白云鄂博矿区土壤重金属生物有效性分析研究*

段丽丽，王　贵

(鄂尔多斯职业学院，内蒙古　鄂尔多斯　017000)



白云鄂博矿区土壤重金属生物有效性分析研究*

段丽丽，王贵

(鄂尔多斯职业学院，内蒙古鄂尔多斯017000)

采集白云鄂博矿区表层(0～5 cm)土壤样品11个，用XRF法测定土壤样品中重金属总量，结果显示Pb对环境污染最为严重。为进一步确定Pb对环境的影响，采用改进Tessier连续提取法对样品中重金属Pb各形态含量进行分析。并应用风险评估代码(RAC)对重金属生物有效性进行评价。评价结果显示：街心公园、白云鄂博火车站及南废石堆南侧部分区域重金属Pb显示环境风险较低；采矿区、居民区、距离矿区15公里以外的土壤重金属Pb显示处于中风险。

白云鄂博；土壤；重金属；生物有效性

研究表明，土壤中某种重金属的总量并不能真实地反映出重金属对土壤的污染程度。重金属的活性才是重金属对周围环境造成影响的关键[1-3]，重金属在土壤中的存在形态不同则重金属活性不同。本文对白云鄂博矿区土壤总量污染程度较高的Pb进行了形态分析，以研究其生物有效性并进行环境风险评价。

1　实　验

1.1研究区域及土壤样品的采集

采集白云鄂博矿区周边表层土样品11个，对重金属元素Pb总量分析后选择其中具有代表性的1、5、7、9、10、11号的6个样品进行形态分析。白云鄂博地区概况及样品采集分布示意图、采集过程，参见文献[4]。

1.2分析方法

采用安徽省地质实验研究所的改进Tessier连续提取法，将土壤重金属形态分成：离子交换态(包括水溶态)、碳酸盐态、腐殖酸态、铁锰氧化态、强有机态(包括部分硫化物态)和残渣态。该方法特点为：结果稳定、简单、经济、适用。其改进之处在于，从形态划分上，将有机态在铁锰氧化态前后分别用Na4P2O7提取腐殖酸态和Na4P2O7提取强有机态两种形态。该改进优点在于，在铁锰氧化物结合态提取之前，用Na4P2O7提取有机结合态可避免因提取铁锰氧化物结合态时,

部分来自土壤有机结合态中较弱结合和较高活性的部分被提取，导致的部分元素结果偏高，并且可以避免用Na4P2O7和H2O2单独提取土壤中有机态造成的提取不完全。为与之前学者们研究报道相统一，本文将腐殖酸态和强有机态两者合并为有机态

2　结果与讨论

2.1形态分布

6个样品中的Pb的形态分布见表1。

表1　研究区域土壤中Pb各形态含量

Pb各形态占总量百分比分布见图1。

图1　土壤重金属元素Pb各形态百分比图

由于交换态和碳酸盐结合态的重金属离子通常被认为最具生物可利用性，最易被生物吸收，同时也是最不稳定的形态[5]。包括了通过静电作用吸附在土壤(例如有机质，粘土矿物等)表面的离子，这些重金属离子容易在离子交换过程中释放出来，也可通过沉淀或共沉淀作用与碳酸盐化合物结合洗脱下来。

图1、表1显示：

(1)对于采矿区1号样品，交换态Pb含量为：0.79×10-6(占总量的0.25%)；碳酸盐结合态Pb含量为： 34.71×10-6(占总量的10.90%)。

(2)废石堆区5号样品，交换态Pb含量为： 0.62×10-6(占总量的1.82%)；碳酸盐态Pb含量为： 2.58×10-6(占总量的7.56%)。

(3)居民生活区7号、9号和10号样品，重金属Pb的交换态含量范围为0.18×10-6～0.77×10-6，占各种形态重金属总量百分比为0.14%～0.90%。重金属Pb的碳酸盐结合态含量范围为7.16×10-6～12.23×10-6，占各种形态重金属总量百分比范围为：4.99%～12.63%。

远离矿山区11号样品，即距离白云鄂博矿15公里处土壤样品，交换态Pb含量为： 1.49×10-6(占总量的5.06%)；碳酸盐结合态Pb含量为： 2.85×10-6(占总量的9.72%)。

(4)重金属Pb的铁锰氧化态含量含量为：157.40×10-6(1号样，采矿区土壤)，11.42×10-6(5号样，废石堆区土壤)，30.00×10-6～110.86×10-6(7号样，居民生活区土壤)和8.08×10-6(11号样，远离矿山区土壤)，分别占总量百分比为：49.42%，33.47%,34.91%～45.26%和27.52%。

由此可知，重金属Pb的铁锰氧化态含量较高，且在几乎所有形态种占比最高。在土壤形成的研究中，学者们发现，重金属Pb往往更易与铁的氧化物或氢氧化物结合[6]。而白云鄂博矿区为著名的铁矿区，故富集铁锰氧化态的Pb较多。虽然人们知道铁锰氧化态重金属比可交换态及碳酸盐态稳定，但是并不意味着该形态重金属元素不存在对土壤的危害性。事实上，在还原性的条件下，该形态重金属可以被释放出来，严重危害土壤环境质量[7]，因而具有潜在危险性。

重金属Pb有机态含量普遍较低。分别为：16.84×10-6(采矿区土壤)，3.01×10-6(废石堆区土壤)，5.16×10-6～13.89×10-6(居民生活区土壤)和2.53×10-6(远离矿山区土壤)，分别占总量百分比为：5.29%，8.83%,3.44%～10.85%和8.61%。

残渣态部分重金属是土壤重金属的重要组成部分，它们一般存在于原生或次生矿物等土壤的晶格中，是自然界地质风化的结果，在自然界正常环境下很难被释放出来，能长期稳定存在，很难被植物吸收利用[5]。重金属Pb的残渣态含量依次为：108.75×10-6(采矿区土壤)，16.48×10-6(废石堆区土壤)，39.16×10-6～112.74×10-6(居民生活区土壤)和14.41×10-6(远离矿山区土壤)，分别占总量百分比为：34.15%，48.33%,40.05%～46.03%和49.09%。

2.2重金属污染的环境风险评价

研究区域包括了采矿区、废石堆区和居民生活区和远离矿山区，居民生活区土壤中重金属的富集，极有可能通过食物链而进入人体，对人类造成伤害。根据文献4对该区域土壤总量分析评价的结果表明，研究区域Pb的含量很高，有必要对重金属Pb进行形态分析，并对研究区土壤进行环境风险评价。

采用风险评估代码(RAC)对土壤中重金属的污染风险等级进行划分评价，该方法的最大特点是考虑重金属的生物有效性而不是考虑重金属的总量。RAC法最早用于对沉积物中重金属污染进行评价[8-10]。后将其引入到对土壤中重金属污染评价，对于重金属的生物可利用部分考虑包括交换态和碳酸盐态两部分[5]。使用顺序提取法重金属有效形态含量，包括交换态和碳酸盐态进行风险评价，而不是重金属总量对重金属环境风险进行评价。

本文中设定R值来表示交换态和碳酸盐态两部分所占的百分比。根据RAC法，若R>50%，极高风险；若R=31%～50%，高风险; 若R=11%～30%，中风险;若R=1%～10%，低风险;若R<1%，无风险。

文献4已根据地累积指数法和富集因子法对重金属Pb进行总量评价，根据总量评价和RAC法对重金属Pb的生物有效性评价结果见表2。从表2中可看出，根据重金属总量来评价，6个样品中重金属Pb几乎全部为中污染或重污染，RAC方法评价的结果表示，重金属Pb是中风险和低风险，没有出现无风险和高风险。

表2　土壤样品中重金属Pb的污染风险评价

a根据单因子指数法、多因子指数法、地累积指数法和富集因子法对重金属总量进行评价;b根据RAC对重金属对环境污染风险评价。

对于部分样品，两种评价结果对Pb的环境影响存在共同之处也存在明显差异：

采矿区内1号土壤样品和居民生活区内10号土壤样品中重金属Pb总量分析为重度污染，生物可利用性分析为中风险，两种评价结果相吻合。

在5号、7号和9号土壤样品中，经重金属总量分析评价结果为三个样品中重金属Pb分别为中度污染、重度污染和重度污染，但是三个样品进行生物有效性分析评价表明三个样品中重金属Pb污染风险评价为低风险，说明在这三个样品中我们又高估了Pb对土壤带来的危害。在11号样品中，Pb总量分析评价为无污染-中污染，但根据生物可利用性进行的污染风险评价为中风险，这说明我们低估了11号样品中Pb的毒性。

虽然两种评价结果存在差异，但只有易迁移，可被生物利用的那部分重金属才能真正反映出重金属的毒性，因此，通过形态分析，应用RAC对土壤中重金属的污染风险等级进行划分评价，更能真实反映Pb对土壤环境的影响程度。

3　结　论

(1)街心公园、白云鄂博火车站及南废石堆南侧部分区域虽然重金属Pb总量很高，但易迁移的活性形态(交换态、碳酸盐态)含量较低，通过RCA评价显示环境风险较低。

(2)采矿区、居民区重金属Pb不但总量很高，其易迁移的活性形态含量也较高，通过RCA评价显示处于中风险。该区域重金属Pb的环境影响必须引起人们的注意。

(3)距离矿区15公里以外的土壤中重金属Pb总量很低，但其活性形态含量很高，通过RCA评价认为该处处于中风险。重金属Pb的环境影响不容忽视。

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Study on the Bioavailability of Heavy Metals in Soil on Baiyunebo Mining Area*

DUANLi-li,WANGGui

(Ordos Vocational College, Inner Mongolia Ordos 017000, China)

11 topsoil (0～5 cm) samples were collected in Baiyunebo mining area, total amount of heavy metals were measured using XRF. Results showed that Pb had caused the most serious environmental pollution. To further determine the effects of Pb on the environment, the improved Tessier’s sequential extraction scheme was used to measure the speciation contents of Pb and the assessment of heavy metals bioavailability in soil was made by the methods of Risk Assessment Code (RAC).

Baiyunebo soil; heavy metal; bioavailability

鄂尔多斯职业学院新人项目(EJX1301)。

段丽丽(1984-)，女，硕士研究生，研究方向：应用地球化学与环境评价。

X53

B

1001-9677(2016)010-0166-03