邯邢铁矿区土壤与玉米中重金属的演化特征

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【摘 要】本文通过对邯邢铁矿区的土壤及玉米中的重金属含量进行测定来评价土壤及玉米是否受到污染及污染程度，又对土壤及玉米中的重金属进行相关性研究来探究重金属在土壤和玉米中的演化特征。结果表明，研究区内的土壤均没有超过土壤环境质量三级标准；玉米中Cr按无公害食品标准超标严重，Pb虽未超标，其含量也较高；矿区玉米中Pb、Cr、As、Cu、Pb、Hg的含量与土壤中相应元素含量无显著相关性。

【关键词】土壤；玉米；重金属；相关性；富集系数

0 前言

邯邢铁矿区位于河北省中南部的武安市和沙河市，地处太行山脉和华北平原交汇处。该区矿产资源丰富、农副产品品种齐全。作为农作物生长条件之一的土壤是重要的环境介质，其质量的好坏关系到人类的健康和社会的发展。由于邯邢铁矿区复杂的自然条件以及采矿活动的影响，排放到环境中的污染物使土壤和农作物受到影响，从而影响人类的健康。因此研究该地区土壤及农作物中的重金属含量是否超标及其相关性可以为该地区农业生产环境质量评价和改善农业生态环境提供科学依据。

1 样品的采集与测试方法

1.1 样品的采集

邯邢铁矿区部署了108平方千米的面积性土壤测量工作，以采样点空间分布总体均匀、采矿活动中心区适当加密为原则，布设土壤采样点117个，采集0～20cm表层土壤样，土壤类型主要为棕壤和褐土。在采取表层土壤的同时，采集了105个玉米样品，每个玉米样品由2～4穗玉米组成。样品经加工后送到检测中心进行指标元素测定。

1.2 样品分析测试方法

本文主要分析土壤和玉米中的6种元素，即As、Hg、Cu、Cd、Pb、Cr。

玉米样品中的As、Hg检测仪器主要是AFS-8130原子荧光光度计，Cr、Cu、Cd、Pb的测定来自电感耦合ICP-MS等离子体质谱仪。土壤中的Cr、Zn、Pb含量通过ZSX100eX荧光光谱仪来测定。

2 土壤中的重金属含量及评价

本区处于温带大陆性半干早季风气候区，具有春燥多风少雨、夏热多雨、秋高气爽、冬寒少雪的特点，年平均气温12.8℃，年平均降水量494.6～619.6毫米。受当地岩性石灰岩碳酸钙的影响，研究区表层土壤理化环境指标pH值平均值为8.3，属中偏碱性土壤。一般情况下，作物在pH值5.5～8.5的土壤中均能正常生长，当土壤pH值为6.7～8.5时，还具有一定的缓冲性能。因此在研究的区域内，土壤的pH值不会影响大宗作物的正常生长。[1]

为了确定该区土壤污染程度，以我国土壤环境质量标准中偏碱性土壤重金属含量限定值为评价标准，评价该区土壤环境质量状况。由表1可看出，6种重金属含量均超土壤环境质量一级标准，且As、Cu、Cd的超标率很高；As、Cu超过土壤环境质量二级标准。

根据尾矿沙中重金属含量值，Cu的平均含量是134×10-6，Cr是352×10-6，它们含量都很高，这与土壤中相应元素有较好的对应性，可见土壤中Cu、Cr主要来源于尾矿沙。Cd、Hg、Pb主要是由煤矿的污染导致的，这些元素在煤中大量存在，煤燃烧后呈气态或粉尘进入大气，最终沉降在地表形成污染[2-3]。土壤中重金属的超标，将直接影响农作物的生长，导致重金属在动植物体内的累积，对人类的健康和环境可持续发展将造成影响。

3 玉米中重金属含量及评价

表2是邯邢铁矿区玉米中重金属含量的测定结果，结合我国颁布的无公害食品、绿色食品中元素限量标准来判断玉米中重金属是否超标。可以看出，玉米中Cr超标最为严重，超标率达33.33%，同时Pb含量也较高，按绿色食品标准，超标率达0.91%，其它四种重金属含量均在绿色食品标准、无公害食品标准范围之内。

值得注意的是，玉米中Cr含量高与当地地下水中Cr含量有关。研究区地表水不发育，几乎大大小小河流全部断流，农业生产灌溉用水主要来自于地下浅层。据资料表明地下浅水层Cr的含量为0.67微克[4]，严重超过水的三类标准。土壤中高含量的重金属被玉米吸收、富集，长期被食用会危及人体健康。

4 土壤与玉米中重金属的相关性

将邯邢铁矿区玉米中6种元素的含量与土壤中相应元素的含量进行对比分析，结果发现它们之间并无明显的相关性。例如，研究区土壤中的铬含量在60mg/kg左右，低于土壤一级标准，而玉米中的铬含量在1mg/kg左右，超出无公害食品标准。散点图的趋势线（如图1）近于水平，说明土壤中铬含量与玉米中铬含量无明显相关性。

经计算机处理得到的相关系数如下表3，可以看出，玉米与土壤中的重金属元素的相关系数值均很小，这进一步说明了该地区玉米与土壤中重金属含量无显著的相关性。

5 结果讨论

通过土壤、玉米中重金属含量测定，我们知道土壤中的污染因子为As、Cu、Cd，而玉米中的Cr、Pb含量很高，二者之间没有显著的相关性。出现此现象的原因很多，本文对此作了以下解释。

玉米能从土壤中摄取元素并在体内积累，积累量取决于在环境中的含量和形态。研究区土壤中这几种重金属以多种形式存在，其含量之和超过土壤环境质量标准，污染状况值得关注。

土壤中的重金属在不同的氧化还原态和酸碱性条件下其溶解性不同，在还原态和碱性条件下的重金属多为难溶性，而植物吸收的重金属多为土壤中有效态重金属，如具有水溶性或吸附性好的重金属[5]。

玉米中的As、Cu等含量与土壤中的相应元素含量无显著性相关性系，这主要与当地土壤的pH值有一定的关系。土壤的pH值影响着重金属在土壤中的存在形态。邯邢地区土壤的pH值较高，土壤中难溶性砷化物较多，有效态铜含量低，可溶性铅含量低，玉米对土壤中重金属的吸收量有限[6]。

6 小结

由于邯邢铁矿区采矿、冶金活动的进行，其土壤中的As、Cu、Cd均已超标，加之用污染的浅层水灌溉农田，玉米中Cr、Pb含量也很高。重金属在土壤和玉米中的演化，跟土壤的pH值有关，将直接影响农作物的生长，农产品中重金属含量超标会危及人体健康。显然矿区环境污染已对农业生产和人体健康构成了威胁。土壤环境容量有限，如不及时加以控制，后果将不堪设想。控制污染源，调整农业生产结构，减少土壤重金属对作物的危害，就是减轻对人类的危害。

【参考文献】

[1]邓金火.河北省邯邢铁矿区尾矿资源化与环境地球化学特征研究[D].石家庄经济学院，2013.

[2]张明亮，等.煤矸石重金属释放活性及其污染土壤的生态风险评价[J].水土保持学报，2011，25（4）：249-253.

[3]田贺忠，等.中国燃煤大气硒排放及其污染控制[J].中国电力，2009，342（8）：53-57.

[4]徐国志，等.邯邢铁矿区矿山环境生态地球化学评价[J].物探与化探，2014.

[5]杨志军，张志国，等.土壤与农作物重金属含量相关性的初步研究[J].淮阴工学院学报，2003，12（3）：85-88.

[6]王长征.焦作市煤矿区农田土壤作物重金属污染状况及关联分析[D].河南理工大学，2006.