湖北省典型工业区域土壤重金属形态分布研究

龚 关, 肖宇鹰, 徐 磊, 王 锝, 张 权, 李 莹, 廖 鸣, 张湘渝, 王皖红

((湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034)

湖北省典型工业区域土壤重金属形态分布研究

龚 关, 肖宇鹰, 徐 磊, 王 锝, 张 权, 李 莹, 廖 鸣, 张湘渝, 王皖红

((湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034)

通过对湖北省典型工业区域土壤重金属形态分布的实验研究,表明部分地区土壤重金属总量超标,Cd、Cu、Pb、Zn以碳酸盐结合态或离子交换态存在,需采取治理措施防止土壤重金属污染。

土壤;重金属;形态分布

随着全球经济化的迅速发展,含重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降,并可通过食物链危害人类的健康,也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化,因此引起世界各国的广泛重视[1-2]。

土壤中重金属的来源是多途径的,首先是成土母质本身含有重金属,不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。此外,人类工农业生产活动,如工厂排放、农药和化肥的使用、污水灌溉、含重金属废弃物堆积等也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧,经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染,以工矿烟囱、废物堆和公路为中心向四周及两侧扩散[3-4]。因此,工业生产是土壤重金属污染的重要来源之一。

本实验采集湖北省内典型工业区域的工矿企业附近的农田或耕地里的土壤样品,开展土壤重金属形态分析研究,为湖北省土壤重金属污染的治理提供依据。

1 实验材料与方法

1.1 土壤样品

土壤样品采集于湖北省主要工业区域内企业附近的农田或耕地,样品采集方法为在距厂区约50 m采样,每个样点按梅花状形式采集5个0～20 cm耕层土样制成混合样,土壤样品经风干,过2 mm筛备用。

1.2 实验方法

重金属总量测定方法:称取实验样品于聚四氟乙烯坩埚中,用HNO3-HCL-HClO4-HF混酸处理,用稀盐酸提取、稀释定容后用ICP-MS法测定Cd、Pb、Cr、Zn、Cu;称取实验样品置于烧杯中,加入稀王水蒸至湿盐状,10%HCl提取,用AFS法测定As、Hg。

重金属水溶态测定方法:称取实验样品于离心杯中,加入蒸馏水(pH=7)于(25±5)℃条件下用往复式振荡器振荡2 h(200次/min),离心,过滤,提取清液,用ICP-MS法测定Cd、Pb、Cr、Zn、Cu,AFS法测定As、Hg。

重金属离子交换态测定方法:在完成提取水溶态的离心杯中,加入氯化镁溶液(pH=7±0.2),振荡2 h,离心,过滤,提取清液,用ICP-MS法测定Cd、Pb、Cr、Zn、Cu,AFS法测定As、Hg。

2 结果与讨论

2.1 土壤样品采集

以湖北省重金属污染重点区域生产企业附近的农田耕地土壤作为研究对象,采集土壤试验样品。选择的区域为黄石大冶地区以大冶有色冶炼公司为代表的重有色金属矿采选企业,武汉地区以武钢硅钢厂为代表的金属冶炼及加工企业,宜昌地区以湖北宜化为代表的化学原料及化学制品制造业,襄阳地区以骆驼蓄电池公司为代表的含铅蓄电池企业等,采集了12个重金属污染土壤试验样品。样品采集地点见表1。

表1 土壤样品采集点

2.2 实验样品重金属形态分析

实验样品重金属总量测定结果见表2。

表2 重金属总量及pH分析结果(μg/g,pH无量纲)

根据GB15618—1995《土壤环境质量标准》[5],从表2的结果可以看出,总Cr超出标准三级限值的有2号样,总Cu和Zn超出标准三级限值的有2、3号样,总As超出三级限值的有1、2、3、8号样,总Cd超出三级限值的有1、3、7号样。从重金属总量看,采样地区部分区域的土壤受到不同程度的重金属污染。

实验样品重金属水溶态以及离子交换态含量测定结果见表3、表4。

从表3、表4看,3号样品的离子交换态Cd达到了18.7 μg/g,远远超出标准GB15618—1995对总Cd的三级限值,总Cd超出三级限值的1号和7号样品离子交换态含量也较高,其它样品的水溶态和离子交换态重金属含量均较低。

实验样品重金属碳酸盐结合态含量测定结果见表5。

从表5的结果可以看出,总Cr超出三级限值的2号样,总Cu和Zn超出三级限值的2、3号样,总Cd超出三级限值的1、3、7号样,其离子交换态含量明显高于其它样品;总As超出三级限值的1、2、3、8号样,其离子交换态含量与其它样品相比没有明显差异。

表3 重金属水溶态含量分析结果(ng/g)

表4 重金属离子交换态含量分析结果(μg/g,Hg:ng/g)

表5 重金属碳酸盐结合态含量分析结果(μg/g,Hg:ng/g)

土壤中重金属形态除水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态外,其它存在的形态还有腐殖酸结合态、铁锰结合态、强有机结合态和残渣态,其中水溶态可被植物等直接吸收,离子交换态容易被吸收,碳酸盐结合态在特定条件下能重新进入液相被吸收,其它形态则不易被植物吸收,残渣态对生物无效[6-7]。为考察实验样品的重金属形态分布,选取具有代表性的3号样品进行讨论,其重金属形态分布见图1。

图1 土壤重金属形态分布Fig.1 Pie chart of chemical form distribution of soil heavy metals

以上分布图中,1表示重金属水溶态和离子交换态含量之和,2表示碳酸盐结合态含量,3表示残渣态等其它几态含量之和。从图中可以看出,Cu、Zn、Pb的碳酸盐结合态占总量的19%～27%;Cd的水溶态和离子交换态占总量的23%,碳酸盐结合态占总量的42%;Cr、As、Hg则以其它形态为主。实验结果表明,在湖北省典型工业区域附近的部分土壤中,Cu、Zn、Pb能以碳酸盐结合态存在,Cd不仅以碳酸盐结合态存在,而且能以离子交换态存在,根据上述重金属形态与生物有效性的关系,对Cu、Zn、Pb特别是Cd含量较高的地区土壤应采取措施进行综合治理。

3 结语

(1) 通过对湖北省典型工业区域内企业附近的农田耕地土壤进行重金属含量分析,部分地区土壤总Cr、总Cu、总Zn、总As超出GB15618—1995三级限值,采样地区部分区域的土壤受到不同程度的重金属污染;

(2) 湖北省典型工业区域附近的部分土壤中,Cu、Zn、Pb以碳酸盐结合态存在,Cd不仅以碳酸盐结合态存在,而且以危害性较大的离子交换态存在。因此,对Cu、Zn、Pb特别是Cd含量较高的地区土壤应采取治理措施。

[1] 董彬.中国土壤重金属污染修复研究展望[J].生态科学,2012,31(6):683-687.

[2] 宋伟,陈百明,刘琳,等.中国耕地土壤重金属污染概况[J].水土保持研究,2013,20(2):293-298.

[3] 雷国建,刘千钧,陈志良,等.不同行业污染土壤重金属污染特征比较研究[J].土壤,2013,45(6):1023-1027.

[4] 郑喜坤,鲁安怀,高翔,等.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境,2002,11(1):79-84.

[5] 国家环境保护局.土壤环境质量标准:GB15618—1995[S].北京:中国标准出版社,1995.

[6] 刘恩铃,王亮.土壤中重金属污染元素的形态分布及其生物有效性[J].安徽农业科学,2006,34(3):547-548.

[7] 钟晓兰,周生路,黄明丽.土壤重金属的形态分布特征及其影响因素[J].生态环境学报,2009,18(4):1266-1273.

(责任编辑：于继红)

Research on Chemical Form Distribution of Soil Heavy Metals in TypicalIndustrial Region of Hubei Province

GONG Guan， XIAO Yuying， XU Lei， WANG De， ZHANG Quan， LI Ying， LIAO Ming，ZHANG Xiangyu， WANG Wanhong

(HubeiProvinceGeologicalExperimentalTestingCenter，Wuhan，Hubei430034)

According to the experimental researchs on chemical form distribution of soil heavy metals in typical industrial region of Hubei Province，the experimental results show that total capacity of heavy metals exceed national standard in part area. Cd，Cu，Pb and Zn could exist in bound to carbonate combined state or ion exchange state. And it is necessary to take measures to prevent soil pollution in this area.

soil； heavy metal； chemical form distribution

2015-12-30;改回日期:2016-04-01

龚关(1964-),男,正高职高级工程师,无机非金属材料专业,从事非金属矿实验测试及应用研究、建筑节能检测工作。E-mail:13129922968@163.com

S152.2

A

1671-1211(2016)05-0701-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.007

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0903.018.html 数字出版日期:2016-08-11 09:03