矿区排水沟周围土壤中Cr、Fe含量的研究

李 庚 飞

(1.渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西 渭南 714000;2.陕西省多河流湿地重点实验室，陕西 渭南 714000)

土壤是重要的环境要素之一，“健康”的土壤对于农业可持续发展和人类的生存非常重要［1］，但随着矿业的快速发展，越来越多的重金属污染物进入土壤环境中，并超过土壤环境的最大容许量，引起土壤重金属污染.在众多金属污染物中，过量的铁和铬是较为常见的两种，其中重金属Cr进入植物体内后，能够与核酸等多种大分子物质结合，使其改变生物活性或活性降低［2］;会抑制微生物的生长代谢作用，严重时可致其死亡［3－4］.铬通过各级食物链进入到人体后，某些Cr(VI)的化合物被发现在体内具有致癌作用［5］.常量铁是动、植物及人体所必须的元素，但过量的铁通过各级食物链放大并进入到人体后，在机体内蓄积，导致组织炎症、多器官的损伤和纤维化［6］，与CAD发病有关，增加人患急性心肌梗死(AMI)的危险.目前越来越多的学者已经开始重视过量铁和重金属铬的问题.本实验就是以陕西潼关县金矿排水沟周围土壤为研究对象，测定不同地点不同深度的土壤受铬和铁的污染程度，以便为进一步筛选吸收各种重金属的植物种类，建立人工生态系统治理污染提供基本依据［7］.

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区域位于距潼关县桐峪镇金矿排水沟沿岸区域.该区域地理坐标34°23'～34°35'N，110°15'～110°25'E.海拔高度为400～500 m，土壤主要为黄土质棕壤，属暖温带大陆性半干旱季风气候.光能资源较充足，热量和降水量偏少，累年日照时数平均为2269 h，年平均气温为12.8℃，年平均降水量为625 mm，年植被蒸发量为1193 mm，四季多风，年平均风速为3.2 m/s.

1.2 研究方法

1.2.1 土壤的采集

从金矿排污的废水坑周围土地(设为原点)开始，沿废水沟向下游移动，因地势复杂性，分别以距离废水排放点200 m、500 m和800 m处作为研究对象，距离废水沟边约5 m作为采土区，根据地块形状在每个采土区内采取“S”法或“X”法，分别采集 0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm(即是以下各表中出现的10 cm、20 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm)深度的土壤，每个区域不同深度的样点分别由5个样点混合，经四分法保留0.5 kg，装入PE塑料袋内.

1.2.2 样品的预处理

采回的土壤样品在室内常温风干，去除动植物残体、石块等杂物，用玛瑙研钵将其粉碎，过100目的尼龙筛，装入PE塑料袋中备用.

1.2.3 样品的测定

采用便携式土壤重金属测量仪(ALPHA－4000美国)直接测定.

2 结果与分析

2.1 不同距离不同深度的Cr含量及其分布规律

表1 土壤中不同距离不同深度的Cr含量 (mg/kg)

由表1可知，位于废水排放点200 m处的土壤表层 Cr含量出现所有测定值中的最高值，为211.1 mg/kg，且高于矿渣堆中的Cr含量，其值为132 mg/kg;随着土壤深度的增加，Cr含量有明显下降趋势.而位于废水排放点500 m、800 m以及矿渣中的土壤测定值，随着深度的变化，土壤中重金属Cr含量没有出现明显的变化趋势，其值均在120～160 mg/kg范围内波动.田地中土壤中的Cr含量有小幅度增加趋势，其值由120.1 mg/kg上升到134.3 mg/kg.根据《土壤环境质量标准》(GB15618－1995)中规定的对各种重金属的含量要求中，二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值，在中性土壤中旱田的二级最高标准为200 mg/kg，除废水排放点200 m处的土壤表层含量为211.1 mg/kg，超过规定范围外，其余检测位点的值均低于二级标准的最高限值.

2.2 不同距离不同深度的Fe含量及其分布规律

表2 土壤中不同距离不同深度的Fe含量 (×103mg/kg)

由表2可知，距离废水排放点200 m处，土壤表层10 cm处Fe含量在所有测定值中最高，其值为67.7×103mg/kg，且随着土壤深度的增加Fe含量下降较明显，100 cm处土壤Fe含量为26.9×103mg/kg.距离废水排放点越远，土壤表层的土壤Fe含量有下降趋势，但深层土壤中Fe含量变化不大.无论在表层还是在深层废渣和田地中的土壤Fe含量在所有测定值中均较低，其值在24×103～30×103mg/kg附近波动，且随着土壤深度的增加，Fe含量的变化趋势不大.

3 讨论

(1)本实验是治理金矿污染的基础，根据本实验结果可以为筛选生态修复的植物种类做准备.根据此实验结果可以分析，在选择植物修复废水中的Cr和Fe污染时，位于近废水排放点处，根据当地植物调查结果，着重选择浅根系植物吸收土壤表层过多的Cr和Fe，如杂草类、蒿类植物等，而远离废水排放点这两种金属含量均在允许范围之内，在选择植物进行人工生态修复时，可以结合吸收其他重金属的同时对这两种金属有一定吸收即可，不需要重点考虑这两种元素.

(2)在不同深度的Cr和Fe含量比较中，矿渣中的含量仅仅高于田地中的Cr和Fe含量，这可能是由于Cr和Fe主要以溶解状态存在于废液中，而以固体或悬浮物状态存在的Cr和Fe很少，所以Cr和Fe都随着废液向下游移动.

(3)本次取样是从桐峪镇最大金矿的废水排放点开始沿河流不同距离设点取样，但由于当地沿着废水池下游有多家利用金矿排放的废水废渣再次进行二次处理提取其他有价值物质的小作坊，而这些小作坊排放的废水再次流入到此废水河流中，所以导致了Fe和Cr在200 m处的测定值高于废水排放点的测定值.

［1］林爱军，张旭红，苏玉红，等.骨炭修复重金属污染土壤和降低基因毒性的研究［J］.环境科学，2007，28(2):232－237.

［2］韩阳，李雪梅，朱延姝，等.环境污染与植物功能［M］.北京:化学工业出版社，2005.

［3］陈怀满.土壤—植物系统中的重金属污染［M］.北京:科学出版社，1996.

［4］何宝燕，尹华，彭辉，等.酵母菌吸附重金属铬的生理代谢机理及细胞形貌分析［J］.环境科学，2007，28(1):194－198.

［5］Tewari Neetu，Vasudevan P，Guha B.K.Study on biosorption of Cr(VI)by Mucor hiealis［J］.Biochemical Engineering Journal，2005，23(2):185 －192.

［6］苏秋菊，荫士安.铁过量对健康的影响［J］.国外医学(卫生学分册)，2004，31(6):359－361.

［7］Gray C.W，McLaren R.G，Roberts A.H.C.Atmospheric accessions of heavy metals to some New Zealand pastoral soils［J］.The Science of the Total Environment，2003，305:105 －115.