贵州北部农业土壤重金属汞地质累积污染研究

陈红亮, 刘峥军, 陈晓淼

(1. 安顺学院 贵州省教育厅功能材料与资源化学特色重点实验室, 贵州 安顺 561000; 2. 安顺学院 化学化工学院, 贵州 安顺 561000)

土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入土壤中，致使土壤环境中重金属含量明显高于背景值，造成现存的或潜在的土壤环境质量退化、生态环境恶化等现象[1].尾矿、矿渣、冶炼、城市垃圾、电镀、有毒气体等均可造成土壤的重金属污染[2-4].黄真池等[5]研究了Cd2+和Hg2+对玉米幼苗生长和抗氧化酶活性的影响，研究表明Cd2+和Hg2+可以明显降低玉米幼苗根系中SOD活性，同时Cd2+可减弱Rb1和Rb2的表达，Hg2+能抑制Rb1和Lb1的表达；N. L. Cooper等[6]报道了Zn2+、Cu2+及Pb2+在美国水质基准和加拿大水质基准下对2种蚤类(Daphniacarinata和Ceriodaphniadubia)产生了明显的急性联合毒性和慢性联合毒性.相关研究表明[7-10]:土壤中重金属含量过高可造成农作物生长迟缓、叶片退化、根系萎缩、植株矮小等不良现象，并进一步在食物链中迁移和转化，最终对人体健康造成缓慢和长期的危害，引起一系列疾病.本文以贵州省北部的遵义县为研究区域，结合环境地球化学理论知识和土壤表层Hg元素分布特征，确立该区域土壤重金属Hg的化学基线，进一步通过地质累积指数法和污染程度分析来评判土壤表层环境的污染状况，为土壤环境修复和无公害选址提供科学依据.

1 研究区域概况

遵义县位于贵州北部，地处大娄山山脉南侧，属黔中丘陵和黔北山地过渡地带，地貌类型复杂.遵义县属亚热带季风气候，年均温度14 ℃，平均日照数为1 137.7 h，无霜期长，雨量充沛，年平均降雨1 035 mm.遵义县是全省商品粮、油菜籽、生猪、烤烟生产基地县，该区土壤类型以黄壤为主[11].

调查范围为遵义县，调查对象为农业土壤，调查内容主要是土壤中的Hg含量及污染状况，采样点设在主要的农业和蔬菜基地.

2 研究方法

2.1样品的采集与制备样品采集按照非均匀性布点，梅花型采样法，取自耕地层0～15 cm深度，土样充分混合，按四分法反复取舍，最后保留1 kg左右，共选889个样点.样品摊放在室内经自然风干研磨，过100目网筛，进行分析测试.

样品在各乡镇分布情况，苟江镇、三合镇、新民镇、泮水镇、石板镇、三岔镇、马蹄镇、南白镇、鸭溪镇、枫香镇、龙坑镇、乐山镇和茅栗镇各60个、尚嵇镇59个及乌江镇50个.

2.2分析方法土样采用HNO3-H2O2消解(USEPA-3050B)[12]，用原子荧光法(AFS-230E)测定.以GSS-5标准土壤进行土样检测质量控制，同时进行空白样品实验，消解土样试剂均采用优级纯，样品重复率达20%.

2.3数据处理当数值分布符合正态分布，采用算术平均值与标准差作为代表值；当数值分布符合对数正态分布，采用几何平均值与几何标准差作为代表值.通过相对累积总量分析法和相对累积频率分析法确定Hg的基线，地质累积指数法和污染程度分析Hg的污染程度.数据分析采用SPSS统计软件处理.

3 结果与分析

3.1土壤中Hg含量监测结果统计分析遵义县农业土壤中Hg含量符合对数正态分布，数据统计分析表1，该地区Hg含量范围为0.02～2.76 mg/kg，平均值为0.182 mg/kg.各乡镇中，茅栗镇均值含量最高为0.35 mg/kg，龙坑镇最低，均值含量排序，茅栗镇>苟江镇>南白镇>乐山镇>枫香镇>遵义县>马蹄镇>尚嵇镇>石板镇>新民镇>三合镇>鸭溪镇>乌江镇>泮水镇>三岔镇>龙坑镇.Hg含量最大值出现在苟江镇为2.76 mg/kg.

该地区Hg的变异系数为0.66，各乡镇中苟江镇变异系数最突出为1.216，说明该乡镇中存在Hg的点污染源，并对该地区表层土壤造成了影响.

3.2土壤中Hg的基线研究利用相对累积总量分析法和相对累积频率分析法确定遵义县农业土壤中Hg的基线值[13].

1) 相对累积总量分析法：遵义县土壤中Hg含量与相对累积密度双对数分布曲线图1，图中拐点处Hg含量为0.158 mg/kg，为土壤中Hg背景值与异常值的分界点，分界点以下Hg含量的平均值为0.120 mg/kg加该段样品的二倍标准差(0.029 mg/kg)，为该区域土壤中Hg的基线值范围，是0.062～0.178 mg/kg.

2) 相对累积频率分析法：图2为遵义县土壤Hg含量与相对累积频率曲线图，图中有2个拐点:拐点1(0.115 mg/kg)和拐点2(0.510 mg/kg).拐点1代表含量的上限(基线范围)，小于拐点1的样品数Hg的平均值为0.090 mg/kg，拐点2代表受人类活动影响的异常值的下限.

联合以上2种计算结果，遵义县农业土壤Hg的基线值为0.090 mg/kg，背景值与异常值的分界值为0.158 mg/kg，Hg含量大于0.510 mg/kg的土壤与人类活动有关.对所有样点进行分析，Hg含量大于0.510 mg/kg有3.26%，茅栗镇、南白镇和苟江镇占的比例较多，分别为24.14%、20.69%、27.59%.究其原因苟江镇、茅栗镇近几年工矿企业发展较迅速，大量点源污染物的排放，增加了土壤中Hg的含量；南白镇位于城郊，矿物冶炼和化工企业充当了土壤中Hg含量增高的点污染源[14].

表 1 遵义县农业土壤Hg的统计分析

图1 遵义县土壤Hg 含量与相对累积密度的 双对数分布曲线Fig. 1 The logarithm of Hg content and the logarithmic curve of relatively accumulative density in soil of Zunyi county

图2 遵义县土壤Hg 元素含量概率函数Fig. 2 The probability function of Hg content in soil of Zunyi county

3.3地质累积污染分析地质累积指数(Igeo)称为Muller指数[15].用于研究沉积物中重金属污染程度的定量指标，其表达式如下：

其中,Cn指样品中元素的浓度,BEn指基线浓度,1.5为修正指数，表示岩石地质、沉积特征及其它影响.Forstner等把地质累积指数分为7个级别，不同的级别代表不同的重金属污染程度[15](表2).

表 2 重金属地质累积指数污染程度

用本文所得的Hg基线值0.090 mg/kg和地质累积污染分析方法，得该县Hg的Igeo为0.155，整体上处于轻度级污染.各乡镇中，茅栗镇、苟江镇的地质累积指数较大分别为1.37、1.05，处于中度级污染，这主要与茅栗镇、苟江镇长期的矿业开采有关.龙坑镇Igeo最小为-0.099 5，无污染.其它分析的乡镇Igeo均处在0～1之间，为轻度级污染.

对所有样品分析，地质累积指数为l级占24.07%，未受Hg的污染；2级占60.74%，为轻度污染，3级占12.04%，为中度污染；4级占2.25%，处于中度污染到强污染之间，5级占0.67%，为强污染；6级占0.23%，介于强污染到极强污染之间.

各乡镇中，按未受Hg的污染样品所占比例的大小，龙坑镇>三岔镇>泮水镇>乌江镇>鸭溪镇>三合镇>新民镇>石板镇>尚嵇镇>马蹄镇>枫香镇>乐山镇>南白镇>苟江镇>茅栗镇.

3.4污染程度分析污染程度(CD)表示样品中被测试重金属的超标状况，表达式[16]为CD=Ci/CA-1,其中，Ci表示Hg第i个样品的测试值，CA表示土壤中Hg含量的允许上限，一般为土壤环境质量标准.本文在进行Hg污染程度分析时，CA为国家土壤环境质量一级标准0.15 mg/kg[17].

通过污染程度分析，该县农业土壤中HgCD最大值为17.41，最小值为-0.997，均值为0.41.对所有样品进行分析，294个样点CD小于0，即33.07%的土样未受到Hg的影响；497个样点的CD介于0～1之间，即55.91%的土样受到Hg的影响；98个点大于1，即11.02%的土样受到Hg的影响较严重.

对遵义县部分土样中Hg含量偏高的原因分析.近些年，煤、铝土矿、硫铁矿、锰矿、等矿业开采排放大量的污染物，以矿产品为原料的冶炼加工企业排放的废弃物，冶金、化工、建材、能源等为支柱的工业经济迅速发展产生大量的污染物，这些因素增加了该地区土壤中重金属Hg的含量[14]；另外该地区由碳酸盐岩、铅锌矿岩和矿石风化形成的土壤，有利于重金属的吸附、沉淀和富集[18].

4 结论

遵义县农业土壤中Hg均值含量为0.182 mg/kg.各乡镇中，茅栗镇最高为0.35 mg/kg.该县土壤中Hg变异系数为0.66，苟江镇变异系数最大为1.216，说明该乡镇中存在Hg的点污染源，并对表层土壤产生了影响.

该地区土壤中Hg的基线值为0.090 mg/kg，地质累积污染指数为0.155，处于轻度级污染.对所有样品进行地质累积污染分析，24.07%的土样未受污染，60.74%为轻度污染，12.04%为中度污染，2.25%处于中度污染与强污染之间，0.67%为强度污染，0.23%处于强污染与极强污染之间；通过污染程度分析，33.07%的土样未受Hg的污染，55.91%受到Hg的影响，11.02%受到Hg的影响较严重.对比2种污染分析方式，分析结果基本一致.

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