铅锌矿区不同类型用地土壤铅、锌、铜、镉元素累积特征及机理分析

舒玲，李悟庆

摘 要 铅锌矿区土地根据其利用情况分为自然地、菜园地和稻田，项目研究区各类型用地土壤中铅、锌、铜元素，均高于湖南省表土背景值，具明显累积特征，铅、锌、镉元素富集系数值由高到低依次为自然地土壤、菜园地土壤、稻田土壤。各类型用地土壤中铅、锌、铜、镉元素累积含量与铅锌矿区尾砂、废水及用地灌溉方式密切相关。

关键词 用地类型;铅、锌、铜、镉元素;累积特征;机理分析

中图分类号：P66 文献标识码：A

Accumulation Characteristics and Mechanism Analysis of Lead， Zinc， Copper and Cadmium in Different Types of Land in Lead-zinc Mine Area

Shu Lin， Li Wuqing

（1.Hunan Vocational College of Engineering， Changsha Hunan 410151;

2.Hunan Institute of Geological Survey， Changsha Hunan 410114）

Abstract： The land in lead-zinc mine area is divided into natural land， vegetable garden land and paddy field according to its utilization. The contents of lead， zinc and copper in the soil of various types of land in the project study area are higher than that of background value of Hunans topsoil， showing obvious accumulation characteristics. The enrichment coefficient values of lead， zinc and cadmium from low to high are natural soil， vegetable garden soil and paddy soil. The contents of Pb， Zn， Cu and Cd in soils of different types of land use are closely related with tailings， wastewater and irrigation methods of land use in lead-zinc mine area.

Keywords： type of land use; lead， zinc， copper and cadmium; cumulative features; mechanism analysis

項目选定桃林铅锌矿区为研究区，矿区土地根据其利用情况分为未利用的自然地、农业耕作的菜园地和稻田。土壤中铅、锌、铜、镉元素源自于成土母岩、尾砂和废水（包括尾砂排渗水及矿坑水）。铅、锌、铜、镉元素因尾砂扬尘撒落、废水入地表水系继而灌溉菜园地和稻田，在各类型用地土壤中累积。研究铅锌矿区不同类型用地土壤中铅、锌、铜、镉元素累积[1]特征，分析土壤中铅、锌、铜、镉元素累积机理，对防治铅锌矿区土壤重金属污染具有重要意义。

1 样品采集与分析概况

样品采集包括尾矿库尾砂，尾矿库主风向影响区及废水排放下游灌区的自然地、菜园地和稻田土壤。

尾砂取样点分布于自尾矿库边缘向中心露头处，自然地土壤取样点分布于丘坡及坡脚，耕地土壤取样点分布于坡脚及谷底。尾砂样在选定采样点及半径5 m范围内布置5个点，剥除表层，各取尾砂0.5～1 kg，合成1个样品，总量约4 kg;自然地土壤样在选定采样点及半径5 m范围内布置3到4个点，剥除表层根植土，各取土0.5～1 kg，合成1个样品，总量约3 kg;耕地土壤样，在一块取样地内，均匀布点5个，剥除表层土，各取土0.5～1 kg，合成1个样品，总量约3 kg;岩石样，在代表性岩石露头处半径3 m范围随机捡取4～5块岩块合成1个样品，总量约3 kg。

本次研究共取自然地土壤样30个（编号TR01-30），菜园地土壤样11个（编号HST01-06， LBT01-05），稻田土壤样1个（编号SD01），尾砂样10个（编号WS01-10），岩石样5个（YS01-05）。所有样品现场用标准样品袋装袋并编号，送湖南省地质调查院测试中心进行检测分析。

土壤样品检测pH和铅、锌、铜、镉总量，岩石样品检测铅、锌、铜、镉总量。分析方法，采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）：称取0.250 0g（±0.1 mg）样品，用水润湿，用硝酸（HNO3）、氢氟酸（HF）、高氯酸（HClO4）分解，赶尽酸后用50%王水溶液提取，定容至25 mL，摇匀，澄清取清液1.00 mL于聚乙烯试管中，加10 mL稀硝酸（3%），摇匀，测定铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）总量。

动态淋溶试验，测定尾砂不同pH降水淋溶液的pH及铅、锌、铜、镉含量。试验采用直径5 cm、高25 cm玻璃柱，内装尾砂样，柱高20 cm，上部开口，铺一层试验透水棉，上用输液装置仿降水，底端垫透水材料，阀门控水，下置玻璃瓶收集浸液;以中雨强度，pH为3、5、6、7四种情况持续淋溶7天，每24h取淋溶液，测定pH及铅、锌、铜、镉含量。

2 尾砂pH及铅、锌、铜、镉元素含量特征

尾砂偏酸性，尾砂中富含铅、锌、铜、镉（如表1）。

3 土壤中铅、锌、铜、镉元素含量及累积特征

3.1 各样点铅锌、铜、镉元素含量特征

自然地土壤中，镉含量多低于湖南省背景值，铅含量在背景值附近波动，铜和锌含量均高于背景值;铜含量在自然地土壤、耕地土壤中无明显差别;铅、锌、镉元素在耕地（菜园地、稻田）土壤中含量明显高于自然地土壤，具有明显的累积富集特征。铅、锌、铜、镉元素在不同类型用地土壤中各采样点含量如图1所示。

3.2 各类型用地土壤中铅、锌、铜、镉元素均值含量及累积特征

铅、锌、铜、镉元素在研究区的各类型用地土壤中均有明显的富集特征，仅自然土壤中镉含量略低于湖南省表土背景值外，其余均高于背景值;铅、锌、镉元素在各类型用地土壤中的均值含量及富集系数为自然地土壤<菜园地土壤<稻田土壤;铜元素反之。（见表2、表3、图2、图3）。

4 土壤中铅、锌、铜、镉元素累积机理分析

铅锌矿区各类型用地土壤中铅、锌、铜、镉元素基本来源于成土母岩，累积来源主要为富含铅、锌、铜、镉等元素的尾砂和废水（包括矿坑水和尾砂排渗水）。

4.1 成土母岩是土壤中铅、锌、铜、镉的基本来源

项目研究取成土母岩样品检测结果如表4所示，其中铜、锌元素含量高于湖南省表土背景值，而镉、铅元素含量低于背景值。矿区自然土源自于基岩风化残坡积物，菜园土和稻田土主要源自于基岩风化残坡积物、少量冲洪积物，土壤的化学成分很大程度取决于成土母岩的化学成分。30个自然地土样中铅、锌、铜、镉元素含量特征基本与母岩含量对应，镉含量多低于背景值，锌含量在背景值附近波动，铜、铅含量高于背景值。

研究矿区尾砂库为山谷型尾砂库，地表排放。尾砂以细砂为主，粒径大于200目（0.074 mm）的颗粒占93.14%，其中大于60目（0.25 mm）者占56.10%[3]。尾矿库区风向主北东及南西向，风速一般2～3级，最高可达9级[3]。尾砂库综合治理前，当库面尾砂干燥时，富含铅、锌、铜、镉等元素尾砂（见表1）被风吹起，随风向尾矿库周边飘散，再沉落到地表，造成其影响范围内表层土壤铅、锌、铜、镉元素累积[4]。本次项目取自然土样检测分析，由远及近至尾矿库土壤中铅、锌、铜、镉元素具明显富集趋势（如图4）。

4.2 废水加剧耕地土壤铅、锌、铜、镉元素累积

废水主要由矿坑水、尾砂排渗水组成，富含铅锌镉元素，排入下游溪河。尾砂动态淋溶试验结果如表5所示，淋溶水中除铜外，铅、锌、镉元素含量均高于农田灌溉水质标准。

在研究矿区尾砂库综合治理项目实施前，监测到尾砂库排渗水入河口下游500 m断面河水水质如表6所示[6]，河水中锌、镉元素含量高于农田灌溉水质标准，铅含量接近农田灌溉水质标准，铜含量低于农田灌溉水质标准。

菜园地和稻田常年耕作，灌溉用水直接取自于田间地头附近的溪河水。一般水稻田总灌溉定额为8 895m3/hm2，其中洗田和整地用水量1 305 m3/hm2，腾发量6 405 m3/hm2[7];菜园地即干即浇。水分蒸发，而盐分积累在土壤中[8]，菜园地土壤、稻田土壤中铅、锌、镉元素相对自然土更为富集，稻田土因灌溉量大，累积效应更为显著。因尾矿淋溶水及下游溪河水中铜元素含量均低于农田灌溉水质标准，而铜又是作物生长必需的营养元素[9]，农作物生长会消耗土壤中的有效铜，致使旱地、稻田土壤中铜元素含量和富集系数值相对自然土偏小（如表3、图3）。

5  结论

铅锌矿区土地根据其利用情况主要为未利用的自然地、農业耕作的菜园地和稻田。各类用地土壤中铅、锌、铜、镉元素含量，除自然地土壤中镉低于湖南省表土背景值外，其余均高于背景值，具明显累积特征;各类用地土壤中铜元素富集系数接近，铅、锌、镉元素富集系数值从小到大依次为自然地土壤、菜园地土壤、稻田土壤。矿区尾砂及废水（包括矿坑水和尾砂排渗水）富含铅、锌、铜、镉等元素，尾砂扬尘沉落、废水入地表溪河再灌溉耕地，是各类用地土壤中铅、锌、铜、镉元素累积的主要原因。

参考文献/References

[1] 李兵. 胶东山区不同土地利用方式对土壤重金属分布的影响研究[D]. 泰安： 山东农业大学， 2017： 27-37.

[2] 吴灿辉. 典型铅锌矿冶炼厂周边土壤重金属复合污染研究[D]. 湘潭： 湖南科技大学， 2007： 15-18.

[3]贺昭和，唐秋萍，李道进，等.原桃林铅锌矿重金属尾砂库综合治理工程技术方案[R].南京：环境保护部南京环境科学研究所，2013：25-27.

[4] 周蕾， 余姝辰， 刘慧林， 等. 桃林铅锌矿尾砂库资源化综合利用评价[J]. 能源环境保护， 2018， 32（6）： 53-57.

[5] 刘琛. 尾矿库扬尘污染分析及其监测网优化设计研究[D]. 长沙： 中南大学， 2014： 81-87.

[6]李瑾，唐彬，周里程，胡曙.原桃林铅锌矿含重金属尾砂库综合治理工程竣工环境保护验收调查报告[R].长沙：湖南省环境保护科学研究院，2015：19-21.

[7] 谭成明. 水稻灌溉用水量探讨[J]. 现代农业科技， 2008（21）： 211-212.

[8] 王娜， 何俐蓉. 盐渍化土壤的成因及改良材料的应用[J]. 南方农机， 2021， 52（5）： 72-73.

[9] 刘斌， 黄玉溢， 陈桂芬. 广西耕地土壤铜的含量及其影响因素[J]. 广西农业科学， 2006， 37（6）： 707-709.