湯波 趙佐平 宋鳳敏 段敏 李琛?┩躚迕癃┝踔欠?

摘要：以陜西省南部某鉛鋅礦區(qū)為研究對(duì)象，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 （ICP-AES） 測(cè)定土壤銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、錳（Mn）、鍺（Ge）、鎳（Ni）含量，采用歐洲參考交流局（BCR）修正的順序提取技術(shù)進(jìn)行重金屬形態(tài)分析；測(cè)定土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性。結(jié)果表明：尾砂堆積對(duì)周邊土壤的重金屬含量影響明顯，6種重金屬乙酸提取態(tài)含量較高，容易遷移至土壤環(huán)境，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估編碼法（RAC）重金屬生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為Cu、Zn、Pb、Ge、Ni等5種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為中等，Mn的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低；重金屬復(fù)合污染對(duì)土壤過氧化氫酶、脲酶活性呈抑制作用，對(duì)蔗糖酶、磷酸酶活性具有激活作用。

關(guān)鍵詞：鉛鋅礦區(qū)；重金屬復(fù)合污染；土壤酶

中圖分類號(hào)： X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0470-04

近年來礦產(chǎn)開采活動(dòng)日益頻繁，由于尾礦、廢石的堆放，占用了大量土地，污染周圍環(huán)境，破壞了生態(tài)系統(tǒng)平衡。由于空氣氧化、雨水淋溶等自然作用，尾礦、廢石中的重金屬會(huì)進(jìn)入礦區(qū)及周邊土壤、地表水及地下水，使環(huán)境生態(tài)問題不斷惡化[1]。土壤酶是由微生物、土壤動(dòng)物、植物根系和生物殘?bào)w等釋放到土壤中的一類具有催化作用的生物活性物質(zhì)，是土壤系統(tǒng)中生物化學(xué)反應(yīng)過程的主要參與者，它與土壤發(fā)育、土壤肥力形成、土壤環(huán)境凈化等息息相關(guān)[2-3]。眾多研究表明，土壤重金屬的毒性、生物有效性、遷移轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，以及重金屬對(duì)土壤酶的影響機(jī)理與效果都不僅與單一重金屬含量相關(guān)，而且更加明顯地受重金屬的賦存形態(tài)和多種重金屬復(fù)合污染的影響[4]。因此，開展礦區(qū)土壤重金屬形態(tài)分布特征、多種重金屬復(fù)合污染特點(diǎn)及其對(duì)土壤酶影響的研究，其意義遠(yuǎn)大于單因素污染的研究。本研究探討了陜西省南部燕子砭鉛鋅礦區(qū)周邊土壤重金屬的復(fù)合污染特征及其對(duì)土壤酶活性的影響，旨在為漢江上游鉛鋅尾礦區(qū)土壤生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于陜西省西南部的寧強(qiáng)縣，該縣位于陜西省、四川省、甘肅省的交界處，長江的最大支流——漢江就發(fā)源于此，因此寧強(qiáng)縣有“三千里漢江第一城”之美譽(yù)。該縣境內(nèi)富含數(shù)十種金屬、非金屬礦藏，主要有鐵（Fe）、銅（Cu）、錳（Mu）、鋅（Zn）、金（Au）等，區(qū)域成礦條件優(yōu)越，被李四光先生譽(yù)為“中國的烏拉爾”[3]。本研究中的燕子砭鉛鋅礦地處陜西省寧強(qiáng)縣、略陽縣、勉縣的三角地帶，降水量充沛，地表雨水徑流活躍，而且山區(qū)人口較多，耕地農(nóng)田面積較大，所以該地區(qū)由礦產(chǎn)開采和選礦而產(chǎn)生的廢石、尾礦對(duì)周邊農(nóng)田土壤的重金屬污染不可小覷。

1.2采樣點(diǎn)布設(shè)及采集

在鉛鋅礦尾礦壩的壩頂、壩坡、下游及周邊農(nóng)田土壤中采集土樣19個(gè)（其中對(duì)照1個(gè)，標(biāo)為W19），尾砂樣品2個(gè)。采樣時(shí)間是2014年8月，采用“S”形多點(diǎn)采樣法[5]。采集0～20 cm深度的表土，剝除表層雜草、枯枝等，在采樣點(diǎn)不同位置分別采樣3次，然后混合均勻作為1個(gè)樣品。用全球定位系統(tǒng)（GPS）儀對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行定位，并詳細(xì)記錄采樣點(diǎn)環(huán)境狀況，將樣品保存在密封塑料袋中，依次編號(hào)。土樣及尾砂經(jīng)過風(fēng)干、磨碎、過100目尼龍篩后，用塑封袋保存。采樣點(diǎn)分布及坐標(biāo)如圖1、表1所示。

2.2土壤重金屬含量

由表5可知，在重金屬全量方面，與陜西省土壤背景值[13]相比，本研究中尾礦周邊的18個(gè)采樣點(diǎn)Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni含量平均值超過當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?，分別是背景值的 2.4、3.1、4.1、23.8、1.9、1.5倍。而遠(yuǎn)離尾礦庫的對(duì)照點(diǎn)重金屬全量與陜西省土壤背景值非常相近，這說明燕子砭尾礦庫的尾砂堆積對(duì)周邊土壤的重金屬含量影響十分明顯。其中影響最大的是Ge元素，其次是Pb、Zn、Cu。從各元素含量變異系數(shù)看，Mn、Pb含量的變異系數(shù)最大，分別為84.5%、64.5%，說明這2種元素在一定程度上受到外界干擾影響較大[12，14]。從乙酸提取態(tài)含量看，Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni乙酸提取態(tài)含量分別占對(duì)應(yīng)全量的14.0%、20.9%、13.3%、12.4%、7.7%、13.2%，該研究區(qū)域土壤屬于中性偏弱酸性。重金屬的乙酸提取態(tài)含量越高，表明重金屬越容易遷移至土壤環(huán)境，對(duì)于該區(qū)域的土壤生態(tài)潛在威脅越大。對(duì)照W19采樣點(diǎn)遠(yuǎn)離尾礦庫，其重金屬全量以及乙酸提取態(tài)含量均低于尾礦周邊18個(gè)土壤的平均含量，且接近背景值，說明該樣點(diǎn)未受到尾礦重金屬的影響或影響較小。18個(gè)土樣Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni全量平均值分別是對(duì)照的2.3、3.3、5.0、17.2、2.0、2.2倍，乙酸提取態(tài)含量平均值分別是對(duì)照的2.4、1.7、5.0、5.3、1.6、5.1倍，說明尾礦庫對(duì)周邊土壤重金屬污染比較明顯。

2.3RAC重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

RAC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法是基于重金屬形態(tài)分析的重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[10]。傳統(tǒng)重金屬污染評(píng)價(jià)都是對(duì)重金屬總量進(jìn)行評(píng)價(jià)，這些方法僅可了解重金屬污染程度，不能有效評(píng)價(jià)重金屬的遷移性、活性和潛在生態(tài)危害性。所以將重金屬總量評(píng)價(jià)與重金屬形態(tài)分析評(píng)價(jià)相結(jié)合，才能為土壤重金屬污染防治提供更加科學(xué)有效的依據(jù)[10]。

如表6所示，從采樣點(diǎn)的重金屬乙酸可提取態(tài)比例的平均值看，Cu、Zn、Pb、Ge、Ni等5種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為中等，Mn的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低。從乙酸可提取態(tài)的分布比例范圍看，各采樣點(diǎn)的Zn元素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)均屬于中等，其他4種重金屬元素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)都是在部分區(qū)域呈中等風(fēng)險(xiǎn)，部分區(qū)域呈低風(fēng)險(xiǎn)。

2.4礦區(qū)土壤酶活性

由表7可知，從酶活性平均值來看，18個(gè)污染土壤樣品的過氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性分別是對(duì)照的47%、171%、114%、58%，說明重金屬復(fù)合污染對(duì)土壤過氧化氫酶、脲酶活性呈現(xiàn)出抑制作用，對(duì)蔗糖酶、磷酸酶具有激活作用。

制作用，對(duì)蔗糖酶、磷酸酶活性具有激活作用。

過氧化氫酶和脲酶在重金屬影響下最敏感，6種重金屬全量及乙酸提取態(tài)含量均與其活性呈負(fù)相關(guān)，且基本與Cu、Zn等元素的相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著。蔗糖酶活性與重金屬全量呈正相關(guān)，激活作用比較明顯。磷酸酶活性與重金屬全量呈正相關(guān)，雖無顯著相關(guān)關(guān)系，但在一定程度上說明重金屬對(duì)磷酸酶具有激活作用。

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