华东某铀矿区土壤中重金属镉含量特征及污染评价
2015-10-21王一婷刘平辉张淑梅
王一婷 刘平辉 张淑梅
摘要[目的]对华东某铀矿区土壤中重金属元素Cd含量进行评价研究。[方法]采用单因子污染指数法，对铀矿区土壤重金属镉污染程度进行评价。[结果]所采样品Cd含量范围为0.05～1.81 mg/kg，采矿区与尾矿坝区所采土壤样品污染程度较高； 正在开采矿区位置上游土壤中Cd含量高于下游， 采矿区沿运输路线所采样品含量偏高。单因子污染指数评价结果表明， 整个采样区各区域土壤均受到重金属Cd不同程度的污染， 对照区单因子污染指数评价结果最小。[结论]所采样品均受到不同程度的镉污染。各区域受污染程度大小依次为采矿区>整个矿区>尾矿坝>含矿未采区>对照区。
关键词土壤；镉含量；污染评价；铀矿区；华东
中图分类号S158.4文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）34-015-03
土壤作为环境的主要组成部分，不仅提供人类生存所需的各种营养物质，而且接受来自工业和生活废水、固体废物、农药化肥及大气降尘等物质的污染[1]。我国土壤污染研究经历了两个典型时期，即20世纪70年代主要研究了以农药为主的有机物造成的土壤污染、底泥重金属污染和污灌对农田系统带来的影响；20世纪80年代国家组织全国范围内土壤背景值调查和环境容量研究等工作，这个时期的研究成果系统化、理论化，为土壤质量评价、土壤污染控制奠定基础[2]。矿山开发对区域环境影响的一个重要方面主要表现为对环境的污染，并且由此直接影响人们的生命健康安全[3]。土壤重金属污染是不可逆的，一旦重金属元素进入土壤环境，就很难消解或降低这些化合物对土壤结构和功能的不利影响[4]。近年来，针对华东某铀矿火山盆地深部铀资源的研究和勘查已取得显著进展，在一些勘探程度很高的地段已探获一些新的富大铀矿体，同时对一些基础地质问题提出新的认识[5]。我国对铀矿开采后矿区的污染评价主要集中在放射性污染。矿山开采对环境的影响大。研究区开采后的废水排放、废渣露天堆放会对矿区土壤造成一定污染。在前人对该区研究的基础上，笔者主要对华东某铀矿区土壤重金属镉污染进行评价，为今后铀矿区重金属污染评价治理及生态修复提供科学依据。
图1研究区土壤取样
1材料与方法
1.1样品采集
将采样区划分为采矿区、含矿未采区与尾矿坝区（图1）。样品采集与文献[6]相似但略有不同。采集0～20 cm表层土壤组样品，将所采集样品装入样品袋，用记号笔写好标签，使用GPS记录采样点坐标作为取样的点位置，同时在记录本上记录各样点取样的详细信息。
在整个研究区，共采集样品230个，其中采矿区共采集样品178个，含矿未采区共采集样品45个，尾矿坝采集样品7个，对照区（距离矿区60 km，远离矿区，不受矿区水系、大气、矿石运输等的影响）采集样品9个。
1.2样品处理
将野外取得的土壤样品在实验室自然风干，待土壤样品干燥后将样品研碎，去除砂石、植物根茎、虫体、石子以及其他杂质；然后，进行初步研磨，过60目筛送检。测试前，采用四分法取样适量，研磨至200目，备用。将试样在60 ℃下干燥4 h后，准确称取0.050 0 g试样于聚四氟乙烯密封溶样罐中，先用少量水润湿，轻轻振动使样品均匀，加入3 ml氢氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，盖上专用溶样罐盖，在低温电热板上200 ℃加热溶解24 h以上，打开溶样罐，在低温电热板上加热蒸至近干，视消解情况再次加入3 ml氢氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，重复上述消解过程，再次蒸至近干后加入1∶1硝酸3 ml，盖上专用溶样罐盖，焖置一段时间以溶解可溶性残渣。用浓度1%硝酸提取至50 ml容量瓶中，摇匀后在ICPMS上采用在线内标（Rh）法进行测量，得到各样品的测定结果。
1.3评价方法与标准
运用单因子污染指数评价法进行评价研究。评价方法选取的评价标准为国家土壤镉背景值，国家土壤镉环境背景值为0.074 mg/kg[7]。
单因子污染指数评价即对土壤样品中的某一污染物的污染程度进行评价。单因子指数法是国内通用的一种重金属污染评价的方法， 是国内评价土壤、水、大气和河流沉积物重金属污染的常用方法[8-9]。
Pi=Ci/S
式中，Pi为污染物单因子指数；Ci为实测浓度；S为土壤环境质量标准。
Pi<1表示未受到污染；Pi >1表示受到污染；1
2结果与分析
2.1土壤中镉元素含量特征
通过分析测试，所采集230个土壤样品中Cd的含量范围为0.05～1.81 mg/kg。超过江西省土壤背景值的样品有226个，仅有4个样品低于江西省土壤环境背景值；超过国家土壤背景值的样品有228个，仅有2个样品低于国家土壤背景值。土壤中Cd含量特征见表1。矿区共采土壤样品230个。 Cd含量超过江西省土壤镉元素背景值0.10 mg/kg的土壤样品个数为226个，样品个数占总样品个数的98.26%；超过国家土壤镉元素背景值0.074 mg/kg的样品个数为228个，占总样品个数比例的99.13%。对照区样品中Cd含量均超过江西省土壤背景值与国家背景值，但与江西省土壤背景值差别不大。
矿区土壤中正在采矿区、尾矿坝土壤样品中Cd的平均含量接近，含矿未采区与对照区土壤中Cd含量低于正在采矿区及尾矿坝区土壤中Cd含量。正在采矿区的6111附近两个村土壤中Cd含量平均值分别为0.24、0.21 mg/kg，6122矿床下游村庄土壤中Cd平均含量0.18 mg/kg。从正在采矿区Cd含量平均值可以看出，土壤中Cd含量611矿床附近土壤中Cd含量>6111矿床附近土壤中Cd含量。
正在采矿区上游所采土壤样品Cd含量偏高，平均值为0.20 mg/kg，正在开采矿床下游稍远离开采区处所采样品平均值为0.16 mg/kg；水系由开采矿床上游流向下游地区，上游地区土壤中Cd含量高于下游附近以及稍遠于正在采矿区下游的地区。结果表明，正在开采矿区6122矿床位置上游土壤中Cd含量高于下游， 上游与下游土壤中Cd含量平均值均高于江西省土壤背景值与国家背景值。采矿区沿运输路线所采样品含量偏高，平均含量为0.21 mg/kg，超过江西省背景值与国家背景值。在尾矿坝处所采样品含量超过江西省土壤背景值与国家土壤背景值。
标准差与变异系数表征数据离散程度。变异系数大小依次为正在采矿区>整个矿区>尾矿坝>含矿未采区>对照区。变异系数越大，表明人为活动的干扰作用越强烈[10]。
2.2土壤中Cd单因子污染评价
由表2可知，整个矿区土壤中Cd污染程度为无污染到极重度污
染，各个区域单因子污染指数均大于1，整个礦区中采矿区与尾矿坝污染较严重，含矿未采区污染较轻。与对照区相比，整个矿区各个划分区域单因子污染指数均大于对照区，对照区单因子污染指数最小。由此可知，整个采样区各区域土壤均受到不同程度的重金属Cd污染。
3结论与讨论
土壤重金属污染是矿区普遍存在的环境问题之一。重金属Cd可对土壤构成持久性污染，而Mo、Sn、Sb、U等重金属的污染程度随土壤风化的进行因淋失而趋于降低[11]。研究表明，所采230个土壤样品中Cd含量范围为0.05～1.81 mg/kg，Cd含量在采矿区与尾矿坝较高。对华东某铀矿区重金属镉污染评价表明，从单因子污染指数来看，整个矿区土壤污染程度为轻度—重度污染，采矿区为轻度～极重度污染，尾矿坝为中度～重度污染，含矿未采区则为无污染～中度污染，对照区则为轻度污染。各采样区变异系数为10.53%～68.45%，说明矿区土壤污染受人为因素的影响较大。从综合污染指数来看，整个矿区、采矿区、尾矿坝与含矿未采区均为重度污染，远离矿区且不受采矿影响的对照区为轻度污染。采样区农田中种植水稻，土壤中Cd含量偏高与种植水稻中使用农药有关；矿石运输路线中土壤Cd含量同样偏高，与运输中矿石废渣、汽车尾气的排出可能有一定关系。华东某铀矿区污染程度依次为采矿区>整个矿区>尾矿坝>含矿未采区。
参考文献
[1]
高太忠，李景印.土壤重金属污染研究与治理现状[J].土壤与环境， 1999， 8（2）：137-140.
[2] 温志良，莫大伦.土壤污染研究现状与趋势[J].重庆环境科学， 2000，22（3）：55-57.
[3] 陈翠华，倪师军，何彬彬，等.江西德兴矿区土壤重金属污染的富集因子分析[J].金属矿山， 2005， 354（12）： 57-60.
[4] DONG J H，YU M，BIAN Z F，et al.The safety study of heavy metal pollution in wheat plantedin reclaimed soil of mining areas in Xuzhou， China[J].Environ Earth Sci，2012， 66：673-682.
[5] 张士红，林子瑜.东相山铀矿田航空能谱数据图像处理与分析[J].东华理工大学学报（自然科学版），2012，35（2）：124-128.
[6] 黄玉溢，陈桂芬，熊柳梅，等.广西稻田土壤重金属污染评价[J].安徽农业科学，2013，41（26）：10648-10649.
[7] 何纪力，徐光炎，朱惠民，等.江西省土壤环境背景值研究[M].北京：中国环境科学出版社，2006：1-314.
[8] 宋伟，陈百明，刘琳.中国耕地土壤重金属污染概况[J].水土保持研究，2013，20（2）：293-298.
[9] 徐燕，李淑芹，郭书海，等.土壤重金属污染评价方法的比较[J].安徽农业科学， 2008，36（11）：4615-4617.
[10] 石平，王恩德，魏忠义，等.青城子铅锌矿区土壤重金属污染评价[J].金属矿山，2010（4）：172-175.
[11] 彭渤，唐晓燕，余昌训，等.湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤重金属污染地球化学分析[J].地质学报，2009，83（1）：89-105.
