邯邢鐵礦區(qū)土壤與玉米中重金屬的演化特征

段玲玲 徐國志 劉泰峰

（石家莊經(jīng)濟學(xué)院 研究生學(xué)院，河北 石家莊050031）

0 前言

邯邢鐵礦區(qū)位于河北省中南部的武安市和沙河市，地處太行山脈和華北平原交匯處。該區(qū)礦產(chǎn)資源豐富、農(nóng)副產(chǎn)品品種齊全。作為農(nóng)作物生長條件之一的土壤是重要的環(huán)境介質(zhì)，其質(zhì)量的好壞關(guān)系到人類的健康和社會的發(fā)展。由于邯邢鐵礦區(qū)復(fù)雜的自然條件以及采礦活動的影響，排放到環(huán)境中的污染物使土壤和農(nóng)作物受到影響，從而影響人類的健康。因此研究該地區(qū)土壤及農(nóng)作物中的重金屬含量是否超標及其相關(guān)性可以為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量評價和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣品的采集與測試方法

1.1 樣品的采集

邯邢鐵礦區(qū)部署了108平方千米的面積性土壤測量工作，以采樣點空間分布總體均勻、采礦活動中心區(qū)適當加密為原則，布設(shè)土壤采樣點117個，采集0～20cm表層土壤樣，土壤類型主要為棕壤和褐土。在采取表層土壤的同時，采集了105個玉米樣品，每個玉米樣品由2～4穗玉米組成。樣品經(jīng)加工后送到檢測中心進行指標元素測定。

1.2 樣品分析測試方法

本文主要分析土壤和玉米中的6種元素，即As、Hg、Cu、Cd、Pb、Cr。

玉米樣品中的As、Hg檢測儀器主要是AFS-8130原子熒光光度計，Cr、Cu、Cd、Pb的測定來自電感耦合ICP-MS等離子體質(zhì)譜儀。土壤中的Cr、Zn、Pb含量通過ZSX100eX熒光光譜儀來測定。

2 土壤中的重金屬含量及評價

本區(qū)處于溫帶大陸性半干早季風(fēng)氣候區(qū)，具有春燥多風(fēng)少雨、夏熱多雨、秋高氣爽、冬寒少雪的特點，年平均氣溫12.8℃，年平均降水量494.6～619.6毫米。受當?shù)貛r性石灰?guī)r碳酸鈣的影響，研究區(qū)表層土壤理化環(huán)境指標pH值平均值為8.3，屬中偏堿性土壤。一般情況下，作物在pH值5.5～8.5的土壤中均能正常生長，當土壤pH值為6.7～8.5時，還具有一定的緩沖性能。因此在研究的區(qū)域內(nèi)，土壤的pH值不會影響大宗作物的正常生長。[1]

為了確定該區(qū)土壤污染程度，以我國土壤環(huán)境質(zhì)量標準中偏堿性土壤重金屬含量限定值為評價標準，評價該區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。由表1可看出，6種重金屬含量均超土壤環(huán)境質(zhì)量一級標準，且As、Cu、Cd的超標率很高；As、Cu超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準。

表1 邯邢鐵礦區(qū)土壤重金屬含量及超標率(mg/kg)N=117

根據(jù)尾礦沙中重金屬含量值，Cu的平均含量是134×10-6，Cr是352×10-6，它們含量都很高，這與土壤中相應(yīng)元素有較好的對應(yīng)性，可見土壤中Cu、Cr主要來源于尾礦沙。Cd、Hg、Pb主要是由煤礦的污染導(dǎo)致的，這些元素在煤中大量存在，煤燃燒后呈氣態(tài)或粉塵進入大氣，最終沉降在地表形成污染[2-3]。土壤中重金屬的超標，將直接影響農(nóng)作物的生長，導(dǎo)致重金屬在動植物體內(nèi)的累積，對人類的健康和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展將造成影響。

3 玉米中重金屬含量及評價

表2是邯邢鐵礦區(qū)玉米中重金屬含量的測定結(jié)果，結(jié)合我國頒布的無公害食品、綠色食品中元素限量標準來判斷玉米中重金屬是否超標。可以看出，玉米中Cr超標最為嚴重，超標率達33.33%，同時Pb含量也較高，按綠色食品標準，超標率達0.91%，其它四種重金屬含量均在綠色食品標準、無公害食品標準范圍之內(nèi)。

表2 邯邢鐵礦區(qū)玉米中重金屬含量及超標率(mg/Kg)N=105

值得注意的是，玉米中Cr含量高與當?shù)氐叵滤蠧r含量有關(guān)。研究區(qū)地表水不發(fā)育，幾乎大大小小河流全部斷流，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉用水主要來自于地下淺層。據(jù)資料表明地下淺水層Cr的含量為0.67微克[4]，嚴重超過水的三類標準。土壤中高含量的重金屬被玉米吸收、富集，長期被食用會危及人體健康。

4 土壤與玉米中重金屬的相關(guān)性

將邯邢鐵礦區(qū)玉米中6種元素的含量與土壤中相應(yīng)元素的含量進行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間并無明顯的相關(guān)性。例如，研究區(qū)土壤中的鉻含量在60mg/kg左右，低于土壤一級標準，而玉米中的鉻含量在1mg/kg左右，超出無公害食品標準。散點圖的趨勢線（如圖1）近于水平，說明土壤中鉻含量與玉米中鉻含量無明顯相關(guān)性。

圖1 土壤及玉米中Cr含量的散點圖

經(jīng)計算機處理得到的相關(guān)系數(shù)如下表3，可以看出，玉米與土壤中的重金屬元素的相關(guān)系數(shù)值均很小，這進一步說明了該地區(qū)玉米與土壤中重金屬含量無顯著的相關(guān)性。

表3 土壤與玉米中重金屬元素含量的相關(guān)系數(shù)

5 結(jié)果討論

通過土壤、玉米中重金屬含量測定，我們知道土壤中的污染因子為As、Cu、Cd，而玉米中的Cr、Pb含量很高，二者之間沒有顯著的相關(guān)性。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因很多，本文對此作了以下解釋。

玉米能從土壤中攝取元素并在體內(nèi)積累，積累量取決于在環(huán)境中的含量和形態(tài)。研究區(qū)土壤中這幾種重金屬以多種形式存在，其含量之和超過土壤環(huán)境質(zhì)量標準，污染狀況值得關(guān)注。

土壤中的重金屬在不同的氧化還原態(tài)和酸堿性條件下其溶解性不同，在還原態(tài)和堿性條件下的重金屬多為難溶性，而植物吸收的重金屬多為土壤中有效態(tài)重金屬，如具有水溶性或吸附性好的重金屬[5]。

玉米中的As、Cu等含量與土壤中的相應(yīng)元素含量無顯著性相關(guān)性系，這主要與當?shù)赝寥赖膒H值有一定的關(guān)系。土壤的pH值影響著重金屬在土壤中的存在形態(tài)。邯邢地區(qū)土壤的pH值較高，土壤中難溶性砷化物較多，有效態(tài)銅含量低，可溶性鉛含量低，玉米對土壤中重金屬的吸收量有限[6]。

6 小結(jié)

由于邯邢鐵礦區(qū)采礦、冶金活動的進行，其土壤中的As、Cu、Cd均已超標，加之用污染的淺層水灌溉農(nóng)田，玉米中Cr、Pb含量也很高。重金屬在土壤和玉米中的演化，跟土壤的pH值有關(guān)，將直接影響農(nóng)作物的生長，農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量超標會危及人體健康。顯然礦區(qū)環(huán)境污染已對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康構(gòu)成了威脅。土壤環(huán)境容量有限，如不及時加以控制，后果將不堪設(shè)想。控制污染源，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，減少土壤重金屬對作物的危害，就是減輕對人類的危害。

［1］鄧金火.河北省邯邢鐵礦區(qū)尾礦資源化與環(huán)境地球化學(xué)特征研究[D].石家莊經(jīng)濟學(xué)院，2013.

［2］張明亮，等.煤矸石重金屬釋放活性及其污染土壤的生態(tài)風(fēng)險評價[J].水土保持學(xué)報，2011,25（4）：249-253.

［3］田賀忠，等.中國燃煤大氣硒排放及其污染控制[J].中國電力，2009，342(8)：53-57.

［4］徐國志，等.邯邢鐵礦區(qū)礦山環(huán)境生態(tài)地球化學(xué)評價[J].物探與化探，2014.

［5］楊志軍,張志國，等.土壤與農(nóng)作物重金屬含量相關(guān)性的初步研究[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報,2003,12(3)：85-88.

［6］王長征.焦作市煤礦區(qū)農(nóng)田土壤作物重金屬污染狀況及關(guān)聯(lián)分析[D].河南理工大學(xué),2006.