黃裕宏　范穎暉　李銳敏　丘文明　呂輝雄

摘 要 目前礦區(qū)土壤的重金屬污染問題引起了世界范圍的高度關(guān)注。對(duì)廣東省內(nèi)某一礦區(qū)周邊耕地土壤中重金屬的污染現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，采集了礦區(qū)周圍耕地芭蕉、水稻、玉米、黃豆、番薯及對(duì)應(yīng)土壤，參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行重金屬含量測(cè)定。結(jié)果表明：作物樣及其對(duì)應(yīng)土壤都受到了重金屬Cd、Pb、Cu、Zn的污染，其中污染程度最高的是Cu，綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)表明，4種土壤的綜合污染指數(shù)都大于2，整體屬于中度污染，芭蕉土的綜合污染指數(shù)超過(guò)4，屬于嚴(yán)重污染。玉米、芭蕉、番薯的重金屬含量處于較高水平，對(duì)重金屬有一定的富集作用?？梢?，采礦會(huì)對(duì)周邊土地造成不可忽視的重金屬污染。

關(guān)鍵詞 重金屬污染；礦區(qū)；土壤與植物

中圖分類號(hào) X171.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract The soil heavy metal pollution in mine areas is an issue widely concerned. A study was conducted to investigate the heavy metal contamination of the soil and vegetation in one of the mining fields in Guangdong. The soils， plantain， rice， soybean， maize， and sweet potato were collected from the farmland around the mining area， and the heavy metals were determined. It was found that all the plants and soil samples were contaminated by Cd， Pb， Cu and Zn， especially by Cu. According to nemerow integrated pollution index， the index of 4 kind of soils were above 2， which meaning middle level pollution. Plantain soil was intensely polluted with the index of 4. The concentrations of most heavy metals were at high level in 3 kinds of vegetation samples（maize， plantain， sweet potato）， due to the phytoremediation of polluted soils. Above all， mining would cause and increase the soil heavy mental pollution around the field.

Key words Heavy mental pollution；Mining area；Soil and vegetation

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.06.024

土壤是人類賴以生存的資源，耕地資源與人類生產(chǎn)生活息息相關(guān)，耕地健康情況直接影響人類健康。然而采礦業(yè)的發(fā)展，以及采礦工藝與管理的不完善性，使其不斷對(duì)周邊耕地產(chǎn)生不良影響，其中重金屬污染便是一項(xiàng)。尤其是有色金屬礦區(qū)，由于污水排放，水土流失等原因，一些有害金屬就隨著采礦所產(chǎn)生的酸性廢水以及尾礦堆積、淋濾過(guò)程中流失，從而導(dǎo)致土壤中重金屬含量的超標(biāo)[1]。另外，礦區(qū)灰塵的干、濕沉降也會(huì)造成周邊耕地土壤重金屬污染。以廣東韶關(guān)大寶山礦山的研究為例，大寶山外排的酸性廢水的鉛、錳、銅、鎘分別為背景值的11、12、224和10倍[2]，其酸性廢水對(duì)附近上壩村的種植物糧食作物造成嚴(yán)重污染，在香蕉等作物中測(cè)得鎘超標(biāo)197倍[3]。

土壤中的重金屬可以通過(guò)皮膚、消化道和呼吸道進(jìn)入人體，隨后與體內(nèi)的某些有機(jī)物質(zhì)如：蛋白質(zhì)、核酸等發(fā)生反應(yīng)，生成金屬絡(luò)合物或金屬螯合物，從而對(duì)人體產(chǎn)生不良影響，尤其是對(duì)母嬰，其毒害效果更為明顯。同時(shí)重金屬還能與兒茶酚胺、維生素、激素等微量活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，重金屬會(huì)使上述物質(zhì)改變或喪失其原有的生化功能，從而引起病變[4]。重金屬的污染多為伴生或綜合性的復(fù)合污染，污染的程度也將比單一金屬污染更為嚴(yán)重。礦區(qū)所排放的重金屬中不乏有害金屬如汞、鎘、鉛等，汞是日本水俁病的成因，鎘的攝入將導(dǎo)致人體骨骼中的鈣大量流失，最終導(dǎo)致人體骨骼萎縮；鉛則直接傷害人體腦細(xì)胞，微量即可致使嬰兒智力低下。

Deng等[5]認(rèn)為，植物的某種適應(yīng)機(jī)制說(shuō)明部分植物能在重金屬嚴(yán)重污染的條件下很好地平衡重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移過(guò)程，即土壤重金屬嚴(yán)重污染時(shí)部分植物可能會(huì)進(jìn)一步對(duì)其富集，而對(duì)于糧食作物，如果作物體內(nèi)重金屬富集程度高，重金屬含量偏高，對(duì)人體的危害是極為嚴(yán)重的。

本課題組采集了廣東省某礦區(qū)周邊耕地的土壤樣和植物樣，進(jìn)行重金屬含量的測(cè)定分析，旨在估算該地區(qū)受周邊礦區(qū)重金屬污染程度以及作物對(duì)重金屬的生物積累程度，以關(guān)注礦區(qū)周邊重金屬等污染，提高污染區(qū)農(nóng)戶的安全耕作意識(shí)。

1 材料與方法

1.1 材料

2015年9月份，于廣東某礦區(qū)周邊，距離大概40 km處耕地進(jìn)行隨機(jī)采樣，采集芭蕉、水稻、玉米、黃豆、番薯及對(duì)應(yīng)土壤。其中采回芭蕉、水稻、玉米、黃豆各2個(gè)樣，番薯3個(gè)樣以及對(duì)應(yīng)數(shù)量的土壤樣品。

1.2 方法

1.2.1 樣品測(cè)定及分析 將芭蕉、水稻、玉米、黃豆、番薯樣品用自來(lái)水和去離子水洗凈，置烘箱內(nèi)65 ℃ 48 h烘干，記錄干重。干樣用萬(wàn)能粉碎機(jī)磨細(xì)，過(guò)0.25 mm的尼龍篩，備測(cè)重金屬鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鎳（Ni）和鋅（Zn）含量。

將土壤樣品在室內(nèi)風(fēng)干，去除根系等雜物，并研磨過(guò)20、100目尼龍篩，包裝登記后保存?zhèn)錅y(cè)重金屬Cd、Cr、Pb、Cu、Ni和Zn的含量。

用分析天平[PB2002-N，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]精確稱取1.00 g經(jīng)上述處理的樣品于聚四氟乙烯坩堝中，分別加5 mL HNO3、5 mL HF、3 mL HClO4加蓋放置12 h，每個(gè)樣品2個(gè)平行同時(shí)有3個(gè)空白，用電爐緩慢加熱消化，1 h后，打開蓋，繼續(xù)加熱除硅，當(dāng)加熱至冒濃厚白煙時(shí)，加蓋，待坩堝壁上的黑色有機(jī)物消失后，開蓋驅(qū)趕HClO4，白煙并蒸至內(nèi)容物呈粘稠狀。稍冷，加入5 mL HNO3，待酸至粘稠狀，加入2 mL 1 ∶ 1的HCl溶解，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶，定容搖勻后，再經(jīng)過(guò)濾后，用火焰原子吸收分光光度計(jì)（Z-2300，日本HITACHI公司）測(cè)試樣品中的重金屬Cd、Cr、Pb、Cu、Ni和Zn的含量。植物重金屬含量測(cè)定采用干灰化-原子吸收光譜法，其具體測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[6]，土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd全量均采用HCl-HNO3-HF-HClO4消煮-原子吸收光譜測(cè)定法（GB/T 17138-1997）測(cè)定。

1.2.2 污染程度評(píng)價(jià) 內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用的方法之一。該方法先求出各因子的分指數(shù)超標(biāo)倍數(shù)，然后求出個(gè)分指數(shù)的平均值，取最大分指數(shù)和平均值計(jì)算。

單因子指數(shù)法通過(guò)單因子評(píng)價(jià)，可以確定主要的重金屬污染物及其危害程度。一般以污染指數(shù)來(lái)表示，以重金屬含量實(shí)測(cè)值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比除去量綱來(lái)計(jì)算污染指數(shù)，如公式（1）。

Pi=Ci/Si （1）

式中：Pi為重金屬元素的污染指數(shù)，Ci為重金屬含量實(shí)測(cè)值，Si為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

單因子指數(shù)污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

單因子指數(shù)只能反映各個(gè)重金屬元素的污染程度，不能全面地反映土壤的污染狀況，而綜合污染指數(shù)兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最高值，可以突出污染較重的重金屬污染物的作用。綜合污染指數(shù)計(jì)算方法如公式（2）。

式中： Pj為采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)，Pimax為采樣點(diǎn)重金屬污染物單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值，P為單因子指數(shù)平均值。

綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤樣品重金屬含量

土壤樣品測(cè)定結(jié)果見表3，從樣品中均檢測(cè)出了Cd、Cr、Pb、Cu、Ni、Zn 6種重金屬元素。再與GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，可以看出除Cr、Ni的相對(duì)含量較低外，Cd、Cu、Zn元素含量普遍不同程度地超過(guò)GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，其中也包括個(gè)別土壤樣品的Pb含量。

植物樣品測(cè)定結(jié)果如表4，均相應(yīng)檢測(cè)出Cd、Cr、Pb、Cu、Ni、Zn 6種重金屬元素含量，其中Cd含量與土壤中含量相近，而Zn元素植物中含量偏高。GB 2762-2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中指出稻谷、糙米、大米中鎘限量指標(biāo)為0.2 mg/kg，谷物及其制品中鉛限量指標(biāo)為0.2 mg/kg?？梢钥闯?，作物中重金屬含量接近甚至大大超過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 植物樣品對(duì)重金屬的富集情況

由表5可知，植物對(duì)Cd的吸收富集作用較強(qiáng)，對(duì)Cr的吸收富集作用次之，對(duì)Zn也存在一定的富集作用，對(duì)Pb、Cu和Ni沒有明顯吸收富集作用。

2.3 污染狀況分析

經(jīng)過(guò)內(nèi)梅羅指數(shù)分析法得出污染指數(shù)情況，如表6。根據(jù)表1單因子指數(shù)結(jié)果表明，3種作物的土壤中Cd、Pb、Cu、Zn的Pi大于1，說(shuō)明均已受到污染，其中Cu污染最為嚴(yán)重，屬于嚴(yán)重污染。幾種土壤的Pj大于2，屬于中度污染，而芭蕉土Pj大于4，屬于嚴(yán)重污染。

通過(guò)對(duì)礦區(qū)周圍耕地芭蕉、水稻和玉米、黃豆、番薯及對(duì)應(yīng)土壤重金屬含量測(cè)量，該礦區(qū)周邊土壤受重金屬Cd、Pb、Cu、Zn的污染，其中污染程度最高的是Cu。同時(shí)，受污染的土壤周邊植物也受到重金屬污染，由于植物對(duì)不同金屬的吸收能力不同，導(dǎo)致不同植物之間吸收重金屬的量也有所不同。而礦區(qū)周邊的土壤以及植物，受重金屬污染嚴(yán)重。

2.4 與其他結(jié)果對(duì)比

目前重金屬中Cd、Cr、Pb、Cu、Zn較受關(guān)注[7-9]，高污染礦區(qū)對(duì)周邊環(huán)境的影響形勢(shì)嚴(yán)峻。由表7可知，鉛鋅礦周邊土壤中Cd、Pb、Zn這3種金屬含量與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值相比均有不同程度的超標(biāo)，銅礦區(qū)周邊土壤中Cd、Cu、Zn的含量嚴(yán)重超標(biāo)。由此可見，不同礦區(qū)土壤中重金屬的污染情況也各不相同。由表8可知，在非礦區(qū)耕地土壤中，重金屬含量明顯低于礦區(qū)。可見，礦區(qū)對(duì)周邊土壤環(huán)境的影響不容忽視。

3 討論與結(jié)論

有研究表明，中國(guó)耕地重金屬污染概率為16.67%，而廣東省被認(rèn)為是我國(guó)耕地土壤重金屬污染的重點(diǎn)區(qū)域[17]。其中在廣東典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中，Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和 Hg元素的平均含量都已分別超過(guò)了背景值[18]，說(shuō)明廣東大部分耕地土壤已經(jīng)受到了不同程度的人為污染。

芭蕉、水稻和玉米、黃豆、番薯作物對(duì)應(yīng)土壤中重金屬Cd、Pb、Cu、Zn的含量超過(guò)國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值。芭蕉、水稻和玉米、黃豆、番薯作物樣品中重金屬Cd、Pb、Cu、Zn的含量也較高。說(shuō)明該地區(qū)耕地普遍受到重金屬Cd、Pb、Cu、Zn元素的污染，屬于中度污染的水平，其中受Cu元素污染最為嚴(yán)重。同時(shí)污染的土壤，導(dǎo)致作物重金屬積累量的增加，也導(dǎo)致了耕地作物的重金屬污染。

本次研究中作物重金屬含量均處于較高水平，農(nóng)作物容易吸收土壤中的重金屬元素，人體過(guò)量攝入會(huì)造成嚴(yán)重危害，因此，對(duì)于礦區(qū)周邊的耕地，應(yīng)該予以重金屬污染檢測(cè)，并作進(jìn)一步的耕種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，不宜在不了解重金屬污染程度的情況下持續(xù)耕作。對(duì)于污染較為嚴(yán)重的耕地，政府或相關(guān)部門應(yīng)該予以治理，嚴(yán)重污染的耕地應(yīng)該做好相應(yīng)處理，例如采取退耕還林的措施。

參考文獻(xiàn)

[1] Lin C， Y Wu， W Lu. Water chemistry and ecotoxicity of an acid mine drainage-affected stream in subtropical China during a major flood event[J]. Journal of Hazardous Materials， 2007， 142（1-2）： 199-207.

[2] 林初夏， 黃少偉， 童曉麗， 等. 大寶山礦水外排的環(huán)境影響Ⅱ： 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[J]. 生態(tài)環(huán)境， 2003， 14（2）： 173-177.

[3] 許 超， 夏北成， 秦建橋，等. 廣東大寶山礦山下游地區(qū)稻田土壤的重金屬污染狀況的分析與評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007， 26（增刊）： 549-553.

[4] 于艷秋， 張笑竹， 劉 娟. 重金屬污染對(duì)人體的危害[J]. 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化， 2008（1）： 16.

[5] Deng H， ZH Ye， MH Wong. Accumulation of lead， zinc， copper and cadmium by 12 wetland plant species thriving in metal-contaminated sites in China[J]. Environmental Pollution，2004， 132（1）： 29-40.

[6] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社， 1999.

[7] 王 瑩， 趙全利， 胡 瑩， 等.上虞某鉛鋅礦區(qū)周邊土壤植物重金屬含量及其污染評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境化學(xué)， 2011， 30（7）： 1 354-1 359.

[8] 孫 健， 鐵柏清， 秦普豐，等. 鉛鋅礦區(qū)土壤和植物重金屬污染調(diào)查分析[J]. 植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2006， 15（2）： 63-67.

[9] 王再嵐， 何 江， 智穎飆，等. 公路旁側(cè)土壤植物系統(tǒng)中的重金屬分布特征[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2006， 30（4）： 15-20.

[10] 石 平. 遼寧省典型有色金屬礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及植物修復(fù)研究[D]. 沈陽(yáng)： 東北大學(xué)， 2010.

[11] 高 靜. 甘肅金昌市鎳銅礦區(qū)重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[D]. 衡陽(yáng)： 南華大學(xué)， 2012.

[12] 樊 霆， 葉文玲， 陳海燕，等. 農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2013， 22（10）： 1 727-1 736.

[13] 王 爽， 李榮華， 張?jiān)鰪?qiáng)，等. 陜西潼關(guān)農(nóng)田土壤及農(nóng)作物重金屬污染及潛在風(fēng)險(xiǎn)[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2014， 34（9）： 2 313-2 320.

[14] 羅永清， 陳銀萍， 陶 玲，等. 蘭州市農(nóng)田土壤重金屬污染評(píng)價(jià)與研究[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 46（1）： 98-104.

[15] 郭朝暉， 肖細(xì)元， 陳同斌，等. 湘江中下游農(nóng)田土壤和蔬菜的重金屬污染[J]. 地理學(xué)報(bào)， 2008， 63（1）： 3-11.

[16] 徐理超. 阜新市農(nóng)田土壤重金屬污染的空間分析及污染評(píng)價(jià)[D]. 重慶： 西南大學(xué)， 2007.

[17] 宋 偉， 陳百明， 劉 琳.中國(guó)耕地土壤重金屬污染概況[J]. 水土保持研究， 2013， 20（2）： 293-298.

[18] 楊國(guó)義， 張?zhí)毂颍?萬(wàn)洪富， 等. 廣東省典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中重金屬污染空間差異及原因分析[J]. 土壤， 2007， 39（3）： 387-392.