鉛鋅礦區(qū)不同類型用地土壤鉛、鋅、銅、鎘元素累積特征及機(jī)理分析

舒玲，李悟慶

摘 要 鉛鋅礦區(qū)土地根據(jù)其利用情況分為自然地、菜園地和稻田，項(xiàng)目研究區(qū)各類型用地土壤中鉛、鋅、銅元素，均高于湖南省表土背景值，具明顯累積特征，鉛、鋅、鎘元素富集系數(shù)值由高到低依次為自然地土壤、菜園地土壤、稻田土壤。各類型用地土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素累積含量與鉛鋅礦區(qū)尾砂、廢水及用地灌溉方式密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞 用地類型;鉛、鋅、銅、鎘元素;累積特征;機(jī)理分析

中圖分類號(hào)：P66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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(xiàng)目選定桃林鉛鋅礦區(qū)為研究區(qū)，礦區(qū)土地根據(jù)其利用情況分為未利用的自然地、農(nóng)業(yè)耕作的菜園地和稻田。土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素源自于成土母巖、尾砂和廢水（包括尾砂排滲水及礦坑水）。鉛、鋅、銅、鎘元素因尾砂揚(yáng)塵撒落、廢水入地表水系繼而灌溉菜園地和稻田，在各類型用地土壤中累積。研究鉛鋅礦區(qū)不同類型用地土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素累積[1]特征，分析土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素累積機(jī)理，對(duì)防治鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬污染具有重要意義。

1 樣品采集與分析概況

樣品采集包括尾礦庫(kù)尾砂，尾礦庫(kù)主風(fēng)向影響區(qū)及廢水排放下游灌區(qū)的自然地、菜園地和稻田土壤。

尾砂取樣點(diǎn)分布于自尾礦庫(kù)邊緣向中心露頭處，自然地土壤取樣點(diǎn)分布于丘坡及坡腳，耕地土壤取樣點(diǎn)分布于坡腳及谷底。尾砂樣在選定采樣點(diǎn)及半徑5 m范圍內(nèi)布置5個(gè)點(diǎn)，剝除表層，各取尾砂0.5～1 kg，合成1個(gè)樣品，總量約4 kg;自然地土壤樣在選定采樣點(diǎn)及半徑5 m范圍內(nèi)布置3到4個(gè)點(diǎn)，剝除表層根植土，各取土0.5～1 kg，合成1個(gè)樣品，總量約3 kg;耕地土壤樣，在一塊取樣地內(nèi)，均勻布點(diǎn)5個(gè)，剝除表層土，各取土0.5～1 kg，合成1個(gè)樣品，總量約3 kg;巖石樣，在代表性巖石露頭處半徑3 m范圍隨機(jī)撿取4～5塊巖塊合成1個(gè)樣品，總量約3 kg。

本次研究共取自然地土壤樣30個(gè)（編號(hào)TR01-30），菜園地土壤樣11個(gè)（編號(hào)HST01-06， LBT01-05），稻田土壤樣1個(gè)（編號(hào)SD01），尾砂樣10個(gè)（編號(hào)WS01-10），巖石樣5個(gè)（YS01-05）。所有樣品現(xiàn)場(chǎng)用標(biāo)準(zhǔn)樣品袋裝袋并編號(hào)，送湖南省地質(zhì)調(diào)查院測(cè)試中心進(jìn)行檢測(cè)分析。

土壤樣品檢測(cè)pH和鉛、鋅、銅、鎘總量，巖石樣品檢測(cè)鉛、鋅、銅、鎘總量。分析方法，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）：稱取0.250 0g（±0.1 mg）樣品，用水潤(rùn)濕，用硝酸（HNO3）、氫氟酸（HF）、高氯酸（HClO4）分解，趕盡酸后用50%王水溶液提取，定容至25 mL，搖勻，澄清取清液1.00 mL于聚乙烯試管中，加10 mL稀硝酸（3%），搖勻，測(cè)定銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）總量。

動(dòng)態(tài)淋溶試驗(yàn)，測(cè)定尾砂不同pH降水淋溶液的pH及鉛、鋅、銅、鎘含量。試驗(yàn)采用直徑5 cm、高25 cm玻璃柱，內(nèi)裝尾砂樣，柱高20 cm，上部開口，鋪一層試驗(yàn)透水棉，上用輸液裝置仿降水，底端墊透水材料，閥門控水，下置玻璃瓶收集浸液;以中雨強(qiáng)度，pH為3、5、6、7四種情況持續(xù)淋溶7天，每24h取淋溶液，測(cè)定pH及鉛、鋅、銅、鎘含量。

2 尾砂pH及鉛、鋅、銅、鎘元素含量特征

尾砂偏酸性，尾砂中富含鉛、鋅、銅、鎘（如表1）。

3 土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素含量及累積特征

3.1 各樣點(diǎn)鉛鋅、銅、鎘元素含量特征

自然地土壤中，鎘含量多低于湖南省背景值，鉛含量在背景值附近波動(dòng)，銅和鋅含量均高于背景值;銅含量在自然地土壤、耕地土壤中無(wú)明顯差別;鉛、鋅、鎘元素在耕地（菜園地、稻田）土壤中含量明顯高于自然地土壤，具有明顯的累積富集特征。鉛、鋅、銅、鎘元素在不同類型用地土壤中各采樣點(diǎn)含量如圖1所示。

3.2 各類型用地土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素均值含量及累積特征

鉛、鋅、銅、鎘元素在研究區(qū)的各類型用地土壤中均有明顯的富集特征，僅自然土壤中鎘含量略低于湖南省表土背景值外，其余均高于背景值;鉛、鋅、鎘元素在各類型用地土壤中的均值含量及富集系數(shù)為自然地土壤<菜園地土壤<稻田土壤;銅元素反之。（見表2、表3、圖2、圖3）。

4 土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素累積機(jī)理分析

鉛鋅礦區(qū)各類型用地土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素基本來(lái)源于成土母巖，累積來(lái)源主要為富含鉛、鋅、銅、鎘等元素的尾砂和廢水（包括礦坑水和尾砂排滲水）。

4.1 成土母巖是土壤中鉛、鋅、銅、鎘的基本來(lái)源

項(xiàng)目研究取成土母巖樣品檢測(cè)結(jié)果如表4所示，其中銅、鋅元素含量高于湖南省表土背景值，而鎘、鉛元素含量低于背景值。礦區(qū)自然土源自于基巖風(fēng)化殘坡積物，菜園土和稻田土主要源自于基巖風(fēng)化殘坡積物、少量沖洪積物，土壤的化學(xué)成分很大程度取決于成土母巖的化學(xué)成分。30個(gè)自然地土樣中鉛、鋅、銅、鎘元素含量特征基本與母巖含量對(duì)應(yīng)，鎘含量多低于背景值，鋅含量在背景值附近波動(dòng)，銅、鉛含量高于背景值。

研究礦區(qū)尾砂庫(kù)為山谷型尾砂庫(kù)，地表排放。尾砂以細(xì)砂為主，粒徑大于200目（0.074 mm）的顆粒占93.14%，其中大于60目（0.25 mm）者占56.10%[3]。尾礦庫(kù)區(qū)風(fēng)向主北東及南西向，風(fēng)速一般2～3級(jí)，最高可達(dá)9級(jí)[3]。尾砂庫(kù)綜合治理前，當(dāng)庫(kù)面尾砂干燥時(shí)，富含鉛、鋅、銅、鎘等元素尾砂（見表1）被風(fēng)吹起，隨風(fēng)向尾礦庫(kù)周邊飄散，再沉落到地表，造成其影響范圍內(nèi)表層土壤鉛、鋅、銅、鎘元素累積[4]。本次項(xiàng)目取自然土樣檢測(cè)分析，由遠(yuǎn)及近至尾礦庫(kù)土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素具明顯富集趨勢(shì)（如圖4）。

4.2 廢水加劇耕地土壤鉛、鋅、銅、鎘元素累積

廢水主要由礦坑水、尾砂排滲水組成，富含鉛鋅鎘元素，排入下游溪河。尾砂動(dòng)態(tài)淋溶試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，淋溶水中除銅外，鉛、鋅、鎘元素含量均高于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

在研究礦區(qū)尾砂庫(kù)綜合治理項(xiàng)目實(shí)施前，監(jiān)測(cè)到尾砂庫(kù)排滲水入河口下游500 m斷面河水水質(zhì)如表6所示[6]，河水中鋅、鎘元素含量高于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，鉛含量接近農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，銅含量低于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

菜園地和稻田常年耕作，灌溉用水直接取自于田間地頭附近的溪河水。一般水稻田總灌溉定額為8 895m3/hm2，其中洗田和整地用水量1 305 m3/hm2，騰發(fā)量6 405 m3/hm2[7];菜園地即干即澆。水分蒸發(fā)，而鹽分積累在土壤中[8]，菜園地土壤、稻田土壤中鉛、鋅、鎘元素相對(duì)自然土更為富集，稻田土因灌溉量大，累積效應(yīng)更為顯著。因尾礦淋溶水及下游溪河水中銅元素含量均低于農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而銅又是作物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素[9]，農(nóng)作物生長(zhǎng)會(huì)消耗土壤中的有效銅，致使旱地、稻田土壤中銅元素含量和富集系數(shù)值相對(duì)自然土偏?。ㄈ绫?、圖3）。

5? 結(jié)論

鉛鋅礦區(qū)土地根據(jù)其利用情況主要為未利用的自然地、農(nóng)業(yè)耕作的菜園地和稻田。各類用地土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素含量，除自然地土壤中鎘低于湖南省表土背景值外，其余均高于背景值，具明顯累積特征;各類用地土壤中銅元素富集系數(shù)接近，鉛、鋅、鎘元素富集系數(shù)值從小到大依次為自然地土壤、菜園地土壤、稻田土壤。礦區(qū)尾砂及廢水（包括礦坑水和尾砂排滲水）富含鉛、鋅、銅、鎘等元素，尾砂揚(yáng)塵沉落、廢水入地表溪河再灌溉耕地，是各類用地土壤中鉛、鋅、銅、鎘元素累積的主要原因。

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