韋妮玉，張新英

(1.廣西師范學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.北部灣環(huán)境演變與資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001)

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桂西北礦區(qū)農(nóng)田土壤鎘污染評價(jià)

韋妮玉1，2，張新英1,2

(1.廣西師范學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.北部灣環(huán)境演變與資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530001)

為探明廣西典型礦區(qū)的礦業(yè)活動(dòng)對農(nóng)田鎘(Cd)污染的累積影響，對大廠礦區(qū)12個(gè)自然屯主要農(nóng)田采集156個(gè)土壤樣，測定了土壤中重金屬Cd元素含量，以及進(jìn)行了污染評價(jià)。結(jié)果表明：156個(gè)土壤樣品中鎘超標(biāo)率為98.08%，12個(gè)屯農(nóng)田土壤中 Cd的鎘含量都超過廣西土壤背景值，污染等級為極強(qiáng)。因此施用磷肥(P)可降低土壤鎘的活性，同時(shí)控制污染源，降低鎘污染程度。

大廠礦區(qū)；農(nóng)田土壤；鎘污染

1 引言

鎘在地殼中的豐度為0.2×10-6，是一個(gè)極為分散的、具有致癌作用的強(qiáng)毒性化學(xué)元素[1]。金屬礦區(qū)通常是重金屬污染的重要地區(qū)。鎘礦的開采運(yùn)輸，冶煉過程的煙塵沉降，含鎘廢水排放均能導(dǎo)致鎘元素在土壤或者水體中累積，并通過食物鏈等途徑危害人體健康[2]。含鎘礦石的開采、選冶以及含鎘的工業(yè)“三廢”排放是土壤鎘污染的主要來源。

許超等研究表明[3]，大寶山20世紀(jì)60年代開始興建的采礦場和金屬冶煉廠排出酸性采礦廢水已造成下游農(nóng)田的大面積污染，農(nóng)田土壤污染是以Cd和Cu為主的多金屬復(fù)合污染。近年催力拓等研究提出[4]，廣西某礦區(qū)生產(chǎn)的稻米中鎘濃度嚴(yán)重超標(biāo)，當(dāng)?shù)鼐用褚蜷L期食用這種“鎘米”已經(jīng)出現(xiàn)“骨痛病”癥狀。

目前大眾對鎘礦的區(qū)域分布特征、采礦活動(dòng)造成的鎘元素污染以及存在的風(fēng)險(xiǎn)仍缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識。林炳營研究表明，廣西某鉛鋅礦場地開發(fā)，引起了河流水質(zhì)、土壤和農(nóng)作物的鎘污染問題[5]。基于此，對廣西河池大廠礦區(qū)農(nóng)田土壤進(jìn)行了鎘含量測試，目的在于探究目前農(nóng)田土壤的鎘污染來源和狀況，并評估其污染等級。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與分析

在南丹縣大廠村的12個(gè)屯，包括新菜園、荒田、朝陽、大坪屯、銅坑屯、大樹腳、鐵板哨、更莊、老菜園、巖山腳、高峰和沙坪。采用蛇形布點(diǎn)，采集5個(gè)點(diǎn)混合為一個(gè)樣品。共采集土壤樣品156個(gè)(圖1)。

土壤樣品pH值(水比土2.5∶1)用pH計(jì)測定；測含水率將樣品放于烘箱中烘至恒重，減少的質(zhì)量即為水分的質(zhì)量；有機(jī)質(zhì)水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定；樣品的消解采用加反王水(濃鹽酸與濃硝酸比例1∶3和2 mL氫氟酸)，放入WARS微波消解儀中消解，趕酸，定容待測。

用ICP—MS測定Cd含量，測試有標(biāo)準(zhǔn)樣。 隨機(jī)抽取1個(gè)樣品做5次重復(fù)測定，各元素相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。用 SPSS19.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用 Excel 進(jìn)行圖形的繪制和矩陣的計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤鎘含量分析

土壤中Cd的平均含量大小順序依次為銅坑>大樹腳>沙坪>鐵板哨>朝陽>新菜園>高峰>更莊>老菜園>大坪>巖山腳>荒田，所有的采樣點(diǎn)Cd的含量高于廣西土壤元素背景值0.0617 mg/kg[6]。

銅坑土壤中Cd 的含量最大，為42.75 mg/kg；荒田最小，為1.54 mg/kg，但是也超過廣西土壤背景值25倍。同時(shí)，12個(gè)屯的采樣點(diǎn)Cd含量均超過國家土壤中國土壤元素背景值0.097 mg/kg[7]；總體來看，大廠鎮(zhèn)12個(gè)屯農(nóng)田土壤中 Cd的含量都很高(表1)，土壤Cd污染的現(xiàn)象已經(jīng)比較嚴(yán)重。

以廣西土壤環(huán)境背景值和國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[8]作為比較依據(jù)。大廠鎮(zhèn)農(nóng)地土壤中Cd存在普遍的累積，超出廣西土壤背景值274倍；變異系數(shù)為1.52，依據(jù)變異系數(shù)大小分級規(guī)律，變異系數(shù)大于0.3為強(qiáng)變異。

結(jié)果表明(表2)土壤中Cd的污染程度比較嚴(yán)重，且土壤鎘區(qū)域含量變化比較大，說明受外界活動(dòng)影響的強(qiáng)弱差異大。實(shí)地調(diào)查得知，大廠鎮(zhèn)是一個(gè)典型的礦業(yè)鎮(zhèn)，土壤中Cd的分布主要受采礦活動(dòng)的影響。

圖1 廠區(qū)采樣點(diǎn)分布

表2 土壤鎘含量極其特征

2.2 土壤鎘污染評價(jià)

進(jìn)行土壤單項(xiàng)污染超標(biāo)倍數(shù)公式(pi=(Ci-C0)/C0)計(jì)算[9]和分級[10]。評價(jià)結(jié)果(表3)表明，土壤鎘樣品超標(biāo)率為98.08%。

表3 土壤Cd污染超標(biāo)倍數(shù)及超標(biāo)率

2.3 土壤鎘累積評價(jià)

地積累指數(shù)[11]Igeo廣泛應(yīng)用于定量研究沉積物中重金屬污染程度，也適用于當(dāng)代土壤中重金屬污染的評價(jià)(表4)。它綜合考慮了人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值以及因造巖運(yùn)動(dòng)可能引起的背景值的變動(dòng)的因素。其計(jì)算公式如下：

Igeo=log2[Cn/(K×Bn)]。

式中：Cn為元素n的實(shí)測含量；Bn為元素n的背景值；K是考慮各地巖石差異可能會引起的背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)(這里取值為1.5)。在這里地累積指數(shù)的計(jì)算我們采取以廣西土壤背景值為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明(表5)，Cd元素地累積指數(shù)范圍為Igeo(Cd) 3.81～8.61，污染等級為極強(qiáng)。存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，由此需要加強(qiáng)Cd元素污染的研究和污染源的控制。

表5 土壤Cd地積累指數(shù)及分級

3 結(jié)果與討論

(1)大廠鎮(zhèn)農(nóng)地土壤中Cd存在普遍的累積，均超出廣西土壤背景值。根據(jù)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，早期一些缺乏嚴(yán)密規(guī)劃和環(huán)保意識的礦業(yè)活動(dòng)，存在著嚴(yán)重的濫采亂挖現(xiàn)象，導(dǎo)致了礦石的利用率低，任意的排放采礦和冶煉的廢水，隨意堆放尾礦和礦渣。部分選礦廠的沉淀池、尾礦庫，由于沒有按照生產(chǎn)能力來設(shè)計(jì)容量，造成了廢渣、廢水的坍塌和溢出或直接排入江河，導(dǎo)致了河流的水體污染；選礦廠和冶煉廠排放的廢渣、廢液和廢氣對周圍的環(huán)境造成污染。而引用污水灌溉，直接導(dǎo)致農(nóng)田土壤鎘污染。鄉(xiāng)間公路的車輛通行導(dǎo)致沿線土壤重金屬污染，并且產(chǎn)生重金屬污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)累積，主要有Pb、Cu、Cd的污染和累積。本研究表明，鎘元素在采礦廠附近和公路沿線的土壤中含量較高，說明這種元素主要受采礦和交通兩方面影響，其含量超過正常水平，對礦區(qū)附近和道路兩側(cè)的土壤造成較大污染。

(2)通過污染分級，荒田已屬于強(qiáng)度污染；大坪、巖山腳屬于強(qiáng)—極嚴(yán)重污染；其他9個(gè)自然屯屬于極嚴(yán)重污染，土壤鎘污染的形勢非常嚴(yán)峻。任繼凱等研究發(fā)現(xiàn)[12]，植物吸收土壤中的鎘并向地上部莖葉和果實(shí)中轉(zhuǎn)移，進(jìn)行再分配，鎘以不同的形態(tài)出現(xiàn)，同時(shí)在鎘含量高的土壤中鉛、鋅、銅的含量往往也高。Cd元素在植物體滯留和累積，超過一定量就會危及農(nóng)產(chǎn)品的食用安全，農(nóng)作物的重金屬污染，最終危害人體的健康。

(3)大廠礦區(qū)農(nóng)田土壤受到不同程度的污染，控制污染源是直接措施，施加磷肥是有效措施。磷肥對作物吸收累積鎘的影響已后大量報(bào)道，劉昭兵等研究表明[13]，土壤中磷與鎘存在密切聯(lián)系，磷酸鹽可通過誘導(dǎo)吸附和沉淀作用影響鎘的有效性。施磷肥可以顯著提高植株對重金屬的總吸收量，這一點(diǎn)對提高植物修復(fù)重金屬污染土壤效率具有借鑒意義。

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Assessment for Cadmium Pollution of Farmland Soilin Northwest Guangxi Mining Area

Wei Niyu1,2, Zhang Xinying1,2

(1.SchoolofGeographyandPlanning,GuangxiTeachersEducationUniversity,Nanning,Guangxi530001,China; 2.KeyLaboratoryofBeibuGulfEnvironmentalEvolutionandResourcesUtilization,MinistryofEducation,Nanning,Guangxi530001,China)

Aiming to assess the influence of cadmium pollution by typical mining industryon farmland soil in Guangxi,we took 156 soil samples from 12 natural villagesin Dachang mining areaas analysis samples of heavy cadmium in total and guiding values. The over standard rate was 98.08%, the contents of cadmium in soil exceeded the background value of soil in Guangxi, the class of pollution was pole-strength. P fertilizer application decreased soil available Cd content significantly. Thuscontrolling the pollute sources and P fertilizer application would be the effective measure to reduce cadmium pollution

Dachang mining area; farmland soil; cadmium pollution

2016-08-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：41461095)；廣西科技開發(fā)項(xiàng)目(編號：2014DD29046)；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：2011GXNSFA018094)。

韋妮玉(1990—)，女，廣西師范學(xué)院碩士研究生。

張新英(1970—)，女，博士，教授，主要從事資源與環(huán)境評價(jià)方面的教學(xué)與研究工作。

X53

A

1674-9944(2016)18-0031-03