典型矿冶周边地区土壤重金属污染及有效性含量

生态环境 2004, 13(4): 553-555 Ecology and Environment E-mail: editor@

基金项目：国家杰出青年基金项目（40225002）；中南大学科学研究基金资助项目（76071）

作者简介：郭朝晖（1971－），男，博士，讲师，主要从事污染环境的控制化学与修复技术研究。E-mail: zhguo@ *通讯联系人，ygzhu@ 收稿日期：2004-06-13

典型矿冶周边地区土壤重金属污染及有效性含量

郭朝晖1, 2*，朱永官2

1. 中南大学环境工程系，湖南 长沙 410083；

2. 中国科学院生态环境研究中心，北京 100085

摘要：对湖南长沙、株洲、衡阳、郴州等地区的典型矿冶污染土壤进行了采样分析与有效性含量提取，结果表明，土壤中重金属污染严重，矿区土壤主要污染元素为Pb 、Zn 、As 、Cr 、Cu ，而冶炼业周边污染土壤中主要是Zn 、Pb 、Cr 、As 、Cu 、Cd ，其污染程度均远远高于国家环境质量二级标准；Pb 、Cd 和Zn 污染主要来源于采矿、冶炼活动而As 污染可能还与农业生产有关。不同浸提液对土壤中Pb 、Zn 、Cd 、As 、Cu 有效性质量分数的提取能力(设其符号为u )依次为u (NH 4NO 3)>u (HCl)>u (CaCl 2)；而对有效性Cr ，HCl 提取量为最高；盐基离子，尤其是NH 4+、NO 3-效应和酸效应(H +)大大促进了土壤中重金属离子的环境危害行为。

关键词：土壤污染；典型矿冶周边地区；有效性重金属

中图分类号：X144 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）04-0553-03

随着采矿和冶炼业的迅速发展，矿冶周边地区土壤重金属污染已成为环境污染热点问题之一[1]。我国铅锌矿蕴藏丰富，随其累年开采，矿渣、选矿、冶炼及电镀等工业废水不断排放到周围环境中，造成周边土壤中Pb 、Cd 等重金属污染严重，受重金属不同程度污染的农田面积就达90.6×104 hm 2 [2]。湖南是我国有色金属之乡，由有色金属矿山引起的铅、镉、汞、砷等重金属污染面积达2.8万km 2，占全省总面积的13%。部分地区土壤中铅、镉、汞、砷高出正常值数倍至数百倍，有的地方甚至出现了地方病。然而，对矿冶周边地区土壤中重金属污染及其有效性含量的研究不多，对这些污染土壤中重金属的生态行为也了解较少，因此，开展湖

南典型矿冶周边地区土壤中重金属污染状况研究，并用不同浸提液提取土壤中重金属有效性含量，探讨其潜在的生物有效性与环境危害性，为矿冶周边地区重金属污染土壤的可持续利用和生态修复服务具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 土样

土壤样品主要从湖南省的长沙、株洲、衡阳和郴州四个地区收集得到。每个土壤样品大约2 kg ，为每块约50 m 2采样区的混合样品。土壤样品为移去有机物的0~20 cm 的表层土壤。土壤收集后自然风干，过1 mm 筛，备用。土壤样品基本理化性质如表1。

所收集土壤均采自湖南地区，属湿润富铁土：长沙土壤由第四纪红土发育而成；株洲土壤由板页岩和紫砂岩发育而成；衡阳土壤由紫砂岩发育而成；郴州土壤由砂岩发育而成。所有土壤均属可变电荷土壤，阳离子交换量低，而交换性铝含量高，土壤呈酸性(表1)。所有采样点水文气候特征基本相似：年均气温为15.5~25 ℃，年均积温(>10 ℃)为5000~9500 ℃，年均降水量为1250~1500 mm ，降水主要集中在夏天，且降水pH 值为4.50~3.50。 1.2 土壤中有效性重金属含量的提取

分别采用0.10 mol/L HCl 、0.10 mol/L CaCl 2和1.0 mol/L NH 4NO 3溶液分别提取土壤中有效性重金属含量（表2）：连续振荡后的浸提离心液用无灰定量滤纸过滤，然后滴加1~2滴14 mol/L HNO 3使其酸化并保存在4 ℃条件下，待测。实验中，每个土样重复3次，同时做空白进行对照。

1.3 分析与测试

土壤基本理化性质根据常规方法进行测定[3]：土壤pH

采用水/土质量比为2.5∶1；有机质含量采用重铬酸钾容量法；阳离子交换量采用1 mol/L NH 4OAc 提取-凯氏定氮法；土壤体积质量采用环刀法 (100 cm 3)；交换性酸度采用1 mol/L KCl 淋洗法；酸中和容量采用0.1 mol/L H 2SO 4滴定法；土壤中重金属全量采用HF-HNO 3-HClO 4法，为保证数据的有效性，同时采用标准污染土壤样品(GBW08303)进行全过程

采样地区

长沙(n =7) 株洲(n =5) 衡阳(n =3) 郴州(n =7) pH 值(水土比2.5∶1) 4.78±0.41 4.67±0.32 4.15±0.29 4.57±0.58 土壤体积质量/(g ⋅cm -3) 1.21±0.06 1.26±0.11 1.35±0.05 1.18±0.14 有机质/(g ⋅kg -1)

22.13±0.21 23.56±0.34 19.02±0.15 21.03±0.28 阳离子交换量/(cmol ⋅kg -1) 11.03±0.14 14.32±0.21 9.32±0.15 12.05±0.26 交换性酸度/(cmol ⋅kg -1)

4.45±0.25 6.32±0.18 4.78±

0.31 5.23±0.24 -1

HCl, 0.10 10 g ∶50 ml 25 ℃, 1.5 h [3] CaCl 2, 0.10 5 g ∶50 ml 25 ℃, 2 h [4] NH 4NO 3, 1.0

2 g ∶50 ml

25 ℃, 2 h [5]

分析。消煮液和过滤液中重金属含量全部采用ICP (ICP-OES, 美国TJA 公司生产)测定。测试前，消煮样品保存在聚乙烯瓶中。

所有玻璃器皿、聚乙烯离心管和塑料小瓶均经体积分数10%的硝酸溶液浸泡过夜，去离子水清洗，干燥后使用。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属污染状况

在所收集的24个土壤样品中，2个为经长期堆积高污染程度的矿山废石与冶炼废渣形成后的始成土，土壤中多种重金属含量非常高，反映出我国矿山尾矿和冶炼废渣是一种潜在的高附加值资源。从其他22个污染自然土壤或耕作土壤样

壤，污染程度均非常严重。矿区土壤中主要污染重金属元素

为Pb 、Zn 、As 、Cr 、Cu 等，而冶炼企业周边污染土壤中主要污染重金属元素为Zn 、Pb 、Cr 、As 、Cu 、Cd 等，无论是冶炼企业周边地区的污染土壤还是矿区土壤样品，Pb 、Zn 、Cu 、Cr 、As 等污染均非常严重，污染程度均远远超过国家土壤环境质量标准(GB15618-1995)的二级或三级标准。从分析结果可以看出，污染的自然土壤（非耕作土壤）比耕作土壤更加严重，这可能与自然土壤污染后未曾人为扰动、污染物主要集中在表层土壤有关。从图1可以进一步看出，典型矿冶地区周边土壤中Pb 、Zn 质量分数均非常高，冶炼企业周边地区非耕作土壤中Pb 、Cd 和Zn 污染程度明显高于矿区污染；而对As 污染，矿区周边土壤中As 污染与冶炼企业周边地区土壤中As 污染一样严重，但冶炼企业周边耕作土壤中As 污染水平反而比非耕作土壤中As 水平要高。由此说明，在以铅锌为主的湖南矿冶地区土壤中Pb 、Cd 、Zn 、As 污染非常严重，Pb 、Cd 、Zn 污染主要是采矿和冶炼活动所引起，而As 污染也可能与农业生产活动有关。

对所收集土壤采用内梅罗(N L Nemerow)污染指数法进行污染程度评价[6]。首先分别计算各分指数，然后计算各土壤污染综合指数，再对各土壤重金属污染现状进行评价。

i

i i S C P =

， 2

)

()(m a x 2

2

i i N P P P +=

P i 为第i 种污染物质的污染分指数；C i 为其实测浓度；S i 为其评价标准；P N 为土壤污染综合指数；max P i 为土壤污染物中最大的污染分指数；i P 为各污染分指数算术平均值。

综合评价中，采用As 、Cr 、Cd 、Cu 、Pb 、Zn 等6个元素作为评价因子，根据我国1995年颁布施行的“土壤环境质量标准(GB15618-1995)”的二级标准作为评价标准（其中，

As 、Cu 、Cr 为旱地土壤二级标准）。评价结果见表3。

根据各土壤中重金属污染的综合指数进行分类(表3)，可以看出，所收集的大部分土壤污染都非常严重，只有极少部分为正常、轻度污染或中度污染，由此进一步说明，在矿冶周边地区土壤中重金属污染严重，土壤中重金属含量远远高于国家土壤环境质量二级标准。

从上述研究结果可以进一步看出，对矿冶周边地区土壤中的污染重金属元素，既有主要成矿元素的累积，也有其伴生元素的污染，而对伴生元素的污染问题似乎比成矿元素污染更为严重，比如Cd 、As 等。因此，在对待矿冶周边地区重金属污染问题，对成矿元素的污染，应结合矿产资源开采

污染程度 综合污染指数 毒害效应 土壤环境 质量 相应土样个数 正常或轻

1~2 正常或轻微毒性 良好 3 中 2~4 产生一定毒害作用

较差

2