铝土矿区土壤中Cd、Pb、Ni的迁移与富集研究

顾俐俐 滕峥 袁辉 梁玉祥 杨翠凤

摘 要：以靖西铝土矿区为中心，采集不同水平方向和不同深度的土壤，测定土壤中Cd、Pb、Ni的含量，探讨土壤中Cd、Pb、Ni的富集特征和迁移规律。结果表明：Cd、Pb、Ni在水平和垂直方向均有不同程度的迁移和富集，水平方向表现为距离矿区中心越远，重金属含量逐渐降低;垂直方向均呈现出先增加后降低的趋势，迁移难易程度表现为Ni>Cd>Pb。

关键词：矿区土壤;重金属;迁移;富集

中图分类号 X53文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）05-0095-02

在矿产资源的开采、筛选及精炼过程中，所产生的带有重金属的物质会通过各种途径进入到土壤环境中，造成不同程度的环境污染。Niu等[1]研究表明，重金属在土壤中的迁移模式可分为物理迁移、物理化学迁移和生物迁移3种。Jones等[2]研究表明，游离重金属离子可能会使得本来难溶的重金属盐生成络合物和鳌合物，增大其在水中的溶解度，从而加强难溶解重金属在土壤环境中的迁移能力，使其污染范围增大。Wichard等[3]研究表明，植物根部的结构裂缝可以形成主要的循环通道，而这些通道会加速重金属的迁移行为。一直以来，重金属的空间分布特征和迁移富集规律是学者们关注的研究问题[4-6]，例如，熊霜等[7]以淮北煤田临涣矿区为研究对象，分析了重金属垂向方向的迁移难易程度，发现镍迁移难度大于铜，锌大于铬，镉大于铅;邓冰超等[8]研究表明，矿区水田铅、铜、镉和锌在土层20～180cm，各重金属含量先升高后降低，向下迁移到60～120cm出现最高浓度。为此，笔者以靖西铝土矿区土壤为研究对象，分析了重金属Cd、Pb、Ni在土壤中富集特征和迁移规律，以期为矿区生态经济可持续健康发展提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集 以矿区为中心点C向东南北3个方向各延伸2km，每隔1km为1个采样点（表1），每个采样点纵向采集4个土壤样品（0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm）。采样方法参考邢立腾[9]方法。

1.2 实验药品与仪器设备 药品主要有65%浓硝酸、38%浓盐酸、70%高氯酸、2%硝酸溶液，主要仪器设备有AAS-5000型原子吸收分光光度計、DS-360石墨消煮仪、YP1002电子分析天平。

1.3 土壤样品消煮 所有样品土壤均自然风干，10目筛后装袋置于干燥器中保存备用。参考陈泽智[10]的方法对样品进行消煮：称取0.5g样品放入消煮管中，去离子水润湿，加入5mL王水、2～4mL高氯酸，置于已预热的石墨消煮仪上，再将温度设置为260℃、时间设置3h进行消煮，消煮至冒白烟、土壤变成灰白色后停止加热。待其冷却后，将多余的高氯酸赶出，加入2%硝酸5mL，温度设置在140℃加热3min，待其冷却后进行过滤至澄清，转入容量瓶中加入2%硝酸定容至50mL，装至消煮瓶中保存待测。

1.4 数据处理 利用Excel表格进行图表绘制，使用SPSS17.0统计分析软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 重金属在水平方向的含量和迁移规律 由表2可知，各采样点土壤中的Cd、Pb、Ni富集量以矿区中心点最大，CBA（东，上游）、CDE（南，下游）、CEF（北）方向均呈现逐渐减少的趋势，即距离矿区中心越远，重金属含量越低。这表明，Cd、Pb、Ni往不同的水平方向均存在不同程度的富集和迁移，迁移的难易程度从大到小依次为Ni>Cd>Pb。

2.2 重金属在垂直方向的含量和迁移规律 由表3可知，垂直方向土壤中Cd、Pb、Ni含量均表现为先上升后下降趋势，最大值均出现在10～20cm土层，其中Ni含量变化幅度最大，各土层之间差异达到显著性水平，而Pb含量变化幅度最小，各土层间含量差不显著，垂直方向迁移难易程度表现为Ni>Cd>Pb。

3 讨论与结论

重金属污染主要影响地表土壤，而对下层土壤的影响较小[11]。研究表明，在农业活动和浸出的双重影响下，重金属可持续地向下移动，从而导致土壤环境的持续污染[12]。重金属的分布除受土壤自身数理性质的影响外，还会受到了其他外界条件的影响[13-16]。因此，掌握不同重金属在土壤中的富集和迁移规律，对于矿区的生态保护具有重要的意义。本研究中，Cd、Pb、Ni往水平和垂直方向均存在不同程度的富集和迁移，迁移难易程度均表现为Ni>Cd>Pb。重金属的迁移是一个长期的过程，随着时间推移，其迁移速度、迁移范围也将不断发生变化，后续仍需定期跟踪调查。

参考文献

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[3]Wichard T，Mishra B，Kraepiel A M L，et al.Molybdenum speciation and bioavailability in soils[J].Geochimica Et Cosmochimica Acta，2008，72（12）：A1019.

[4]苏耀明，陈志良，雷国建，等.多金属矿区土壤重金属垂向污染特征及风险评估[J].生态环境学报，2016（01）：130-134.

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[6]温焕君.重金属Cd在层状土壤中的运移特征及数值模拟[D].青岛：青岛大学，2018.

[7]熊霜.临涣矿区土壤重金属元素含量和迁移[D].淮南：安徽理工大学，2017.

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[11]张乃明，关锐.山西主要农业土壤中重金属含量分布迁移特征及其生态效应[J].农业环境保护，1994（05）：217-220.

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[16]赵志鹏.重金属镉的土壤分布机制及迁移转化过程研究[D].贵阳：贵州大学，2012.

（责编：张宏民）