某煤矸石山周边土壤和农作物中Ni的分布特征研究*

李香梅 陈宏贵 李 烁 李书钦3

（1．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2．国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心）

Ni是植物生长所必需的元素之一，但土壤中的Ni过量会对植物造成伤害［1-4］。煤矿资源中普遍富含Ni元素，在其开采、洗选、储存、运输过程中会释放Ni元素到周边环境中［5-6］，堆积在地表的煤矸石经风化、淋溶等作用，会释放Ni到周边环境中［7］，从而造成Ni污染。陈霖等［8］认为，过量的Ni会导致菹草体内MDA含量上升，膜脂过氧化程度加深，影响鸟氨酸代谢。Kerstin等［9］在对天蓝遏蓝菜施加Ni多代培养后发现，Ni离子会取代天蓝遏蓝菜氧化酶中的锌离子，导致天蓝遏蓝菜变异，使得对Ni的富集量增加。吴洋等［10］在对都安瑶族自治县农田土壤的调查中，发现126个耕地土壤样本Ni的超标率为34.9%。于洋等［11］的研究表明，西江流域土壤Ni的背景值为25.60 mg/kg，基线值为156.00 mg/kg，不同土地利用类型的土壤Ni含量表现为矿区最高，水田次之，旱地最低，分别达42.50、28.70和22.70 mg/kg。这些高Ni土壤对生活在该区域的人和牲畜造成了相当的危害。

本研究以淮南某煤矸石山周边的自然状态土壤及作物为对象，通过分析Ni元素的分布，分析了Ni对煤矸石山周边土壤的污染情况，及其在植物（黄豆）中的迁移、积累情况，以便为煤矸石堆周围环境的保护、作物的种植和处理等提供理论依据。

1 样品的采集、处理与分析

1.1 样品采集

本煤矸石山所在区域的土壤主要为棕壤，主要农作物为黄豆。矸石样分别取自矸石山顶、腰、底，每个样点按表层（0～20 cm）和深层（20～40 cm）进行采集。土壤样取自煤矸石堆周边农田，样点距矸石山分别50、200、500、700 m，采样点分4条样线，对照农田土样取自安徽理工大学附近农田，每个样点按表层（0～20 cm）和深层（20～40 cm）进行采集。

植物样即为矿区周围的黄豆样，以梅花形5点取样。

1.2 样品的处理与分析

土壤样及矸石样的处理参照文献［12］中的方法进行。植物样根、茎、叶、壳、籽的处理参照文献［13］中的方法进行。

Ni浓度的测定采用AAS（TAS北京普析），以国家土壤标样（GSS-3）和植物标样（GSV-2）为标准参考样来评价分析精度。土壤总氮、总磷、总钾和有机质含量，以及pH值、电导率的测试均按常规方法进行。

2 测试结果与分析

2.1 土壤、矸石理化性质

土壤、矸石理化性质分析结果见表1。

从表1可以看出，研究区pH值均明显高于7，且均大于对照组农田，表明矿区土壤呈碱性，这是由于煤矸石中CaO、MgO、K2O、Na2O等的含量高于硫化物，煤矸石浸出物渗滤到矿区土壤中造成的。

2.2 土壤中Ni的分布

土壤中Ni的分布情况见表2。

注：表中数据结构为“平均值±标准差”。

由表2可以看出，矿区农田土壤Ni含量均低于土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准，矿区农田土壤Ni含量较高，为33.535～35.272 mg/kg，比淮南市土壤背景值高30.28%～37.03%，表明矿区农田土壤出现了不同程度的Ni积累；矸石山顶部和中部Ni含量均低于淮南市土壤背景值，底部Ni含量略高于淮南市土壤背景值，但均小于矿区农田Ni含量；矸石山中部Ni含量低于顶部和底部，而顶部和底部的表层、深层Ni含量相差不大，中部深层比表层高4.05 mg/kg，这是由于采样区中部处于迎风面，矸石山表层易受到风力侵蚀和雨水侵蚀；矿区农田表层土壤Ni含量高于矸石山表层Ni含量，这主要与煤矸石山产生的粉尘颗粒物随大气迁移及渗滤液污染有关。

2.3 黄豆植株中Ni的分布

富集系数是植物地上部分和土壤中重金属含量的比值，是评价植物富集重金属能力的指标之一［14］。Ni在干黄豆植株的根、茎、叶、壳、籽中的分布见表3，富集系数见表4。

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由表4可以看出，Ni在干黄豆根、茎、叶、壳、籽中的富集系数均远小于1，说明黄豆对Ni的富集能力较弱；Ni在茎中富集系数最小，说明茎部富集Ni能力最弱；黄豆各器官富集Ni的能力从大到小的顺序为籽、叶、根、壳、茎；干黄豆籽实中Ni含量超食品安全国家标准食品中污染物限值3.99倍［15］。

3 结论

（1）某煤矸石山及周边土壤呈碱性，土壤中Ni含量均低于土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准，矿区农田土壤Ni含量较高，为33.535～35.272 mg/kg，高于淮南市土壤背景值30.28%～37.03%。

（2）矸石山中部深层Ni含量比表层高4.05 mg/kg，主要是由于采样区中部处于迎风面，矸石山表层易受到风力侵蚀和雨水侵蚀；矿区农田土壤Ni含量约为背景值的1.37倍，表明Ni元素在矿区农田有富集。

（3）煤矸石山的粉尘颗粒物随大气迁移及渗滤液污染是造成矿区农田表层土壤Ni含量高于矸石山表层的主要原因。

（4）干黄豆籽实中Ni含量超食品安全国家标准食品中污染物限值3.99倍，黄豆各器官富集Ni的能力从大到小的顺序为籽、叶、根、壳、茎。