汉江上游铅锌尾矿区土壤环境效应

汤波 赵佐平 宋凤敏 段敏 李琛�┩跹迕癃┝踔欠�

摘要：以陕西省南部某铅锌矿区为研究对象，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法 （ICP-AES） 测定土壤铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、錳（Mn）、锗（Ge）、镍（Ni）含量，采用欧洲参考交流局（BCR）修正的顺序提取技术进行重金属形态分析；测定土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。结果表明：尾砂堆积对周边土壤的重金属含量影响明显，6种重金属乙酸提取态含量较高，容易迁移至土壤环境，风险评估编码法（RAC）重金属生态评价结果为Cu、Zn、Pb、Ge、Ni等5种重金属的生态风险评价等级为中等，Mn的生态风险等级为低；重金属复合污染对土壤过氧化氢酶、脲酶活性呈抑制作用，对蔗糖酶、磷酸酶活性具有激活作用。

关键词：铅锌矿区；重金属复合污染；土壤酶

中图分类号： X53文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0470-04

近年来矿产开采活动日益频繁，由于尾矿、废石的堆放，占用了大量土地，污染周围环境，破坏了生态系统平衡。由于空气氧化、雨水淋溶等自然作用，尾矿、废石中的重金属会进入矿区及周边土壤、地表水及地下水，使环境生态问题不断恶化[1]。土壤酶是由微生物、土壤动物、植物根系和生物残体等释放到土壤中的一类具有催化作用的生物活性物质，是土壤系统中生物化学反应过程的主要参与者，它与土壤发育、土壤肥力形成、土壤环境净化等息息相关[2-3]。众多研究表明，土壤重金属的毒性、生物有效性、迁移转化特点，以及重金属对土壤酶的影响机理与效果都不仅与单一重金属含量相关，而且更加明显地受重金属的赋存形态和多种重金属复合污染的影响[4]。因此，开展矿区土壤重金属形态分布特征、多种重金属复合污染特点及其对土壤酶影响的研究，其意义远大于单因素污染的研究。本研究探讨了陕西省南部燕子砭铅锌矿区周边土壤重金属的复合污染特征及其对土壤酶活性的影响，旨在为汉江上游铅锌尾矿区土壤生态保护提供科学的理论依据。

1材料与方法

1.1研究区域概况

研究区位于陕西省西南部的宁强县，该县位于陕西省、四川省、甘肃省的交界处，长江的最大支流——汉江就发源于此，因此宁强县有“三千里汉江第一城”之美誉。该县境内富含数十种金属、非金属矿藏，主要有铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mu）、锌（Zn）、金（Au）等，区域成矿条件优越，被李四光先生誉为“中国的乌拉尔”[3]。本研究中的燕子砭铅锌矿地处陕西省宁强县、略阳县、勉县的三角地带，降水量充沛，地表雨水径流活跃，而且山区人口较多，耕地农田面积较大，所以该地区由矿产开采和选矿而产生的废石、尾矿对周边农田土壤的重金属污染不可小觑。

1.2采样点布设及采集

在铅锌矿尾矿坝的坝顶、坝坡、下游及周边农田土壤中采集土样19个（其中对照1个，标为W19），尾砂样品2个。采样时间是2014年8月，采用“S”形多点采样法[5]。采集0～20 cm深度的表土，剥除表层杂草、枯枝等，在采样点不同位置分别采样3次，然后混合均匀作为1个样品。用全球定位系统（GPS）仪对每个采样点进行定位，并详细记录采样点环境状况，将样品保存在密封塑料袋中，依次编号。土样及尾砂经过风干、磨碎、过100目尼龙筛后，用塑封袋保存。采样点分布及坐标如图1、表1所示。

2.2土壤重金属含量

由表5可知，在重金属全量方面，与陕西省土壤背景值[13]相比，本研究中尾矿周边的18个采样点Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni含量平均值超过当地土壤背景值，分别是背景值的 2.4、3.1、4.1、23.8、1.9、1.5倍。而远离尾矿库的对照点重金属全量与陕西省土壤背景值非常相近，这说明燕子砭尾矿库的尾砂堆积对周边土壤的重金属含量影响十分明显。其中影响最大的是Ge元素，其次是Pb、Zn、Cu。从各元素含量变异系数看，Mn、Pb含量的变异系数最大，分别为84.5%、64.5%，说明这2种元素在一定程度上受到外界干扰影响较大[12，14]。从乙酸提取态含量看，Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni乙酸提取态含量分别占对应全量的14.0%、20.9%、13.3%、12.4%、7.7%、13.2%，该研究区域土壤属于中性偏弱酸性。重金属的乙酸提取态含量越高，表明重金属越容易迁移至土壤环境，对于该区域的土壤生态潜在威胁越大。对照W19采样点远离尾矿库，其重金属全量以及乙酸提取态含量均低于尾矿周边18个土壤的平均含量，且接近背景值，说明该样点未受到尾矿重金属的影响或影响较小。18个土样Cu、Zn、Pb、Ge、 Mn、Ni全量平均值分别是对照的2.3、3.3、5.0、17.2、2.0、2.2倍，乙酸提取态含量平均值分别是对照的2.4、1.7、5.0、5.3、1.6、5.1倍，说明尾矿库对周边土壤重金属污染比较明显。

2.3RAC重金属风险评价

RAC风险评价法是基于重金属形态分析的重金属潜在风险评价方法[10]。传统重金属污染评价都是对重金属总量进行评价，这些方法仅可了解重金属污染程度，不能有效评价重金属的迁移性、活性和潜在生态危害性。所以将重金属总量评价与重金属形态分析评价相结合，才能为土壤重金属污染防治提供更加科学有效的依据[10]。

如表6所示，从采样点的重金属乙酸可提取态比例的平均值看，Cu、Zn、Pb、Ge、Ni等5种重金属的生态风险评价等级为中等，Mn的生态风险等级为低。从乙酸可提取态的分布比例范围看，各采样点的Zn元素生态风险评价等级均属于中等，其他4种重金属元素的生态风险等级都是在部分区域呈中等风险，部分区域呈低风险。

2.4矿区土壤酶活性

由表7可知，从酶活性平均值来看，18个污染土壤样品的过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性分别是对照的47%、171%、114%、58%，说明重金屬复合污染对土壤过氧化氢酶、脲酶活性呈现出抑制作用，对蔗糖酶、磷酸酶具有激活作用。

制作用，对蔗糖酶、磷酸酶活性具有激活作用。

过氧化氢酶和脲酶在重金属影响下最敏感，6种重金属全量及乙酸提取态含量均与其活性呈负相关，且基本与Cu、Zn等元素的相关性达到显著或极显著。蔗糖酶活性与重金属全量呈正相关，激活作用比较明显。磷酸酶活性与重金属全量呈正相关，虽无显著相关关系，但在一定程度上说明重金属对磷酸酶具有激活作用。

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