張德剛 , 袁 寒 , 劉艷紅

(云南省高校農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高效栽培與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南 蒙自 661100)

云南錫礦尾礦庫(kù)土壤肥力特征與重金屬污染分析

張德剛 , 袁 寒 , 劉艷紅*

(云南省高校農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高效栽培與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南 蒙自 661100)

【目的】為研究云南個(gè)舊錫礦尾礦庫(kù)(大屯選廠尾礦庫(kù)、老廠尾礦庫(kù)和黃茅山尾礦庫(kù))土壤基本肥力狀況和重金屬污染狀況?！痉椒ā吭谡{(diào)查取樣的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了土壤理化性狀與重金屬含量分析，并計(jì)算單項(xiàng)污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)。【結(jié)果】個(gè)舊錫礦尾礦庫(kù)土壤有機(jī)質(zhì)缺乏，土壤堿解氮和速效鉀含量甚缺乏，土壤速效磷含量豐富，土壤陽(yáng)離子交換量水平中等；土壤重金屬鉛全量為557.14～5 479.58 mg/kg，鎘全量為15.84～17.77 mg/kg，鉻全量為20.91～65.72 mg/kg，銅全量為1 536.48～2 561.18 mg/kg，鋅全量為2 359.18～10 163.39 mg/kg；依據(jù)國(guó)家環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，單項(xiàng)污染指數(shù)表明，各尾礦庫(kù)土壤中重金屬Pb、Cd、Cu、Zn污染嚴(yán)重(Cr除外)，污染程度排序?yàn)镃d >Cu >Zn >Pb。綜合污染指數(shù)表明，尾礦庫(kù)土壤重金屬污染均為重度污染(大屯選廠 >老廠 >黃茅山)?！窘Y(jié)論】該研究結(jié)果可以為錫礦尾礦庫(kù)植被恢復(fù)與生態(tài)重建提供依據(jù)。

錫礦；尾礦庫(kù)；土壤肥力；土壤重金屬污染；單項(xiàng)污染指數(shù)；綜合污染指數(shù)

【研究意義】多金屬礦區(qū)金屬礦產(chǎn)資源共生伴生元素多，礦山生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量尾礦排入尾礦庫(kù)，尾礦中重金屬污染基本上是通過(guò)尾礦庫(kù)向環(huán)境緩慢釋放，對(duì)其周圍生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大影響。因此，有色金屬礦山尾礦庫(kù)中重金屬對(duì)周圍環(huán)境的影響，日益為許多學(xué)者所關(guān)注[1-7]。云南個(gè)舊是一個(gè)超大型錫銅多金屬礦區(qū)，探明的資源有錫、銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鐵、金、銀、砷、硫等20余種。砂錫礦中多共和伴生鉛、銅、砷等多種元素，由于選礦回收有限，大量重金屬進(jìn)入尾礦中，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了較大的壓力。該區(qū)共有31座尾礦庫(kù)，積存尾礦約1.9億t 以上[8]。近年來(lái)，世界各地廣泛開(kāi)展了礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的研究工作。礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的主要工作是植被恢復(fù)與重建，而尾礦庫(kù)土壤診斷是植被恢復(fù)與重建的最基礎(chǔ)步驟。因此，了解尾礦庫(kù)土壤肥力特征具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于礦業(yè)廢棄地土壤肥力的研究已有報(bào)道，孫慶業(yè)等對(duì)凡口鉛鋅尾礦廢棄地的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查，雷冬梅等[9-12]對(duì)云南蘭坪鉛鋅礦、開(kāi)遠(yuǎn)煤礦、個(gè)舊錫礦廢棄地土壤的營(yíng)養(yǎng)元素(N、P、K、有機(jī)質(zhì))含量進(jìn)行了分析?！颈狙芯康那腥朦c(diǎn)】研究結(jié)果均表明，礦業(yè)廢棄地土壤肥力水平較低，有機(jī)質(zhì)、總氮、有效磷及速效鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏。有資料表明，不同礦區(qū)廢棄地土壤的重金屬污染程度，污染物類型，貧瘠狀況有很大的區(qū)別[9]?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】目前關(guān)于錫礦尾礦庫(kù)土壤肥力的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道，因此，本文以典型錫多金屬礦山尾礦庫(kù)(大屯選廠尾礦庫(kù)、老廠尾礦庫(kù)和黃茅山尾礦庫(kù))為研究對(duì)象，對(duì)尾礦庫(kù)土壤肥力特征及重金屬污染狀況進(jìn)行分析，以期為尾礦庫(kù)土壤肥力的研究和錫礦尾礦庫(kù)植被恢復(fù)與生態(tài)重建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選取個(gè)舊錫多金屬礦區(qū)3個(gè)典型尾礦庫(kù)(個(gè)舊大屯選廠尾礦庫(kù)、老廠尾礦庫(kù)和黃茅山尾礦庫(kù))進(jìn)行樣品采集，這些尾礦庫(kù)均為錫多金屬礦山生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)多年大量礦業(yè)廢水、尾礦排入而形成。在每個(gè)尾礦庫(kù)內(nèi)采用多點(diǎn)混合方法采集0～20 cm土層混合成土樣，個(gè)舊大屯選廠尾礦庫(kù)采集4個(gè)混合樣品，老廠尾礦庫(kù)和黃茅山尾礦庫(kù)分別采集到3個(gè)混合樣品。裝入已寫好標(biāo)簽的塑料袋內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。放在陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，風(fēng)干后磨細(xì)過(guò)篩，裝入瓶?jī)?nèi)，用于分析土壤基本理化性狀及土壤重金屬含量。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤樣品重金屬、基本理化性狀參照文獻(xiàn)[13-14]的方法進(jìn)行分析。土壤樣品用王水—高氯酸法消化，消化液過(guò)濾定容后用原子吸收光譜儀(Varian SpectrAA220FS)測(cè)定樣品中重金屬含量。分析所用試劑為優(yōu)級(jí)純，各種元素的標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1000μg/ mL) 按各元素的測(cè)定范圍配制。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)處理和分析采用Excel和 SPSS statistics 17.0進(jìn)行方差分析、多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 尾礦庫(kù)土壤理化特性

錫礦區(qū)尾礦庫(kù)表層土壤(0～20 cm)基本理化狀況及土壤肥力分級(jí)指標(biāo)[1]。由表1可知，尾礦庫(kù)土壤有機(jī)質(zhì)總量在7.10～16.24 g/kg，平均為11.23 g/kg，土壤有機(jī)質(zhì)缺乏。土壤堿解氮含量為9.14～22.50 mg/kg，平均值為14.48 mg/kg，甚缺乏。土壤速效磷含量為4.91～17.08 mg/kg，平均值為11.42 mg/kg，為豐富。土壤速效鉀含量是8.29～51.3 mg/kg，平均值為26.74 mg/kg，甚缺乏；土壤陽(yáng)離子交換量為12.38～16.67 cmol(+)/kg，平均值15.01 cmol(+)/kg，屬中等。土壤pH值為6.12～8.34，平均值7.05，未出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。從不同尾礦庫(kù)來(lái)看，土壤基本肥力并未表現(xiàn)出一致的差異性。這可能與各選廠的礦產(chǎn)來(lái)源不同有關(guān)。

表1 尾礦庫(kù)表層土壤基本肥力情況

注：表中數(shù)值表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。同列小寫字母不同表示在0.05水平下差異顯著，下同。

Notes: Values in table meant + / - standard deviation. Different lowercase letters within the same column meant significant difference at 0.05 levels. The same as below.

表2 尾礦庫(kù)土壤重金屬含量及污染評(píng)價(jià)

2.2 尾礦庫(kù)土壤重金屬含量及污染評(píng)價(jià)

由表2可以看出，尾礦庫(kù)土壤Pb含量為557.14～5479.58 mg/kg，平均值是3755.01 mg/kg，老廠尾礦庫(kù)和黃茅山尾礦庫(kù)顯著高于大屯選廠尾礦庫(kù)；Cd含量為15.84～17.77 mg/kg，平均值為17.07 mg/kg，3個(gè)尾礦庫(kù)之間差異不顯著；Cr含量為20.91～65.72 mg/kg，平均值為41.96 mg/kg，3個(gè)尾礦庫(kù)之間差異不顯著；Cu含量為1536.48～2 561.18 mg/kg，平均值為2164.18 mg/kg，3個(gè)尾礦庫(kù)之間差異不顯著；Zn含量為2359.18～10 163.39 mg/kg，平均值是5021.19 mg/kg，老廠尾礦庫(kù)顯著高于黃茅山尾礦庫(kù)和大屯選廠尾礦庫(kù)。

表2還可以看出，就單項(xiàng)污染指數(shù)而言，3個(gè)尾礦庫(kù)中土壤重金屬除Cr外，其它4類重金屬污染嚴(yán)重，污染程度為 Cd >Cu >Zn > Pb。土壤重金屬污染的這種狀況可能與個(gè)舊錫多金屬礦區(qū)礦產(chǎn)本身化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。不同尾礦庫(kù)土壤重金屬污染程度及主要的重金屬污染元素存在差異。從綜合污染指數(shù)來(lái)看，3個(gè)尾礦庫(kù)均為重度污染，綜合污染程度為大屯選廠尾礦庫(kù)>老廠尾礦庫(kù)>黃茅山尾礦庫(kù)。

3 討 論

研究結(jié)果表明, 云南錫礦尾礦庫(kù)土壤有機(jī)質(zhì)平均為11.23 g/kg，堿解氮含量平均值為14.48 mg/kg，土壤速效鉀平均值為26.74 mg/kg，土壤肥力水平較低。土壤重金屬平均含量Pb為3755.01mg/kg，Cd為17.07 mg/kg，Cr為41.96 mg/kg，Cu為2 164.18 mg/kg，Zn平均為5021.19 mg/kg，重金屬重度污染。本研究與劉旭輝等研究長(zhǎng)坡尾礦庫(kù)土壤有機(jī)質(zhì)含量較低(3.21g/kg)、土壤肥力狀況較差，雷冬梅等研究云南礦區(qū)廢棄地土壤肥力(全N、有效P、速效K，有機(jī)質(zhì)等土壤肥力指標(biāo)等級(jí)大都為Ⅲ或Ⅱ級(jí))，孫慶業(yè)等[16]研究凡口鉛鋅尾礦土壤肥力結(jié)果相似。廢棄地土壤中重金屬的積累可能是導(dǎo)致礦區(qū)廢棄地土壤肥力較低的因素之一。重金屬在土壤中的積累導(dǎo)致土壤性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響到土壤肥力指標(biāo)[17]。有研究表明，土壤中N的礦化與重金屬的含量呈顯著負(fù)相關(guān)[18-19]，重金屬進(jìn)入土壤后，會(huì)與土壤組分發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，從而影響到土壤對(duì)P的保持能力[20-21]，重金屬在土壤中的積累達(dá)到一定量后，將占據(jù)土壤膠體的吸附位，影響K在土壤中的吸附、解吸和形態(tài)的分配。而本研究中土壤速效磷含量豐富的原因可能與這些地方的礦石母質(zhì)有關(guān)。土壤肥力較低的另一個(gè)因素可能是，尾礦庫(kù)土壤微生物及酶活性受高濃度的重金屬污染所抑制，從而導(dǎo)致土壤肥力下降。有研究表明，礦區(qū)土壤微生物量及酶活性的降低，一定程度上也會(huì)削弱礦區(qū)土壤中C、N營(yíng)養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn)速率和能量循環(huán)。

4 結(jié) 論

(1)云南錫礦尾礦庫(kù)土壤有機(jī)質(zhì)缺乏；土壤堿解氮、速效鉀含量甚缺乏；土壤速效磷為豐富；土壤陽(yáng)離子交換量屬中等水平。土壤肥力水平較低。

(2)云南錫礦尾礦庫(kù)土壤Pb含量為557.14～5 479.58 mg/kg；Cd含量為15.84～17.77 mg/kg；Cr含量為20.91～65.72 mg/kg；Cu含量為1536.48～2561.18 mg/kg；Zn含量為2359.18～10 163.39 mg/kg。

(3)云南錫礦3個(gè)尾礦庫(kù)樣地5種重金屬元素表現(xiàn)出程度不同的污染。單項(xiàng)污染指數(shù)表明除Cr外其它元素污染嚴(yán)重，污染程度為 Cd >Cu >Zn>Pb。不同尾礦庫(kù)土壤重金屬污染程度及主要的重金屬污染元素存在差異。從綜合污染指數(shù)來(lái)看，3個(gè)尾礦庫(kù)均為重度污染，綜合污染程度為大屯選廠尾礦庫(kù)>老廠尾礦庫(kù)>黃茅山尾礦庫(kù)。

[1]吳 超, 廖國(guó)禮. 有色金屬礦山重金屬污染研究[J]. 采礦技術(shù), 2006, 6(3):360-363.

[2]陳懷滿, 鄭春榮, 周東美, 等. 德興銅礦尾礦庫(kù)植被重建后的土壤肥力狀況和重金屬污染初探[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2005, 42(1):29-36.

[3]涂 從, 鄭春榮, 陳懷滿. 銅礦尾礦庫(kù)土壤-植物體系的現(xiàn)狀研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2000, 37(2):248-287.

[4]吳 迪，鄧 琴，秦樊鑫.鉛鋅礦區(qū)農(nóng)作物果實(shí)中重金屬的含量及其食用安全性評(píng)價(jià)[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2012, 25(3):954-957.

[5]周元祥, 岳書倉(cāng), 周濤發(fā). 安徽銅陵楊山?jīng)_尾礦庫(kù)尾砂重金屬元素的遷移規(guī)律[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2010(4):497-503.

[6]許毅濤, 方其仙, 王吉秀, 等. 三種植物對(duì)鉛鋅尾礦土壤Pb、Zn和Cd的吸收特性[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2014(S1):189-193

[7]施 翔,陳益泰,王樹(shù)鳳, 等. 3種木本植物在鉛鋅和銅礦砂中的生長(zhǎng)及對(duì)重金屬的吸收[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011(7):1818-1826

[8]甘鳳尾, 方維萱, 王訓(xùn)練, 等. 錫礦尾礦庫(kù)土壤-食用馬鈴薯和豌豆中重金屬污染狀況[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2008, 17(5):1847-1852.

[9]嚴(yán)明書，張茂忠，唐 將，等．重慶都市經(jīng)濟(jì)圈土壤Cd元素含量分布特征與評(píng)價(jià)[J] .西南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版 ，2011，33(11)：118-124．

[10]王慶仁, 劉秀梅, 崔巖山, 等. 我國(guó)幾個(gè)工礦與污灌區(qū)土壤重金屬污染狀況及原因探討[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 22(3):354-358.

[11]雷冬梅, 段昌群, 王 明. 云南不同礦區(qū)廢棄地土壤肥力與重金屬污染評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 26(2):612-616.

[12]崔冬霞, 劉應(yīng)平, 曾宜君, 等. 蔬菜中Cd的積累與土壤環(huán)境的相關(guān)性分析[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 34(6):133-142.

[13]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2005:278-301.

[14]陸 欣. 土壤肥料學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2002:193-213.

[15]廖曉勇,陳同斌,武 斌,等.典型礦業(yè)城市的土壤重金屬分布特征與復(fù)合污染評(píng)價(jià)-以“鎳都”金昌市為例[J].地理研究,2006,25(5):843-852.

[16]孫慶業(yè), 藍(lán)崇鈺, 楊林章. 鉛鋅尾礦廢棄地的化學(xué)性質(zhì)研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,2000(4):36-39.

[17] 林 智，劉永兵，趙從舉，等.南渡江塘柳塘底泥構(gòu)建農(nóng)田土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與肥力潛力評(píng)價(jià)[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,45(5):796-802.

[18]Zheng C R, Tu C, Chen H M. Effects of combined heavy metal pollution on nitrogen mineralization potential, urease and phosphatase activities in a typic udic ferrisol[J]. Pedosphere, 1999, 9(3):251-258.

[19]陳懷滿. 土壤中化學(xué)物質(zhì)的行為與環(huán)境質(zhì)量[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002:58.

[20]龍 健, 黃昌勇, 騰 應(yīng), 等. 重金屬污染礦區(qū)復(fù)墾土壤微生物量及酶活性的研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2004, 12(3):146-148.

[21] 陸泗進(jìn)，王業(yè)耀，何立環(huán).會(huì)澤某鉛鋅礦周邊農(nóng)田土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[j].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014(11):1832-1838.

AnalysisofSoilHeavyMetalPollutionandFertilityPropertiesinTinTailingsStorehouseofYunnanProvince

ZHANG De-gang, YUAN Han, LIU Yan-hong*

(Key Laboratory of Higher Quality and Efficient Cultivation and Security Control of Crops for Yunnan Province, College of Life Science and Technology, Honghe University, Yunnan Mengzi 661100, China)

【Objective】The basic soil fertility and heavy metal pollution were analyzed in tailings pond of three tin ore (Datun, Laochang, Huanmao Mountain) in Yunnan province, Gejiu city.【Method】Based on mixed soil sampling method, the soil physical and chemical properties and heavy metal content were determined, and the single factor pollution index and integrated pollution index of soil were also calculated.【Result】The soil of tailings pond had lacking organic matter, very scarce hydrolysable N and available K, abundant available P, medium level of the soil cation exchange capacity. And lead total content was 557.14-5479.58 mg/kg, cadmium total content was 15.84-17.77 mg/kg, the full amount of chromium was from 20.91 to 65.72 mg/kg, copper total content was 1536.48-2561.18 mg/kg, and zinc total content was 2359.18-10 163.39 mg/kg. According to the national environmental quality secondary standards for pollution assessment, the single factor pollution index showed that the soil in tailings pond were seriously polluted by four kinds of heavy metals which pollution degree of sorting for Cd >Cu >Zn >Pb. The integrated pollution index showed that all three tailings ponds had high level of soil heavy metal pollution. For the pollution level of each tailings pond，DaTun was the worst，and followed by LaoChang, and Huanmao Mountain in turn．【Conclusion】This research could provide a scientific basis for tin tailings vegetation restoration and ecological reconstruction.

Tin ore; Tailings pond; Soil fertility; Heavy metal pollution of soil; Single factor pollution index; Integrated pollution index

1001-4829(2017)5-1158-04

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.030

2015-05-25

云南省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2011FB091)；云南省教育廳重點(diǎn)科研基金(2009Z0093,2010y166)

張德剛(1977-)，男，云南石屏人，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)方面的研究，E-mail:zhangdg2000@163.com， *為通訊作者,劉艷紅, E-mail:kidliu1968@126.com。

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(責(zé)任編輯 王家銀)