典型矿业城市土壤重金属污染的垂直分布规律研究

曹羽飞　黄亚楠　丁九龙

摘 要：选取镉、砷、铬、铅4种元素作为土壤污染特征因子。运用原子吸收光谱仪、采用KI–MIBK萃取原子吸收分光光度法测定镉（Cd）、铅（Pb）浓度；运用分光光度仪、采用二苯碳酰二肼分光光度法测定铬（Cr）浓度；运用原子荧光仪、采用原子荧光光度法测定砷（As）浓度。采用EXCEL软件和SPSS统计软件分析处理监测数据，得出该地区重金属污染垂直分布规律。

关键词：土壤污染 重金属 垂直分布

中图分类号：X825 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）-0107-01

1 研究背景

武安位于河北省南部，矿山资源有煤、铁、大理石、铝钒土等20余种，尤以煤铁矿最为有名，为全国58个重点产煤县（市）和全国四大富铁矿基地之一。

该地矿产资源开发历史悠久，近年以来政府采取措施进行了矿业秩序的整顿，使矿业活动逐渐规范，然而环境问题依然存在。经过前期调查，发现该市主要污染是矿业粉尘和交通扬尘，以及工矿企业未经处理的废水，造成了土壤的重金属污染，并通过降雨污染周围耕地。该文重点研究武安市郊耕地土壤中重金属污染的垂直分布规律并评价其污染程度。

2 研究过程

2.1 土壤重金属污染特征因子的选择

研究表明，对耕地土壤环境和动物及人体危害较大的具有显著毒性重金属主要有汞（Hg）、镉（Cd）、砷（As）、铬（Cr）、铅（Pb）、铜（Cu）6种元素。该研究结合武安作为一个矿业城市，矿厂、钢铁、冶金企业众多的实际情况，重点选取了排放量较多的镉、砷、铬、铅4种元素作为土壤特征污染因子。

2.2 土壤采样

该研究选取武安市康二城镇、矿山镇、上团城乡、北安乐乡作为耕地土壤重金属污染典型调查评价区。依据中华人民共和国农业部《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T395—2000）和中华人民共和国环境保护行业标准《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166—2004）进行土壤样点布置与采样。

土壤采样采用多点采样混合法，即每个土壤样品采集点按10 m×10 m正方形4个定点和中心5个点各采集1kg样品，均匀混合后用四分法从中选取1kg土壤作为混合样品，装入聚乙烯薄膜袋以备实验室监测。

康二城镇在0～100 cm土层深度每20 cm连续采样，采集土壤剖面样品5个，样品编号分别为KESa、KESb、KESc、KESd、KESe。矿山镇在0～100 cm土层深度每20 cm连续采样，采集土壤剖面样品5个，样品编号分别为KSa、KSb、KSc、KSd、KSe。上团城乡每个采样点在0～20 cm耕作层和20～40 cm土壤层采样，共采集样品4组8个，样品编号分别为STS01a、b，STS02a、b，STS03a、b，STS04a、b。北安乐乡在0～100 cm土层深度每20 cm连续采样，采集土壤剖面样品5个，样品编号分别为BASa、BASb、BASc、BASd。

2.3 样品的处理与监测

土壤样品经室内自然风干后，在玛瑙研钵中研磨，过100目尼龙网筛，用HNO3-H2SO4–HClO4消解，以去除土壤中的矿物质和有机质。依据GB/T17141—1997、GB/T17137—1997，运用原子吸收光谱仪（JenaAAs 6）、采用KI–MIBK萃取原子吸收分光光度法测定镉（Cd）、铅（Pb）浓度；运用分光光度仪（VIS–7220）、采用二苯碳酰二肼分光光度法测定铬（Cr）浓度；运用原子荧光仪（ASS–22021）、采用原子荧光光度法测定砷（As）浓度。监测数据采用EXCEL软件和SPSS统计软件分析处理。

3 土壤剖面中重金属元素的垂直分布特征

3.1 土壤剖面（0～40 cm）重金属元素的垂直分布特征

3.1.1矿山镇

通过对矿山镇耕作层（0～20 cm）与其下层（20～40 cm）土壤重金属含量统计分析，结果表明，矿山镇耕作层土壤镉、铅含量高于其下层土壤，具有明显的由耕作层向其下层减少的垂向分布特征，土壤中的镉、铅具有向土壤耕作层富集的特征；耕作层土壤中的铬、砷含量低于其下层土壤，说明土壤铬、砷具有向耕作层下层（20～40 cm）迁移的特征。

3.1.2上团城乡

通过对上团城乡耕作层（0～20 cm）与其下层（20～40 cm）土壤重金属含量统计分析，结果表明，上团城乡耕作层土壤中的镉含量与其下层土壤基本一致，土壤中的铅含量低于其下层土壤，说明土壤中的镉、铅向土壤耕作层富集的特征不明显；耕作层土壤中的铬、砷含量高于其下层土壤，说明土壤铬、砷具有向耕作层富集的特征。

3.2 土壤剖面（0～100 cm）重金属元素的垂直分布特征

该研究通过对康二城镇、北安乐乡、矿山镇耕地土壤剖面（0～100 cm）土壤样品的采集、监测。统计分析结果表明，武安地区耕地土壤剖面中的镉、铅含量具有从耕作层向下垂直递减的趋势，垂直分布规律明显。土壤中的砷含量可以在土壤耕作层中富集，具有向下垂直递减的分布特征，但在0～40 cm土层中变化较小，在40～80 cm土层中呈明显的递减趋势。土壤中的铬可以在土壤耕作层中富集，但具有从土壤表层向下层迁移的趋势，在60～80 cm土层中明显高于表层土壤。土壤剖面中的镉、铅、砷、铬含量在80～100 cm土层中均具有显著增高的趋势，为土壤重金属元素垂直分布的转折层。这主要是由于该层土壤黏化程度较高，对土壤重金属的吸附作用明显引起的。

4 结语

（1）武安地区耕地土壤剖面中的镉、铅含量具有从耕作层向下层垂直递减的分布规律，表明随着人类农业生产活动的加强，土壤镉、铅具有向耕作层富集的特征。

（2）土壤表层中的砷具有向耕作层下层（20～40 cm）迁移的趋势，向60～80 cm的土层迁移现象不明显，对地下水污染的可能性较小。

（3）金属铬也易在土壤耕作层中富集，但其从耕作层向下层迁移的能力高于砷，易于向下包气带土壤层迁移，故会对地下水造成污染。

（4）重金属元素镉、铅、砷、铬在土壤剖面80～100 cm土层中有显著增高的现象，为土壤重金属元素在土壤剖面中垂直分布的转折层。

参考文献：

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