重金属铅污染土壤的淋溶特征研究

舒晓晓魏雨露

(1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710021；2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075； 3.自然资源部退化及未利用土地整治重点实验室，陕西 西安 710021；4.自然资源部土地工程技术创新中心，陕西 西安 710021；5.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710021)

引言

《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国耕地土壤的污染指数高达19.4%，其中Cr、Ni、Cu、Hg、Pb、As、多环芳烃等污染物占主要部分[1]。污染土壤中的重金属除了可以在土壤-植物系统中迁移转化，影响植物的生长及农产品质量安全，也可通过地表径流、淋溶等作用逐渐向水体(包括地表和地下水体)迁移，从而对水体水质和生态环境产生面源污染[2,3]。铅(Pb)是最严重的重金属污染元素之一，易造成人类生殖障碍[4]。过量的铅会损伤肠胃健康、毒害肾脏，损害神经，导致高血压、铅性贫血，影响人的智力发育，降低人体免疫力[5]。过去50a间排放到全球环境的Pb已达7.83×105t[6]。铅污染已蔓延至生活的方方面面，因此进行重金属Pb污染防治至关重要。

针对重金属Pb的迁移、转化机理及规律已开展了大量研究[7,8]。郑顺安等[7]模拟降雨下重金属淋溶试验，研究发现重金属淋溶速率与淋溶量有关，2000mL内是紫色土中重金属快速释放时期；2000mL后，淋溶液内重金属浓度很低，累计释放量变化不大。上官宇先等[8]利用大型土柱自然淋溶研究土壤重金属的迁移及形态转化，结果表明，模拟试验后残留在土柱中的重金属主要分布在土壤表层(0～30cm)，而深层(>30cm)较少，且6种重金属在4种土壤中的残留率表现为砂土<潮土<黑土<红壤。

但这些研究大多集中于重金属修复，对于其在土壤深层的内在运移规律研究较少，且重金属本身具有一定的隐蔽性、积累性和持久性，易破坏土壤结构，随水入渗至下层[9]。因此，本文通过监测Pb在土壤深层中的运移规律，探究淋溶对土体稳定性的影响，为开展铅污染修复提供有效的科学依据。

1 材料与方法

1.1 铅污染土壤制备

本试验于室内开展，供试土壤选择当地黄土。对土壤进行重金属铅污染，将供试土壤装在塑料盆中，控制含水量为田间持水量的60%，培养7d后，按《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)，将重金属浓度扩大5倍，在0～20cm的表层土壤中添加适量铅的重金属硫酸盐，将其溶解后一起施入土中，使铅的浓度达到600mg·kg-1，以此浓度作为铅污染土壤的启动值，控制含水量为田间持水量的65%，每隔3d检查1次，并用称重差量法调节土壤水分，老化30d，获得重金属pb污染土壤。

1.2 淋溶试验

试验采用室内土柱淋溶模拟试验。选择容重1.0g·cm-3、1.4g·cm-3的2组容重水平，设置粒径3组粒径水平(<1mm粒径含量>80%、1～2mm粒径含量>80%、>2mm粒径含量>80%)，共设置12个处理，每30cm柱体的填充粒径不同，具体处理填充如表1。每个处理根据0～30cm、30～60cm、60～90cm分别记为土层1、2、3。每个处理重复3次，淋溶时采用间歇式淋溶方式，使土壤有一定的反应时间。淋溶前，土柱分别用去离子水淋洗至土壤饱和。每次淋溶灌水量500mL，每3d淋溶1次，取各层淋出液进行测定，淋溶结束后，分层取土，测定土柱中重金属残留量。

表1 不同处理土柱填充方案

1.3 样品测定与数据处理

每周采集不同土层淋溶液测定其重金属Pb2+含量，淋溶结束后采集土壤样品，风干研磨，过筛，按照土壤测试标准消解方法进行微波消解，过滤定容后经等离子耦合发射光谱(ICP/MS)重金属Pb2+含量测量。

数据采用ANOVA统计分析数据，Excel 2010绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同容重和粒径下Pb2+淋溶特征

图1 不同容重和粒径下0～90cm土层的Pb2+淋溶特征

图1中，0～30cm土层淋出液浓度范围为0～3.7μg·L-1，30～60cm土层浓度为0～0.8μg·L-1，相比0～30cm土层浓度范围大幅降低，60～90cm土层浓度范围为0～0.7μg·L-1，与30～60cm土层差异不大，Pb2+淋溶主要集中于0～30cm表层，随水迁移至深层较少。所有土层淋出液浓度均随着时间先增加而后降低，0～60cm土层均于淋溶水量2000mL(7月24日)时出现Pb2+释放峰值，而60～90cm土层由于土层较深，峰值延迟出现，且A4、A6处理分别于淋溶第5、6次后出现淋溶峰值，其它处理均于淋溶第4次出现峰值，可能与填充的粒径不同有关。0～90cm土层，A处理在整个淋溶阶段的释放量均高于D处理，说明土壤容重较小有利于水溶态Pb2+淋溶浸出。0～30cm土层，D处理淋出趋势为D2>D3>D1>D6>D4>D5，说明容重较大时，土壤粒径复配较通体同一粒径也增加了水溶态Pb2+淋溶浸出风险。

2.2 不同容重和粒径下各土层Pb2+残留量变化特征

淋溶结束后，重金属Pb2+主要残留于0～30cm土层，30～90cm土层的残留量较少，见图2。A5处理相比D5处理Pb2+残留总量增加了40.64mg·kg-1，其它相同粒径设置下A处理(容重为1.0)土壤中Pb2+残留量相对D处理(容重为1.4)增加了102.5～357.4mg·kg-1。同一容重水平下，土壤中Pb2+残留量为A1>A2>A4>A6>A5>A3，D5>D6>D4>D2>D1=D3，容重较小时，增加0～30cm土层中小颗粒含量有利于增加水溶态Pb2+含量，容重越大时进行不同土层粒径复配增加了水溶态的重金属Pb2+残留量。由于添加的外源重金属含量固定，因此增加容重，减少粒径复配可减少重金属Pb2+转化为其它形态。

图2 不同粒径和容重下Pb2+残留规律

3 结论

本试验中，2000mL是重金属铅淋溶量分界点。0～30cm土壤中，1.0比1.4的土壤容重有利于Pb释放，且<1mm的土壤粒径释放Pb2+浓度更大。Pb2+在30～90cm土层的淋出液浓度范围为0～0.8μg·L-1，较0～30cm土层浓度范围大幅降低，Pb2+不易随水发生向下淋溶。增加土壤容重有利于减少土壤Pb2+残留量，有利于土壤水溶性Pb离子向稳定态转化。