某鋼廠周邊土壤重金屬與磁化率分布規律及情況監測

王 琦

（忻州市環境監測站， 山西 忻州 034000）

在社會經濟發展的過程中，鋼廠在發展的同時也會產生很多的重金屬污染物，重金屬污染在鋼鐵廠以及周圍的區域都產生了重要的影響，尤其是引起了全世界的關注。重金屬污染中存在磁性礦物，所以需要進行深入分析。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區概況

本文結合某鋼鐵廠及周圍地區進行了研究，此廠建成于1958年，占地1.32 km2，主要包含了采礦、煉鐵、煉鋼等工藝配套，屬于一個大型的鋼鐵聯合型企業。在研究區中，不僅有鋼鐵廠、煤廠，還包含了此外的農田土壤。根據這些廠區的特點，其污染比較嚴重，尤其是污染源十分復雜。鋼鐵廠周圍的區域主要是農田，而且以玉米、小麥等農作物為主，容易受到重金屬污染而減產。研究區處于半干旱以及半濕潤的季風氣候區，總體特征是溫帶大陸性氣候，其土壤類型為褐土。地形屬于四周環山，中間為平川。這種地形條件造成了污染物擴散困難的局面，所以此地的污染十分嚴重。這一城市的礦產資源比較豐富，成為此地的一種能源特征，屬于山西省能源以及工業基礎建設的重要部分，該市的經濟支柱主要是煤、焦、鐵等。

1.2 土壤樣品采集

在鋼鐵廠的內部，需要對其功能的分區以及污染情況進行詳細調查，因此本次研究主要從40個樣點采集了土壤。在鋼鐵廠周邊的農田，采集了46個土壤樣品，主要的依據是將鋼鐵廠作為中心，在北、東、南以及東南和西北幾個方向上，按照50 m為變程布設樣點，剖面土壤主要使用的連續刻槽取樣法。在采樣的過程中，一共采集了90個土壤樣品，可以使用GPS定位，將樣品裝入塑料自封袋并且帶回實驗室，并且使其自然風干，碾磨之后備用[1]。

1.3 分析測定的方法

土壤磁化率的測定使用Bartington MS2型磁化儀，土壤樣品主要是在低頻以及高頻的測長中進行測定，計算樣品的頻率磁化率（Xfd），其公式為Xfd=（Xlf－Xhf）×100/Xlf，式中Xlf、Xhf主要代表的是低頻和高頻磁化率，測量相對誤差小于0.3%，單位10-8m3/kg。

1.4 數據處理

使用統計學軟件SPSS對數據進行描述性統計以及相關性分析。使用Arcgis進行重金屬污染與磁化率空間分布圖的繪制。

2 結果與分析

2.1 鋼鐵廠周邊重金屬元素含量

在研究的過程中，發現該區域的重金屬含量較高，如下頁表1所示，其中有7種重金屬已經超出了山西省的環境背景值，其中的Pd和Cr的超標了高達90%以上，1≤Igeo＜2，處于中度污染水平，Cd、Cu、Mn 的超標率在 70%之上，0≤Igeo＜1，表示重金屬元素雖然有所積累，不過污染不嚴重。目前的Zn以及Ni還沒有受到過多的影響，根據變異系數進行分析，此廠區內的7種重金屬元素的變異系數不大，在0.23～0.46的范圍內，屬于弱變異的范疇，由此可以見，此廠區的重金屬元素呈現的是狀或者是面源污染。

該區域的空間分布特征以及對重金屬均一化之后的分布特征十分明顯，如下頁圖1所示，在鋼鐵廠區內部的焦化廠、煉鋼廠以及球團廠等處的污染比較嚴重。其中主要的污染物是Pb以及Cu，在鋼鐵廠的東南部污染物為Cd以及Cr，在動力廠以及煤氣車間中的污染物是Cr以及Mn，在煉鐵廠的西南部以及加工廠和煤廠的西側，主要存在的污染物是Zn，而且污染程度不高。

表1 研究區土壤重金屬元素統計特征值

圖1 樣品磁化率隨深度變化的關系

2.2 土壤重金屬元素與磁化率之間的相關性

試驗證明，在研究剖面土壤樣品的時候，發現其Xlf比地表以下樣品的Xlf要高，而且與深度有著密切的關系，在深度下降之后，Xlf出現了突變的情況，這種變化情況具有規律性。重金屬Zn、Cu、Pd、Ni以及Mn的變化趨勢和突變深度與土壤側磁化率具有一致性。如圖1-3所示，為樣品磁化率隨深度變化的關系[3]。

此外，為了更加明確金屬元素與磁化率之間的關系，本文還對表層樣品重金屬含量以及磁化率進行了相關性的分析，如表2所示。

表2 表層土壤重金屬與磁化率相關分析×10-8m3/kg

3 討論

3.1 表層土壤重金屬含量與磁化率值特征

研究表明，鋼鐵廠的土壤樣品Xlf值比一般的褐土Xlf值高，存在明顯的差距，因此可以說明在鋼鐵廠的重金屬污染區域具有這樣的特點，重金屬與磁化率存在相關性，而且磁化率的變異也是因為外部因素的影響。研究發現，廠區周邊土壤Xlf明顯超過了一般的褐土磁化率值，因此可以明確污染物受到風力的影響而造成了遷移，因此分布較為均勻。

3.2 重金屬含量和磁化率值的相關性分析

在對樣品中包含的重金屬元素以及磁化率分析之后，發現如果Pd含量超標，鋼廠內部的表層土壤Xlf和Zn、Cu就會呈現正相關的關系，但是Xlf和重金屬元素Pd的相關性不明顯。廠區外部的土壤Xlf和Pd、Zn呈現正相關的關系。

[1]陳亮，陳克龍，張志軍.青海湖周邊地區表土磁化率與土壤重金屬的相關性研究[J].中國人口·資源與環境，2017，27（S1）：51-54.

[2]錢鵬，董艷，戴兵.高校室內降塵粒度、磁學特征與重金屬污染垂向分布特征[J].環境化學，2015，34（11）：2 067-2 076.

[3]陳軼楠，張永清，張希云，等.晉南某鋼廠周邊土壤重金屬與磁化率分布規律及其相關性研究[J].干旱區資源與環境，2014，28（1）：85-91.