华东某铀矿区稻米中Cd含量及空间分布特征研究

魏长帅，刘平辉，张淑梅（1 安徽省地质矿产勘查局36地质队，安徽安庆 46000； 东华理工大学 地球科学学院，江西南昌 330013；3 东华理工大学，教育部核资源与环境重点实验室，江西南昌 330013）

华东某铀矿区稻米中Cd含量及空间分布特征研究

魏长帅1，2，刘平辉2，3，张淑梅2
（1 安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽安庆 246000；2 东华理工大学 地球科学学院，江西南昌 330013；3 东华理工大学，教育部核资源与环境重点实验室，江西南昌 330013）

利用等离子体质谱仪测定了某铀矿区周边稻米与对照区稻米中重金属元素Cd的含量，重点对铀矿区稻米中的Cd元素含量及其空间分布特征进行了研究。结果表明：（1）铀矿区内10.53%的稻米样品Cd含量超过国家标准，89.47%稻米样品中Cd的含量未超过国家标准（GB 2762-2005），而对照区稻米样品中Cd含量均远低于国家标准（GB 2762-2005）；（2）铀矿区稻米中Cd含量远高于对照区稻米中Cd含量，尾矿堆积区、水冶厂和矿床开采区下游及周边区域内稻米中Cd元素含量明显高于上游地区或远离上述区域的其他地区。（3）矿床开采产生的废水与废渣、水冶厂的废液渗漏、尾矿露天堆积以及矿石运输过程中的矿渣洒落等原因可能是导致Cd元素随地表径流发生迁移进入稻田，从而使矿区稻米中Cd的含量较高的重要因素。

稻米；Cd含量；空间分布；铀矿区

0　引言

几十年来，我国铀矿冶工业迅速发展，已探明铀矿床大多数分布在湘、赣、粤等地区[1]。铀矿床的发现和开采对我国的国防与核电事业的发展具有重大意义，但其开采过程中会对周围环境产生一定放射性污染与重金属污染。重金属中的Cd一旦进入人体，会破坏人体的肝、肾等脏器，严重者致人死亡。目前我国对铀矿开采冶炼活动所带来的环境影响研究主要集中于铀矿区放射性环境水平和辐射剂量的调查与评价[2~5]；此外，有少数人做了铀矿区重金属对土壤与地表水体的污染研究[6-7]；对传统金属矿区重金属对地表水和土壤污染的研究也比较多[8-12]，但是关于铀矿区重金属对农作物特别是稻米污染的研究文献相对较为少见。

本文研究的铀矿山位于我国华东低山丘陵地区，湿热多雨，人口密集，水稻种植面积大。矿区地形破碎，地表径流发育，铀矿山开采和水冶厂所产生的废水、废渣一般都是直接排放或露天堆放，这些废液和废渣中所含的重金属等污染物很容易随地表径流迁移进入周边稻田，然后在稻米中积累，并最终通过食物链进入人体。因此，在该铀矿区周边开展稻米中重金属Cd污染调查研究很有必要。

1　样品采集与分析测试

按照此铀矿区与其周边稻田分布，在铀矿区稻田分别取稻谷样品55个。另外，选取远离矿区约60km之外的某村小组（不受矿区水系与大气影响）作为对照区，取稻谷样品2个，作为对照样。共取稻谷样品57个，矿区取样点位置略。

取样方法：根据该铀矿区地形地质、水冶厂、尾矿堆分布和矿床开采区域以及稻田分布情况，用五点混合取样法取样，每个样品以一个取样点为中心，在5m半径内均匀取5个稻谷样品约计500g混合成1个样品，用GPS记录中心点位置，用样品袋包装，写好标注，并记录详细取样信息。

上述稻谷样品经干燥脱壳处理为稻米后送国土资源部武汉矿产资源监督检测中心进行分析。

1.1仪器与试剂

仪器: X－Series II电感耦合等离子体质谱仪( 美国Thermofisher Scientific公司）。

实验用具与试剂：所有器皿均用20%硝酸浸泡，用高纯水冲洗备用。水为二次石英蒸馏水。电子级HNO3；MOS级H2O2。各单元素标准溶液均购自国家标准物质中心。

标准参考物质：GBW10010 （GSB-1） 大米成分标准物质，GBW10045 （GSB-23）湖南大米成分标准物质均购自国家标准物质中心。

1.2仪器工作条件

X-Series II电感耦合等离子体质谱仪（美国Thermofisher Scientific公司），优化后的工作参数列于表1。

表1　电感耦合等离子体质谱仪的工作参数Table 1 Working parameters of ICP-MS （Thermo X series II，USA）

1.3样品处理及分析方法

将稻米样品用四分法取样研磨至200目供检测用，余下的作为备用样品。

将粉末状试样在60℃下干燥4h后，准确称取0.2500g试样于专用微波消解罐中，定量加入2mL HNO3，加1ml30%的H2O2，然后用2ml的高纯水冲洗罐壁，安装好消解装置，按规定程序消解试料，反应结束后，取出消解罐，将消解液转入聚四氟乙烯烧杯中，置于电热板上，加热至近干，按最终试料测试液介质为5%的HNO3计算，加入适量硝酸，在电热板上低温加热溶解残渣，冷却后将溶液转移至塑料瓶中。用水稀释至10ml，摇匀，此溶液直接用于ICP-MS测定。

2　结果分析

全部57个稻谷样品分析结果见表2，统计结果见表3。

表2　全部55个稻谷样品Cd含量结果Table 2　Cd contents results of total 55 rice samples

表3　铀矿区及对照区稻米中Cd含量Table 3 Cd contents in rice in a uranium mining area and the contrast area

从表2可以看出，全部稻米样品中，Cd含量最低值为0.016mg/kg，最高值为0.41mg/kg，平均值为0.16mg/kg，平均值未超出国家标准0.20mg/kg（GB 2762-2005）；Cd含量高于国家标准的样品有6个，占样品总数的10.53%；Cd含量低于国家标准的样品数为51个，占样品总数的比例为89.47%。上述分析结果表明铀矿区大部分稻米中Cd的含量符合国家标准，但也存在少数区域稻米中Cd含量超标的情况。

对照区稻米中Cd含量最低值为0.03mg/kg，最高值为0.06mg/kg，均值为0.045mg/kg，均远低于国家标准0.20mg/kg（GB 2762-2005）。但铀矿区稻米中Cd含量的平均值远高于对照区，是对照区的2.67倍。

3　铀矿区稻米中Cd含量的空间分布特征

借助MapGIS 软件，将铀矿区所有稻米样点的坐标标识于铀矿区地形地质图和土地利用现状图叠加后的图上，通过分析取样点位置与尾矿堆、尾矿库、水冶厂、废水排放、水系分布以及正在进行铀矿采掘活动区域之间的空间关系，进一步对稻米中Cd元素的空间位置进行分析，可以发现稻米中Cd含量具有较强的空间分布规律。

以矿区正在进行铀矿开采的一个区域为例，有一条溪流自上而下穿过该区域，182、184、185号三个稻米样品取自该溪流的上游水田（位于海拔高出该铀矿采掘区及其尾矿堆的山坳），其稻米中Cd含量分别为0.08 mg/kg、0.03 mg/kg、0.06 mg/kg，其平均值为0.057 mg/ kg；与对照区样品含量非常接近，远低于国家标准。而67、69、73、180、188、190号稻米样品取自该溪流的下游水田（位于海拔远低于该铀矿采掘区及其尾矿堆的山前冲积区，枯水季节引溪水灌溉），其稻米中Cd含量分别为0.12 mg/kg 、0.17 mg/kg 、0.10 mg/kg 、0.10 mg/ kg 、0.22mg/kg、0.18 mg/kg，其平均值为0.147 mg/kg，是其上游样品平均含量的2.578倍。这说明溪流流经铀矿开采区域时，采掘活动所产生的废水、废渣、尾矿堆中的Cd元素可能随地表径流进入溪流之中向下游迁移，并因灌溉进入稻田，从而使稻米中Cd含量明显增高。若以该铀矿开采区域为界，溪流下游所产稻米中Cd含量远远超过其上游地区。

另外，以水冶厂周边区域为例，177、218、233、234号四个样点的稻米Cd含量分别为0.24 mg/ kg、0.29 mg/kg、0.35 mg/kg、0.41mg/kg，均超过了国家标准（GB 2762-2005），属于Cd污染稻米，分别是国家标准值的1.20、1.15、1.75、2.05倍。这可能是因为此四个样点位于靠近水冶厂的下游区域，水冶厂的废水虽然有专用管道排放至尾矿库，但由于管道经常发生破损等容易导致废水外泄和渗漏，加之该水冶厂附近有多个露天尾矿堆，而矿区雨量充沛，地表径流量大，致使废液和尾矿堆中的Cd元素容易随地表径流发生迁移，直接或通过灌溉进入稻田，从而导致稻米中Cd含量明显增高。此外，这四个样点位于从铀矿山运送矿石至水冶厂的交通干线附近，因矿石运输车辆为敞篷无后挡板的自卸车，一些矿石在运输途中很容易洒落在公路上，并被雨水冲刷进入稻田。这两个因素互相作用与叠加，可能是导致上述四个样点稻米中Cd含量异常偏高并形成稻米镉污染的主要原因。

4　结论与讨论

本研究所取铀矿区57个样品分析结果表明：①铀矿区和对照区稻米样品中Cd的平均含量虽均没有超过国家标准，但铀矿区稻米中Cd的平均值远高于对照区稻米样品中Cd含量；②矿区89.47%的稻米样品中Cd含量没有超过国家标准（GB 2762-2005），矿区绝大多数稻米没有受到Cd污染；但仍有10.53%稻米样品中Cd含量超过国家标准（GB 2762-2005），造成了稻米的Cd污染。鉴于Cd对人体健康的严重危害，超标样品所占比例虽然不是很高，但仍应引起足够的重视；③矿床开采区、水冶厂、尾矿堆积区等周边及下游区域的稻米中Cd元素含量明显高于上游地区和远离上述区域的其他地区，这可能与矿床开采产生废渣、尾矿露天堆积以及交通运输矿渣洒落造成Cd元素随地表径流迁移通过灌溉或直接进入稻田有关，也可能是由于这些区域内土壤中Cd的本底值偏高，具体原因有待于进一步研究验证。下一步可对受尾矿堆积区、水冶厂、正在采矿区影响的稻田土壤开展有针对性的研究。

[1]张展适,李满根,杨亚新,刘亚洁,李新春.赣、粤、湘地区部分硬岩型铀矿山辐射环境污染及治理现状[J].铀矿冶理,2007,26(4)：191~196.

[2]覃国秀,刘庆成,陈宁,徐海峰.某矿山天然放射性核素的调查[J].世界核地质科学,2008,25(1)：54~56.

[3]杨明理, Shinji Tokonami,蔡振民,先杰,文星.某铀尾矿库周边地区氡调查[J].核技术,2002, 25(7)：545~550.

[4]王卫星,杨亚新,王雷明,刘庆成,夏元复.广东下庄铀矿田土壤的天然放射性研究[J].中国环境科学, 2005,25(1)：120~123.

[5]杨巍,杨亚新,曹龙生,张叶,郑勇明.某铀尾矿库中放射性核素对环境的影响[J].东华理工大学学报(自然科学版),2011, 25(7)：545~550.

[6]刘娟,李红春,王津,宋刚,齐剑英,陈永亨,李祥平,吴颖娟.华南某铀矿开采利用对地表水环境质量的影响[J].环境化学,2012,31(7)：981~989.

[7]黄德娟,朱业安,刘庆成,杨亚新,彭道峰.某铀矿山环境土壤重金属污染评价[J].金属矿山,2013,(1):146~150.

[8]付善明,周永章,赵宇鴳,等.广东大宝山铁多金属矿废水对河流沿岸土壤的重金属污染[J].环境科学,2007,28(4)：805~812.

[9]周建民,党志,司徒粤,等.大宝山矿区周围土壤重金属污染分布特征研究[J].农业环境科学学报, 2004,23(6): 1172~1176.

[10]蔡美芳,党志,文震,等.矿区周围土壤中重金属危害性评估研究[J].生态环境,2004,13(1)：6~8.

[11]周建民,党志,蔡美芳,等.大宝山矿区污染水体中重金属的形态分布及迁移转化[J].环境科学研究, 2005,18(3)： 5~10.

[12]石平,王恩德,魏忠义,等.青城子铅锌矿区土壤重金属污染评价[J].金属矿山,2010,(4)：172~175.

Study on Cd Content And feAtureS of itS SPAtiAl diStribution in riCe in A urAnium mininG AreA in eASt ChinA

Wei Chang-shuai1,2, liu Ping-hui2,3,zhAnG Shu-mei2
(1 No.326 Unit of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province, Anqing, Anhui 246000, China; 2 School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, Jiangxi 330013, China; 3 Education Ministry Key Lab of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang, Jiangxi 330013, China)

By ICP-MS, this paper measured heavy metal Cd content in rice in the periphery of a uranium mining area and a contrast area, and focused on study of Cd content and its spatial distribution features, and concluded that: (1) 10.53% of rice in the uranium mining area has Cd content over national standard (GB2762-2005) and 89.47% not, while in the contract area, Cd content is far below the standard; (2) Cd content in rice in the uranium mining area is far more than that in contrast area, Cd content in rice in tailings accumulation zone, hydrometallurgical mill and lower reaches of mining area and the periphery is evidently higher than that in the upper reaches and distant areas; (3) waste water and residues from mining zone, waste liquid seepage from hydrometallurgical mill, tailings storage in the open air, and mineral falls from transport may be the major factor that leads Cd into rice field with surface runoff thus causing rice in the mining area to have higher content of Cd.

rice; Cd content; spatial distribution; uranium mining area

O614.611;S511;P619.14

A

1005－6157（2016）01－075－4

2015-08-05

国家自然科学基金项目（41261081），江西省自然科学基金项目（2011ZBAB203009）资助

魏长帅（1988-），男，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向：环境地球化学。