徽县铅锌冶炼厂周边土壤中铅污染纵向分布研究(图文)
导读：本文选取甘肃徵县某有色金属冶炼厂(其周围目前大部范围尚为农田或林地)为研究对象，采集多个土壤剖面样品，通过对其中的铅污染研究探索重金属污染纵向分布特征，为因地制宜地防治土壤重金属环境污染提供科学依据。土壤剖面垂直方向上：在土壤剖面上进行连续水平分层采样,从地表向下每10cm采集1个样品，每个剖面共采集3-10个样品。冶炼厂周围土壤剖面上重金属Pb的分布如图2所示。
关键词：铅，剖面，分布
土壤作为一个十分复杂的多相体系和动态开放体系，固相中大量粘土矿物、有机质、金属氧化物等能吸持进入其内部的各种污染物特别是重金属元素[1]。研究成果表明，重金属元素一旦进人土壤后很难在生物物质循环和能量交换过程中分解，往往在土壤中不断地进行累积[2-9]。当其积累量超过土壤承受能力或土壤容量时，就会对作物和人体产生危害[5,7]。
通常认为，重金属主要在土壤0~20cm的表层积累，其纵向迁移趋势不明显[10,15]。但通过田间小区试验，得知在平原地区表层耕作土壤重金属输出主要有作物吸收、渗漏水带走、向下层迁移3 大项 [8]。 阮心玲等通过对江苏某钢铁厂周边3 种不同利用类型土壤进行垂直方向的采样分析，发现重金属即使只是受大气干湿沉降影响、浓度很低的情形下，仍然能够观察到迁移现象[12]。Sterckeman等采用选取发生层采样的方法研究了法国北部的Pb、Zn冶炼厂周围的土壤剖面的Pb、Zn、Cd 的分布，得出不同剖面元素迁移的大致距离[13]。
本文选取甘肃徵县某有色金属冶炼厂(其周围目前大部范围尚为农田或林地)为研究对象，采集多个土壤剖面样品，通过对其中的铅污染研究探索重金属污染纵向分布特征，为因地制宜地防治土壤重金属环境污染提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区所在的徽县地处甘肃省东南部，秦岭山脉南麓，属长江上游嘉陵江水系，辖区总面积2772km2。大全。全县海拔704～2504m，地形地貌复杂，相对高差较大;全县地处亚热带向暖温带过渡气候带，属暖温带半湿润气候区，多年平均气温12℃，多年年平均降水量745.8mm，多集中在夏、秋两季。大全。土壤以褐土为主，其次分布有棕壤、草甸土等。主要作物为玉米、大豆和辣椒。
县域境内目前已发现有铅、锌、铁、金等22种矿产资源，尤其是经过徽县的西徽成铅锌矿带，绵延300多公里，是全国第二大铅锌矿带。采样区位于县城南部某铅锌冶炼厂周围，受地形地貌影响，区内耕地多为旱地。该冶炼厂1996 年开始建厂，采用烧结锅工艺生产铅产品，厂区年主导风向为东南风，排放的废水水质发黑发臭。采集的土壤样品以砂质或粉砂质壤土居多，绝大多数土壤呈微碱性，有机质含量0.30%-4.69%。样品理化性质见表1。
1.2 土壤样品的采集
以冶炼厂烟囱为中心，避开居民区，选取了受人为活动干扰相对较少的20个土壤采样点。土壤剖面垂直方向上：在土壤剖面上进行连续水平分层采样,从地表向下每10cm采集1个样品，每个剖面共采集3-10个样品。土壤样品用聚乙烯袋盛装带回实验室，经自然风干后，四分法取出部分土样木棒碾碎使全部通过2mm筛，再用玛瑙研钵研磨，使其全部通过100目尼龙筛，混匀后装袋备用。
1.3 样品的测定
土壤中的粒度采用英国Malvern公司生产的Master-sizer.激光粒度仪测定①;土壤pH值以水土比1：1的比例，采用PHS-3C数显酸度计测定，土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定[11]。土壤基本理化性质见表1。大全。土壤中的铅含量采用HNO3-HF-HClO4 消解[14]，火焰原子吸收法测定。铅含量见表2。
表1 样点土壤基本理化性质
| 剖面名称 | pH值 | 有机质% | 机械组成% | |||
| >0.02 mm | 0.02～0.002 mm | 〈0.002mm | 〈0.001mm | |||
| T1 | 7.86～8.13 | 0.39～1.47 | 55.22～82.20 | 15.00～32.49 | 2.79～9.89 | 1.21～4.04 |
| T2 | 7.86～8.23 | 0.30～1.47 | 52.74～82.03 | 15.22～36.53 | 2.75～10.93 | 1.01～4.52 |
| T3 | 6.45～7.87 | 0.43～1.68 | 43.09～68.60 | 24.99～46.24 | 5.56～11.25 | 2.70～4.68 |
| t1 | 7.83～8.04 | 0.68～1.37 | 64.42～79.28 | 17.88～30.64 | 2.84～4.94 | 1.13～2.06 |
| t2 | 7.6～7.99 | 0.65～1.95 | 53.09～60.32 | 33.70～39.62 | 5.98～6.95 | 2.42～2.84 |
| t3 | 7.42～8.06 | 0.56～2.85 | 53.65～67.34 | 27.55～39.20 | 5.10～7.16 | 2.07～3.01 |
| t4 | 7.63～8.02 | 0.31～1.77 | 56.44～80.49 | 16.55～38.24 | 2.96～6.12 | 1.25～2.50 |
| t5 | 7.88～8.02 | 0.66～1.22 | 67.65～79.79 | 17.24～27.99 | 2.97～4.37 | 1.17～1.75 |
| t6 | 6.43～6.94 | 0.73～1.40 | 40.89～43.27 | 50.03～53.38 | 5.73～8.10 | 1.98～3.16 |
| t7 | 6.85～7.75 | 0.78～1.44 | 41.76～43.59 | 48.85～50.76 | 6.96～7.56 | 2.64～2.92 |
| t8 | 7.74～7.86 | 1.12～2.94 | 40.82～71.41 | 24.51～50.49 | 4.08～8.69 | 1.62～3.53 |
| t9 | 7.67～7.93 | 0.50～1.10 | 42.64～73.98 | 22.59～49.10 | 3.43～8.48 | 1.4～3.50 |
| t10 | 7.54～8.08 | 0.39～1.02 | 56.14～77.93 | 18.36～36.98 | 3.71～6.88 | 1.64～2.80 |
| t11 | 6.5～6.87 | 0.41～0.91 | 36.53～41.39 | 51.46～56.40 | 6.99～8.65 | 2.49～3.19 |
| t12 | 7.74～7.76 | 1.10～1.50 | 63.67～66.15 | 28.25～29.90 | 5.60～6.43 | 2.59～2.85 |
| t13 | 7.21～7.56 | 1.03～1.62 | 51.41～56.42 | 35.61～39.89 | 7.97～8.70 | 3.53～3.86 |
| t14 | 6.75～7.15 | 0.82～1.22 | 56.85～86.76 | 11.20～35.82 | 2.04～7.33 | 0.77～3.12 |
| t15 | 7.25～7.43 | 1.55～1.84 | 53.75～54.85 | 37.33～7.92 | 7.83～8.33 | 3.47～3.53 |
| t16 | 7.35～7.54 | 1.19～1.79 | 57.05～68.27 | 25.62～34.97 | 6.11～7.99 | 2.88～3.62 |
| t17 | 6.41～6.69 | 1.88～4.69 | 53.56～56.19 | 35.34～38.53 | 7.91～8.47 | 3.38～3.75 |
表2 样品铅含量与背景值(mg·Kg-1)比较
| 项目 | Pb |
| 含量范围 | 81.25～3396 |
| 平均值 | 253.96 |
| 标准差S | 444.07 |
| 甘肃省土壤背景值 | 68.5 |
| 国家土壤背景值（2级） | 300 |
1.4 数据处理
实验测得数据，利用Excel 进行数据整理;利用SPSS13.0 for window 软件进行数理统计分析。
2 结果与分析
2.1 铅在土壤剖面上的分布
冶炼厂周围土壤剖面上重金属Pb的分布如图2所示。通过图2可以看出铅在各剖面中的分布具有不同的特征。
0-100cm剖面(T1-T3)0-50cm剖面(t1-t11) 0-30cm剖面(t12-t17)
图2 冶炼厂周围土壤剖面的Pb分布
①通过分析上面的剖面重金属含量的分布，发现Pb元素上层含量均较甘肃省背景值高，9个剖面0-20 cm的土壤中Pb含量超过国家土壤背景值二级标准(GB15618-1995)，表层铅含量最高达3396mg·Kg-1，超过国家二级标准6.79倍，表明该区域土壤已受不同程度的污染。
②Pb在剖面的最上层含量最高,在土壤表层下面一定范围内的土层中含量逐渐降低。在0～30cm 的土壤中, Pb含量随剖面深度的增加，含量分布变化明显。在30cm以下的土层中Pb含量相对稳定,变化较小。上层含量高的原因可能一是表层污染随时间的逐渐加强, 在机械截留、胶体吸附等作用下，铅在土壤表层积累量大，导致土壤表层铅元素含量增高;二是说明在溶质运移的作用下土壤中铅向下迁移[12]。
③随距污染源距离远近，表层Pb含量差异较大。表明冶炼活动造成的重金属污染环境程度与距污染源距离密切相关。剖面0～30cm 的土壤中Pb含量迅速降低，表明大部分污染物集中在上层20-30cm。
⑤Pb最高值出现在t8剖面上层，除该点距污染源较近外，还与其土壤质地多为壤土有关。t6及t11剖面上层与下层含量差距相对较小，可能与其pH值较其它剖面低有关，其因为酸性越强，Pb淋失率越大。
2.2铅含量与土壤理化性质的相关性
表3铅与理化性质相关系数表(n=103)
| 项目 | Pb | pH | 有机质 | 〈0.001粘粒含量 |
| Pb | 1 | |||
| pH | -0.08 | 1 | ||
| 有机质 | 0.625** | -0.377** | 1 | |
| 〈0.001粘粒含量 | 0.148 | -0.240* | 0.375** | 1 |
注：**99%的显著性水平, *95%的显著性水平
土壤是一个开放的复杂的三相体系，元素在土壤中的自然含量、存在状态、迁移活化规律受各种物质组成特征和物理化学条件的影响和制约[16]。其中，元素在土壤中的存在形式和有效性与土壤酸碱性(pH值)、有机质含量等参数有密切相关。Pb与有机质极显著相关，说明土壤中有机质对铅有较强的吸附能力。
3 结论
(1)研究区域土壤已受不同程度的污染。其中9个剖面0-20 cm的土壤中Pb含量超过国家土壤背景值二级标准(GB15618-1995)，表层铅含量最高达3396mg·Kg-1，超过国家二级标准6.79倍，污染程度十分严重。
(2)Pb在剖面的最上层含量最高,主要集中在0～30 cm 土层内，在土壤表层下面一定范围内的土层中Pb含量逐渐降低。在0～30cm 的土壤中, Pb含量随剖面深度的增加,含量分布变化明显。
(3)各剖面不同深度上,铅含量随土壤理化性质不同而有明显不同。Pb与有机质极显著相关，说明土壤中有机质对铅有较强的吸附能力。
注：①由中国海洋地质研究所实验室完成。
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