研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（1）：85-91.