白云鄂博礦區土壤重金屬生物有效性分析研究*

段麗麗，王　貴

(鄂爾多斯職業學院，內蒙古　鄂爾多斯　017000)

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白云鄂博礦區土壤重金屬生物有效性分析研究*

段麗麗，王貴

(鄂爾多斯職業學院，內蒙古鄂爾多斯017000)

采集白云鄂博礦區表層(0～5 cm)土壤樣品11個，用XRF法測定土壤樣品中重金屬總量，結果顯示Pb對環境污染最為嚴重。為進一步確定Pb對環境的影響，采用改進Tessier連續提取法對樣品中重金屬Pb各形態含量進行分析。并應用風險評估代碼(RAC)對重金屬生物有效性進行評價。評價結果顯示：街心公園、白云鄂博火車站及南廢石堆南側部分區域重金屬Pb顯示環境風險較低；采礦區、居民區、距離礦區15公里以外的土壤重金屬Pb顯示處于中風險。

白云鄂博；土壤；重金屬；生物有效性

研究表明，土壤中某種重金屬的總量并不能真實地反映出重金屬對土壤的污染程度。重金屬的活性才是重金屬對周圍環境造成影響的關鍵[1-3]，重金屬在土壤中的存在形態不同則重金屬活性不同。本文對白云鄂博礦區土壤總量污染程度較高的Pb進行了形態分析，以研究其生物有效性并進行環境風險評價。

1　實　驗

1.1研究區域及土壤樣品的采集

采集白云鄂博礦區周邊表層土樣品11個，對重金屬元素Pb總量分析后選擇其中具有代表性的1、5、7、9、10、11號的6個樣品進行形態分析。白云鄂博地區概況及樣品采集分布示意圖、采集過程，參見文獻[4]。

1.2分析方法

采用安徽省地質實驗研究所的改進Tessier連續提取法，將土壤重金屬形態分成：離子交換態(包括水溶態)、碳酸鹽態、腐殖酸態、鐵錳氧化態、強有機態(包括部分硫化物態)和殘渣態。該方法特點為：結果穩定、簡單、經濟、適用。其改進之處在于，從形態劃分上，將有機態在鐵錳氧化態前后分別用Na4P2O7提取腐殖酸態和Na4P2O7提取強有機態兩種形態。該改進優點在于，在鐵錳氧化物結合態提取之前，用Na4P2O7提取有機結合態可避免因提取鐵錳氧化物結合態時,

部分來自土壤有機結合態中較弱結合和較高活性的部分被提取，導致的部分元素結果偏高，并且可以避免用Na4P2O7和H2O2單獨提取土壤中有機態造成的提取不完全。為與之前學者們研究報道相統一，本文將腐殖酸態和強有機態兩者合并為有機態

2　結果與討論

2.1形態分布

6個樣品中的Pb的形態分布見表1。

表1　研究區域土壤中Pb各形態含量

Pb各形態占總量百分比分布見圖1。

圖1　土壤重金屬元素Pb各形態百分比圖

由于交換態和碳酸鹽結合態的重金屬離子通常被認為最具生物可利用性，最易被生物吸收，同時也是最不穩定的形態[5]。包括了通過靜電作用吸附在土壤(例如有機質，粘土礦物等)表面的離子，這些重金屬離子容易在離子交換過程中釋放出來，也可通過沉淀或共沉淀作用與碳酸鹽化合物結合洗脫下來。

圖1、表1顯示：

(1)對于采礦區1號樣品，交換態Pb含量為：0.79×10-6(占總量的0.25%)；碳酸鹽結合態Pb含量為： 34.71×10-6(占總量的10.90%)。

(2)廢石堆區5號樣品，交換態Pb含量為： 0.62×10-6(占總量的1.82%)；碳酸鹽態Pb含量為： 2.58×10-6(占總量的7.56%)。

(3)居民生活區7號、9號和10號樣品，重金屬Pb的交換態含量范圍為0.18×10-6～0.77×10-6，占各種形態重金屬總量百分比為0.14%～0.90%。重金屬Pb的碳酸鹽結合態含量范圍為7.16×10-6～12.23×10-6，占各種形態重金屬總量百分比范圍為：4.99%～12.63%。

遠離礦山區11號樣品，即距離白云鄂博礦15公里處土壤樣品，交換態Pb含量為： 1.49×10-6(占總量的5.06%)；碳酸鹽結合態Pb含量為： 2.85×10-6(占總量的9.72%)。

(4)重金屬Pb的鐵錳氧化態含量含量為：157.40×10-6(1號樣，采礦區土壤)，11.42×10-6(5號樣，廢石堆區土壤)，30.00×10-6～110.86×10-6(7號樣，居民生活區土壤)和8.08×10-6(11號樣，遠離礦山區土壤)，分別占總量百分比為：49.42%，33.47%,34.91%～45.26%和27.52%。

由此可知，重金屬Pb的鐵錳氧化態含量較高，且在幾乎所有形態種占比最高。在土壤形成的研究中，學者們發現，重金屬Pb往往更易與鐵的氧化物或氫氧化物結合[6]。而白云鄂博礦區為著名的鐵礦區，故富集鐵錳氧化態的Pb較多。雖然人們知道鐵錳氧化態重金屬比可交換態及碳酸鹽態穩定，但是并不意味著該形態重金屬元素不存在對土壤的危害性。事實上，在還原性的條件下，該形態重金屬可以被釋放出來，嚴重危害土壤環境質量[7]，因而具有潛在危險性。

重金屬Pb有機態含量普遍較低。分別為：16.84×10-6(采礦區土壤)，3.01×10-6(廢石堆區土壤)，5.16×10-6～13.89×10-6(居民生活區土壤)和2.53×10-6(遠離礦山區土壤)，分別占總量百分比為：5.29%，8.83%,3.44%～10.85%和8.61%。

殘渣態部分重金屬是土壤重金屬的重要組成部分，它們一般存在于原生或次生礦物等土壤的晶格中，是自然界地質風化的結果，在自然界正常環境下很難被釋放出來，能長期穩定存在，很難被植物吸收利用[5]。重金屬Pb的殘渣態含量依次為：108.75×10-6(采礦區土壤)，16.48×10-6(廢石堆區土壤)，39.16×10-6～112.74×10-6(居民生活區土壤)和14.41×10-6(遠離礦山區土壤)，分別占總量百分比為：34.15%，48.33%,40.05%～46.03%和49.09%。

2.2重金屬污染的環境風險評價

研究區域包括了采礦區、廢石堆區和居民生活區和遠離礦山區，居民生活區土壤中重金屬的富集，極有可能通過食物鏈而進入人體，對人類造成傷害。根據文獻4對該區域土壤總量分析評價的結果表明，研究區域Pb的含量很高，有必要對重金屬Pb進行形態分析，并對研究區土壤進行環境風險評價。

采用風險評估代碼(RAC)對土壤中重金屬的污染風險等級進行劃分評價，該方法的最大特點是考慮重金屬的生物有效性而不是考慮重金屬的總量。RAC法最早用于對沉積物中重金屬污染進行評價[8-10]。后將其引入到對土壤中重金屬污染評價，對于重金屬的生物可利用部分考慮包括交換態和碳酸鹽態兩部分[5]。使用順序提取法重金屬有效形態含量，包括交換態和碳酸鹽態進行風險評價，而不是重金屬總量對重金屬環境風險進行評價。

本文中設定R值來表示交換態和碳酸鹽態兩部分所占的百分比。根據RAC法，若R>50%，極高風險；若R=31%～50%，高風險; 若R=11%～30%，中風險;若R=1%～10%，低風險;若R<1%，無風險。

文獻4已根據地累積指數法和富集因子法對重金屬Pb進行總量評價，根據總量評價和RAC法對重金屬Pb的生物有效性評價結果見表2。從表2中可看出，根據重金屬總量來評價，6個樣品中重金屬Pb幾乎全部為中污染或重污染，RAC方法評價的結果表示，重金屬Pb是中風險和低風險，沒有出現無風險和高風險。

表2　土壤樣品中重金屬Pb的污染風險評價

a根據單因子指數法、多因子指數法、地累積指數法和富集因子法對重金屬總量進行評價;b根據RAC對重金屬對環境污染風險評價。

對于部分樣品，兩種評價結果對Pb的環境影響存在共同之處也存在明顯差異：

采礦區內1號土壤樣品和居民生活區內10號土壤樣品中重金屬Pb總量分析為重度污染，生物可利用性分析為中風險，兩種評價結果相吻合。

在5號、7號和9號土壤樣品中，經重金屬總量分析評價結果為三個樣品中重金屬Pb分別為中度污染、重度污染和重度污染，但是三個樣品進行生物有效性分析評價表明三個樣品中重金屬Pb污染風險評價為低風險，說明在這三個樣品中我們又高估了Pb對土壤帶來的危害。在11號樣品中，Pb總量分析評價為無污染-中污染，但根據生物可利用性進行的污染風險評價為中風險，這說明我們低估了11號樣品中Pb的毒性。

雖然兩種評價結果存在差異，但只有易遷移，可被生物利用的那部分重金屬才能真正反映出重金屬的毒性，因此，通過形態分析，應用RAC對土壤中重金屬的污染風險等級進行劃分評價，更能真實反映Pb對土壤環境的影響程度。

3　結　論

(1)街心公園、白云鄂博火車站及南廢石堆南側部分區域雖然重金屬Pb總量很高，但易遷移的活性形態(交換態、碳酸鹽態)含量較低，通過RCA評價顯示環境風險較低。

(2)采礦區、居民區重金屬Pb不但總量很高，其易遷移的活性形態含量也較高，通過RCA評價顯示處于中風險。該區域重金屬Pb的環境影響必須引起人們的注意。

(3)距離礦區15公里以外的土壤中重金屬Pb總量很低，但其活性形態含量很高，通過RCA評價認為該處處于中風險。重金屬Pb的環境影響不容忽視。

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Study on the Bioavailability of Heavy Metals in Soil on Baiyunebo Mining Area*

DUANLi-li,WANGGui

(Ordos Vocational College, Inner Mongolia Ordos 017000, China)

11 topsoil (0～5 cm) samples were collected in Baiyunebo mining area, total amount of heavy metals were measured using XRF. Results showed that Pb had caused the most serious environmental pollution. To further determine the effects of Pb on the environment, the improved Tessier’s sequential extraction scheme was used to measure the speciation contents of Pb and the assessment of heavy metals bioavailability in soil was made by the methods of Risk Assessment Code (RAC).

Baiyunebo soil; heavy metal; bioavailability

鄂爾多斯職業學院新人項目(EJX1301)。

段麗麗(1984-)，女，碩士研究生，研究方向：應用地球化學與環境評價。

X53

B

1001-9677(2016)010-0166-03