某煤矸石山周边土壤和农作物中Ni的分布特征研究*

2022-01-17李香梅陈宏贵李书钦3

现代矿业 2021年12期

李香梅陈宏贵李烁李书钦3

（1．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2．国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心）

Ni是植物生长所必需的元素之一，但土壤中的Ni过量会对植物造成伤害［1-4］。煤矿资源中普遍富含Ni元素，在其开采、洗选、储存、运输过程中会释放Ni元素到周边环境中［5-6］，堆积在地表的煤矸石经风化、淋溶等作用，会释放Ni到周边环境中［7］，从而造成Ni污染。陈霖等［8］认为，过量的Ni会导致菹草体内MDA含量上升，膜脂过氧化程度加深，影响鸟氨酸代谢。Kerstin等［9］在对天蓝遏蓝菜施加Ni多代培养后发现，Ni离子会取代天蓝遏蓝菜氧化酶中的锌离子，导致天蓝遏蓝菜变异，使得对Ni的富集量增加。吴洋等［10］在对都安瑶族自治县农田土壤的调查中，发现126个耕地土壤样本Ni的超标率为34.9%。于洋等［11］的研究表明，西江流域土壤Ni的背景值为25.60 mg/kg，基线值为156.00 mg/kg，不同土地利用类型的土壤Ni含量表现为矿区最高，水田次之，旱地最低，分别达42.50、28.70和22.70 mg/kg。这些高Ni土壤对生活在该区域的人和牲畜造成了相当的危害。

本研究以淮南某煤矸石山周边的自然状态土壤及作物为对象，通过分析Ni元素的分布，分析了Ni对煤矸石山周边土壤的污染情况，及其在植物（黄豆）中的迁移、积累情况，以便为煤矸石堆周围环境的保护、作物的种植和处理等提供理论依据。

1 样品的采集、处理与分析

1.1 样品采集

本煤矸石山所在区域的土壤主要为棕壤，主要农作物为黄豆。矸石样分别取自矸石山顶、腰、底，每个样点按表层（0～20 cm）和深层（20～40 cm）进行采集。土壤样取自煤矸石堆周边农田，样点距矸石山分别50、200、500、700 m，采样点分4条样线，对照农田土样取自安徽理工大学附近农田，每个样点按表层（0～20 cm）和深层（20～40 cm）进行采集。

植物样即为矿区周围的黄豆样，以梅花形5点取样。

1.2 样品的处理与分析

土壤样及矸石样的处理参照文献［12］中的方法进行。植物样根、茎、叶、壳、籽的处理参照文献［13］中的方法进行。

Ni浓度的测定采用AAS（TAS北京普析），以国家土壤标样（GSS-3）和植物标样（GSV-2）为标准参考样来评价分析精度。土壤总氮、总磷、总钾和有机质含量，以及pH值、电导率的测试均按常规方法进行。

2 测试结果与分析

2.1 土壤、矸石理化性质

土壤、矸石理化性质分析结果见表1。

从表1可以看出，研究区pH值均明显高于7，且均大于对照组农田，表明矿区土壤呈碱性，这是由于煤矸石中CaO、MgO、K2O、Na2O等的含量高于硫化物，煤矸石浸出物渗滤到矿区土壤中造成的。

2.2 土壤中Ni的分布

土壤中Ni的分布情况见表2。

注：表中数据结构为“平均值±标准差”。

由表2可以看出，矿区农田土壤Ni含量均低于土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准，矿区农田土壤Ni含量较高，为33.535～35.272 mg/kg，比淮南市土壤背景值高30.28%～37.03%，表明矿区农田土壤出现了不同程度的Ni积累；矸石山顶部和中部Ni含量均低于淮南市土壤背景值，底部Ni含量略高于淮南市土壤背景值，但均小于矿区农田Ni含量；矸石山中部Ni含量低于顶部和底部，而顶部和底部的表层、深层Ni含量相差不大，中部深层比表层高4.05 mg/kg，这是由于采样区中部处于迎风面，矸石山表层易受到风力侵蚀和雨水侵蚀；矿区农田表层土壤Ni含量高于矸石山表层Ni含量，这主要与煤矸石山产生的粉尘颗粒物随大气迁移及渗滤液污染有关。