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(huán)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(huán)境中［5-6］，堆積在地表的煤矸石經(jīng)風化、淋溶等作用，會釋放Ni到周邊環(huán)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(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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(xiàn)為礦區(qū)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(qū)域的人和牲畜造成了相當?shù)奈：Α?/p>

本研究以淮南某煤矸石山周邊的自然狀態(tài)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(huán)境的保護、作物的種植和處理等提供理論依據(jù)。

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(qū)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(qū)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(guī)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(qū)pH值均明顯高于7，且均大于對照組農田，表明礦區(qū)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(qū)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(shù)據(jù)結構為“平均值±標準差”。

由表2可以看出，礦區(qū)農田土壤Ni含量均低于土壤環(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準，礦區(qū)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(qū)農田土壤出現(xiàn)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(qū)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(qū)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(qū)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(chǎn)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(huán)境質量農用地土壤污染風險管控標準，礦區(qū)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(qū)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(qū)農田土壤Ni含量約為背景值的1.37倍，表明Ni元素在礦區(qū)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(qū)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。