贵州铅锌冶炼区农田土壤镉、铅有效性评价与预测模型研究

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1、贵州铅锌冶炼区农田土壤镉、铅有效性评价与预测模型研究基金项目：环保公益专项（201409042）资助*通讯联系人，Tel：025-86881130；E-mail:jingsong@issas.ac.cn作者简介：张厦（1988—），男，河南永城人，硕士研究生。主要研究方向为农田土壤环境质量指导值与标准研究。E-mail:zhangsha@issas.ac.cn张厦1,2，宋静1,2*，高慧1,2，张强1,3,4，刘赣1（1中国科学院南京土壤研究所，土壤环境与污染修复重点实验室，南京210008；2中国科学院大学，北京100049;3贵州师范大学，贵阳550001；4贵州

2、省环境科学研究设计院，贵阳550000)摘要：农田土壤重金属的不同活性库分布和土壤-溶液分配模型能够提供重金属的生物有效性和浸出能力等信息，因而在风险评价和修复实践中非常重要。本研究采集毕节铅锌冶炼区30个历史污染农田土壤，同时在贵州省范围内采集5种类型背景土壤制成不同浓度Pb/Cd单一污染土壤。经3个月老化，分别测定由0.43MHNO3、0.1MHCl和0.005MDTPA提取态表征的重金属反应活性库以及由0.01MCaCl2提取态表征的直接有效库。分析铅锌冶炼区农田土壤Cd、Pb不同有效库的分布特征，建立土壤-溶液分配模型，并讨论土壤理化性质的影响。结果表明，历史污

3、染土壤中Cd和Pb的直接有效库占全量比例分别比人工污染土壤低5倍和223倍，然而历史污染土壤Cd和Pb的反应活性库（0.43MHNO3提取态）占全量比例要高于相应人工污染土壤中的比例。拓展Freundlich形式吸附方程能够准确描述各提取态表征的Cd和Pb活性库与土壤全量Cd和Pb的关系，尤其0.43MHNO3提取方法能够克服土壤理化性质对土壤Cd和Pb提取的影响而与总量建立极显著的相关关系。pH依附性Freundlich吸附方程准确描述了Cd和Pb的总反应活性库分别与土壤溶液Cd和Pb的关系，对于Pb而言，还要考虑土壤有机质和有效磷。本研究为矿区农田土壤重金属污染评价

4、、修复以及农田有效态标准的推导提供参考。关键词：重金属有效性；土壤-溶液分配模型；化学提取；农田土壤；土法炼锌中图分类号：X53；X825采矿与金属冶炼是导致农田重金属污染的主要原因[1-4]。我国贵州毕节市赫章县等地土法炼锌延续300多年[5]，重金属氧化物等随废渣、矿区废水径流、矿尘、烟尘和烟气等进入农田环境，造成土壤和农产品重金属含量超标[6-8]。对于普通人群而言，饮食暴露是最主要的重金属暴露途径[9,10]。而对于生活在重金属冶炼区周边的农村居民（尤其是儿童）则同时存在直接暴露（摄入污染土壤）和间接暴露（摄入污染的农产品）[1,7,11]。农田土壤重金属污染风

5、险取决于土壤中对植物或人体有效的那部分重金属，而非总量。因此，研究重金属在土壤中的不同形态分布和土壤-溶液分配规律十分必要。土壤中的重金属可以分为三个库（pool），包括：（1）无生物效应的惰性库（inertpool）；（2）反应活性库（reactivepool）：可以用0.43MHNO3、0.1MHCl或0.005MEDTA等提取态表征；（3）直接有效库（directlyavailablepool）：可以用0.01MCaCl2提取态表征[12-15]。其中，0.43MHNO3提取态被认为可以表征总吸附态重金属，包括吸附在土壤有机质，无定形Fe/Al/Mn氧化物以及粘粒

6、表面的总浓度。另有研究表明，0.43MHNO3提取态与胃肠吸收模拟试验（SBET）结果十分接近[16]，可以指示人体吸收的生物有效性。此外，0.43MHNO3与土壤重金属全量存在显著的相关关系[17]，且提取态测定比重金属总量测定更方便快捷[18]。因此该提取态有可能成为土壤风险评估的一个重要指标。虽然重金属的植物有效性取决于土壤溶液中重金属的浓度和形态，然而，目前应用土壤溶液重金属的自由离子形态预测植物吸收并不比用溶液中的重金属总量预测效果好[19,20]。大量研究表明，0.01MCaCl2能较好地模拟土壤溶液重金属的浓度并与作物可食部分重金属含量存在极显著的相关关系

7、[21-23]。而0.43MHNO3提取态结合土壤理化性质也能够与植物吸收建立起非常显著的相关关系。两种提取态分别表征的直接有效库和活性库之间存在密切关系，可以用考虑土壤理化性质如pH的拓展Freundlich吸附方程将两者联系起来[16,24-26]。因此，研究并确定土壤重金属全量-反应活性库-直接有效库之间的关系及其不同重金属库之间转化的影响因素对于开展土壤风险评价和制定基于有效态的土壤环境基准非常重要[27]。然而，相关研究并不多，需要在更广泛的土壤类型和不同的污染程度的条件下探究它们之间的关系[28]。本研究在贵州毕节赫章县铅锌冶