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本文作者：吳桂容1,2,3解慶林2曲芬霞2周惟艇4謝佳樂(lè)2作者單位：1.西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.賀州學(xué)院3.廈門(mén)大學(xué)4.賀州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站

土壤的質(zhì)量是保持礦業(yè)廢棄地土壤穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。在礦山廢棄土地復(fù)墾研究中，土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)是其研究工作的主要內(nèi)容之一，且涉及到的評(píng)價(jià)指標(biāo)很多，重金屬含量就是其中之一［1］。礦場(chǎng)上覆巖土和尾礦庫(kù)區(qū)土壤中往往含有有害的重金屬元素，將這些巖土堆墊到地表，從而造成土壤污染，影響植物的生存，這些有毒有害物質(zhì)如果隨徑流擴(kuò)散，還將污染更大范圍的土壤［2］。其中，毒性最大的是Cd、Pb、Hg、As，它們不但不能被生物降解，相反，卻能在生物作用下放大、大量富集，沿食物鏈最后進(jìn)入人體，引起急性、慢性中毒，甚至能夠致癌、致畸、致死［3］。廣西水巖壩曾是全國(guó)有名的鎢錫礦產(chǎn)地，位于廣西東北部平桂地區(qū)，沿姑婆山花崗巖巖基西南接觸帶產(chǎn)出，是南嶺鎢錫多金屬成礦帶的重要組成部分。水巖壩礦田的礦床類(lèi)型主要為鎢錫石英脈型礦床（爛頭山）、錫石硫化物矽卡巖型礦床（大廟山）及錫石角礫巖型礦床（董家坳）［4］。其中，爛頭山的鎢錫石英脈型礦床工業(yè)價(jià)值較大。隨著開(kāi)采數(shù)量逐漸減少，直至后來(lái)廢棄，留下了大量的廢棄地。由于當(dāng)?shù)厝硕嗟厣伲恋貜?fù)墾成為面臨的主要問(wèn)題。為了弄清當(dāng)?shù)赝恋厣a(chǎn)的限制因子和重金屬污染狀況，減少生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥篮统Ｒ?jiàn)的農(nóng)作物進(jìn)行重金屬殘留測(cè)試，以期為當(dāng)?shù)卮笠?guī)模的土地復(fù)墾、生態(tài)恢復(fù)，及防止水土流失提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

1材料與方法

1．1研究區(qū)域概況

水巖壩曾是鎢錫礦的開(kāi)采地［5］，后逐漸廢棄，開(kāi)采數(shù)量漸漸減少，其地理坐標(biāo)位于東經(jīng)111°33′～111°35′，北緯24°32′30″～24°35′。地處廣西賀州市東北側(cè)，距賀州市區(qū)16km。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，光照充足，雨量充沛。年平均氣溫18．20℃，極端最高氣溫39．5℃，極端最低氣溫－4℃，年均降雨量1704mm，年蒸發(fā)量1650mm，相對(duì)濕度80％以上，年均無(wú)霜期299d。項(xiàng)目區(qū)周?chē)鶐r均為花崗巖，主要土壤為紅壤和黃紅壤。天然植被主要為中亞熱帶綠闊葉林，也有針闊混交林和人工杉林、馬尾松林等。由于礦產(chǎn)的開(kāi)采形成了大量的廢棄地，廢棄地的植物種類(lèi)非常稀少，水土流失嚴(yán)重，自發(fā)復(fù)墾土地的農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)差，產(chǎn)量低。

1．2樣品采集

參考前人對(duì)賀州礦區(qū)重金屬污染狀況的研究與報(bào)道，根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r的調(diào)查與走訪(fǎng)，確定了水巖壩原礦區(qū)的爛頭山、大廟山、董家坳3個(gè)不同類(lèi)型的礦區(qū)作為土壤樣品調(diào)查的采集點(diǎn)。根據(jù)《農(nóng)業(yè)土壤化學(xué)分析方法》［6］的相關(guān)要求，采用梅花型5點(diǎn)采樣法。樣品采集點(diǎn)以礦區(qū)周邊耕作土壤與礦區(qū)廢棄地土壤為主，采集了0～20cm的表層土壤（耕作層）與20～40cm亞耕作層土壤，去除土壤中的根系和碎石等雜質(zhì)，混合均勻，取1kg裝入樣品袋運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室；背景土壤為距離礦區(qū)5km以外的人類(lèi)干擾少的林下森林土壤。植物樣品采用混合采樣，采集的植物樣品為礦區(qū)周邊耕作土地的農(nóng)作物［小白菜、薺菜、生菜、芥菜、萵苣的地上部分、玉米］的籽實(shí)，隨機(jī)取鮮重各1kg，裝入樣品袋，帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

1．3樣品處理與分析

1．3．1土壤樣品

土壤樣品進(jìn)行自然風(fēng)干后，研磨，過(guò)100目尼龍篩后貯藏于干燥器備用，樣品加入混合酸（HNO3＋HClO4＋HF）用高壓消解罐進(jìn)行消解，消解液中重金屬（As，Cd，Pb）的總量采用ICP－MS（電感耦合等離子體質(zhì)譜儀Agilent7200C）進(jìn)行測(cè)定。

1．3．2植物樣品

植物樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，用自來(lái)水清洗干凈，再用去離子水清洗3次，用濾紙吸干水分后稱(chēng)量鮮重質(zhì)量。105℃殺青30min，于60℃下烘干至恒中，稱(chēng)量干重質(zhì)量。烘干樣品研磨后過(guò)60目尼龍篩，加濃HNO3＋H2O2，采用高壓消解罐進(jìn)行消解，消解后用ICP－MS（電感耦合等離子體質(zhì)譜儀Agilent7200C）檢測(cè)各種重金屬（As，Cd，Pb）總量。

1．4數(shù)據(jù)處理

采用Excel2003軟件處理數(shù)。

2結(jié)果與分析

2．1尾礦庫(kù)區(qū)土壤的重金屬污染及遷移擴(kuò)散

水巖壩尾礦庫(kù)區(qū)的土壤存在嚴(yán)重的Cd和As污染，Pb的污染程度相對(duì)較低，重金屬Cd和As都已經(jīng)超過(guò)GB15618—1995的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值相當(dāng)大，Pb、Cd、As的重金屬含量分別是背景土壤的14．94倍、17．86倍、29．49倍。由于重金屬的遷移擴(kuò)散，尾礦庫(kù)周邊的土壤污染嚴(yán)重，污染土壤Pb、Cd、As分別是背景土壤的4．36倍、6．02倍、11．21倍。說(shuō)明，重金屬的類(lèi)型不同，遷移擴(kuò)散的速度有明顯差異，As的含量高，最容易發(fā)生遷移擴(kuò)散；其次是Cd，尾礦庫(kù)土壤的Cd含量小于Pb，但污染土壤增加的倍數(shù)大于Pb，說(shuō)明，相對(duì)Pb來(lái)說(shuō)，Cd遷移擴(kuò)散的速度大于Pb，Cd更容易發(fā)生遷移擴(kuò)散。尾礦庫(kù)的土壤的pH值較高，這可能與選礦使用了堿石灰有一定的關(guān)系，由于水土流失和大氣降水，污染土壤的pH值小于尾礦庫(kù)區(qū)土壤。

2．2土壤重金屬在垂直方向的遷移擴(kuò)散

通過(guò)對(duì)尾礦庫(kù)區(qū)土壤、周邊污染土壤的表層和亞耕作層的土壤重金屬Pb、Cd、As的測(cè)定（表2）發(fā)現(xiàn)，這3種重金屬在垂直方向具有相同的特征，即表層土壤的重金屬含量大于亞耕作層土壤。

2．3主要農(nóng)作物的重金屬含量

在爛頭山、大廟山和董家坳礦區(qū)周邊土壤上生長(zhǎng)的主要農(nóng)作物的樣品中（表3），重金屬含量最高的是爛頭山礦區(qū)周邊土壤生長(zhǎng)的芥菜，其As、Cd、Pb含量分別達(dá)到4．47mg／kg、6．35mg／kg及6．17mg／kg，最低的是董家坳礦區(qū)周邊土壤生長(zhǎng)的玉米，其As、Cd、Pb分別為0．83mg／kg、0．11mg／kg、0．57mg／kg；不同的農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收不同，在廢棄地選擇合適且對(duì)重金屬吸收少的農(nóng)作物種植，可以減少重金屬進(jìn)入食物鏈，對(duì)保護(hù)人們的身體健康顯得非常重要。

2．4主要農(nóng)作物重金屬的富集系數(shù)

富集系數(shù)又稱(chēng)吸收系數(shù)，是指作物體某部位某一元素的含量與土壤中該元素含量的百分比［7］。它可以表示土壤作物系統(tǒng)中不同重金屬元素遷移的難易程度，是表示不同元素間差異的較為合適的指標(biāo)。從表3看出，對(duì)于As、Cd、Pb來(lái)說(shuō)，富集系數(shù)最大的是爛頭山礦區(qū)周邊土壤生長(zhǎng)的芥菜，最小的是董家坳礦區(qū)周邊土壤生長(zhǎng)的玉米。不同地點(diǎn)主要農(nóng)作物的富集系數(shù)As、Cd、Pb的平均值是0．92、29．18、2．81，Cd的富集系數(shù)最大，Pb和As的富集系數(shù)相對(duì)較少。從生物毒性來(lái)說(shuō)，Cd的生態(tài)毒性大于Pb和As，因此，為了減少進(jìn)入食物鏈的重金屬含量，保護(hù)人們身體健康，對(duì)于水巖壩尾礦區(qū)應(yīng)重點(diǎn)防治Cd污染，選擇Cd富集系數(shù)較少的農(nóng)作物進(jìn)行種植。

3小結(jié)與討論

1）通過(guò)對(duì)賀州水巖壩鎢錫礦的尾礦庫(kù)區(qū)土壤、周?chē)奈廴就寥馈⒈尘巴寥兰爸饕r(nóng)作物的采樣分析，結(jié)果表明，水巖壩尾礦庫(kù)區(qū)和周邊的土壤重金屬Cd、As污染相當(dāng)嚴(yán)重，尾礦庫(kù)區(qū)成為一個(gè)重金屬的污染源，不斷地向周?chē)w移擴(kuò)散從而造成更大范圍的污染，其中，As的遷移擴(kuò)散速度最強(qiáng)，其次為Cd。通過(guò)植被恢復(fù)和工程措施將重金屬固定下來(lái)顯得尤為必要。2）通過(guò)對(duì)尾礦庫(kù)周?chē)廴就寥郎仙L(zhǎng)的農(nóng)作物的重金屬含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不同的農(nóng)作物種類(lèi)對(duì)不同重金屬的富集程度不同，芥菜對(duì)As、Cd和Pb的富集系數(shù)最大，不適宜在周邊的污染土壤種植；玉米對(duì)As、Cd、Pb的富集系數(shù)較小，但重金屬的含量還是相對(duì)較大，因而有必要根據(jù)土壤的重金屬種類(lèi)選擇富集系數(shù)較小的植物進(jìn)行栽種，同時(shí)結(jié)合土壤重金屬的穩(wěn)定，降低重金屬的活性，從而達(dá)到減少植物體的重金屬含量，降低進(jìn)入食物鏈的含量，減少重金屬的危害。3）尾礦庫(kù)區(qū)的土壤和周邊一定范圍的土壤重金屬As和Cd含量已經(jīng)相當(dāng)大，簡(jiǎn)單的土地復(fù)墾已經(jīng)不能解決重金屬污染帶來(lái)的危害。因而在重金屬As和Cd含量高的地方進(jìn)行植被恢復(fù)而不是作為耕地進(jìn)行復(fù)墾；在重金屬污染相對(duì)較輕的區(qū)域結(jié)合重金屬穩(wěn)定技術(shù)進(jìn)行土地復(fù)墾。4）廢棄地重金屬含量高，在大氣降水的作用下發(fā)生遷移擴(kuò)散，從而擴(kuò)大污染范圍，成為潛在的污染源。為了防止重金屬遷移擴(kuò)散，采取必要的措施將重金屬穩(wěn)定，其中針對(duì)性最強(qiáng)的是防止As的遷移擴(kuò)散，其次考慮Cd。不同植物種類(lèi)對(duì)重金屬的吸收、積累差異很大。例如，蕨類(lèi)植物吸收Cd的量特別多，體內(nèi)含Cd量可高達(dá)1200mg／kg；雙子葉植物吸鎘量也相當(dāng)高，如向日葵、菊花體內(nèi)含Cd的量可高達(dá)400mg／kg和180mg／kg；單子葉植物含Cd量比雙子葉植物少［7－9］；印度芥菜通過(guò)對(duì)重金屬螯合、區(qū)域化可部分解除重金屬的毒性，可富集／忍耐Cd、Zn等多種重金屬［10］。