陳紅亮, 劉崢軍, 陳曉淼

(1. 安順學(xué)院 貴州省教育廳功能材料與資源化學(xué)特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴州 安順 561000; 2. 安順學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院, 貴州 安順 561000)

土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)將重金屬帶入土壤中，致使土壤環(huán)境中重金屬含量明顯高于背景值，造成現(xiàn)存的或潛在的土壤環(huán)境質(zhì)量退化、生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象[1].尾礦、礦渣、冶煉、城市垃圾、電鍍、有毒氣體等均可造成土壤的重金屬污染[2-4].黃真池等[5]研究了Cd2+和Hg2+對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)和抗氧化酶活性的影響，研究表明Cd2+和Hg2+可以明顯降低玉米幼苗根系中SOD活性，同時(shí)Cd2+可減弱Rb1和Rb2的表達(dá)，Hg2+能抑制Rb1和Lb1的表達(dá)；N. L. Cooper等[6]報(bào)道了Zn2+、Cu2+及Pb2+在美國(guó)水質(zhì)基準(zhǔn)和加拿大水質(zhì)基準(zhǔn)下對(duì)2種蚤類(Daphniacarinata和Ceriodaphniadubia)產(chǎn)生了明顯的急性聯(lián)合毒性和慢性聯(lián)合毒性.相關(guān)研究表明[7-10]:土壤中重金屬含量過高可造成農(nóng)作物生長(zhǎng)遲緩、葉片退化、根系萎縮、植株矮小等不良現(xiàn)象，并進(jìn)一步在食物鏈中遷移和轉(zhuǎn)化，最終對(duì)人體健康造成緩慢和長(zhǎng)期的危害，引起一系列疾病.本文以貴州省北部的遵義縣為研究區(qū)域，結(jié)合環(huán)境地球化學(xué)理論知識(shí)和土壤表層Hg元素分布特征，確立該區(qū)域土壤重金屬Hg的化學(xué)基線，進(jìn)一步通過地質(zhì)累積指數(shù)法和污染程度分析來評(píng)判土壤表層環(huán)境的污染狀況，為土壤環(huán)境修復(fù)和無公害選址提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)域概況

遵義縣位于貴州北部，地處大婁山山脈南側(cè)，屬黔中丘陵和黔北山地過渡地帶，地貌類型復(fù)雜.遵義縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫度14 ℃，平均日照數(shù)為1 137.7 h，無霜期長(zhǎng)，雨量充沛，年平均降雨1 035 mm.遵義縣是全省商品糧、油菜籽、生豬、烤煙生產(chǎn)基地縣，該區(qū)土壤類型以黃壤為主[11].

調(diào)查范圍為遵義縣，調(diào)查對(duì)象為農(nóng)業(yè)土壤，調(diào)查內(nèi)容主要是土壤中的Hg含量及污染狀況，采樣點(diǎn)設(shè)在主要的農(nóng)業(yè)和蔬菜基地.

2 研究方法

2.1樣品的采集與制備樣品采集按照非均勻性布點(diǎn)，梅花型采樣法，取自耕地層0～15 cm深度，土樣充分混合，按四分法反復(fù)取舍，最后保留1 kg左右，共選889個(gè)樣點(diǎn).樣品攤放在室內(nèi)經(jīng)自然風(fēng)干研磨，過100目網(wǎng)篩，進(jìn)行分析測(cè)試.

樣品在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布情況，茍江鎮(zhèn)、三合鎮(zhèn)、新民鎮(zhèn)、泮水鎮(zhèn)、石板鎮(zhèn)、三岔鎮(zhèn)、馬蹄鎮(zhèn)、南白鎮(zhèn)、鴨溪鎮(zhèn)、楓香鎮(zhèn)、龍坑鎮(zhèn)、樂山鎮(zhèn)和茅栗鎮(zhèn)各60個(gè)、尚嵇鎮(zhèn)59個(gè)及烏江鎮(zhèn)50個(gè).

2.2分析方法土樣采用HNO3-H2O2消解(USEPA-3050B)[12]，用原子熒光法(AFS-230E)測(cè)定.以GSS-5標(biāo)準(zhǔn)土壤進(jìn)行土樣檢測(cè)質(zhì)量控制，同時(shí)進(jìn)行空白樣品實(shí)驗(yàn)，消解土樣試劑均采用優(yōu)級(jí)純，樣品重復(fù)率達(dá)20%.

2.3數(shù)據(jù)處理當(dāng)數(shù)值分布符合正態(tài)分布，采用算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)差作為代表值；當(dāng)數(shù)值分布符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，采用幾何平均值與幾何標(biāo)準(zhǔn)差作為代表值.通過相對(duì)累積總量分析法和相對(duì)累積頻率分析法確定Hg的基線，地質(zhì)累積指數(shù)法和污染程度分析Hg的污染程度.數(shù)據(jù)分析采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件處理.

3 結(jié)果與分析

3.1土壤中Hg含量監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析遵義縣農(nóng)業(yè)土壤中Hg含量符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表1，該地區(qū)Hg含量范圍為0.02～2.76 mg/kg，平均值為0.182 mg/kg.各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，茅栗鎮(zhèn)均值含量最高為0.35 mg/kg，龍坑鎮(zhèn)最低，均值含量排序，茅栗鎮(zhèn)>茍江鎮(zhèn)>南白鎮(zhèn)>樂山鎮(zhèn)>楓香鎮(zhèn)>遵義縣>馬蹄鎮(zhèn)>尚嵇鎮(zhèn)>石板鎮(zhèn)>新民鎮(zhèn)>三合鎮(zhèn)>鴨溪鎮(zhèn)>烏江鎮(zhèn)>泮水鎮(zhèn)>三岔鎮(zhèn)>龍坑鎮(zhèn).Hg含量最大值出現(xiàn)在茍江鎮(zhèn)為2.76 mg/kg.

該地區(qū)Hg的變異系數(shù)為0.66，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中茍江鎮(zhèn)變異系數(shù)最突出為1.216，說明該鄉(xiāng)鎮(zhèn)中存在Hg的點(diǎn)污染源，并對(duì)該地區(qū)表層土壤造成了影響.

3.2土壤中Hg的基線研究利用相對(duì)累積總量分析法和相對(duì)累積頻率分析法確定遵義縣農(nóng)業(yè)土壤中Hg的基線值[13].

1) 相對(duì)累積總量分析法：遵義縣土壤中Hg含量與相對(duì)累積密度雙對(duì)數(shù)分布曲線圖1，圖中拐點(diǎn)處Hg含量為0.158 mg/kg，為土壤中Hg背景值與異常值的分界點(diǎn)，分界點(diǎn)以下Hg含量的平均值為0.120 mg/kg加該段樣品的二倍標(biāo)準(zhǔn)差(0.029 mg/kg)，為該區(qū)域土壤中Hg的基線值范圍，是0.062～0.178 mg/kg.

2) 相對(duì)累積頻率分析法：圖2為遵義縣土壤Hg含量與相對(duì)累積頻率曲線圖，圖中有2個(gè)拐點(diǎn):拐點(diǎn)1(0.115 mg/kg)和拐點(diǎn)2(0.510 mg/kg).拐點(diǎn)1代表含量的上限(基線范圍)，小于拐點(diǎn)1的樣品數(shù)Hg的平均值為0.090 mg/kg，拐點(diǎn)2代表受人類活動(dòng)影響的異常值的下限.

聯(lián)合以上2種計(jì)算結(jié)果，遵義縣農(nóng)業(yè)土壤Hg的基線值為0.090 mg/kg，背景值與異常值的分界值為0.158 mg/kg，Hg含量大于0.510 mg/kg的土壤與人類活動(dòng)有關(guān).對(duì)所有樣點(diǎn)進(jìn)行分析，Hg含量大于0.510 mg/kg有3.26%，茅栗鎮(zhèn)、南白鎮(zhèn)和茍江鎮(zhèn)占的比例較多，分別為24.14%、20.69%、27.59%.究其原因茍江鎮(zhèn)、茅栗鎮(zhèn)近幾年工礦企業(yè)發(fā)展較迅速，大量點(diǎn)源污染物的排放，增加了土壤中Hg的含量；南白鎮(zhèn)位于城郊，礦物冶煉和化工企業(yè)充當(dāng)了土壤中Hg含量增高的點(diǎn)污染源[14].

表 1 遵義縣農(nóng)業(yè)土壤Hg的統(tǒng)計(jì)分析

圖1 遵義縣土壤Hg 含量與相對(duì)累積密度的 雙對(duì)數(shù)分布曲線Fig. 1 The logarithm of Hg content and the logarithmic curve of relatively accumulative density in soil of Zunyi county

圖2 遵義縣土壤Hg 元素含量概率函數(shù)Fig. 2 The probability function of Hg content in soil of Zunyi county

3.3地質(zhì)累積污染分析地質(zhì)累積指數(shù)(Igeo)稱為Muller指數(shù)[15].用于研究沉積物中重金屬污染程度的定量指標(biāo)，其表達(dá)式如下：

其中,Cn指樣品中元素的濃度,BEn指基線濃度,1.5為修正指數(shù)，表示巖石地質(zhì)、沉積特征及其它影響.Forstner等把地質(zhì)累積指數(shù)分為7個(gè)級(jí)別，不同的級(jí)別代表不同的重金屬污染程度[15](表2).

表 2 重金屬地質(zhì)累積指數(shù)污染程度

用本文所得的Hg基線值0.090 mg/kg和地質(zhì)累積污染分析方法，得該縣Hg的Igeo為0.155，整體上處于輕度級(jí)污染.各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，茅栗鎮(zhèn)、茍江鎮(zhèn)的地質(zhì)累積指數(shù)較大分別為1.37、1.05，處于中度級(jí)污染，這主要與茅栗鎮(zhèn)、茍江鎮(zhèn)長(zhǎng)期的礦業(yè)開采有關(guān).龍坑鎮(zhèn)Igeo最小為-0.099 5，無污染.其它分析的鄉(xiāng)鎮(zhèn)Igeo均處在0～1之間，為輕度級(jí)污染.

對(duì)所有樣品分析，地質(zhì)累積指數(shù)為l級(jí)占24.07%，未受Hg的污染；2級(jí)占60.74%，為輕度污染，3級(jí)占12.04%，為中度污染；4級(jí)占2.25%，處于中度污染到強(qiáng)污染之間，5級(jí)占0.67%，為強(qiáng)污染；6級(jí)占0.23%，介于強(qiáng)污染到極強(qiáng)污染之間.

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，按未受Hg的污染樣品所占比例的大小，龍坑鎮(zhèn)>三岔鎮(zhèn)>泮水鎮(zhèn)>烏江鎮(zhèn)>鴨溪鎮(zhèn)>三合鎮(zhèn)>新民鎮(zhèn)>石板鎮(zhèn)>尚嵇鎮(zhèn)>馬蹄鎮(zhèn)>楓香鎮(zhèn)>樂山鎮(zhèn)>南白鎮(zhèn)>茍江鎮(zhèn)>茅栗鎮(zhèn).

3.4污染程度分析污染程度(CD)表示樣品中被測(cè)試重金屬的超標(biāo)狀況，表達(dá)式[16]為CD=Ci/CA-1,其中，Ci表示Hg第i個(gè)樣品的測(cè)試值，CA表示土壤中Hg含量的允許上限，一般為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).本文在進(jìn)行Hg污染程度分析時(shí)，CA為國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.15 mg/kg[17].

通過污染程度分析，該縣農(nóng)業(yè)土壤中HgCD最大值為17.41，最小值為-0.997，均值為0.41.對(duì)所有樣品進(jìn)行分析，294個(gè)樣點(diǎn)CD小于0，即33.07%的土樣未受到Hg的影響；497個(gè)樣點(diǎn)的CD介于0～1之間，即55.91%的土樣受到Hg的影響；98個(gè)點(diǎn)大于1，即11.02%的土樣受到Hg的影響較嚴(yán)重.

對(duì)遵義縣部分土樣中Hg含量偏高的原因分析.近些年，煤、鋁土礦、硫鐵礦、錳礦、等礦業(yè)開采排放大量的污染物，以礦產(chǎn)品為原料的冶煉加工企業(yè)排放的廢棄物，冶金、化工、建材、能源等為支柱的工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展產(chǎn)生大量的污染物，這些因素增加了該地區(qū)土壤中重金屬Hg的含量[14]；另外該地區(qū)由碳酸鹽巖、鉛鋅礦巖和礦石風(fēng)化形成的土壤，有利于重金屬的吸附、沉淀和富集[18].

4 結(jié)論

遵義縣農(nóng)業(yè)土壤中Hg均值含量為0.182 mg/kg.各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，茅栗鎮(zhèn)最高為0.35 mg/kg.該縣土壤中Hg變異系數(shù)為0.66，茍江鎮(zhèn)變異系數(shù)最大為1.216，說明該鄉(xiāng)鎮(zhèn)中存在Hg的點(diǎn)污染源，并對(duì)表層土壤產(chǎn)生了影響.

該地區(qū)土壤中Hg的基線值為0.090 mg/kg，地質(zhì)累積污染指數(shù)為0.155，處于輕度級(jí)污染.對(duì)所有樣品進(jìn)行地質(zhì)累積污染分析，24.07%的土樣未受污染，60.74%為輕度污染，12.04%為中度污染，2.25%處于中度污染與強(qiáng)污染之間，0.67%為強(qiáng)度污染，0.23%處于強(qiáng)污染與極強(qiáng)污染之間；通過污染程度分析，33.07%的土樣未受Hg的污染，55.91%受到Hg的影響，11.02%受到Hg的影響較嚴(yán)重.對(duì)比2種污染分析方式，分析結(jié)果基本一致.

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