華東某鈾礦區土壤中重金屬鎘含量特征及污染評價

王一婷 劉平輝 張淑梅

摘要[目的]對華東某鈾礦區土壤中重金屬元素Cd含量進行評價研究。[方法]采用單因子污染指數法，對鈾礦區土壤重金屬鎘污染程度進行評價。[結果]所采樣品Cd含量范圍為0.05～1.81 mg/kg，采礦區與尾礦壩區所采土壤樣品污染程度較高； 正在開采礦區位置上游土壤中Cd含量高于下游， 采礦區沿運輸路線所采樣品含量偏高。單因子污染指數評價結果表明， 整個采樣區各區域土壤均受到重金屬Cd不同程度的污染， 對照區單因子污染指數評價結果最小。[結論]所采樣品均受到不同程度的鎘污染。各區域受污染程度大小依次為采礦區>整個礦區>尾礦壩>含礦未采區>對照區。

關鍵詞土壤；鎘含量；污染評價；鈾礦區；華東

中圖分類號S158.4文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）34-015-03

土壤作為環境的主要組成部分，不僅提供人類生存所需的各種營養物質，而且接受來自工業和生活廢水、固體廢物、農藥化肥及大氣降塵等物質的污染[1]。我國土壤污染研究經歷了兩個典型時期，即20世紀70年代主要研究了以農藥為主的有機物造成的土壤污染、底泥重金屬污染和污灌對農田系統帶來的影響；20世紀80年代國家組織全國范圍內土壤背景值調查和環境容量研究等工作，這個時期的研究成果系統化、理論化，為土壤質量評價、土壤污染控制奠定基礎[2]。礦山開發對區域環境影響的一個重要方面主要表現為對環境的污染，并且由此直接影響人們的生命健康安全[3]。土壤重金屬污染是不可逆的，一旦重金屬元素進入土壤環境，就很難消解或降低這些化合物對土壤結構和功能的不利影響[4]。近年來，針對華東某鈾礦火山盆地深部鈾資源的研究和勘查已取得顯著進展，在一些勘探程度很高的地段已探獲一些新的富大鈾礦體，同時對一些基礎地質問題提出新的認識[5]。我國對鈾礦開采后礦區的污染評價主要集中在放射性污染。礦山開采對環境的影響大。研究區開采后的廢水排放、廢渣露天堆放會對礦區土壤造成一定污染。在前人對該區研究的基礎上，筆者主要對華東某鈾礦區土壤重金屬鎘污染進行評價，為今后鈾礦區重金屬污染評價治理及生態修復提供科學依據。

圖1研究區土壤取樣

1材料與方法

1.1樣品采集

將采樣區劃分為采礦區、含礦未采區與尾礦壩區（圖1）。樣品采集與文獻[6]相似但略有不同。采集0～20 cm表層土壤組樣品，將所采集樣品裝入樣品袋，用記號筆寫好標簽，使用GPS記錄采樣點坐標作為取樣的點位置，同時在記錄本上記錄各樣點取樣的詳細信息。

在整個研究區，共采集樣品230個，其中采礦區共采集樣品178個，含礦未采區共采集樣品45個，尾礦壩采集樣品7個，對照區（距離礦區60 km，遠離礦區，不受礦區水系、大氣、礦石運輸等的影響）采集樣品9個。

1.2樣品處理

將野外取得的土壤樣品在實驗室自然風干，待土壤樣品干燥后將樣品研碎，去除砂石、植物根莖、蟲體、石子以及其他雜質；然后，進行初步研磨，過60目篩送檢。測試前，采用四分法取樣適量，研磨至200目，備用。將試樣在60 ℃下干燥4 h后，準確稱取0.050 0 g試樣于聚四氟乙烯密封溶樣罐中，先用少量水潤濕，輕輕振動使樣品均勻，加入3 ml氫氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，蓋上專用溶樣罐蓋，在低溫電熱板上200 ℃加熱溶解24 h以上，打開溶樣罐，在低溫電熱板上加熱蒸至近干，視消解情況再次加入3 ml氫氟酸、1 ml硝酸、1 ml高氯酸，重復上述消解過程，再次蒸至近干后加入1∶1硝酸3 ml，蓋上專用溶樣罐蓋，燜置一段時間以溶解可溶性殘渣。用濃度1%硝酸提取至50 ml容量瓶中，搖勻后在ICPMS上采用在線內標（Rh）法進行測量，得到各樣品的測定結果。

1.3評價方法與標準

運用單因子污染指數評價法進行評價研究。評價方法選取的評價標準為國家土壤鎘背景值，國家土壤鎘環境背景值為0.074 mg/kg[7]。

單因子污染指數評價即對土壤樣品中的某一污染物的污染程度進行評價。單因子指數法是國內通用的一種重金屬污染評價的方法， 是國內評價土壤、水、大氣和河流沉積物重金屬污染的常用方法[8-9]。

Pi=Ci/S

式中，Pi為污染物單因子指數；Ci為實測濃度；S為土壤環境質量標準。

Pi<1表示未受到污染；Pi >1表示受到污染；13為重度污染。

2結果與分析

2.1土壤中鎘元素含量特征

通過分析測試，所采集230個土壤樣品中Cd的含量范圍為0.05～1.81 mg/kg。超過江西省土壤背景值的樣品有226個，僅有4個樣品低于江西省土壤環境背景值；超過國家土壤背景值的樣品有228個，僅有2個樣品低于國家土壤背景值。土壤中Cd含量特征見表1。礦區共采土壤樣品230個。 Cd含量超過江西省土壤鎘元素背景值0.10 mg/kg的土壤樣品個數為226個，樣品個數占總樣品個數的98.26%；超過國家土壤鎘元素背景值0.074 mg/kg的樣品個數為228個，占總樣品個數比例的99.13%。對照區樣品中Cd含量均超過江西省土壤背景值與國家背景值，但與江西省土壤背景值差別不大。

礦區土壤中正在采礦區、尾礦壩土壤樣品中Cd的平均含量接近，含礦未采區與對照區土壤中Cd含量低于正在采礦區及尾礦壩區土壤中Cd含量。正在采礦區的6111附近兩個村土壤中Cd含量平均值分別為0.24、0.21 mg/kg，6122礦床下游村莊土壤中Cd平均含量0.18 mg/kg。從正在采礦區Cd含量平均值可以看出，土壤中Cd含量611礦床附近土壤中Cd含量>6111礦床附近土壤中Cd含量。

正在采礦區上游所采土壤樣品Cd含量偏高，平均值為0.20 mg/kg，正在開采礦床下游稍遠離開采區處所采樣品平均值為0.16 mg/kg；水系由開采礦床上游流向下游地區，上游地區土壤中Cd含量高于下游附近以及稍遠于正在采礦區下游的地區。結果表明，正在開采礦區6122礦床位置上游土壤中Cd含量高于下游， 上游與下游土壤中Cd含量平均值均高于江西省土壤背景值與國家背景值。采礦區沿運輸路線所采樣品含量偏高，平均含量為0.21 mg/kg，超過江西省背景值與國家背景值。在尾礦壩處所采樣品含量超過江西省土壤背景值與國家土壤背景值。

標準差與變異系數表征數據離散程度。變異系數大小依次為正在采礦區>整個礦區>尾礦壩>含礦未采區>對照區。變異系數越大，表明人為活動的干擾作用越強烈[10]。

2.2土壤中Cd單因子污染評價

由表2可知，整個礦區土壤中Cd污染程度為無污染到極重度污

染，各個區域單因子污染指數均大于1，整個礦區中采礦區與尾礦壩污染較嚴重，含礦未采區污染較輕。與對照區相比，整個礦區各個劃分區域單因子污染指數均大于對照區，對照區單因子污染指數最小。由此可知，整個采樣區各區域土壤均受到不同程度的重金屬Cd污染。

3結論與討論

土壤重金屬污染是礦區普遍存在的環境問題之一。重金屬Cd可對土壤構成持久性污染，而Mo、Sn、Sb、U等重金屬的污染程度隨土壤風化的進行因淋失而趨于降低[11]。研究表明，所采230個土壤樣品中Cd含量范圍為0.05～1.81 mg/kg，Cd含量在采礦區與尾礦壩較高。對華東某鈾礦區重金屬鎘污染評價表明，從單因子污染指數來看，整個礦區土壤污染程度為輕度—重度污染，采礦區為輕度～極重度污染，尾礦壩為中度～重度污染，含礦未采區則為無污染～中度污染，對照區則為輕度污染。各采樣區變異系數為10.53%～68.45%，說明礦區土壤污染受人為因素的影響較大。從綜合污染指數來看，整個礦區、采礦區、尾礦壩與含礦未采區均為重度污染，遠離礦區且不受采礦影響的對照區為輕度污染。采樣區農田中種植水稻，土壤中Cd含量偏高與種植水稻中使用農藥有關；礦石運輸路線中土壤Cd含量同樣偏高，與運輸中礦石廢渣、汽車尾氣的排出可能有一定關系。華東某鈾礦區污染程度依次為采礦區>整個礦區>尾礦壩>含礦未采區。

參考文獻

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