高强度模拟酸雨量对珠三角地区潮土中重金属元素释放的影响_李展强.pdf

2010 年 4 月 April 2010 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 29，No． 2 136 ～138 收稿日期 2009- 05- 22; 修订日期 2009- 08- 05 基金项目 广东省珠江三角洲经济区农业地质与生态地球化学调查项目资助 粤农地［ 2007］ 004- 07 作者简介 李展强 1973 － ， 男， 广东五华人， 高级工程师， 从事实验室管理工作。E- mail lizhqia tom． com。 文章编号 02545357 2010 02013603 高强度模拟酸雨量对珠三角地区潮土中重金属元素释放的影响 李展强，杨晓艳，莫书伟，陈福强 国土资源部广州矿产资源监督检测中心，广东 广州510080 摘要 采用平均离子强度下 30 年雨量的模拟酸雨淋滤珠江三角洲潮土， 电感耦合等离子体质谱法测定重 金属元素， 研究潮土 0 ～90 cm 处各节土壤柱中重金属镉、 钴、 铜、 锌、 铅、 砷、 钛、 钒、 铬、 锰等元素的释放情 况。研究表明， 在高强度模拟酸雨淋滤下， 潮土中重金属元素的释放情况存在较大差异。长期的酸雨淋 滤， 土壤中的镉、 钴、 铜、 锌和铅在不同深度均有不同程度的淋失; 砷、 钛、 钒、 铬、 锰等元素不会造成大量的 淋失。利用这种差异可以评估重金属元素对环境的潜在影响， 为农田生态系统的预警预测提供依据。 关键词 高强度; 模拟酸雨; 淋滤; 重金属; 释放 中图分类号 X517文献标识码 A Influence of High Intensity Simulated Acid Rain on Heavy Metal Element Release from Moisture Soils in Pearl River Delta LI Zhan- qiang，YANG Xiao- yan，MO Shu- wei，CHEN Fu- qiang Guangzhou Testing and Quality Supervision Center for Geological and Mineral Products， The Ministry of Land and Resources，Guangzhou510080，China Abstract This article studied the influence of high intensity simulated acid rain average of 30 years rainfall in this area on releasing of some heavy metal elements such as Cd， Co， Cu， Zn， Pb， As， Ti， V， Cr and Mn from moisture soil in Pearl River Delta． Inductively coupled plasma- mass spectrometry ICP- MS was used for the determination of heavy metal elements leached from the moisture soil by high intensity simulated acid rain． The study showed that the releasing behaviours of these heavy metal elements in moisture soil were different． Under the long- term acid rain leaching， Cd， Co， Cu， Zn and Pb were washed away in varying degrees at different soil depths， but without much lose of As， Ti， V， Cr and Mn． These differences can help us to uate the potential impact of the heavy metal elements on the environment and provide a basis of early warning and prediction for agro- ecosystem． Key words high intensity; simulated acid rain; leaching; heavy metal; release 随着工业的快速发展， 全球大气酸沉降的频 度、 广度和强度正日趋严峻， 全球性酸雨问题已严 重危及世界生态环境安全及社会经济的发展。酸 雨导致土壤酸化， 引起土壤离子淋溶， 必然会对土 壤中的重金属含量、 形态、 组成及生物有效性等产 生影响 ［1 －4 ］。当土壤的酸度发生改变时， 土壤中的 毒性重金属元素就会进入土壤溶液而迁移， 或被植 被吸收， 进入生物链; 或渗入地下， 进入水系统污染 水源和对其他地域再度污染， 而酸雨是影响土壤环 境酸度的直接因素 ［5 －9 ］。珠江三角洲是中国重要 631 ChaoXing 的酸雨沉降区 ［10 －11 ］， 长期酸雨沉降使土壤酸化， 有 利于大多数重金属元素的活化溶出， 从而增加重金 属污染的生态风险性 ［12 －15 ］。目前对广泛分布于珠 江三角洲的潮土在高强度模拟酸雨量作用下重金 属释放情况了解甚少， 因此本文研究高强度模拟酸 雨量作用下潮土中重金属元素的淋溶行为， 有助于 了解潮土中重金属在酸雨影响下的释放情况， 从而 了解其对环境的潜在影响， 为土壤重金属生态风险 预警评价、 污染调控和治理提供科学依据。 1实验部分 1． 1供试土壤 供试土壤采自广东省珠江三角洲地区， 为基水 地潮土， 属于海陆交互作用形成， 主要用于桑基鱼 塘。采样剖面分为 0 ～ 15 cm、 15 ～ 30 cm、 30 ～ 45 cm、 45 ～60 cm、 60 ～75 cm、 75 ～90 cm。表 1 和表 2 为供试土壤的基本理化性质。 表 1供试土壤的理化性质 Table 1Physico- chemical properties of the tested soil 采样 深度/cm 含水率/ 孔隙比 天然密度/ gcm－3 wB/ 黏粒胶粒 有机质 pH H2O 阳离子 交换量/ mmol/100 g 0 ～1531．31．0871．6820．911．22．077．2218．79 15 ～3029．11．0801．6725．112．91．206．9819．78 30 ～4528．40．9011．8322．011．31．506．8319．78 45 ～6027．10．9031．8126．915．21．586．7220．77 60 ～7526．60．8471．8316．59．21．556．6220．77 75 ～9028．60．9361．8024．312．51．696．8621．76 表 2供试土壤的化学组成 Table 2Chemical composition of the tested soil 采样深度/ cm wB/ μgg－1 CdCoCuZnPbAsTiVCrMn 0 ～150．644 21．24 84．66 182．5 130．125．1641234．6390．2808．4 15 ～300．415 21．01 64．48 144．8 94．6020．5638735．1690．1572．2 30 ～450．452 20．00 81．37 183．7 321．022．2603635．7284．1601．9 45 ～600．574 18．59 78．20 167．7 164．222．0607535．1185．5590．5 60 ～750．508 18．80 107．4 192．8 160．921．7605934．6785．1594．4 75 ～900．528 18．32 92．63 181．2 211．022．5596833．9085．1629．4 1． 2模拟酸雨的配制 根据确定的模拟酸雨的离子成分， 用 CaCl2、 Ca NO3 24H2O、 NH42SO4、 MgSO47H2O、 Na2SO4、 KHCO3、 HF 均为分析纯试剂 等试剂配制 100 倍模拟酸雨储备溶液。 取适用的模拟酸雨储备溶液用二次蒸馏水冲 稀100 倍， 调节其酸碱度， 配制 pH 4． 0 的30 年雨 量的模拟酸雨 351 L。 1． 3实验方法 控制室内温度在 25℃左右， 用 351 L 的 pH 4． 0 模拟酸雨以 325 mL/h 的流速不断流经土柱。 淋滤前后的土柱经自然风干、 破碎后， 取 0． 2500 g 土样于聚四氟乙烯坩埚中， 依次加入 HNO3 优级 纯 、 HF 优级纯 、 HClO4 分析纯 分解样品， 用 φ 10 体积分数， 下同 的王水定容。3 的 HNO3冲稀 10 倍， 用电感耦合等离子体质谱法 Elan DRC － e ICP － MS， 美国 PerkinElmer 公司 测定淋滤前后各节土壤柱中 Cd、 Co、 Cu、 Zn、 Pb、 As、 Ti、 V、 Cr、 Mn 等重金属元素的含量。 2结果与讨论 表 3 为 30 年模拟酸雨量淋滤潮土后， 各节土 壤柱中重金属元素的含量。 表 330 年雨量淋滤后土壤重金属元素的含量 Table 3The heavy metal element contents leached by simulated acid rain for thirty years rainfall amount 采样深度/ cm wB/ μgg－1 CdCoCuZnPbAsTiVCrMn 0 ～150．449 19．61 65．48 186．389．624．9640134．8893．0856．9 15 ～300．394 17．96 63．14 149．9 103．924．9614334．3987．0544．5 30 ～450．558 16．97 86．64 175．2 193．119．5596834．3184．3612．0 45 ～600．568 18．27 74．31 164．4 146．922．1608334．2284．9590．5 60 ～750．548 18．23 85．56 168．4 156．519．1603134．6187．1589．6 75 ～900．588 17．26 86．34 173．2 182．420．9593134．7583．1604．3 2． 1淋滤后土壤中镉含量的变化 在30 年雨量的淋滤下， 0 ～30 cm 土柱中的 Cd 量呈下降趋势 表层土 0 ～15 cm 处降幅最大， 由最 初 的 0. 644 μg/g 降 至 0. 449 μg/g，降 幅 为 30. 28; 15 ～ 30 cm 由最初的 0. 415 μg/g 降至 0. 394 μg/g， 降幅为 5. 06; 30 ～ 90 cm 其他土层 的 Cd 量随着淋滤的进行， 呈现不降反升的态势， 这可能是由于表层土淋失的 Cd 在深层逐渐以氢 氧化物和碳酸盐的形式沉淀所致。 2． 2淋滤后土壤中钴含量的变化 随着模拟酸雨用量的逐渐增加， 表层至深层土 中的 Co 量都呈现降低的趋势。在 30 年雨量的淋 滤下， 表层土的 Co 量由 21. 24 μg/g 降至 19. 61 μg/g， 降幅为 7. 67; 15 ～90 cm 各层土柱中的 Co 淋失率分别为 14. 51、 15. 15、 1. 72、 3. 03、 5. 79。 2． 3淋滤后土壤中铜含量的变化 随着淋滤的进行， 不同土层的 Cu 淋失表现出 731 第 2 期李展强等 高强度模拟酸雨量对珠三角地区潮土中重金属元素释放的影响第 29 卷 ChaoXing 不同的规律。0 ～15 cm 的 Cu 量由 84. 66 μg/g 降 至 65. 48 μg/g， 降幅为 22. 66; 15 ～ 30 cm 由 64. 48 μg/g 降至 63. 14 μg/g， 降幅为 2. 08; 30 ～ 45 cm 随着酸雨量的增加， 土壤中的 Cu 量增加， 似 是吸附表层土淋失的 Cu 所致; 45 ～90 cm， Cu 逐渐 淋失， 淋失率分别为 4． 97、 20. 24、 6. 79。 2． 4淋滤后土壤中锌含量的变化 即使是 30 年的酸雨量， 0 ～ 30 cm 处 Zn 的流 失也不严重， 几乎未有变化; 但是在 30 ～90 cm， 随 酸雨用量增加， 土壤中的 Zn 逐渐淋失。第六层的 Zn 量由最初的 181. 2 μg/g 降至173. 2 μg/g， Zn 淋 失率为 4. 42。 2． 5淋滤后土壤中铅含量的变化 不同土层中的 Pb 淋失表现出不同的规律。在 30 年雨量的淋滤下， 第一层土壤的 Pb 量由最初 130. 1 μg/g 降至 89. 6 μg/g， 降幅达 31. 13; 第二 层呈现增加态势， Pb 量由最初的 94. 6 μg/g 增加 至 103. 9 μg/g， 增幅达 8. 95， 应是吸附表层土流 失的 Pb 所致; 第三层呈减小态势， Pb 量由 321 μg/g降至 193. 1 μg/g; 第四、 第五层略有下降， 但 是不很明显; 第六层呈下降趋势， Pb 量由 211. 0 μg/g 降至 182. 4 μg/g， 降幅达 13. 56。 2． 6淋滤后土壤中其他重金属含量的变化 As、 Ti、 V、 Cr、 Mn 的淋滤结果显示， 即使在 30 年酸雨量淋滤下， 各层土壤中 As、 Ti、 V、 Cr、 Mn 等 元素淋失不显著， 几乎无变化。即长期的酸雨淋 滤， 不会造成 As、 Ti、 V、 Cr、 Mn 等元素的大量淋失。 3结语 经模拟高强度酸雨淋滤， 潮土中重金属元素的 释放量存在较大差异。长期的酸雨淋滤， 土壤中的 Cd、 Co、 Cu、 Zn 和 Pb 在不同深度均有不同程度的 淋失; As、 Ti、 V、 Cr、 Mn 等元素不会造成大量的淋 失。利用这种差异可以评估重金属元素在酸雨淋 滤过程中的活动性， 从而了解其对环境的潜在影 响， 为土壤重金属元素在酸雨作用下的预警预测及 污染调控和治理提供科学依据。 4参考文献 ［ 1］冯宗炜， 曹洪法， 周修萍． 酸沉降对生态环境的影响 及其生态恢复［M］ ． 北京 中国环境科学出版社， 1999 1 －95． ［ 2］郭朝晖， 廖柏寒， 黄昌勇． 酸雨对污染环境中重金属 化学行为的影响［J］ ． 环境污染治理技术与设备， 2003， 4 9 7 －11． ［ 3］许中坚， 王晓英， 刘广深， 刘维屏． 红壤重微量元素锌 在酸雨淋溶下的释放特征研究［J］ ． 湘潭矿业学院 学报， 2003， 18 4 79 －82． ［ 4］Gorham E． Acid deposition and its ecological effects A brief history of research［J］ ． Environmental Science and Policy， 1998， 1 3 153 －166． ［ 5］成杭新， 严光生， 沈夏初． 化学定时炸弹 中国陆地环 境面临的新问题［J］ ． 长春科技大学学报， 1999， 29 1 68 －73． ［ 6］龚子同， 黄标． 关于土壤中 “化学定时炸弹” 及其触 爆因素的探讨［J］ ． 地球科学进展， 1998， 13 2 181 －191． ［ 7］许中坚， 刘广深． 模拟酸雨对红壤重金属元素释放的 影响研究［ J］ ． 水土保持学报， 2005， 19 5 89 －93． ［ 8］周国华， 谢学锦， 刘占元， 陈明， 张勤， 范辉． 珠江三角 洲潜在生态风险 土壤重金属活化［J］ ． 地质通报， 2004， 25 11 1088 －1093． ［ 9］解海卫， 张艳， 尹连庆． 酸雨研究的现状［J］ ． 环境 科学与技术， 2004， 27 Z1 179 －181． ［ 10］ 王文新， 张婉化， 石泉． 影响我国降水酸性因素的 研究［ J］ ． 中国环境科学， 1993， 13 6 401 －407． ［ 11］ 杨乐苏， 周光益， 于彬， 王志香． 广州市酸雨成分及 其相关分析［ J］ ． 生态科学， 2005， 28 3 254 －257． ［ 12］成杰民， 潘根兴， 仓龙， 杨建军． 模拟酸雨对太湖 地区土壤 － 植物系统中铜的化学行为的影响［J］ ． 环境科学学报， 2001， 21 4 459 －464． ［ 13］ 周国远． 酸雨对重庆几种土壤中元素释放的影响 ［ J］ ． 环境科学学报， 1996， 16 3 251 －257． ［ 14］ 汪雅各， 盛沛麟， 袁大伟． 模拟酸雨对土壤金属离子 的淋溶和植物可利用性研究［J］ ． 环境科学， 1988， 9 2 22 －26． ［ 15］ Xian X， 邵孝侯． pH 对污染土壤中 Zn 和 Pb 的化学 行为及植物有效性的关系［J］ ． 土壤学进展， 1991， 19 3 34 －37． 831 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2010 年 ChaoXing