桂西北矿区农田土壤镉污染评价

韦妮玉，张新英

(1.广西师范学院，广西 南宁 530001；2.北部湾环境演变与资源利用省部共建教育部重点实验室，广西 南宁 530001)



桂西北矿区农田土壤镉污染评价

韦妮玉1，2，张新英1,2

(1.广西师范学院，广西 南宁 530001；2.北部湾环境演变与资源利用省部共建教育部重点实验室，广西 南宁 530001)

为探明广西典型矿区的矿业活动对农田镉(Cd)污染的累积影响，对大厂矿区12个自然屯主要农田采集156个土壤样，测定了土壤中重金属Cd元素含量，以及进行了污染评价。结果表明：156个土壤样品中镉超标率为98.08%，12个屯农田土壤中 Cd的镉含量都超过广西土壤背景值，污染等级为极强。因此施用磷肥(P)可降低土壤镉的活性，同时控制污染源，降低镉污染程度。

大厂矿区；农田土壤；镉污染

1 引言

镉在地壳中的丰度为0.2×10-6，是一个极为分散的、具有致癌作用的强毒性化学元素[1]。金属矿区通常是重金属污染的重要地区。镉矿的开采运输，冶炼过程的烟尘沉降，含镉废水排放均能导致镉元素在土壤或者水体中累积，并通过食物链等途径危害人体健康[2]。含镉矿石的开采、选冶以及含镉的工业“三废”排放是土壤镉污染的主要来源。

许超等研究表明[3]，大宝山20世纪60年代开始兴建的采矿场和金属冶炼厂排出酸性采矿废水已造成下游农田的大面积污染，农田土壤污染是以Cd和Cu为主的多金属复合污染。近年催力拓等研究提出[4]，广西某矿区生产的稻米中镉浓度严重超标，当地居民因长期食用这种“镉米”已经出现“骨痛病”症状。

目前大众对镉矿的区域分布特征、采矿活动造成的镉元素污染以及存在的风险仍缺乏系统的认识。林炳营研究表明，广西某铅锌矿场地开发，引起了河流水质、土壤和农作物的镉污染问题[5]。基于此，对广西河池大厂矿区农田土壤进行了镉含量测试，目的在于探究目前农田土壤的镉污染来源和状况，并评估其污染等级。

2 材料与方法

2.1 样品采集与分析

在南丹县大厂村的12个屯，包括新菜园、荒田、朝阳、大坪屯、铜坑屯、大树脚、铁板哨、更庄、老菜园、岩山脚、高峰和沙坪。采用蛇形布点，采集5个点混合为一个样品。共采集土壤样品156个(图1)。

土壤样品pH值(水比土2.5∶1)用pH计测定；测含水率将样品放于烘箱中烘至恒重，减少的质量即为水分的质量；有机质水合热重铬酸钾氧化-比色法测定；样品的消解采用加反王水(浓盐酸与浓硝酸比例1∶3和2 mL氢氟酸)，放入WARS微波消解仪中消解，赶酸，定容待测。

用ICP—MS测定Cd含量，测试有标准样。 随机抽取1个样品做5次重复测定，各元素相对标准偏差均小于10%。用 SPSS19.0 对数据进行统计分析，用 Excel 进行图形的绘制和矩阵的计算。

3 结果与分析

3.1 土壤镉含量分析

土壤中Cd的平均含量大小顺序依次为铜坑>大树脚>沙坪>铁板哨>朝阳>新菜园>高峰>更庄>老菜园>大坪>岩山脚>荒田，所有的采样点Cd的含量高于广西土壤元素背景值0.0617 mg/kg[6]。

铜坑土壤中Cd 的含量最大，为42.75 mg/kg；荒田最小，为1.54 mg/kg，但是也超过广西土壤背景值25倍。同时，12个屯的采样点Cd含量均超过国家土壤中国土壤元素背景值0.097 mg/kg[7]；总体来看，大厂镇12个屯农田土壤中 Cd的含量都很高(表1)，土壤Cd污染的现象已经比较严重。

以广西土壤环境背景值和国家土壤环境质量标准[8]作为比较依据。大厂镇农地土壤中Cd存在普遍的累积，超出广西土壤背景值274倍；变异系数为1.52，依据变异系数大小分级规律，变异系数大于0.3为强变异。

结果表明(表2)土壤中Cd的污染程度比较严重，且土壤镉区域含量变化比较大，说明受外界活动影响的强弱差异大。实地调查得知，大厂镇是一个典型的矿业镇，土壤中Cd的分布主要受采矿活动的影响。

图1 厂区采样点分布

表2 土壤镉含量极其特征

2.2 土壤镉污染评价

进行土壤单项污染超标倍数公式(pi=(Ci-C0)/C0)计算[9]和分级[10]。评价结果(表3)表明，土壤镉样品超标率为98.08%。

表3 土壤Cd污染超标倍数及超标率

2.3 土壤镉累积评价

地积累指数[11]Igeo广泛应用于定量研究沉积物中重金属污染程度，也适用于当代土壤中重金属污染的评价(表4)。它综合考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值以及因造岩运动可能引起的背景值的变动的因素。其计算公式如下：

Igeo=log2[Cn/(K×Bn)]。

式中：Cn为元素n的实测含量；Bn为元素n的背景值；K是考虑各地岩石差异可能会引起的背景值的变动而取的系数(这里取值为1.5)。在这里地累积指数的计算我们采取以广西土壤背景值为评价标准。结果表明(表5)，Cd元素地累积指数范围为Igeo(Cd) 3.81～8.61，污染等级为极强。存在一定的生态风险，由此需要加强Cd元素污染的研究和污染源的控制。

表5 土壤Cd地积累指数及分级

3 结果与讨论

(1)大厂镇农地土壤中Cd存在普遍的累积，均超出广西土壤背景值。根据实地调查发现，早期一些缺乏严密规划和环保意识的矿业活动，存在着严重的滥采乱挖现象，导致了矿石的利用率低，任意的排放采矿和冶炼的废水，随意堆放尾矿和矿渣。部分选矿厂的沉淀池、尾矿库，由于没有按照生产能力来设计容量，造成了废渣、废水的坍塌和溢出或直接排入江河，导致了河流的水体污染；选矿厂和冶炼厂排放的废渣、废液和废气对周围的环境造成污染。而引用污水灌溉，直接导致农田土壤镉污染。乡间公路的车辆通行导致沿线土壤重金属污染，并且产生重金属污染生态风险累积，主要有Pb、Cu、Cd的污染和累积。本研究表明，镉元素在采矿厂附近和公路沿线的土壤中含量较高，说明这种元素主要受采矿和交通两方面影响，其含量超过正常水平，对矿区附近和道路两侧的土壤造成较大污染。

(2)通过污染分级，荒田已属于强度污染；大坪、岩山脚属于强—极严重污染；其他9个自然屯属于极严重污染，土壤镉污染的形势非常严峻。任继凯等研究发现[12]，植物吸收土壤中的镉并向地上部茎叶和果实中转移，进行再分配，镉以不同的形态出现，同时在镉含量高的土壤中铅、锌、铜的含量往往也高。Cd元素在植物体滞留和累积，超过一定量就会危及农产品的食用安全，农作物的重金属污染，最终危害人体的健康。

(3)大厂矿区农田土壤受到不同程度的污染，控制污染源是直接措施，施加磷肥是有效措施。磷肥对作物吸收累积镉的影响已后大量报道，刘昭兵等研究表明[13]，土壤中磷与镉存在密切联系，磷酸盐可通过诱导吸附和沉淀作用影响镉的有效性。施磷肥可以显著提高植株对重金属的总吸收量，这一点对提高植物修复重金属污染土壤效率具有借鉴意义。

[1]叶 霖,潘自平,李朝阳.镉的地球化学研究现状及展望[J].岩石矿物学杂志,2005,24(4):339～348.

[2]Bertin G, Averbeck D. Cadmium: cellular effects, modifications of bimolecules, modulation of DNA repair and genotoxic consequences (a review) [J]. Biochimie, 2006, 88 (11):1549～1559.

[3]许 超,夏北城,何石媚,等.大宝山矿山下游地区稻田土壤重金属含量特征[J].中山大学学报(自然科学版),2008,47(3):122～127.

[4]崔力拓,耿世刚,李志伟.我国农田土壤镉污染现状及防治对策. [J].现代农业科技.2006:184～185.

[5]林炳营.广西某铅锌矿区土壤—作物镉污染研究 [J].土壤通报,1997,28(5):235～237.

[6] 广西环境保护科学研究所. 土壤背景研究方法及广西土壤背景值[M]. 南宁：广西科学技术出版社1992.

[7]中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京:中国环境科学出版社,1990.

[8]国家环境保护局.GB15618—1995,土壤环境质量标准[S].北京：中国标准出版社,1995:3～4.

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[13]刘昭兵,纪雄辉,彭华,等.磷肥对土壤中镉的植物有效性影响及其机理[J].应用生态学报,2012,23(6):1585～1590.

Assessment for Cadmium Pollution of Farmland Soilin Northwest Guangxi Mining Area

Wei Niyu1,2, Zhang Xinying1,2

(1.SchoolofGeographyandPlanning,GuangxiTeachersEducationUniversity,Nanning,Guangxi530001,China; 2.KeyLaboratoryofBeibuGulfEnvironmentalEvolutionandResourcesUtilization,MinistryofEducation,Nanning,Guangxi530001,China)

Aiming to assess the influence of cadmium pollution by typical mining industryon farmland soil in Guangxi,we took 156 soil samples from 12 natural villagesin Dachang mining areaas analysis samples of heavy cadmium in total and guiding values. The over standard rate was 98.08%, the contents of cadmium in soil exceeded the background value of soil in Guangxi, the class of pollution was pole-strength. P fertilizer application decreased soil available Cd content significantly. Thuscontrolling the pollute sources and P fertilizer application would be the effective measure to reduce cadmium pollution

Dachang mining area; farmland soil; cadmium pollution

2016-08-10

国家自然科学基金项目(编号：41461095)；广西科技开发项目(编号：2014DD29046)；广西自然科学基金项目(编号：2011GXNSFA018094)。

韦妮玉(1990—)，女，广西师范学院硕士研究生。

张新英(1970—)，女，博士，教授，主要从事资源与环境评价方面的教学与研究工作。

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1674-9944(2016)18-0031-03