典型礦業(yè)城市土壤重金屬污染的垂直分布規(guī)律研究

曹羽飛　黃亞楠　丁九龍

摘 要：選取鎘、砷、鉻、鉛4種元素作為土壤污染特征因子。運(yùn)用原子吸收光譜儀、采用KI–MIBK萃取原子吸收分光光度法測定鎘（Cd）、鉛（Pb）濃度；運(yùn)用分光光度儀、采用二苯碳酰二肼分光光度法測定鉻（Cr）濃度；運(yùn)用原子熒光儀、采用原子熒光光度法測定砷（As）濃度。采用EXCEL軟件和SPSS統(tǒng)計軟件分析處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出該地區(qū)重金屬污染垂直分布規(guī)律。

關(guān)鍵詞：土壤污染 重金屬 垂直分布

中圖分類號：X825 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0107-01

1 研究背景

武安位于河北省南部，礦山資源有煤、鐵、大理石、鋁釩土等20余種，尤以煤鐵礦最為有名，為全國58個重點(diǎn)產(chǎn)煤縣（市）和全國四大富鐵礦基地之一。

該地礦產(chǎn)資源開發(fā)歷史悠久，近年以來政府采取措施進(jìn)行了礦業(yè)秩序的整頓，使礦業(yè)活動逐漸規(guī)范，然而環(huán)境問題依然存在。經(jīng)過前期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該市主要污染是礦業(yè)粉塵和交通揚(yáng)塵，以及工礦企業(yè)未經(jīng)處理的廢水，造成了土壤的重金屬污染，并通過降雨污染周圍耕地。該文重點(diǎn)研究武安市郊耕地土壤中重金屬污染的垂直分布規(guī)律并評價其污染程度。

2 研究過程

2.1 土壤重金屬污染特征因子的選擇

研究表明，對耕地土壤環(huán)境和動物及人體危害較大的具有顯著毒性重金屬主要有汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、銅（Cu）6種元素。該研究結(jié)合武安作為一個礦業(yè)城市，礦廠、鋼鐵、冶金企業(yè)眾多的實(shí)際情況，重點(diǎn)選取了排放量較多的鎘、砷、鉻、鉛4種元素作為土壤特征污染因子。

2.2 土壤采樣

該研究選取武安市康二城鎮(zhèn)、礦山鎮(zhèn)、上團(tuán)城鄉(xiāng)、北安樂鄉(xiāng)作為耕地土壤重金屬污染典型調(diào)查評價區(qū)。依據(jù)中華人民共和國農(nóng)業(yè)部《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（NY/T395—2000）和中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T166—2004）進(jìn)行土壤樣點(diǎn)布置與采樣。

土壤采樣采用多點(diǎn)采樣混合法，即每個土壤樣品采集點(diǎn)按10 m×10 m正方形4個定點(diǎn)和中心5個點(diǎn)各采集1kg樣品，均勻混合后用四分法從中選取1kg土壤作為混合樣品，裝入聚乙烯薄膜袋以備實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測。

康二城鎮(zhèn)在0～100 cm土層深度每20 cm連續(xù)采樣，采集土壤剖面樣品5個，樣品編號分別為KESa、KESb、KESc、KESd、KESe。礦山鎮(zhèn)在0～100 cm土層深度每20 cm連續(xù)采樣，采集土壤剖面樣品5個，樣品編號分別為KSa、KSb、KSc、KSd、KSe。上團(tuán)城鄉(xiāng)每個采樣點(diǎn)在0～20 cm耕作層和20～40 cm土壤層采樣，共采集樣品4組8個，樣品編號分別為STS01a、b，STS02a、b，STS03a、b，STS04a、b。北安樂鄉(xiāng)在0～100 cm土層深度每20 cm連續(xù)采樣，采集土壤剖面樣品5個，樣品編號分別為BASa、BASb、BASc、BASd。

2.3 樣品的處理與監(jiān)測

土壤樣品經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干后，在瑪瑙研缽中研磨，過100目尼龍網(wǎng)篩，用HNO3-H2SO4–HClO4消解，以去除土壤中的礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。依據(jù)GB/T17141—1997、GB/T17137—1997，運(yùn)用原子吸收光譜儀（JenaAAs 6）、采用KI–MIBK萃取原子吸收分光光度法測定鎘（Cd）、鉛（Pb）濃度；運(yùn)用分光光度儀（VIS–7220）、采用二苯碳酰二肼分光光度法測定鉻（Cr）濃度；運(yùn)用原子熒光儀（ASS–22021）、采用原子熒光光度法測定砷（As）濃度。監(jiān)測數(shù)據(jù)采用EXCEL軟件和SPSS統(tǒng)計軟件分析處理。

3 土壤剖面中重金屬元素的垂直分布特征

3.1 土壤剖面（0～40 cm）重金屬元素的垂直分布特征

3.1.1礦山鎮(zhèn)

通過對礦山鎮(zhèn)耕作層（0～20 cm）與其下層（20～40 cm）土壤重金屬含量統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，礦山鎮(zhèn)耕作層土壤鎘、鉛含量高于其下層土壤，具有明顯的由耕作層向其下層減少的垂向分布特征，土壤中的鎘、鉛具有向土壤耕作層富集的特征；耕作層土壤中的鉻、砷含量低于其下層土壤，說明土壤鉻、砷具有向耕作層下層（20～40 cm）遷移的特征。

3.1.2上團(tuán)城鄉(xiāng)

通過對上團(tuán)城鄉(xiāng)耕作層（0～20 cm）與其下層（20～40 cm）土壤重金屬含量統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，上團(tuán)城鄉(xiāng)耕作層土壤中的鎘含量與其下層土壤基本一致，土壤中的鉛含量低于其下層土壤，說明土壤中的鎘、鉛向土壤耕作層富集的特征不明顯；耕作層土壤中的鉻、砷含量高于其下層土壤，說明土壤鉻、砷具有向耕作層富集的特征。

3.2 土壤剖面（0～100 cm）重金屬元素的垂直分布特征

該研究通過對康二城鎮(zhèn)、北安樂鄉(xiāng)、礦山鎮(zhèn)耕地土壤剖面（0～100 cm）土壤樣品的采集、監(jiān)測。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，武安地區(qū)耕地土壤剖面中的鎘、鉛含量具有從耕作層向下垂直遞減的趨勢，垂直分布規(guī)律明顯。土壤中的砷含量可以在土壤耕作層中富集，具有向下垂直遞減的分布特征，但在0～40 cm土層中變化較小，在40～80 cm土層中呈明顯的遞減趨勢。土壤中的鉻可以在土壤耕作層中富集，但具有從土壤表層向下層遷移的趨勢，在60～80 cm土層中明顯高于表層土壤。土壤剖面中的鎘、鉛、砷、鉻含量在80～100 cm土層中均具有顯著增高的趨勢，為土壤重金屬元素垂直分布的轉(zhuǎn)折層。這主要是由于該層土壤黏化程度較高，對土壤重金屬的吸附作用明顯引起的。

4 結(jié)語

（1）武安地區(qū)耕地土壤剖面中的鎘、鉛含量具有從耕作層向下層垂直遞減的分布規(guī)律，表明隨著人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的加強(qiáng)，土壤鎘、鉛具有向耕作層富集的特征。

（2）土壤表層中的砷具有向耕作層下層（20～40 cm）遷移的趨勢，向60～80 cm的土層遷移現(xiàn)象不明顯，對地下水污染的可能性較小。

（3）金屬鉻也易在土壤耕作層中富集，但其從耕作層向下層遷移的能力高于砷，易于向下包氣帶土壤層遷移，故會對地下水造成污染。

（4）重金屬元素鎘、鉛、砷、鉻在土壤剖面80～100 cm土層中有顯著增高的現(xiàn)象，為土壤重金屬元素在土壤剖面中垂直分布的轉(zhuǎn)折層。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉春陽.土壤中重金屬污染的研究進(jìn)展[J].污染防治技術(shù)，2006，19（4）：42-45.

[2] 巫建華，許學(xué)宏，陳斌，等.江蘇中部典型農(nóng)區(qū)耕地環(huán)境質(zhì)量評價及應(yīng)用研究—以海安縣為例[J].土壤，2003，35（5）：387-391.

[3] 常學(xué)秀，施小東.土壤重金屬污染與食品安全[J].云南環(huán)境科學(xué)：增刊，2001（增刊）：21-24.