徽縣鉛鋅冶煉廠周邊土壤中鉛污染縱向分布研究(圖文)
導(dǎo)讀：本文選取甘肅徵縣某有色金屬冶煉廠(其周圍目前大部范圍尚為農(nóng)田或林地)為研究對(duì)象，采集多個(gè)土壤剖面樣品，通過(guò)對(duì)其中的鉛污染研究探索重金屬污染縱向分布特征，為因地制宜地防治土壤重金屬環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。土壤剖面垂直方向上：在土壤剖面上進(jìn)行連續(xù)水平分層采樣,從地表向下每10cm采集1個(gè)樣品，每個(gè)剖面共采集3-10個(gè)樣品。冶煉廠周圍土壤剖面上重金屬Pb的分布如圖2所示。
關(guān)鍵詞：鉛，剖面，分布
土壤作為一個(gè)十分復(fù)雜的多相體系和動(dòng)態(tài)開(kāi)放體系，固相中大量粘土礦物、有機(jī)質(zhì)、金屬氧化物等能吸持進(jìn)入其內(nèi)部的各種污染物特別是重金屬元素[1]。研究成果表明，重金屬元素一旦進(jìn)人土壤后很難在生物物質(zhì)循環(huán)和能量交換過(guò)程中分解，往往在土壤中不斷地進(jìn)行累積[2-9]。當(dāng)其積累量超過(guò)土壤承受能力或土壤容量時(shí)，就會(huì)對(duì)作物和人體產(chǎn)生危害[5,7]。
通常認(rèn)為，重金屬主要在土壤0~20cm的表層積累，其縱向遷移趨勢(shì)不明顯[10,15]。但通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，得知在平原地區(qū)表層耕作土壤重金屬輸出主要有作物吸收、滲漏水帶走、向下層遷移3 大項(xiàng) [8]。 阮心玲等通過(guò)對(duì)江蘇某鋼鐵廠周邊3 種不同利用類型土壤進(jìn)行垂直方向的采樣分析，發(fā)現(xiàn)重金屬即使只是受大氣干濕沉降影響、濃度很低的情形下，仍然能夠觀察到遷移現(xiàn)象[12]。Sterckeman等采用選取發(fā)生層采樣的方法研究了法國(guó)北部的Pb、Zn冶煉廠周圍的土壤剖面的Pb、Zn、Cd 的分布，得出不同剖面元素遷移的大致距離[13]。
本文選取甘肅徵縣某有色金屬冶煉廠(其周圍目前大部范圍尚為農(nóng)田或林地)為研究對(duì)象，采集多個(gè)土壤剖面樣品，通過(guò)對(duì)其中的鉛污染研究探索重金屬污染縱向分布特征，為因地制宜地防治土壤重金屬環(huán)境污染提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
研究區(qū)所在的徽縣地處甘肅省東南部，秦嶺山脈南麓，屬長(zhǎng)江上游嘉陵江水系，轄區(qū)總面積2772km2。大全。全縣海拔704～2504m，地形地貌復(fù)雜，相對(duì)高差較大;全縣地處亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡氣候帶，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)，多年平均氣溫12℃，多年年平均降水量745.8mm，多集中在夏、秋兩季。大全。土壤以褐土為主，其次分布有棕壤、草甸土等。主要作物為玉米、大豆和辣椒。
縣域境內(nèi)目前已發(fā)現(xiàn)有鉛、鋅、鐵、金等22種礦產(chǎn)資源，尤其是經(jīng)過(guò)徽縣的西徽成鉛鋅礦帶，綿延300多公里，是全國(guó)第二大鉛鋅礦帶。采樣區(qū)位于縣城南部某鉛鋅冶煉廠周圍，受地形地貌影響，區(qū)內(nèi)耕地多為旱地。該冶煉廠1996 年開(kāi)始建廠，采用燒結(jié)鍋工藝生產(chǎn)鉛產(chǎn)品，廠區(qū)年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，排放的廢水水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭。采集的土壤樣品以砂質(zhì)或粉砂質(zhì)壤土居多，絕大多數(shù)土壤呈微堿性，有機(jī)質(zhì)含量0.30%-4.69%。樣品理化性質(zhì)見(jiàn)表1。
1.2 土壤樣品的采集
以冶煉廠煙囪為中心，避開(kāi)居民區(qū)，選取了受人為活動(dòng)干擾相對(duì)較少的20個(gè)土壤采樣點(diǎn)。土壤剖面垂直方向上：在土壤剖面上進(jìn)行連續(xù)水平分層采樣,從地表向下每10cm采集1個(gè)樣品，每個(gè)剖面共采集3-10個(gè)樣品。土壤樣品用聚乙烯袋盛裝帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)自然風(fēng)干后，四分法取出部分土樣木棒碾碎使全部通過(guò)2mm篩，再用瑪瑙研缽研磨，使其全部通過(guò)100目尼龍篩，混勻后裝袋備用。
1.3 樣品的測(cè)定
土壤中的粒度采用英國(guó)Malvern公司生產(chǎn)的Master-sizer.激光粒度儀測(cè)定①;土壤pH值以水土比1：1的比例，采用PHS-3C數(shù)顯酸度計(jì)測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[11]。土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。大全。土壤中的鉛含量采用HNO3-HF-HClO4 消解[14]，火焰原子吸收法測(cè)定。鉛含量見(jiàn)表2。
表1 樣點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)
| 剖面名稱 | pH值 | 有機(jī)質(zhì)% | 機(jī)械組成% | |||
| >0.02 mm | 0.02～0.002 mm | 〈0.002mm | 〈0.001mm | |||
| T1 | 7.86～8.13 | 0.39～1.47 | 55.22～82.20 | 15.00～32.49 | 2.79～9.89 | 1.21～4.04 |
| T2 | 7.86～8.23 | 0.30～1.47 | 52.74～82.03 | 15.22～36.53 | 2.75～10.93 | 1.01～4.52 |
| T3 | 6.45～7.87 | 0.43～1.68 | 43.09～68.60 | 24.99～46.24 | 5.56～11.25 | 2.70～4.68 |
| t1 | 7.83～8.04 | 0.68～1.37 | 64.42～79.28 | 17.88～30.64 | 2.84～4.94 | 1.13～2.06 |
| t2 | 7.6～7.99 | 0.65～1.95 | 53.09～60.32 | 33.70～39.62 | 5.98～6.95 | 2.42～2.84 |
| t3 | 7.42～8.06 | 0.56～2.85 | 53.65～67.34 | 27.55～39.20 | 5.10～7.16 | 2.07～3.01 |
| t4 | 7.63～8.02 | 0.31～1.77 | 56.44～80.49 | 16.55～38.24 | 2.96～6.12 | 1.25～2.50 |
| t5 | 7.88～8.02 | 0.66～1.22 | 67.65～79.79 | 17.24～27.99 | 2.97～4.37 | 1.17～1.75 |
| t6 | 6.43～6.94 | 0.73～1.40 | 40.89～43.27 | 50.03～53.38 | 5.73～8.10 | 1.98～3.16 |
| t7 | 6.85～7.75 | 0.78～1.44 | 41.76～43.59 | 48.85～50.76 | 6.96～7.56 | 2.64～2.92 |
| t8 | 7.74～7.86 | 1.12～2.94 | 40.82～71.41 | 24.51～50.49 | 4.08～8.69 | 1.62～3.53 |
| t9 | 7.67～7.93 | 0.50～1.10 | 42.64～73.98 | 22.59～49.10 | 3.43～8.48 | 1.4～3.50 |
| t10 | 7.54～8.08 | 0.39～1.02 | 56.14～77.93 | 18.36～36.98 | 3.71～6.88 | 1.64～2.80 |
| t11 | 6.5～6.87 | 0.41～0.91 | 36.53～41.39 | 51.46～56.40 | 6.99～8.65 | 2.49～3.19 |
| t12 | 7.74～7.76 | 1.10～1.50 | 63.67～66.15 | 28.25～29.90 | 5.60～6.43 | 2.59～2.85 |
| t13 | 7.21～7.56 | 1.03～1.62 | 51.41～56.42 | 35.61～39.89 | 7.97～8.70 | 3.53～3.86 |
| t14 | 6.75～7.15 | 0.82～1.22 | 56.85～86.76 | 11.20～35.82 | 2.04～7.33 | 0.77～3.12 |
| t15 | 7.25～7.43 | 1.55～1.84 | 53.75～54.85 | 37.33～7.92 | 7.83～8.33 | 3.47～3.53 |
| t16 | 7.35～7.54 | 1.19～1.79 | 57.05～68.27 | 25.62～34.97 | 6.11～7.99 | 2.88～3.62 |
| t17 | 6.41～6.69 | 1.88～4.69 | 53.56～56.19 | 35.34～38.53 | 7.91～8.47 | 3.38～3.75 |
表2 樣品鉛含量與背景值(mg·Kg-1)比較
| 項(xiàng)目 | Pb |
| 含量范圍 | 81.25～3396 |
| 平均值 | 253.96 |
| 標(biāo)準(zhǔn)差S | 444.07 |
| 甘肅省土壤背景值 | 68.5 |
| 國(guó)家土壤背景值（2級(jí)） | 300 |
1.4 數(shù)據(jù)處理
實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)，利用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理;利用SPSS13.0 for window 軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 鉛在土壤剖面上的分布
冶煉廠周圍土壤剖面上重金屬Pb的分布如圖2所示。通過(guò)圖2可以看出鉛在各剖面中的分布具有不同的特征。
0-100cm剖面(T1-T3)0-50cm剖面(t1-t11) 0-30cm剖面(t12-t17)
圖2 冶煉廠周圍土壤剖面的Pb分布
①通過(guò)分析上面的剖面重金屬含量的分布，發(fā)現(xiàn)Pb元素上層含量均較甘肅省背景值高，9個(gè)剖面0-20 cm的土壤中Pb含量超過(guò)國(guó)家土壤背景值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)，表層鉛含量最高達(dá)3396mg·Kg-1，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)6.79倍，表明該區(qū)域土壤已受不同程度的污染。
②Pb在剖面的最上層含量最高,在土壤表層下面一定范圍內(nèi)的土層中含量逐漸降低。在0～30cm 的土壤中, Pb含量隨剖面深度的增加，含量分布變化明顯。在30cm以下的土層中Pb含量相對(duì)穩(wěn)定,變化較小。上層含量高的原因可能一是表層污染隨時(shí)間的逐漸加強(qiáng), 在機(jī)械截留、膠體吸附等作用下，鉛在土壤表層積累量大，導(dǎo)致土壤表層鉛元素含量增高;二是說(shuō)明在溶質(zhì)運(yùn)移的作用下土壤中鉛向下遷移[12]。
③隨距污染源距離遠(yuǎn)近，表層Pb含量差異較大。表明冶煉活動(dòng)造成的重金屬污染環(huán)境程度與距污染源距離密切相關(guān)。剖面0～30cm 的土壤中Pb含量迅速降低，表明大部分污染物集中在上層20-30cm。
⑤Pb最高值出現(xiàn)在t8剖面上層，除該點(diǎn)距污染源較近外，還與其土壤質(zhì)地多為壤土有關(guān)。t6及t11剖面上層與下層含量差距相對(duì)較小，可能與其pH值較其它剖面低有關(guān)，其因?yàn)樗嵝栽綇?qiáng)，Pb淋失率越大。
2.2鉛含量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性
表3鉛與理化性質(zhì)相關(guān)系數(shù)表(n=103)
| 項(xiàng)目 | Pb | pH | 有機(jī)質(zhì) | 〈0.001粘粒含量 |
| Pb | 1 | |||
| pH | -0.08 | 1 | ||
| 有機(jī)質(zhì) | 0.625** | -0.377** | 1 | |
| 〈0.001粘粒含量 | 0.148 | -0.240* | 0.375** | 1 |
注：**99%的顯著性水平, *95%的顯著性水平
土壤是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜的三相體系，元素在土壤中的自然含量、存在狀態(tài)、遷移活化規(guī)律受各種物質(zhì)組成特征和物理化學(xué)條件的影響和制約[16]。其中，元素在土壤中的存在形式和有效性與土壤酸堿性(pH值)、有機(jī)質(zhì)含量等參數(shù)有密切相關(guān)。Pb與有機(jī)質(zhì)極顯著相關(guān)，說(shuō)明土壤中有機(jī)質(zhì)對(duì)鉛有較強(qiáng)的吸附能力。
3 結(jié)論
(1)研究區(qū)域土壤已受不同程度的污染。其中9個(gè)剖面0-20 cm的土壤中Pb含量超過(guò)國(guó)家土壤背景值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)，表層鉛含量最高達(dá)3396mg·Kg-1，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)6.79倍，污染程度十分嚴(yán)重。
(2)Pb在剖面的最上層含量最高,主要集中在0～30 cm 土層內(nèi)，在土壤表層下面一定范圍內(nèi)的土層中Pb含量逐漸降低。在0～30cm 的土壤中, Pb含量隨剖面深度的增加,含量分布變化明顯。
(3)各剖面不同深度上,鉛含量隨土壤理化性質(zhì)不同而有明顯不同。Pb與有機(jī)質(zhì)極顯著相關(guān)，說(shuō)明土壤中有機(jī)質(zhì)對(duì)鉛有較強(qiáng)的吸附能力。
注：①由中國(guó)海洋地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。
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