锡冶炼厂周边果园土壤和果树重金属污染研究

杨中雄，吴桂容，曲芬霞，陈春岚，唐 政，刘玉清

（1.广西环境工程与保护评价重点实验室，广西 桂林 541004；2.贺州市环保局监测站，广西 贺州 542800；3.贺州学院化学与生物工程系，广西 贺州 542800）

土壤是一个国家最重要的自然资源。近年来，随着中国经济的迅速发展，工业“三废”排放、城镇垃圾处理不当、农业化学品投入量增加等，都导致Cd、Hg、Pb、As、Cr等强毒害作用的重金属在某些地区成为对土壤危害最严重的污染物之一[1-7]。目前，工厂在生产中将大量含重金属物质的工业废气排入大气，将工业废水、废渣排入河道，大气中的重金属沉降至土壤，河底底泥迁移至表土，都会导致土壤重金属含量的超标[8]。由于重金属进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等反应，形成不同的化学形态，表现出不同程度的毒性[9]，对人的身体造成很大的危害，因此重金属污染一直是研究的热点[10-11]。

本研究中的冶炼厂位于桂东北，以加工Sn产品为主。该厂由点源和面源向空气中排放的主要污染物是SO2、氟化物及粉尘，周边的大量果园是当地农民的主要经济来源，冶炼厂排出的废渣和废气中含有的重金属可能直接影响到该区域的土壤和果树生长。笔者通过对冶炼厂周边果园土壤及果树叶片重金属污染特性进行研究，以期为该区土壤重金属污染的防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 取样方法

一般冶炼厂对土壤造成重金属污染的主要途径是以细矿石颗粒、氧化物气溶胶颗粒形式通过大气迁移、沉降进入土壤，以及通过污水排放，固体废弃物的不合理堆放等污染周边环境。经过实地调查研究，综合考虑重金属可能的污染途径、地方常年主导风向等因素，共选取具有代表性的8个果园作为土壤及植物采样点，对选定的果园进行采样，每个采样区按Z型设置5个采样点。

1.1.1 土壤样品 该地区常年主导风向为西北风，夏季风向为东风，采样果园分别以1#～7#和对照CK表示，果园依次位于该冶炼厂的东、东北、北、北、西、南、南、南方向（1#位于主导风下方向，5#为夏季风下风向），距该冶炼厂的距离分别为380、370、600、900、550、1 400、5 000 和 10 000 m。使用竹签采集，均匀混合后，再按四分法除去多余部分，保证其代表性。土壤取样深度为0～30 cm，样品重量为1 kg。风干后过18目和100目标准筛，备用。土壤用HNO3-HClO4-H2O2消化，采用原子吸收光谱法测定 Pb、Cd、As和 Sn[12]。

1.1.2 植物样品 每个采样点选柑橘4棵，每棵树按东、西、南、北4个方向采集春梢营养枝从顶端往下第3位叶（带叶柄）。用去离子水洗净后，杀青、烘干、粉碎后过100目标准筛，HNO3-H2O2消化，测定方法及项目同土样。

1.2 重金属污染评价方法及判断依据

该研究采用单项污染指数法对样品进行分析[13]：

Pi=Ci/Si

式中：Pi为土壤中元素i的污染指数；Ci为土壤中元素i的实测值（mg/kg）；Si为土壤中元素i的评价标准值（mg/kg）。一般Pi≤1表示未污染，Pi>1表示已污染，13表示重度污染，Pi越大表明污染越严重[14]。

1.3 数据处理方法

试验数据采用SPSS13.0统计软件进行方差及相关分析。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量

冶炼厂周围果园土壤的重金属含量见表1。土壤中 Pb、Cd、As、Sn 含量范围分别为 16.60～46.60、0.03～0.11、15.00～46.30、0.65～6.28 mg/kg，平均值分别为 28.94、0.07、30.57、2.87 mg/kg。Pb、As、Sn 3 种重金属的平均含量都高于对照，Cd的含量接近对照值。4种重金属在土壤中含量顺序为As＞Pb＞Sn＞Cd。方差分析表明，1#、2#、3#土壤中Pb含量与对照差异显著（p<0.05）；1#、2#、3#、4#、5# 土壤中 As含量与对照差异显著（p<0.05）；1#、2#、3#、4#、5#、7#土壤中Sn含量与对照差异显著（p<0.05）。6#、7#果园除Sn比对照高之外，其他重金属含量与对照均无显著差异。2#、3#样点未在主导风下风向，但离冶炼厂较近，As、Pb、Sn含量也显著高于对照。由此可见，果园土壤中Pb、As、Sn的累积与风向及距离有关，但3种重金属的累积分布有差异，可能与周边其他工厂的大气排放有关。

表1 土壤重金属的含量 （mg/kg）

2.2 土壤重金属污染评价

由表2可知，7个果园土壤中Pb、Cd的单项污染指数均低于1，说明没有污染。Sn含量无国家标准，所以不进行单项污染指数分析，参照文献[15]，各样地土壤Sn含量在耕地正常的含量范围内。As含量较高，其中1#、3#、5#超过二级标准，单项污染指数分别为1.07、1.16、1.03，且显著高于对照。对大气取样监测，根据国内外判定异常污染因子方法，调查区域30%监测点的单项污染指数值Pi大于0.3，即有30%监测点实测浓度达到国家控制标准值30%以上，则可判定为异常污染因子。分析结果显示，所有监测点位Pb、Cd的Pi值均低，仅As的污染指数较高，周边果园As污染来自大气污染，该冶炼厂是来源之一。

表2 土壤重金属单项污染指数

2.3 土壤重金属间相关性分析

土壤重金属含量的相关分析结果显示，其中As与Pb呈显著正相关，相关系数为0.766；Sn与Pb、As分别呈极显著、显著正相关关系，相关系数分别为0.874、0.811。冶炼厂周边果园土壤中Pb、As、Sn 3种重金属有积累趋势，它们相关性较好，是潜在的污染物，为将来监测的主要重金属。Cd与其他3种重金属无相关性，且含量很低，不是主要污染物。

2.4 植物叶片重金属含量

果园中柑橘叶片的重金属含量如表3所示。1#、2#、3#、5# 的 As 含量分别为 1.43、4.80、1.76、2.47 mg/kg，与对照间差异显著（p<0.05）；1#、2#、5#的 Pb 含量分别为 0.66、0.73、1.09 mg/kg，显著高于对照（p<0.05）；1#、2#、5# 的 Cd 含量分别为 0.14、0.40、0.33 mg/kg，显著高于对照（p<0.05）。柑橘叶片中Cd含量比土壤中高，表明植物对Cd有较强的富集作用，与张虹等研究结果一致[16]；1#、2#、3#、5#的 Sn 含量分别为 0.91、1.03、0.80、0.80 mg/kg，显著高于对照（p<0.05）。柑橘叶中重金属含量大小顺序为 As＞Sn＞Pb＞Cd，说明柑橘对 Sn 的吸收、累积能力大于Pb。

表3 柑橘叶片重金属含量 （mg/kg）

主要污染物As的污染指数与相应样点柑橘叶片的As含量比较表明，处于冶炼厂大气排放下风向及近厂的柑橘叶片中的As含量较其他重金属含量高，As为主要重金属污染物。

3 小结与讨论

植物在受污染的土壤中生长，部分重金属会转移到植物体内，而后通过食物链渠道进入人体，当重金属在人体内的含量达到一定程度后便会危害人体健康[17-18]。该冶炼厂周边土壤、柑橘叶片重金属含量从高到低的顺序分别为As＞Pb＞Sn＞Cd和As＞Sn＞Pb＞Cd，冶炼厂风下风向或近厂区土壤及柑橘叶片的As、Pb、Sn含量均显著高于对照，其中土壤As含量显著高于其他样点，超过国家第二类土壤质量标准，为轻度污染；土壤及果树叶中的As污染主要来自大气污染，As是今后环境监控重点。土壤Pb、Sn含量高于对照，有累积趋势，但符合国家第二类质量标准。Cd含量与对照点相近，无累积现象。

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