關(guān)中某鉛鋅冶煉廠周邊土壤重金屬污染研究

曹曉暉,趙宇通,蔣紅麗

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；5.陜西地建土地工程質(zhì)量檢測(cè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710021)

1 引言

土壤重金屬污染指的是人為活動(dòng)導(dǎo)致的土壤中重金屬元素含量升高的現(xiàn)象[1]，其中包括超過(guò)背景值的微量污染以及長(zhǎng)期累積、遷移等導(dǎo)致的過(guò)量污染，重金屬污染已成為威脅人類(lèi)健康以及生態(tài)系統(tǒng)的重要因素[2，3]。

研究表明，土壤重金屬污染的來(lái)源主要分為2個(gè)方面，第一是自然來(lái)源，如成土母質(zhì)的風(fēng)化、水力和風(fēng)力搬運(yùn)過(guò)程中導(dǎo)致的化學(xué)遷移等，第二則是人為干擾，如冶金、采礦、農(nóng)藥施用、交通運(yùn)輸?shù)萚4～6]，這2個(gè)方面相比，后者影響較大，其中以冶金和采礦最為嚴(yán)重[7]。據(jù)估計(jì)，全國(guó)范圍內(nèi)，受到重金屬污染的糧食高達(dá)1200萬(wàn)t，造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200多億元[8，9]。要想解決土壤重金屬污染問(wèn)題，控制和消除污染源是關(guān)鍵。因此，找到污染源迫在眉睫。

近些年，國(guó)內(nèi)外土壤重金屬污染事件頻頻發(fā)生，引起了人們的高度重視，有關(guān)冶煉廠區(qū)土壤重金屬污染也成了當(dāng)前研究熱點(diǎn)[10～16]。因此，于2020年4月中下旬，對(duì)關(guān)中地區(qū)某鉛鋅冶煉廠周邊的土壤進(jìn)行采集、分析測(cè)試重金屬含量，并作污染狀況評(píng)價(jià)，旨在為該區(qū)域找到土壤重金屬污染源，并為今后重金屬防護(hù)、治理提供參考。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

陜西省寶雞市鳳翔縣長(zhǎng)青鎮(zhèn)，位于距市區(qū)20 km、距縣城12 km的西南部。本研究以該鎮(zhèn)某鉛鋅冶煉廠周邊的土壤作為對(duì)象，分析測(cè)定土壤中重金屬元素的含量，并對(duì)其進(jìn)行污染研究及評(píng)價(jià)。

2.2 樣品采集

2020年4月下旬，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查情況，該冶煉廠所在區(qū)域的地形地貌以及土地利用類(lèi)型確定，采樣點(diǎn)主要分布在冶煉廠的東南和西北2個(gè)方向，由于該冶煉廠周邊區(qū)域土壤特征相近、土地使用功能相同，因此本研究采用“系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)法”進(jìn)行土壤采樣點(diǎn)布設(shè)。分別在這兩個(gè)方向布設(shè)20個(gè)土壤采樣點(diǎn)，累計(jì)布設(shè)40個(gè)土壤采樣點(diǎn)。在每個(gè)采樣點(diǎn)上采集4個(gè)土壤樣品(采樣深度為0～30 cm)，充分混合均勻后，采用“四分法”保留土壤樣品1 kg左右置入自封袋，避免所采集的樣品被外界污染。最終在冶煉廠的東南和西北兩個(gè)方向累計(jì)采集土壤樣品40個(gè)。

將采集完成的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼后，置于室溫下的通風(fēng)、避光環(huán)境中，使其自然晾干。將晾干的土壤樣品經(jīng)過(guò)研磨處理后，依次通過(guò)2 mm、1 mm、0.149 mm的尼龍篩，并分成3份。1份用來(lái)測(cè)定土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)，1份用來(lái)測(cè)定重金屬元素Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Zn、As和Ni的含量，1份留樣保存。

2.3 樣品處理與測(cè)試

土壤樣品處理與測(cè)試方法如表1所示。

表1 土壤養(yǎng)分測(cè)定項(xiàng)目及方法

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬元素含量

通過(guò)分析測(cè)定得出，關(guān)中某鉛鋅冶煉廠周邊土壤呈微堿性，pH值范圍為7.76～8.45，平均值為8.24，土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.9～57.5 g/kg，平均值為28.4 g/kg。

由表2[17]可知，該冶煉廠周邊土壤中重金屬元素Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Zn、As和Ni的平均含量分別為0.40、85、26.0、48、0.078、108、12.5、26 mg/kg，在這8種重金屬元素中，除Ni外，其他重金屬平均含量均高出中國(guó)土壤元素背景值和陜西省土壤元素背景值，尤其以Cd和Pb最為嚴(yán)重，含量分別為陜西省土壤元素背景值的4.26和2.28倍，分別為中國(guó)土壤元素背景值的4.12和1.85倍。由表2得出，該冶煉廠周邊土壤中重金屬元素Cd、Pb和Zn的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)都較大，說(shuō)明其在土壤中累積較明顯。

表2 關(guān)中某鉛鋅冶煉廠周邊土壤重金屬含量

3.2 重金屬元素富集特征

根據(jù)地累積污染指數(shù)法對(duì)該鉛鋅冶煉廠周邊土壤中重金屬污染情況得出的結(jié)果如表3所示，從平均值來(lái)看，該研究區(qū)域土壤僅受到Cd、Pb、Hg 3種重金屬元素的污染，其他重金屬元素的污染并未體現(xiàn)出。然而，從最大值來(lái)看，Cd元素在某些區(qū)域已經(jīng)到達(dá)中度—強(qiáng)污染水平，Pb和Hg元素達(dá)到中度污染水平，Zn、Cu和Cr則達(dá)到了輕度—中度污染水平。從采樣區(qū)域來(lái)看，處于西北方向的土壤整體比東南方向的土壤中重金屬污染要嚴(yán)重，其中以Cd和Pb污染最為嚴(yán)重，已經(jīng)達(dá)到中度—強(qiáng)污染水平。

表3 地累積污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 重金屬元素隨距離變化特征

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)距關(guān)中某鉛鋅冶煉廠西北方向0～1500 m的表層土壤進(jìn)行采集，并對(duì)Cd、Hg和Pb元素含量進(jìn)行測(cè)定與分析，最終得出這3種重金屬元素含量的橫向分布規(guī)律。本實(shí)驗(yàn)采集土壤樣品的具體方法為：在距離關(guān)中某鉛鋅冶煉廠西北方向0～400 m，每隔50 m取一個(gè)樣點(diǎn)，400～1500 m則每隔100 m取一個(gè)樣點(diǎn)，共采集20個(gè)土樣。Cd、Hg和Pb元素的含量變化特征如圖1所示。

圖1 冶煉廠區(qū)西北方向不同距離元素含量變化特征

由圖1可知，處于關(guān)中某鉛鋅冶煉廠西北方向的土壤中，重金屬元素Cd、Hg和Pb的含量隨著距該冶煉廠距離的增加而遞減，距離鉛鋅冶煉廠越近，土壤中重金屬元素含量越高，即受到的重金屬污染越嚴(yán)重。在距冶煉廠0～400 m范圍內(nèi)，Cd、Hg和Pb含量變化的曲線斜率均較大，說(shuō)明重金屬元素含量變化較大，遞減較快，即衰減急劇，而在距冶煉廠400～1500 m內(nèi)，Cd、Hg和Pb含量變化的曲線接近水平，即重金屬元素含量變化明顯減慢，衰減趨勢(shì)明顯變?nèi)酰纱送茰y(cè)，該冶煉廠即為該區(qū)域內(nèi)導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量較高的重要污染源。綜上所述，關(guān)中某鉛鋅冶煉廠周邊土壤中重金屬元素Cd、Pb、Cu的含量均隨著距污染源距離的增加而減少，重金屬元素含量的衰減具有明顯的階段性。

4 結(jié)論

(1)關(guān)中某鉛鋅冶煉廠周邊土壤中除Ni之外，Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Zn和As平均含量均高于中國(guó)土壤元素背景值和陜西省土壤元素背景值，尤其是Pb和Cd。相較背景值，8種重金屬元素含量由大到小的順序依次為Cd>Hg>Pb>Zn>Cr>Cu>As>Ni。

(2)地累積污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，從平均值來(lái)看，該冶煉廠周邊土壤僅受到Cd、Pb、Hg 3種重金屬元素的污染，其他重金屬元素的污染并未體現(xiàn)出。然而，從最大值來(lái)看，Cd元素在某些區(qū)域已經(jīng)到達(dá)中度—強(qiáng)污染水平，Pb和Hg元素達(dá)到中度污染水平，Zn、Cu和Cr則達(dá)到了輕度—中度污染水平。

(3)重金屬元素隨距離變化特征分析表明，該冶煉廠周邊土壤中重金屬元素Cd、Pb、Cu的含量均隨著距污染源距離的增加而減少，重金屬元素含量的衰減具有明顯的階段性。

綜上所述，關(guān)中某鉛鋅冶煉廠周邊土壤主要受到以重金屬Cd污染為主的多種重金屬?gòu)?fù)合交叉污染，該冶煉廠周邊的大氣沉降與擴(kuò)散以及排放的煙塵氣溶膠等或?yàn)橹饕廴驹础?/p>