華東某鈾礦區(qū)稻米中Cd含量及空間分布特征研究

魏長帥，劉平輝，張淑梅（1 安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局36地質(zhì)隊(duì)，安徽安慶 46000； 東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330013；3 東華理工大學(xué)，教育部核資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330013）

華東某鈾礦區(qū)稻米中Cd含量及空間分布特征研究

魏長帥1，2，劉平輝2，3，張淑梅2
（1 安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊(duì)，安徽安慶 246000；2 東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330013；3 東華理工大學(xué)，教育部核資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330013）

利用等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定了某鈾礦區(qū)周邊稻米與對(duì)照區(qū)稻米中重金屬元素Cd的含量，重點(diǎn)對(duì)鈾礦區(qū)稻米中的Cd元素含量及其空間分布特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：（1）鈾礦區(qū)內(nèi)10.53%的稻米樣品Cd含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)，89.47%稻米樣品中Cd的含量未超過國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2005），而對(duì)照區(qū)稻米樣品中Cd含量均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2005）；（2）鈾礦區(qū)稻米中Cd含量遠(yuǎn)高于對(duì)照區(qū)稻米中Cd含量，尾礦堆積區(qū)、水冶廠和礦床開采區(qū)下游及周邊區(qū)域內(nèi)稻米中Cd元素含量明顯高于上游地區(qū)或遠(yuǎn)離上述區(qū)域的其他地區(qū)。（3）礦床開采產(chǎn)生的廢水與廢渣、水冶廠的廢液滲漏、尾礦露天堆積以及礦石運(yùn)輸過程中的礦渣灑落等原因可能是導(dǎo)致Cd元素隨地表徑流發(fā)生遷移進(jìn)入稻田，從而使礦區(qū)稻米中Cd的含量較高的重要因素。

稻米；Cd含量；空間分布；鈾礦區(qū)

0　引言

幾十年來，我國鈾礦冶工業(yè)迅速發(fā)展，已探明鈾礦床大多數(shù)分布在湘、贛、粵等地區(qū)[1]。鈾礦床的發(fā)現(xiàn)和開采對(duì)我國的國防與核電事業(yè)的發(fā)展具有重大意義，但其開采過程中會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定放射性污染與重金屬污染。重金屬中的Cd一旦進(jìn)入人體，會(huì)破壞人體的肝、腎等臟器，嚴(yán)重者致人死亡。目前我國對(duì)鈾礦開采冶煉活動(dòng)所帶來的環(huán)境影響研究主要集中于鈾礦區(qū)放射性環(huán)境水平和輻射劑量的調(diào)查與評(píng)價(jià)[2~5]；此外，有少數(shù)人做了鈾礦區(qū)重金屬對(duì)土壤與地表水體的污染研究[6-7]；對(duì)傳統(tǒng)金屬礦區(qū)重金屬對(duì)地表水和土壤污染的研究也比較多[8-12]，但是關(guān)于鈾礦區(qū)重金屬對(duì)農(nóng)作物特別是稻米污染的研究文獻(xiàn)相對(duì)較為少見。

本文研究的鈾礦山位于我國華東低山丘陵地區(qū)，濕熱多雨，人口密集，水稻種植面積大。礦區(qū)地形破碎，地表徑流發(fā)育，鈾礦山開采和水冶廠所產(chǎn)生的廢水、廢渣一般都是直接排放或露天堆放，這些廢液和廢渣中所含的重金屬等污染物很容易隨地表徑流遷移進(jìn)入周邊稻田，然后在稻米中積累，并最終通過食物鏈進(jìn)入人體。因此，在該鈾礦區(qū)周邊開展稻米中重金屬Cd污染調(diào)查研究很有必要。

1　樣品采集與分析測(cè)試

按照此鈾礦區(qū)與其周邊稻田分布，在鈾礦區(qū)稻田分別取稻谷樣品55個(gè)。另外，選取遠(yuǎn)離礦區(qū)約60km之外的某村小組（不受礦區(qū)水系與大氣影響）作為對(duì)照區(qū)，取稻谷樣品2個(gè)，作為對(duì)照樣。共取稻谷樣品57個(gè)，礦區(qū)取樣點(diǎn)位置略。

取樣方法：根據(jù)該鈾礦區(qū)地形地質(zhì)、水冶廠、尾礦堆分布和礦床開采區(qū)域以及稻田分布情況，用五點(diǎn)混合取樣法取樣，每個(gè)樣品以一個(gè)取樣點(diǎn)為中心，在5m半徑內(nèi)均勻取5個(gè)稻谷樣品約計(jì)500g混合成1個(gè)樣品，用GPS記錄中心點(diǎn)位置，用樣品袋包裝，寫好標(biāo)注，并記錄詳細(xì)取樣信息。

上述稻谷樣品經(jīng)干燥脫殼處理為稻米后送國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行分析。

1.1儀器與試劑

儀器: X－Series II電感耦合等離子體質(zhì)譜儀( 美國Thermofisher Scientific公司）。

實(shí)驗(yàn)用具與試劑：所有器皿均用20%硝酸浸泡，用高純水沖洗備用。水為二次石英蒸餾水。電子級(jí)HNO3；MOS級(jí)H2O2。各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液均購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)：GBW10010 （GSB-1） 大米成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，GBW10045 （GSB-23）湖南大米成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.2儀器工作條件

X-Series II電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Thermofisher Scientific公司），優(yōu)化后的工作參數(shù)列于表1。

表1　電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的工作參數(shù)Table 1 Working parameters of ICP-MS （Thermo X series II，USA）

1.3樣品處理及分析方法

將稻米樣品用四分法取樣研磨至200目供檢測(cè)用，余下的作為備用樣品。

將粉末狀試樣在60℃下干燥4h后，準(zhǔn)確稱取0.2500g試樣于專用微波消解罐中，定量加入2mL HNO3，加1ml30%的H2O2，然后用2ml的高純水沖洗罐壁，安裝好消解裝置，按規(guī)定程序消解試料，反應(yīng)結(jié)束后，取出消解罐，將消解液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯燒杯中，置于電熱板上，加熱至近干，按最終試料測(cè)試液介質(zhì)為5%的HNO3計(jì)算，加入適量硝酸，在電熱板上低溫加熱溶解殘?jiān)鋮s后將溶液轉(zhuǎn)移至塑料瓶中。用水稀釋至10ml，搖勻，此溶液直接用于ICP-MS測(cè)定。

2　結(jié)果分析

全部57個(gè)稻谷樣品分析結(jié)果見表2，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表2　全部55個(gè)稻谷樣品Cd含量結(jié)果Table 2　Cd contents results of total 55 rice samples

表3　鈾礦區(qū)及對(duì)照區(qū)稻米中Cd含量Table 3 Cd contents in rice in a uranium mining area and the contrast area

從表2可以看出，全部稻米樣品中，Cd含量最低值為0.016mg/kg，最高值為0.41mg/kg，平均值為0.16mg/kg，平均值未超出國家標(biāo)準(zhǔn)0.20mg/kg（GB 2762-2005）；Cd含量高于國家標(biāo)準(zhǔn)的樣品有6個(gè)，占樣品總數(shù)的10.53%；Cd含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)為51個(gè)，占樣品總數(shù)的比例為89.47%。上述分析結(jié)果表明鈾礦區(qū)大部分稻米中Cd的含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但也存在少數(shù)區(qū)域稻米中Cd含量超標(biāo)的情況。

對(duì)照區(qū)稻米中Cd含量最低值為0.03mg/kg，最高值為0.06mg/kg，均值為0.045mg/kg，均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)0.20mg/kg（GB 2762-2005）。但鈾礦區(qū)稻米中Cd含量的平均值遠(yuǎn)高于對(duì)照區(qū)，是對(duì)照區(qū)的2.67倍。

3　鈾礦區(qū)稻米中Cd含量的空間分布特征

借助MapGIS 軟件，將鈾礦區(qū)所有稻米樣點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)識(shí)于鈾礦區(qū)地形地質(zhì)圖和土地利用現(xiàn)狀圖疊加后的圖上，通過分析取樣點(diǎn)位置與尾礦堆、尾礦庫、水冶廠、廢水排放、水系分布以及正在進(jìn)行鈾礦采掘活動(dòng)區(qū)域之間的空間關(guān)系，進(jìn)一步對(duì)稻米中Cd元素的空間位置進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)稻米中Cd含量具有較強(qiáng)的空間分布規(guī)律。

以礦區(qū)正在進(jìn)行鈾礦開采的一個(gè)區(qū)域?yàn)槔?，有一條溪流自上而下穿過該區(qū)域，182、184、185號(hào)三個(gè)稻米樣品取自該溪流的上游水田（位于海拔高出該鈾礦采掘區(qū)及其尾礦堆的山坳），其稻米中Cd含量分別為0.08 mg/kg、0.03 mg/kg、0.06 mg/kg，其平均值為0.057 mg/ kg；與對(duì)照區(qū)樣品含量非常接近，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。而67、69、73、180、188、190號(hào)稻米樣品取自該溪流的下游水田（位于海拔遠(yuǎn)低于該鈾礦采掘區(qū)及其尾礦堆的山前沖積區(qū)，枯水季節(jié)引溪水灌溉），其稻米中Cd含量分別為0.12 mg/kg 、0.17 mg/kg 、0.10 mg/kg 、0.10 mg/ kg 、0.22mg/kg、0.18 mg/kg，其平均值為0.147 mg/kg，是其上游樣品平均含量的2.578倍。這說明溪流流經(jīng)鈾礦開采區(qū)域時(shí)，采掘活動(dòng)所產(chǎn)生的廢水、廢渣、尾礦堆中的Cd元素可能隨地表徑流進(jìn)入溪流之中向下游遷移，并因灌溉進(jìn)入稻田，從而使稻米中Cd含量明顯增高。若以該鈾礦開采區(qū)域?yàn)榻?，溪流下游所產(chǎn)稻米中Cd含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其上游地區(qū)。

另外，以水冶廠周邊區(qū)域?yàn)槔?77、218、233、234號(hào)四個(gè)樣點(diǎn)的稻米Cd含量分別為0.24 mg/ kg、0.29 mg/kg、0.35 mg/kg、0.41mg/kg，均超過了國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2005），屬于Cd污染稻米，分別是國家標(biāo)準(zhǔn)值的1.20、1.15、1.75、2.05倍。這可能是因?yàn)榇怂膫€(gè)樣點(diǎn)位于靠近水冶廠的下游區(qū)域，水冶廠的廢水雖然有專用管道排放至尾礦庫，但由于管道經(jīng)常發(fā)生破損等容易導(dǎo)致廢水外泄和滲漏，加之該水冶廠附近有多個(gè)露天尾礦堆，而礦區(qū)雨量充沛，地表徑流量大，致使廢液和尾礦堆中的Cd元素容易隨地表徑流發(fā)生遷移，直接或通過灌溉進(jìn)入稻田，從而導(dǎo)致稻米中Cd含量明顯增高。此外，這四個(gè)樣點(diǎn)位于從鈾礦山運(yùn)送礦石至水冶廠的交通干線附近，因礦石運(yùn)輸車輛為敞篷無后擋板的自卸車，一些礦石在運(yùn)輸途中很容易灑落在公路上，并被雨水沖刷進(jìn)入稻田。這兩個(gè)因素互相作用與疊加，可能是導(dǎo)致上述四個(gè)樣點(diǎn)稻米中Cd含量異常偏高并形成稻米鎘污染的主要原因。

4　結(jié)論與討論

本研究所取鈾礦區(qū)57個(gè)樣品分析結(jié)果表明：①鈾礦區(qū)和對(duì)照區(qū)稻米樣品中Cd的平均含量雖均沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn)，但鈾礦區(qū)稻米中Cd的平均值遠(yuǎn)高于對(duì)照區(qū)稻米樣品中Cd含量；②礦區(qū)89.47%的稻米樣品中Cd含量沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2005），礦區(qū)絕大多數(shù)稻米沒有受到Cd污染；但仍有10.53%稻米樣品中Cd含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2005），造成了稻米的Cd污染。鑒于Cd對(duì)人體健康的嚴(yán)重危害，超標(biāo)樣品所占比例雖然不是很高，但仍應(yīng)引起足夠的重視；③礦床開采區(qū)、水冶廠、尾礦堆積區(qū)等周邊及下游區(qū)域的稻米中Cd元素含量明顯高于上游地區(qū)和遠(yuǎn)離上述區(qū)域的其他地區(qū)，這可能與礦床開采產(chǎn)生廢渣、尾礦露天堆積以及交通運(yùn)輸?shù)V渣灑落造成Cd元素隨地表徑流遷移通過灌溉或直接進(jìn)入稻田有關(guān)，也可能是由于這些區(qū)域內(nèi)土壤中Cd的本底值偏高，具體原因有待于進(jìn)一步研究驗(yàn)證。下一步可對(duì)受尾礦堆積區(qū)、水冶廠、正在采礦區(qū)影響的稻田土壤開展有針對(duì)性的研究。

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Study on Cd Content And feAtureS of itS SPAtiAl diStribution in riCe in A urAnium mininG AreA in eASt ChinA

Wei Chang-shuai1,2, liu Ping-hui2,3,zhAnG Shu-mei2
(1 No.326 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province, Anqing, Anhui 246000, China; 2 School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, Jiangxi 330013, China; 3 Education Ministry Key Lab of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang, Jiangxi 330013, China)

By ICP-MS, this paper measured heavy metal Cd content in rice in the periphery of a uranium mining area and a contrast area, and focused on study of Cd content and its spatial distribution features, and concluded that: (1) 10.53% of rice in the uranium mining area has Cd content over national standard (GB2762-2005) and 89.47% not, while in the contract area, Cd content is far below the standard; (2) Cd content in rice in the uranium mining area is far more than that in contrast area, Cd content in rice in tailings accumulation zone, hydrometallurgical mill and lower reaches of mining area and the periphery is evidently higher than that in the upper reaches and distant areas; (3) waste water and residues from mining zone, waste liquid seepage from hydrometallurgical mill, tailings storage in the open air, and mineral falls from transport may be the major factor that leads Cd into rice field with surface runoff thus causing rice in the mining area to have higher content of Cd.

rice; Cd content; spatial distribution; uranium mining area

O614.611;S511;P619.14

A

1005－6157（2016）01－075－4

2015-08-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41261081），江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2011ZBAB203009）資助

魏長帥（1988-），男，山東濰坊人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境地球化學(xué)。