1、生态环境 2005, 14(1): 34-37 http:/Ecology and Environment E-mail: 基金项目：广西自然科学基金项目（桂科自 0007022）；广西科学研究与计划项目（桂科攻 0143040）；广西科技创新金源单位广西师范学院资源与环境信息系统实验室项目作者简介：宋书巧（1964），女，副教授，博士，主要研究方向为土壤重金属污染与矿山生态环境保护。E-mail: 收稿日期：2004-07-25刁江沿岸土壤重金属污染特征研究宋书巧，吴欢，黄钊，张建勇广西师范学院资源与环境科学学院，广西 南宁 530001摘要：受上游矿山开发的影响，刁江沿岸存在明 显的 As
2、、Pb、Zn、Cd 复合污染带，其 污染区与洪水淹没区呈现高度的一致性；水田的犁底层对重金属具有明显的隔断作用，而旱地的淀 积层中的重金属质量分数依然很高；上游地带土壤污染呈显性状态，土壤中尾砂沉积现象十分明显，而下游地带的土壤污染呈隐性状态，土壤中尾砂沉 积现象不明显；蜈蚣蕨可以作为刁江沿岸土壤污染区的指示植物；土壤中 Zn 与 Cd 质量分数存在显著相关关系，表层土壤 As 与 Pb 质量分数呈现较好的相关性，而土壤垂直剖面中 As 与 Pb 质量分数除个别剖面外，相关关系不 显著。关键词：重金属污染；刁江；蜈蚣蕨中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）
3、01-0034-04刁江位于广西境内，是红水河的一 级支流， 发源于广西南丹县东南的后芭山，由西北向 东南流经南丹、河池、都安等县市，于都安县百旺乡注入红水河，流域面积 3585 km2，干流长 229 km。刁江流域源头地带是我国著名的大厂矿田超大型锡多金属矿田。多年来，不合理的 矿山开发行为导致了刁江沿岸严重的重金属污染 1。根据我 们的调查，刁江沿岸受污染耕地面积为 386 hm2，其中完全 废弃面积达 20 多 hm2。1 样品采集与分析方法1.1 样品采集根据以往的研究 1, 2和多次的野外考察，确定了从上游到下游 12 个采样断面， 6 个垂直剖面，共采了 172 个土样。按垂直河
4、水主流方向 设置采样断面，根据地形特点，按一定的距离间隔采表层 020 cm 的混合样；按土壤质地和颜色将土壤垂直剖面划分若干层，取每个层的混合 样。1.2 样品分析方法采集的土壤样品用聚乙烯薄膜袋包装，在 实验室内自然风干、磨碎，过 0.15 mm 分析筛。 总量的Pb、Cd、Zn，HCl+HNO3 消化，火焰原子吸收光 谱法测定，仪器 GGX-9；总量的 As，HCl+HNO3+ H2SO4+HClO4 消化，酸溶-原子荧光光谱法测定，仪器 AFS-2201。2 结果与讨论2.1 土壤污染物与污染程度从以往的研究中可知 1, 2，刁江沿岸土壤中的主要污染物质为 As、Pb、Cd、Zn，因此
5、本次采样分析的重点是土壤中 As、Pb、Cd、Zn 的含量。选择从上游到下游河边经常受淹耕地，采表 层020 cm 土壤混合样，以土壤 环境质量（GB15618-1995）级标准作为评价标准值， 计算土壤污染指数，见表 1。由表 1 可见，土壤受到 As、Pb、Cd、Zn 的严重污染，尤其是 As、Cd、Zn，污染区从上游一直延续到下游。As 超标 36.1276.1 倍， Pb 超标 1.93.8倍，Cd 超标 16.2103.0 倍， Zn 超标 5.432.9 倍。从上游向下游，土壤 As、Zn 和 Cd 污染指数递减趋势十分明显，而 Pb 则有增加的趋势。重金属在河流中的迁移转化规律十
6、分复杂，目前尚未有人对刁江河流中重金属迁移转化规律进行研究。从刁江沿岸土壤中重金属污染指数从上游到下游的变化规律推测，铅易于被河流中 质轻的悬移质所吸附，更易于随悬浮物自上游 传播到下游。从外观上看，上游地带土壤污 染呈显性状态，表 1 刁江沿岸土壤 污染指数自上游向下游变化情况Table 1 The changes of soil pollution index from upper region to lower region along Diaojiang river采样点 距河源距离 As Pb Zn Cd pH拉洋村 28 .80 276.1 1.9 21.7 89.3 6.36金洞
7、村 37.71 264.9 1.9 32.9 103.0 7.49板坡村 51.17 46.2 3.8 11.4 44.4 6.98古帝村 91.72 186.0 3.5 5.9 16.2 3.52同更村 107.42 57.3 3.4 5.8 31.1 5.98拉寨村 117.67 110.5 3.0 10.2 44.3 6.18拉烈村 189.23 51.6 2.0 7.0 33.9 6.99百甫村 227.61 36.1 2.6 5.4 20.1 7.19宋书巧等：刁江沿岸土壤重金属污染特征研究 35土壤中尾砂沉积现象十分明显，而下游地 带的土壤污染呈隐性状态，土壤中尾砂沉 积现象不明显
8、，但土壤中 As、Pb、Cd、Zn 质量分数均严重超标。2.2 土壤污染区与洪水淹没区关系利用 n200GPS 定位系统测量了 12 个采样断面所在地的历史洪水位，与土壤采 样分析结果对比后发现，刁江沿岸的土壤污染区与洪水淹没区呈 现高度的一致性。这说明刁江沿岸的土壤 污染主要是由于洪水淹没造成的，其污染程度与洪水淹没 频率密切相关。以保平乡古帝村的耕地 为例，三 块耕地呈阶梯状分布于河流左岸，受洪水淹没频率明显不同，经常受淹的耕地，土壤污染程度重，土壤中的As、Pb、Cd、Zn 普遍超标，而 仅被淹没过一次的耕地，土壤污染程度相对较轻，见表 2。正因为如此，刁江沿岸的土壤污染区呈带状分布，比
9、 较大片的污染区主要分布在刁江上游地带沿江的小盆地或小谷地。2.3 土壤 B 层与污染物垂直分布根据土壤剖面采样分析结果，水田的犁底 层（B 层）对污 染物质具有明显的隔断作用。以保平乡废弃水田垂直剖面为例，犁底 层（1625 cm）中As、Pb、Zn、Cd 质量分数锐减，除 Cd 质量分数略超标外，其它均未超标，详见表 3。旱 地 的 淀 积 层 （B 层 ）中 的 污 染 物 质 量 分 数 依然 很 高 ，但 此 层 以 下 污 染 物 质 量 分 数 锐 减 。以 保 平乡 废 弃 玉 米 地 垂 直 剖 面 为 例 ，该 耕 地 废 弃 之 前 为玉 米 地 ，反 复 多 次 被 洪
10、 水 浸 泡 。从 垂 直 剖 面 来 看 ，017 cm 的 土 层 是 由 洪 水 带 来 的 河 流 悬 浮 物 沉 积而 成 ，1736 cm 土 层 为 废 弃 之 前 的 耕 作 层 ，而3649 cm 土 层 为 以 前 的 淀 积 层 （B 层 ），49 cm 以下 为 母 质 层 。由 表 4 可 见 ，049 cm 的 土 层 已 被As、Pb、Zn、Cd 严 重 污 染 。3649 cm 的 淀 积 层 粘土 含 量 较 高 ，对 污 染 物 有 较 强 的 吸 附 能 力 ，因 此 该层 以 下 ，土 层 中 污 染 物 质 量 分 数 锐 减 ，但 Cd 和 As质
11、量 分 数 仍 超 标 。从上述的分析可看出，水田的犁底层对重金属的向下迁移具有隔断作用，犁底层本身的重金属质量分数很低；而旱地的淀积层虽质地粘重，但尚不能作为隔水层，由于粘土物质 含量高，因此 对重金属具有较强的吸附作用，该层 重金属质量分数依然很高，但此层以下重金属质量分数 锐减。2.4 土壤污染区指示植物在多次的野外考察中我们发现，刁江沿岸土壤污染区的蜈蚣蕨生长茂盛，随着 污染程度的降低，蜈蚣蕨的数量和覆盖度明显减少。在下考 乡那额屯刁江左岸的一条小冲沟中，蜈蚣蕨的数量明显地随着距河边距离的增加而降低。按 10 m 的间隔调查蜈蚣蕨的覆盖度并同时采了表层 020 cm 土壤混合样。 调查
12、与分析结果见表 5。由表 5 可见，土壤污染程度明显地随着距河边距离的增加而降低，与此同时，蜈蚣蕨的覆盖度也明显 降低。在 030 m 的距离内，土壤受到 As、Pb、Zn、Cd 的严重污染，其 质量分数分别是国家土壤环境质量标准（旱地）的33.0113.2 倍、3.04.6 倍、9.217.2 倍和39.769.0 倍。在 3050 m 的范围内，只有 As 和Cd 的质 量分数略微超标，而在 5060 m 的范围内，土壤中各金属元素的质量分数已在国家土壤环境质量标准范围内，蜈蚣蕨也基本上消失，只在靠近表 3 保平乡古帝村废弃水田(A)污染物垂直分布Table 3 The pollutant
13、 distribution along soil profile of abandoned rice land(A) at Gudi village,Baoping town mgkg-1土层深度/cm w(As) w(Pb) w(Zn) w(Cd) w(Fe) pH016 812 878 2034 18.60 42400 6.401625 81.7 116 277 2.22 56600 6.722544 47.8 90.1 227 1.69 40600 6.744455 40.1 74.3 213 1.10 38400 6.7155100 98.7 229 425 2.49 35700 6.
14、67表 2 保平乡古帝村土壤(表层)重金属质量分数与洪水淹没频率关系Table 2 The correlation between heavy metal concentration in topsoil and flood frequency at Gudi village,Baoping town mgkg-1洪水淹没频率 w(As) w(Pb) w(Zn) w(Cd) w(Fe) pH只受淹一次的水田 812 878 2034 18.6 42400 6.40多次被淹的玉米地 3463 1823 4316 43.4 67800 4.88经常被淹的玉米地 7441 1759 2954 16.
15、2 100900 3.52表 4 保平乡古帝村废弃玉米地(B)污染物垂直分布Table 4 The pollutant distribution along soil profile of abandoned corn land(B) at Gudi village,Baoping town mgkg-1土层深度 /cm w(As) w(Pb) w(Zn) w(Cd) w(Fe) pH015 3463 1823 4316 43.4 67800 4.881517 2312 1505 5422 43.2 56600 5.331736 2028 2224 4920 41.0 59200 6.2536
16、49 1827 1769 3435 29.9 54400 6.2249100 127 170 382 1.99 37400 6.2836 生态环境 第 14 卷第 1 期（2005 年 1 月）4050 m 区间的边缘地带有零星的几株。蜈 蚣 蕨 成 为 刁 江 沿 岸 污 染 区 与 非 污 染 区 的 分界 植 物 ，在 其 它 地 方 的 调 查 与 分 析 中 亦 得 到 了 验证 。位 于 刁 江 流 域 下 游 地 带 的 拉 烈 乡 福 言 村 ，玉 米地 A 和 B 受 污 染 严 重 ，而 玉 米 地 C 没 有 受 到 污 染 ，玉 米 地 A 和 B 之 间 的 田 坎
17、上 长 满 了 蜈 蚣 蕨 ，而 在B 和 C 之 间 的 田 坎 上 则 只 有 零 星 的 蜈 蚣 蕨 出 现 。同 样 的 情 况 出 现 在 百 旺 乡 八 甫 村 板 依 屯 和 河 口 水文 站 。在 河 口 水 文 站 ，蜈 蚣 蕨 的 分 布 以 1996 年 大洪 水 洪 痕 为 分 界 线 ，高 于 洪 水 位 的 河 床 上 只 有 零星 的 蜈 蚣 蕨 出 现 ，而 在 洪 痕 线 以 下 ，蜈 蚣 蕨 生 长 十分 茂 盛 茁 壮 。蜈蚣蕨对砷具有超富集作用，国内外学者对此均有报道 3, 4，我们在对刁江流域矿山废弃地的植被调查中发现 5, 6，蜈蚣蕨能在土壤 As、
18、Pb、Zn、Cd复合污染相当严重的土壤中正常生长，其 单支叶片的高度可达 140 cm，鲜质量可达 33 g ,干质量可达6.6 g，每 1 hm2 干质量可达 8 t 左右，其地上部分含砷量为 700800 mg/kg。从上述的分析可以得出结论，在刁江沿岸土壤污染区，蜈蚣蕨成为优势植物，可以作为土壤污染区的指示植物。2.5 土壤重金属元素之间的关系以 y 分别代表 Zn 和 As 质量分数，x 分别代表Cd 和 Pb 质量分数，分析 12 个采 样断面表层土壤及 6 个垂直剖面 As 和 Pb、Zn 和 Cd 之间的相关关系，详见表 6 和表 7。给定显著水平 =0.05，对重金属元素间相关
19、系数进行检验， Zn 与 Cd 之间存在显著相关关系；而表层土壤 As 与 Pb 质量分数除拉寨外其余均呈显著相关关系，土壤垂直剖面 As 与 Pb质量分数除墨村和古帝水田 A 存在显著相关关系外，其余剖面 As 与 Pb 质量分数相关关系均不明显。对回归方程进行 F 检验， 结果表明，在 给定显著水平 =0.05 时，所计算出的回归 方程是显著的。相关分析的结果表明，土壤中 Zn 与 Cd 质量分数之间的关系对土壤理化性质的依赖性很小， 对所有 172 组数据进行回归分析发现，Zn 与 Cd 依然存在极其显著相关关系，其相关方程可表达为：y=112.43x+729.05 r =0.9761式
20、中：x 为土壤 Cd 质量分数；y 为土壤 Zn 质量分数；r 为相关系数而土壤 As 与 Pb 质量分数之间的关系在不同土壤间差异比较大，说明二者之 间的关系对土壤理化性质的依赖性很强。表 7 刁江沿岸土壤 (剖面)重金属元素相关关系Table 7 The correlations between heavy metals in soil profiles along Diaojiang riverw(Zn)与w(Cd) w(Zn)与w(Cd)地点回归方程 相关系数 回归方程 相关系数墨村 y=74.012x+184.14 0.8822 y=4.6693x-429.02 0.9960古帝水田
21、A y=104.68x+88.748 0.9981 y=0.9723x-53.727 0.9930玉米B y=110.7x+163.95 0.9778 0.7788玉米C y=108.83x+551.68 0.9878 0.4375那额 y=95.65x+887.29 0.8601 0.2508拉烈 y=127.13x-5.3662 0.9987 0.7857表 6 刁江沿岸土壤 (表层)重金属元素相关关系Table 6 The correlations between heavy metals in topsoils along Diaojiang riverw(Zn)与w(Cd) w(As
22、)与w (Pb)地点回归方程 相关系数 回归方程 相关系数拉洋(左) y=121.96x+201.86 0.9994 y=13.582x-1592.3 0.9534拉洋(右) y=116.28x+282.89 0.9953 y=9.1332x-1011.8 0.9917龙藏 y=83.495x+51.018 0.9919 y=3.2785x+63.97 0.8216墨村 y=119.05x+157.53 0.9792 y=4.0773x-2.9674 0.9771平村 y=61.487x+751.35 0.8664 y=0.8018x-1225.2 0.9953那额 y=126.42x-257
23、.58 0.9933 y=1.6266x-183.5 0.9378同更 y=107.54x-208.81 0.9750 y=1.2799x+729.05 0.5752拉寨 y=102.38x-80.153 0.9236 0.3681拉烈 y=107.4x+24.827 0.9994 y=1.7817x+115.81 0.9237百甫 y=129.49x+8.8848 0.9975 y=1.2416x-55.923 0.9832表 5 下考乡那额屯蜈蚣蕨分布与土壤重金属质量分数关系Table 5 The correlation between the distribution of Pteris
24、 vittata L. and heavy metal concentrations in soils at Naer village, Xiakao town采样点距河岸距离/m 蜈蚣蕨覆盖度/% w(As)/(mgkg-1) w(Pb)/(mgkg-1) w(Zn)/(mgkg-1) w(Cd)/(mgkg-1) w(Fe)/(gkg-1) pH010 100 4528.0 2321.0 8614 69.00 94.6 6.451020 50 2679.0 1994.0 5439 44.70 75.7 6.612030 70 1320.0 1513.0 4588 39.70 64.3 6.
25、853040 10 155.0 107.0 333 1.85 54.5 6.604050 10 80.9 83.6 229 1.08 49.5 6.865060 1 39.9 69.9 136 0.87 49.1 5.55宋书巧等：刁江沿岸土壤重金属污染特征研究 373 结论从上述分析可看出，受上游矿 山开发的影响，刁江沿岸形成明显的 As、Pb、Zn、Cd 复合污染带，其污染区与洪水淹没区呈现高度的一致性；水田的犁底层对重金属具有明显的隔断作用，而旱地的淀积层中的重金属质量分数依然很高；蜈蚣蕨可以作为刁江沿岸土壤污染区的指示植物；土壤中 Zn 与Cd 质量分数存在显著相关关系，表层土壤 As
26、 与Pb 质量分数呈 现较好的相关性，而土壤垂直剖面中 As 与 Pb 质 量分数除个别剖面外，相关关系不显著。参考文献：1 宋书巧, 梁利芳, 周永章, 等. 广西刁江沿岸农田受矿山重金属污染现状与治理对策J. 矿物岩石地球化学通 报, 2003, 22(2): 152-155.SONG S Q, LIANG L F, ZHOU Y Z, et al. The situation and remedial measures of the cropland polluted by heavy metals from mining along the Diaojiang riverJ. Bull
27、etin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2003, 22(2): 152-155.2 周兴, 宋书巧. 刁江流域重金属污染土地合理利用探讨J. 广西师院学报, 1999, 16(4): 93-97, 110.ZHOU X, SONG S Q. Discussion on the reasonable use of cropland polluted by heavy metals in Diaojiang basinJ. Journal of Guangxi Teachers college, 1999, 16(4): 93-97,110
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29、002, 47(3): 207-210.5 周兴, 宋书巧, 吴欢. 广西刁江流域有色金属矿区尾砂库植物研究J. 热带地理, 2003, 23(3): 226-230.ZHOU X, SONG S Q, WU H. An investitation of plants on the tailings of abandoned nonferrous mines in the Diaojiang basin of GuangxiJ. Tropical Geography, 2003, 23(3): 226-230.6 宋书巧, 周永章, 吴欢, 等. 土壤砷 污染特点与植物修复探讨J. 热带地理,
30、 2004, 24(1): 6-9.SONG S Q, ZHOU Y Z, WU H, et al. Arsenic contamination in soils and its phytoremediationJ. Tropical Geography, 2004, 24(1): 6-9.The characteristics of heavy metals in soils along Diaojiang riverSONG Shu-qiao, WU Huan, HONG Zhao, ZHANG Jian-yongFaculty of Resource and Environment Sc
31、ience, Guangxi Normal College, Nanning 530001, ChinaAbstract: Due to mining activities, soils along Diaojiang river in Guangxi, China, have been severely polluted by As, Pb, Cd and Zn. The soil pollution survey indicates that the contaminated area is coincided with the flooded area. The plowpan of p
32、addy field can obstruct the transport of heavy metals downwards, but the B horizon of dry farmland contains high levels of heavy metals. There are obvious tailings deposits in soils at upper region of Diaojiang, and such phenomena disappear at the lower region. Pteris vittata L. can be used as pollution indicator of soil along Diaojiang river. The concentration of Zn is significantly correlated with that of Cd in soils, but only in topsoils except one sample significant correlation exists between As and Pb.Key words: heavy metal pollution; Diaojiang river; Pteris vittata L
