湖北省典型工業區域土壤重金屬形態分布研究

龔 關, 肖宇鷹, 徐 磊, 王 锝, 張 權, 李 瑩, 廖 鳴, 張湘渝, 王皖紅

((湖北省地質實驗測試中心,湖北 武漢 430034)

湖北省典型工業區域土壤重金屬形態分布研究

龔 關, 肖宇鷹, 徐 磊, 王 锝, 張 權, 李 瑩, 廖 鳴, 張湘渝, 王皖紅

((湖北省地質實驗測試中心,湖北 武漢 430034)

通過對湖北省典型工業區域土壤重金屬形態分布的實驗研究,表明部分地區土壤重金屬總量超標,Cd、Cu、Pb、Zn以碳酸鹽結合態或離子交換態存在,需采取治理措施防止土壤重金屬污染。

土壤;重金屬;形態分布

隨著全球經濟化的迅速發展,含重金屬的污染物通過各種途徑進入土壤,造成土壤嚴重污染。土壤重金屬污染可影響農作物產量和質量的下降,并可通過食物鏈危害人類的健康,也可以導致大氣和水環境質量的進一步惡化,因此引起世界各國的廣泛重視[1-2]。

土壤中重金屬的來源是多途徑的,首先是成土母質本身含有重金屬,不同的母質、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。此外,人類工農業生產活動,如工廠排放、農藥和化肥的使用、污水灌溉、含重金屬廢棄物堆積等也造成重金屬對大氣、水體和土壤的污染。大氣中的重金屬主要來源于工業生產、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。它們主要分布在工礦的周圍和公路、鐵路的兩側,經過自然沉降和雨淋沉降進入土壤的重金屬污染,以工礦煙囪、廢物堆和公路為中心向四周及兩側擴散[3-4]。因此,工業生產是土壤重金屬污染的重要來源之一。

本實驗采集湖北省內典型工業區域的工礦企業附近的農田或耕地里的土壤樣品,開展土壤重金屬形態分析研究,為湖北省土壤重金屬污染的治理提供依據。

1 實驗材料與方法

1.1 土壤樣品

土壤樣品采集于湖北省主要工業區域內企業附近的農田或耕地,樣品采集方法為在距廠區約50 m采樣,每個樣點按梅花狀形式采集5個0～20 cm耕層土樣制成混合樣,土壤樣品經風干,過2 mm篩備用。

1.2 實驗方法

重金屬總量測定方法:稱取實驗樣品于聚四氟乙烯坩堝中,用HNO3-HCL-HClO4-HF混酸處理,用稀鹽酸提取、稀釋定容后用ICP-MS法測定Cd、Pb、Cr、Zn、Cu;稱取實驗樣品置于燒杯中,加入稀王水蒸至濕鹽狀,10%HCl提取,用AFS法測定As、Hg。

重金屬水溶態測定方法:稱取實驗樣品于離心杯中,加入蒸餾水(pH=7)于(25±5)℃條件下用往復式振蕩器振蕩2 h(200次/min),離心,過濾,提取清液,用ICP-MS法測定Cd、Pb、Cr、Zn、Cu,AFS法測定As、Hg。

重金屬離子交換態測定方法:在完成提取水溶態的離心杯中,加入氯化鎂溶液(pH=7±0.2),振蕩2 h,離心,過濾,提取清液,用ICP-MS法測定Cd、Pb、Cr、Zn、Cu,AFS法測定As、Hg。

2 結果與討論

2.1 土壤樣品采集

以湖北省重金屬污染重點區域生產企業附近的農田耕地土壤作為研究對象,采集土壤試驗樣品。選擇的區域為黃石大冶地區以大冶有色冶煉公司為代表的重有色金屬礦采選企業,武漢地區以武鋼硅鋼廠為代表的金屬冶煉及加工企業,宜昌地區以湖北宜化為代表的化學原料及化學制品制造業,襄陽地區以駱駝蓄電池公司為代表的含鉛蓄電池企業等,采集了12個重金屬污染土壤試驗樣品。樣品采集地點見表1。

表1 土壤樣品采集點

2.2 實驗樣品重金屬形態分析

實驗樣品重金屬總量測定結果見表2。

表2 重金屬總量及pH分析結果(μg/g,pH無量綱)

根據GB15618—1995《土壤環境質量標準》[5],從表2的結果可以看出,總Cr超出標準三級限值的有2號樣,總Cu和Zn超出標準三級限值的有2、3號樣,總As超出三級限值的有1、2、3、8號樣,總Cd超出三級限值的有1、3、7號樣。從重金屬總量看,采樣地區部分區域的土壤受到不同程度的重金屬污染。

實驗樣品重金屬水溶態以及離子交換態含量測定結果見表3、表4。

從表3、表4看,3號樣品的離子交換態Cd達到了18.7 μg/g,遠遠超出標準GB15618—1995對總Cd的三級限值,總Cd超出三級限值的1號和7號樣品離子交換態含量也較高,其它樣品的水溶態和離子交換態重金屬含量均較低。

實驗樣品重金屬碳酸鹽結合態含量測定結果見表5。

從表5的結果可以看出,總Cr超出三級限值的2號樣,總Cu和Zn超出三級限值的2、3號樣,總Cd超出三級限值的1、3、7號樣,其離子交換態含量明顯高于其它樣品;總As超出三級限值的1、2、3、8號樣,其離子交換態含量與其它樣品相比沒有明顯差異。

表3 重金屬水溶態含量分析結果(ng/g)

表4 重金屬離子交換態含量分析結果(μg/g,Hg:ng/g)

表5 重金屬碳酸鹽結合態含量分析結果(μg/g,Hg:ng/g)

土壤中重金屬形態除水溶態、離子交換態、碳酸鹽結合態外,其它存在的形態還有腐殖酸結合態、鐵錳結合態、強有機結合態和殘渣態,其中水溶態可被植物等直接吸收,離子交換態容易被吸收,碳酸鹽結合態在特定條件下能重新進入液相被吸收,其它形態則不易被植物吸收,殘渣態對生物無效[6-7]。為考察實驗樣品的重金屬形態分布,選取具有代表性的3號樣品進行討論,其重金屬形態分布見圖1。

圖1 土壤重金屬形態分布Fig.1 Pie chart of chemical form distribution of soil heavy metals

以上分布圖中,1表示重金屬水溶態和離子交換態含量之和,2表示碳酸鹽結合態含量,3表示殘渣態等其它幾態含量之和。從圖中可以看出,Cu、Zn、Pb的碳酸鹽結合態占總量的19%～27%;Cd的水溶態和離子交換態占總量的23%,碳酸鹽結合態占總量的42%;Cr、As、Hg則以其它形態為主。實驗結果表明,在湖北省典型工業區域附近的部分土壤中,Cu、Zn、Pb能以碳酸鹽結合態存在,Cd不僅以碳酸鹽結合態存在,而且能以離子交換態存在,根據上述重金屬形態與生物有效性的關系,對Cu、Zn、Pb特別是Cd含量較高的地區土壤應采取措施進行綜合治理。

3 結語

(1) 通過對湖北省典型工業區域內企業附近的農田耕地土壤進行重金屬含量分析,部分地區土壤總Cr、總Cu、總Zn、總As超出GB15618—1995三級限值,采樣地區部分區域的土壤受到不同程度的重金屬污染;

(2) 湖北省典型工業區域附近的部分土壤中,Cu、Zn、Pb以碳酸鹽結合態存在,Cd不僅以碳酸鹽結合態存在,而且以危害性較大的離子交換態存在。因此,對Cu、Zn、Pb特別是Cd含量較高的地區土壤應采取治理措施。

[1] 董彬.中國土壤重金屬污染修復研究展望[J].生態科學,2012,31(6):683-687.

[2] 宋偉,陳百明,劉琳,等.中國耕地土壤重金屬污染概況[J].水土保持研究,2013,20(2):293-298.

[3] 雷國建,劉千鈞,陳志良,等.不同行業污染土壤重金屬污染特征比較研究[J].土壤,2013,45(6):1023-1027.

[4] 鄭喜坤,魯安懷,高翔,等.土壤中重金屬污染現狀與防治方法[J].土壤與環境,2002,11(1):79-84.

[5] 國家環境保護局.土壤環境質量標準:GB15618—1995[S].北京:中國標準出版社,1995.

[6] 劉恩鈴,王亮.土壤中重金屬污染元素的形態分布及其生物有效性[J].安徽農業科學,2006,34(3):547-548.

[7] 鐘曉蘭,周生路,黃明麗.土壤重金屬的形態分布特征及其影響因素[J].生態環境學報,2009,18(4):1266-1273.

(責任編輯：于繼紅)

Research on Chemical Form Distribution of Soil Heavy Metals in TypicalIndustrial Region of Hubei Province

GONG Guan， XIAO Yuying， XU Lei， WANG De， ZHANG Quan， LI Ying， LIAO Ming，ZHANG Xiangyu， WANG Wanhong

(HubeiProvinceGeologicalExperimentalTestingCenter，Wuhan，Hubei430034)

According to the experimental researchs on chemical form distribution of soil heavy metals in typical industrial region of Hubei Province，the experimental results show that total capacity of heavy metals exceed national standard in part area. Cd，Cu，Pb and Zn could exist in bound to carbonate combined state or ion exchange state. And it is necessary to take measures to prevent soil pollution in this area.

soil； heavy metal； chemical form distribution

2015-12-30;改回日期:2016-04-01

龔關(1964-),男,正高職高級工程師,無機非金屬材料專業,從事非金屬礦實驗測試及應用研究、建筑節能檢測工作。E-mail:13129922968@163.com

S152.2

A

1671-1211(2016)05-0701-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.007

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0903.018.html 數字出版日期:2016-08-11 09:03