粉尘沉降对农田土壤污染的影响与污染土壤的修复研究_程文亮.docx

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1、 论文题目：粉尘沉降对农田土壤污染的影响与污染土壤的修复研究 签名 ： fS Lhj 签名 ： 足莉 摘要 随着工业的发展和农业生产的现代化，环境污染问题日趋严重。近期我国连续发生重 金属污染 事件，给当地的环境和人民群众的身体健康造成了较大的影响。山西省的焦化、建材、金属冶炼等 重污染行业比例较大，粉尘污染相对严重。并且长年的沉降粉尘会使水体和土壤也产生污染，因此 调查厂矿的粉尘污染对预测其周边环境危害有重要意义。本文以临钢粉尘沉降物及附近农田土壤为 研究对象，通过采集粉尘及土壤样品，分析粉尘沉降物的理化性质及与附近农田土壤重金属含量的 相关性，了解临钢粉尘对周围环境的影响；通过盆栽试验，了

2、解植物对土壤中 Cd 的吸收情况，以及 添加 EDTA 对植物吸收 Cd 和其它微量元素的影响，探讨有机络合 剂在植物去除土壤重金属的作用 和可行性。研究结果表明： (1) 临钢厂区的粉尘沉降量大于其它采样点的沉降量，在所有采样点中，沉降量最高达 3.73t/hm2.a ,而且随着季节的不同呈现出一定的差异，总体上冬、春季大于夏、秋季。从粒径分析 结果来看， 8 ng/100mL 或尿铅 80pg/L 时，即 可认为人体内吸收了过量的铅。而幼儿的大脑还未发育成熟，对铅污染比成年人更为敏感。有研究 表明，儿童的血铅 6 ng/100mL时，就会出现智能障碍和行为异常。所以即使儿童体内摄取了少量

3、的铅，神经上也可能受到长期性的损伤6。 .重金属中除了镉、铅严重威胁人类的健康以外，其它重金属对人类的健康影响也很大。而土壤 中的重金属污染主要是由于人类的活动将重金属加入到土壤中，结果导致土壤中的重金属含量明显 高于原来的含量，并造成生态环境质量的恶化 7。土壤重金属污染主要来自灌水 (特别是污灌 )、固 体废弃物、农药和肥料、大气沉降物等。其中大气污染物中的粉尘类污染物种类很多，如粘土粉尘、 石英粉尘、水泥粉尘、煤粉以及各种金属粉尘等。而机动车、燃煤烟尘和工业粉尘等是大气粉尘有 毒重金属元素的主要来源 3。 粉尘污染的研究是研究空气质量的一项重要的监测指标，可用其来测定环境。由于山西省的焦

4、 化、建材、金属冶炼等重污染行业比例大，粉尘污染严重，再加上全省旱地作物多，水田作物少， 所以环境污染因为污水灌溉的可能性相对较少。通过对临钢粉尘的研究，可揭示其对环境的污染程 度，进而对环境质量评价提供资料。由于粉尘 的污染不只是对空气污染，而且长年的沉降粉尘会使 水体和土壤产生污染，因此调查厂矿的粉尘污染对预测其周边环境危害有着重要意义。 土壤中的重金属积累到一定的程度就会对土壤 -植物系统产生毒害，结果不仅导致土壤的退化， 而且可以通过径流和淋溶作用进一步污染地表水和地下水，恶化水文环境，并有可能通过食物链等 途径危及人类的生命健康。重金属在土壤中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的

5、特点，结 果造成土壤中的重金属难以清除 8。 据环保专家介绍，过去一段时期内，重金属的污染问题在我国并未得到充分重视。近年来频繁 爆发的重金属污染事件，则敲响了重金属污染治理的警钟，而且这个问题的解决己经迫在眉睫。 因此污染土壤迫切需要修复、治理。污染土壤的修复是当今环境科学研究的热点，而植物修复 (Phytoremediation)是近 20 年来发展起来的环境污染治理技术，它广泛地利用绿色植物的新陈代谢活 动来固定、降解、提取和挥发环境中的污染物质，具有较好的发展前景 9。 1.2 国内外研究进展 1.2.1 粉尘与土壤重金属污染的国内外研究进展 粉尘是指悬浮于气体介质中的固体小颗粒，能因

6、重力作用而发生沉降，但是在某一段时间内能 _ _ 绪论 _ _ 保持悬浮状态。粉尘主要是由于固体物质的破碎、燃烧残余物的结块以及研磨粉碎等机械过程，或 者是由于土壤、岩石的风化等自然过程而 #成的。颗粒的形状通常是不规则的，大小一般为 1 一 200 哗 左右。根据大气中粉尘颗粒的大小，可以分为飘尘、降尘和总悬浮微粒。 a. 飘尘：飘尘是指大气中粒径小于的固体颗粒 .它能较长期地飘浮在大气中，有时也称 浮游粉尘。 b. 降尘：降尘是指大气中粒径大于 10pm 的固体颗粒。在重力的作用下可以在较短时间内沉降 到地面。 c. 总悬浮微粒：总悬浮微粒是指大气中粒径小于 lOOfmi 的所有固体颗粒。

7、 关于粉尘的研究，国内外学者从不同的角度对其进行了深刻的探讨。在我国研究最多的是有关空 气动力学当量直径小于 l gm(PM1()和空气动力学当量直径小于 2.5nm(PM2.5)的粉尘对人体健康的影 响情况1。陈亚华等 (2005) 采用水培试验的研究结果表明， EDTA 能够促进 Pb 从根系向地上部运输，促进 Pb 在地上部的积累 31 宋关玲等 (2008)以西洋菜 (Nasturtium officinale R.Br.)为实验材料，研究了镉对西洋菜生长的影 响。结果表明：该植物对重金属镉污染的富营养化水体的治理和生态修复方面效果不好 32。周海霞 等 (2008)以甘蓝和油菜为研究

8、对象，通过土培盆栽试验，对土壤中重金属镉的吸收及生物净化作用以 及添加螯合剂对油菜富集镉的影响等方面进行了研究。结果表明，甘蓝对于高浓度镉污染土壤的修 复作用并不明显，而油菜对于镉污染土壤的净化作用比较显著，但在添加了鳌合剂之后对于提高植 物的修复水平效果并不显著。所以油菜较适宜作为镉污染土壤的修复植物，但螯合剂对植物的修复 作用要视情况而定，不可盲目添加 33。 山西师范大学学位论文 2 临钢 粉尘沉降物的理化性质分析 大气降尘是指在空气环境条件下，靠重力自然沉降的颗粒物 34。降尘在一定程度上指示着大气 的污染程度，其沉降量、颗粒物粒径、化学组成以及各成分的含量反映了大气的质量 35。由于

9、大气 降尘的污染对象为土壤、水体和沉积物等环境介质，并最终可能影响人类的健康，所以，研究大气 降尘中污染物特征及来源对研究区的污染防治工作具有积极的意义 36。 临汾市位于晋西南地区，是山西省能源重化工基地的重要组成部分，主要以煤化、冶金、建材 为主。临汾钢铁有限公司位于临汾市东郊，始建于 1958 年，曾是全国 56 家地方骨干钢铁企业之一。 经过 50 多年的发展，公司现已成为一个集采矿、烧结、炼焦、炼铁、炼钢、轧材等工艺配套的大型 钢铁联合企业。临汾市多年来大气环境一直处于严重污染状态。 37近年来经过多方的共同努力，环 境条件有所改善，但污染问题依然不容忽视。 粉尘沉降物除了可以对生物

10、界产生直接的物理性伤害外，还可以产生间接的化学危害，并有可 能造成严重的二次污染 38。不同粒级的颗粒对污染物的含量有不同的贡献率，一般情况下，颗粒物粒 径越小，其比 表面积和表面吸附力越大，并且吸附的污染物含量越高 39。 Viklander(1998)对瑞典律 勒欧地表灰尘重金属污染的研究表明， 10 nm 占的比例较大， PM25位于 0-1.25%之间， PM1Q位于 1.12%*4.05%之间，而 S75nm 的比例超过 50 因为不同粒级颗粒对污染物含量有不同的贡献率。一般颗粒物粒径越小，其比表面积和表面吸附力 越大，所吸附的污染物含量越高，所以临钢粉尘沉降物对环境的危害较大。另外

11、，各个采样点也有 区别，其中厂区的三个点与其它三个釆样点相比，粉尘粒径相对较大。 这些粉尘在发生沉降之前都会在空中有一定的漂浮时间，在这段时间内，这些粉尘就有可能被 人吸入，从而对人体造成不同程度的伤害，同时也有人量的粉尘被植物体吸收，致使植物也受到一 定的伤害。 表 2-1 激光粒度仪测定结果（各粒径级别所占百分比） 采样点 0-2.5 2.5-10 10-43 43-50 50-75 75-100 100-2000 焦化厂 0.00 1.12 12.71 5.10 17.84 13.95 49.28 炼铁厂 0.26 2.58 22.75 4.78 13.40 9.13 47.10 炼钢厂

12、 1.21 2.84 32.10 6.94 18.45 10.97 27.48 居民区 1.20 2.46 19.20 6.12 19.69 14.29 37.05 近郊 1.21 2.48 21.92 7.06 21.61 14.49 31.23 远郊 1.25 2.31 41.97 8.84 21.16 10.40 14.06 图 2-4 临钢各采样点粉尘的粒径分布 2.2.3 粉尘水溶性的测定结果与分析 从图 2-5 中我们可以看到临钢粉尘沉降物都能不同程度地溶解于水中，但由于其成分的不同致 使其有不同的溶解性，溶出量的分布范围为 14-24g/kg。 这些溶解了的成分会随着水分进入土壤

13、，会 对土壤环境造成一定的影响。 图 2-5 粉尘沉降物的水溶量 由图 2-6 可知，对于重金属而言，各元素溶于水中的量相差很大，其中 Pb 元素的溶出量最大， 各个采样点平均达 26.96mg/kg，最高达 38.34mg/kg，其中焦化厂、居民区两处 Pb 元素的溶出量偏 低 ,；其次是 Mn,Zn， Cr ;而 Cu 元素溶出量较低， Cd 元素的溶出量最低。临钢粉尘中这些重金属 元素能不同程度的溶于水中，说明它们平时在雨水的作用下，能部分进入附近农田土壤，从而会对 土壤重金属污染造成一定的影响。 2.2.4 粉尘弱酸溶性的测定结果与分析 从图 2-7 中可以看出，所有样点的粉尘都能溶于

14、弱酸，范围为 54-222 g/kg ,明显高于水中的溶 出量，且在远郊这个采样点处的酸溶量比较大。对于重金属而言（图 2-8)，溶出量最大的为 Pb 元素 , 各个采样点平均达 61.53mg/kg,最高达 80.87mg/kg;其次是 Mn、 Zn、 Cr,而 Ni 和 Cu 的溶出量较 低，Cd 元素溶出量最低。以上测定结果与粉尘在水中溶出的量相符合，但各个采样点以及同一采样 点的各元素在弱酸中的溶出量明显高于粉尘在水中的溶出量。 图 2-7 粉尘沉降物的弱酸溶量 图 2-8 临钢粉尘弱酸溶性中重金属元素含量 2.2.5 粉尘交换性的测定结果与分析 由图 2-9 可知，临钢粉尘被 MgC

15、l2溶液浸提后，溶出量的范围为 24*44 g/kg ,远远低于酸中的 溶出量，而高于在水中的溶出量。 临钢粉尘沉降物的理化性质分析 对于重金属而言，从图 2-10 中可以看出，用 1/(： 12浸提剂溶出的量，大小顺序与粉尘在水中 和酸中的溶出量相同。其中 Pb 元素的溶出量仍然 最大，各采样点平均达 25.57mg/kg ,最高达 35.48mg/kg ;其次是 Mn、 Zn、 Cr ,而 Ni、 Cu、 Cd 仍较低。但是每个采样点各元素的溶出量也普 遍低于在弱酸中的溶出量，而大多数略高于水中的溶出量。 图 2-10 临钢粉尘交换性中重金属元素含量 2.2.6 粉尘有机溶性的测定结果与分

16、析 从图中可以看出，所有样点的粉尘也都能不同程度的溶于有机溶剂中，溶出量的范围为 16-30 g/kg ,略大于粉尘沉降物在水中的溶出量而远远小于在弱酸中的溶出量，也小于 MgCl2浸提剂溶出 的量。 图 2-11 粉尘沉降物的有机溶量 2.2.7 粉尘重金属全量的测定结果与分析 从表 2-2 和图 2-12 中可以看出，临钢各采样点的粉尘沉降物中重金属元素含量由高到低的顺序 是MnZnPbCrNiCUCd，由于我国大气环境质量标准中至今还没有规定粉尘沉降物中具体污 染物的浓度限值，因此有关文献中对 TSP 中的重金属污染程度的评价大多采用富集因子法或者通过 与土壤克拉克值比较来评价 446。

17、本研究采用第二种方法，通过与土壤克拉克值和当地土壤环境背 景值比较，对临钢粉尘沉降物中重金属污染程度进行评价。土壤克拉克值（据 Taylor， 1964，）和当地 土壤背景值（程红艳，2007)见表 Zd47481。 临钢粉尘沉降物中重金属含量与土壤克拉克值及当地土 壤背景值的比较结果见表 24。 表 2-2 临钢粉尘重金属全量的测定数据（单位： mg/kg) 采样点 Cu Zn Mn Pb Cr Ni Cd 炼铁厂 14.16 150.9 950 114.2 65.48 42.6 0.426 炼钢厂 34.16 221.4 1946 132 125.5 60.79 0.513 焦化厂 25.

18、07 213.8 1033 170.5 49.7 38.5 0.382 居民区 20.87 180.3 956.4 107.7 106.7 20.24 0.259 近郊 31.24 305.7 1546 120.5 82.49 32.7 0.336 远郊 23.64 200.8 1561 123 88.61 28.3 0.341 图 2-12 粉尘沉降物中重金属元素含量空间分布图 从表 24 中可以看出， Zn、 Pb、 Cd、 Mn 在临钢粉尘沉降物中的含量均大于其在土壤中的全球 平均含量（土壤克拉克值）及当地土壤环境背景值，尤其是 Pb 的含量是土壤背景值含量的 7 倍以上， 平均达 9

19、倍之多，最高采样点达 11 倍以上 ： 而临钢降尘中 Cu, Cn Ni 含量都接近或低于其在土壤 中的全球平均含量及当地土壤环境背景值。这说明临汾地区由于临钢降尘中的重金属 Pb, Zn, Cd, Mn 等含量超标，可能对周围环境造成污染。 表 2-3 临汾市土壤环境背景值和土壤克拉克值 (单位 ： mg/kg) 元素 Cu Zn Mn Pb Cr Cd Ni 克拉克值 55 70 950 12.5 100 0.2 50 土壤背景值 25.6 63.5 532 15.1 51.9 0.099 29.9 表2-4 临钢粉尘沉降物重金属元素含量与土壤中含量比较 采样点 比值 Cu Zn Mn P

20、b Cr Cd Ni 与土壤背景值比值 0.553 2.378 1.786 7.565 1.262 4.303 1.425 1 与克拉克值的比值 0.258 2.157 1.000 9.139 0.655 2.130 0.852 2 与土壤背景值比值 1.335 3.487 3.658 8.739 2.417 5.182 2.033 与克拉克值的比值 0.621 3.164 2.049 10.56 1.255 2.565 1.216 与土壤背景值比值 0.98 3.368 1.941 11.29 0.958 3.859 1.288 5 与克拉克值的比值 0.456 3,055 1.087 13

21、.64 0.497 1.91 0.77 4 与土壤背景值比值 0.815 2.841 1.798 7.136 2.055 2.616 0.677 与克拉克值的比值 0,38 2,577 1,007 8.62 1.067 1.295 0.405 与土壤背景值比值 1.221 4.815 2.906 7.981 1.589 3.394 1.094 D 与克拉克值的比值 0.568 4.368 1.628 9.641 0.825 1.68 0.654 6 与土壤背景值比值 0.924 3.162 2.934 8.144 1.707 3.444 0.946 与克拉克值的比值 0.43 2.869 1.

22、643 9.837 0.886 1.705 0.566 2.3 讨论 2.3.1 临钢粉尘沉降量及其对环境的影响 从粉尘沉降量的测定及分析结果来看，不同的采样点，沉降量不同，差别较大，最高值达 3.73t/hm2.a，而且表现出一定的变化规律，即厂区沉降量较大，离厂区距离越远，粉尘沉降量越小；随 着季节的不同，粉尘的沉降量也出现不同的变化，总体上冬、春季的沉降量大于夏秋季。这些粉尘在 发生沉降之前都会在空中有一定的漂浮时间，在这段时间内，就有可能被人吸入，人体吸入了这些粉 尘之后，会对人体直接造成伤害，同时也可以随着雨水的渗透而渗入土壤之中对土壤造成污染，这里 面含的重金属对土壤的污染会更大。

23、 2.3.2 临钢粉尘粒径分析结果及其对环境的影响 不同粒级的粉尘颗粒对污染物含 M 有不同的贡献率，一般颗粒物粒径越小，其比表面积和表面吸 附力越火，所吸附的污染物含量越高。通过对临钢粉尘粒径分析表明， S75um 的比例超过 50%,这 从另一方面说明了临钢粉尘沉降物对环境的危害程度。 2.3.3 临钢粉尘水溶性、酸溶性、可交换性、有机溶性的分析及其对环境的 影响 以上分析结果表明，临钢粉尘都能不同程度的溶于水、弱酸、 MgCl2 浸提剂及有机溶剂中，其中 在弱酸中的溶出总量和溶出的重金属含量 最大。临汾市的空气污染成分主要是粉尘和二氧化硫以及 多环芳香径，这就造成临汾市的降雨出现弱酸性。

24、这就使得临钢粉尘沉降物在酸雨的条件下大部分 都溶于雨水中，而随着雨水的渗透而渗入土壤之中对土壤造成污染，这里面含的重金属对土壤的污 染更大。 临钢粉尘除了溶于弱酸外，也能溶于水、 MgCl2 浸提剂及有机溶剂中，这对临钢各个厂区及其围 的空气、土壤都会造成一定的危害，从而直接或间接的影响人们的身体健康。 2.3.4 临钢粉尘重金属全量分析及其对环境的影响 对临钢粉尘沉降物中的全量重金属分析结果表明，在所检测的重金属中， Zn、 Pb、 Cd、 Mil 在粉尘中的含量均高于其在土壤中的全球平均含量及当地的土壤环境背景值，尤其是 Pb 的含量 平均是当地土壤环境背景值的 9 倍之多，最高达 11

25、倍以上。这说明临汾地区由于临钢降尘中的重金 属 Pb, Zn, Cd, Mn 等含量超标，可能对周围环境造成污染。 3 临钢附近土壤与粉尘重金属含量的相关性研究 在我国，对城市大气质量、水污染等方面的研究较多，而对城市土壤污染的研究报道相对较少 , 所以有必要加强城市土壤特征与环境 质量的研究 49 5CuCrZnPbNiCd ;在所有采样点中， Pb 含量由大到小的顺序是 1#2#3#4#，也就是说 , 离临钢厂区越近， Pb 元素的含量越高；而 Cu， Mn， Cr， Cd 4 种元素除在个别采样点上略有波 动以外，从 1#至 4#采样点总体上重金属含量与 Pb， Zn 相反，呈逐渐升高的

26、趋势； Ni 元素含量则也 呈降低趋势。 表 3-1 临钢附近土壤重金属元素含量 (单位： mg/kg) 采样点 Cu Zn Mn Pb Cr Ni Cd 1 94.47 101.7 394.3 44.15 95.5 13.35 0.66 2 89.67 98.84 385.2 35.67 92.73 14.27 0.52 3 126.6 42.9 526.9 8.4 115.4 12.3 1.7 4 124.9 46.4 497.5 6 128 11.4 2 平均 108.9 72.45 451.0 23.56 107.9 12.83 1.22 另外，从表 3-1 中也可以看出， Cu ,

27、Cr , Ni 3 种元素在各采样点的平均含量比较均勾，相差 不大； Zn、 Mn、 Cd 3 种元素的含量变化范围较大，其中 Pb 元素在各个采样点的平均含量变化幅度 最大，范围从 6mg/kg 至 44mg/kg， 最大值和最小值相差 7 倍以上。 对调查区土壤重金属含量的测定结果表明，与国家土壤二级质量标准 （ PH6.5-7.5) (GB15618-1995)比较，临钢附近土壤中 Cd 的超标率达 100%, Cu 的超标率达 50%,而本次研究 所检测的其它重金属元素则没有超标。 为了进一步分析临钢附近土壤重金属的来源，本研究对调查区土壤重金属元素间的相关性进行 了统计分析，结果见表

28、 3-2。从表中可以看出，临钢附近土壤中 Cu 与 Mn、 Cu 与 Cd、 Zn 与 Pb、 Zn 与 Ni以及 Cr 与 Cd 在 0.05 水平上存在着 显著的正相关 ， 相关系数均在 0.95 以上。 表 3-2 临钢附近土壤重金属间的相关系数 Cu Zn Mn Pb Cr Ni Cd Cu 1 Zn -991(*) 1 Mn .965(*) -.956(*) 1 Pb -.957(*) 985(*) -.899 1 Cr .913 -.906 .775 -.911 1 Ni -981(*) 962(*) -.901 .934 -.969(+) 1 Cd 988(*) -.981(*)

29、 .912 -.964(*) 966(*) -.995(*) 1 * Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed). * Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). 3.2.2 土壤中重金属的富集系数 为探讨临钢附近土壤中部分重金属元素的污染来源问题，除了对重金属元素间进行了相关性分 析外，同时采用富集因子，即元素相对含量来分析问题，进一步判断和评价土壤中重金属元素的自 然来源和人为来源以及污染的程度。 根据山西省土壤元素背景值资料 61)以及临汾市农业土壤中

30、重金属元素分析与评价资料（程 红艳，2007.11,中国农业科学技术出版社 )， 临汾市土壤元素背景值见表 3-3。由此可以求得本次调 查土壤样品中重金属元素的富集系数（见表 34)。 表 3-3 临汾市土壤环境背景值（单位 ： mg/kg) 元素 Cu Zn Mn Pb Cr Ni Cd 土壤背值 25.6 63.5 532 15.1 51.9 29.9 0.099 表 34 土壤中重金属的富集系数 采样点 Cu Zn Mn Pb Cr Ni Cd 1 3.69 1.60 0.74 2.92 1.84 0.45 6.67 2 3.50 1.56 0.72 2.36 1.79 0.48 5.2

31、5 3 4.95 0.68 0.99 0.56 2.22 0.41 17.17 4 4.88 0.73 0.94 0.40 2.47 0.38 20.20 平均 4.25 1.14 0.85 1.56 2.08 0.43 12.32 由表 34 可见，临钢附近农田土壤中除 Mn 和 Ni 元素外，其它 5 个重金属元素都存在一定程度 的富集现象，其中 Cd 的富集系数在各个采样点都高于其它元素，最大富集系数达到 20.20 ; Cu、 Cr、 Cd 三种元素 4 个采样点土壤样品的富集系数全大于 1; Zn 和 Pb 有 2 个采样点土壤样品的富集 系数大于 1 (即1#和 2#采样点 ）；

32、而 Mn 和 Ni 两种元素所有采样点土壤样品的富集系数都小于 1。 3.2.3 临钢附近土壤和粉尘沉降物中重金属含量的相关性分析 由于影响土壤重金属含量的因素比较复杂，为了便于比较临钢附近土壤与临钢粉尘沉降物中重 金厲含 M 之间的关系，取各个土壤采样点的重金属含童的平均值，与粉尘沉降物中各个采样点的重 金属含量的平均值做一比较，分析两者之间的相关性究竟如何。从图 3-1 及表 3-1 可知，在所检测的 7 种重金属元素中，有 4 种元素，即 Zn、 Mu、 Pb、 Ni ,它们在临钢附近土壤中的含量与临钢粉尘 沉降物中的重金属元素含量高低顺序一致，说明临钢粉尘沉降是附近农田土壤重金属 （

33、Zn、 Mn、 Pb、 Ni)的重要来源。 图 3-1 临钢附近农田土壤与临钢粉尘 沉降物中重金属含量的相关性 3.2.4 临钢附近农田土壤中重金属元素的含量与污染源距离的相关性分析 由临钢附近农田土壤中重金属含量的富集系数可知，在所检测的 7 种重金属元素中，除 Mn 和 Ni 元素外，其它 5 种重金属元素 （ Cu、 Zn、 Pb、 Cr、 Cd)都存在一定程度的富集现象，所以有必要 对这些重金属污染物的来源再做进一步的分析。图 3-2 所示为距临钢厂区同一方向不同距离的农田土 壤重金属元素的沿程分布情况。其中 Pb、 Zn 元素随着离临钢厂区距离的增加，重金属含量明显降低 , 其中 P

34、b 由 1#采样点的 44mg/kg 降到 4#采样点的 6mg/kg , Zn 由 1#采样点的 102 mg/kg 降至 3#采样 点的 43mg/kg，然后又略呈上升的趋势，在 4#采样点达到 46mg/kg。 而 Cd、 Cu、 Cr 元素则随着离 厂区距离的增加，重金属含量总体上呈现出增加的趋势。 临钢附近土壤与粉尘重金属含量的相关性研究 3.3 讨论 3.3.1 土壤重金属污染状况与评价 对调查区土壤 7 种重金属的分析结果表明，与国家土壤二级质量标准 （ PH6.5-7.5)比较，临钢 附近土壤中 Cd 的超标率达 100%, Cu 的超标率达 50%,而本次研究所检测的其它重金

35、属元素则没 有超标。 通过分析土壤重金属的富集因子可知，临钢附近农田土壤中除 Mn 和 Ni 元素外，其它 5 种重金 属元素都存在一定程度的富集现象，其中 Cd 的富集系数在各个采样点都高于其它元素，最大富集系 数达到20.20 ; Cu、 Cr、 Cd 三种元素 4 个采样点土壤样品的富集系数全大于 1; Zn 和 Pb 有 2 个采 样点土壤样品的富集系数大于 1，；而 Mn 和 Ni 两种元素所有采样点土壤样品的富集系数都小于 K 这说明 Cd 被富集，说明 Cd 污染主要由于人类活动而造成的； Zn 和 Pb 被部分富集，它表明不仅有 地球物质的贡献，也与人类活动有很大的关系，如锅炉

36、燃煤排放、工业粉尘、汽车尾气等；而 Mn 和 Ni 没有富集，它主要是由土壤或岩石风化的颗粒所组成。 从对调查区土壤重金属元素间的相关性分析结果来看，临钢附近土壤中 Cu 与 Mn、 Cu 与 Cd、 Zn 与Pb、 Zn 与 Ni 以及 Cr 与 Cd 在 0.05 水平上存在着显著的正相关，相关系数均在 0.95 以上，这从另一个 角度证明了它们相同的人为污染来源。 3.3.2 临钢附近土壤和粉尘沉降物中重金属含量的相关性分析 通过对土壤各个采样点的重金属含量的平均值，与粉尘沉降物中各个采样点的重金属含量的平 均值的比较结果来看，在所检测的 7 种重金属元素中，有 4 种元素，即 Zn、

37、Mn、 Pb、 Ni ,它们在 临钢附近土壤中的含量与临钢粉尘沉降物中的重金属元素含量高低顺序一致，说明临钢粉尘沉降是 附近农田土壤重金属 （ Zn、 Mn、 Pb、 Ni)的重要来源。 对十壤重金属污染物的来源进一步的分析表明， Pb、 Zn 元素随着离临钢厂区距离的增加，重 金属含M明显降低，说明临钢粉尘沉降物是土壤重金属污染的主要来源，而 Zn 元素随着离临钢厂 区距离的增加，重金属含量明显降低，最后又略有上升，可能与该采样点的土壤有机质含量及土地利 用类型及周围其它因素有关；而 Cd、 Cu、 Cr 元素则随着离厂区距离的增加，重金属含量总体上呈 现出增加的趋势，具体是由哪些因素影响还

38、有待进一步探讨。 4 污染土壤的修复探讨 重金属污染物是一类典型优先控制的污染物，世界上许多著名的环境公害事件（如水俱病与骨 痛病）都证明与重金属污染有关。污染土壤修复技术已经成为全球的热点研究领域之一 57。人们 正尝试着利用各种途径来减轻或清除土壤的重金属污染，例如采用土壤淋洗、加入土壤改良剂使重 金属固化或改变重金属形态、采用微生物与植物的生物修复措施等 重金属污染土壤的 植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术 65_66。植物提取 （ phytoextractioix) 技术是利用植物对土壤中的重金属吸收和富集作用，通过收获植物来降低土壤重金属的含量。研究 表明，一些化合物（如 EDTA

39、 等）能明显提高植物地上部的重金属含量 #69。目前，研究主要集中 在一些高生物量植物，像油菜、玉米、向日葵、豌豆、菜豆、印度芥菜和白菜等等，进行适当的化 学处理能促进土壤中重金属的溶解，然后将重金属从植物根部运输到地上部。并且还研究了一些螯 合剂，其中 EDTA 是使用最多的 一 种螯合剂 170751。 油菜是我国主要农作物之一，有研究表明某些油菜具有修复 Pb、 Cd 污染土壤的能力。本研究 采用人为添加不同浓度的重金属 Cd 到土壤中，然后进行油菜盆栽试验，在油菜生长过程中添加 EDTA,来探讨有机络合剂在植物去除土壤重金属的作用和可行性。 4.1 材料与方法 4.1.1 样品采集及处

40、理 (1) 供试土壤采集及处理 供试土壤采自临汾郊区农田土壤的耕作层 （ 0-20cm), 土壤类型为褐土。土壤过 4mm 筛，添加 CdCl2溶液，使土壤 Cd 含量分别为 0、 2.5、 5.0、 10.0、 20.0 mg/kgDW。 添加后在通风处放置一个月 以上，按照土壤饱和持水量的 60%加水，搅拌，然后种植作物。 (2) 植物的栽培及管理 栽培植物选用油菜（品种：五月蔓，购于临汾农机种子公司）。植物采用盆栽，每盆装有干土 lkg,每个浓度的处理设置 3 个重复。栽培管理方法是 1 盆播种 9 颗种子，发芽一周后保留 5 株。发 芽一个月后，减少到三株，去除的 2 株与收获后的三株

41、一起制成植物分析样本。栽培期间的水分管 理是采用重量法将土壤含水量保持在 60%,在植物出苗后 15 天浇灌春日井培养液，保证植物生长良 好。 (3) EDTA 的添加 油莱生长一个月后开始添加 EDTA,添加的 EDTA 为 EDTA2Na (C10H14N2Na2O82H2O)， 在 Cd 浓度为2.5 和 10.0 的处理区添加。将 EDTA 配成浓度为 0.05g/mL 的溶液，按设定量随浇灌水施入盆 中。有实验研究表明，在植物播种前使用螯合剂会严重抑制植物生长 32。有关实验还表明分次添加 的效果要比一次添加好，在第一次添加一段时间后土壤中的重金属会出现一个峰值，之后就会下降 31。

42、所以本研究采用分次添加的方式。具体操作见表 4-1。 表 4-1 植物生长过程中的 EDTA 处理 处理 EDTA 用量 施加方式 CK 对照，仅加蒸馏水 EDTA-1 5mL/次 分 2 次添加 EDTA-2 20mL/次 分 2 次添加 (4) 样品的处理 植物栽培完成 （ 共栽培 83 天）后分地上部和地下部收获，在 80 C 下干燥 48h， 粉碎，备用。栽 培后的土壤在室温下风干，过 0.5mm 筛，取 50g 备用。 4.1.2 样品分析 器材及试剂 浓 HN03 (分析纯 ） HC104 (分析纯 ） HF (分析纯） 石墨高温电热消解仪 （ EHD36， 北京 Lab Tech

43、 仪器有限公司 ） 聚四氟乙烯消解管 AAS nov AA 400 原子吸收光谱仪（德国耶拿分析仪器股份公司） 样品分析 植物样品采用 HNOrHCKV 消解，土壤样品采用 HN 3-HCl 4-HF 消解。所有植物和土壤样品的 Cd和矿质元素分析采用 AAS nov AA 400 原子吸收光谱仪测定。 4.2 结果与分析 4.2.1添加不同 Cd浓度的土壤对植物体生物量、植物体 Cd 浓度及 Cd吸收 量的影响 图 4 - 1 不同 Cd 浓度的土壤上栽培的植物中的 Cd 含量、 Cd 的吸收量及干物质重 上图表示了在添加 Cd 的土壤上栽培的油菜中 Cd 的含量、干物质重以及 Cd 的吸收

44、量。从中可以 看出： (1) 植物体中 Cd 的含量随添加的 Cd 浓度的提高而增加。添加 Cd 为 2.5mg/kgDW 处理的植物 地上部 Cd 的平均含量为 11.4mg/kg ,这个结果远远超山了 FAO/WHO 食品规格委员会规定的蔬菜类 的 Cd含量低于 0.2mg/kgDW 的限制。但是，添加 Cd 为 20.0mg/kgDW 处理的植物茎叶的 Cd 的平均 含量为41.0mg/kgDW ,结果比 Salt (1997)提出的用于环境净化的植物 Cd 含量高于 100mg/kgDW 的要求低。 (2) 每盆的植物地上部干物质重平均为 4.59 5.51g ,各处理相差很小，从中看

45、不出不同 Cd 浓度的土壤 （ 0-20.0mg/kgDW)对植物生物量的影响。 (3) 植物每盆的 Cd 吸收量随着添加 Cd 浓度的提高而增加，但是吸收量很低，在添加 Cd 浓度 为20mg/kgDW 的处理区，每盆植物地上部 Cd 吸收量平均为 0.19mg。 4.2.2 添加 EDTA 对植物体生物量、植物体 Cd 浓度及 Cd 吸收量的影响 图 4-2 表示了 EDTA 对油菜的 Cd 含量、干物质重和 Cd 吸收量的影响。从中可以看出： （ 1)随 着EDTA 使用量的增加，油菜的 Cd 含量降低。 （ 2)关 T 每盆的生物学产量，添加低浓度的 EDTA 对 生物量影响很小，而添

46、加高浓度 EDTA 的植物生物学产量明显降低。 （ 3)每盆的 Cd 吸收量随着 EDTA 添加量的增多而明显降低。 图 4 - 2 添加 EDTA 对植物体生物量、植物体 Cd 浓度及 Cd 吸收量的影响 表 4-2 表示了添加 EDTA 对油菜部分微量元素含量的影响。随着 EDTA 添加的增多，植物体内 Zn、Cu、 Mn 和 Fe 的含量都有增加的趋势。特别是 Fe 和 Zn 的含量，在添加 EDTA 浓度较低的油菜 中 Fe 和Zn 的含量增加较少；在添加 EDTA 浓度较高的油菜中 Fe 和 Zn 的含量增加较大；同时，随 着 EDTA 添加量的增多， Mn 和 Cu 的含量也发生了

47、不同程度的变化。 表 4-2 添加不同浓度的 EDTA 对植物体内微量元素含量的影响 Cd 处理 (mg/kg) EDTA 处理 (g/kg)- Zn Cu Mn Fe Cd mg/kg DW 0 40.8 40.8 47.5 197.5 7.6 2.5 0.5 52.4 17.5 58.2 203.8 4.2 2 109.4 29.3 59 242 3.4 0 41.9 10.8 46.7 215.9 27.8 10 0.5 55.8 9.2 57.4 218.8 17.1 2 98.5 18.3 67.6 240.5 11.5 4.3 讨论 4.3.1 添加不同 Cd 浓度的土壤对植物体 Cd 含量及 Cd 吸收量的影响 可溶性的 Cd 添加到土壤中，被土壤中的各种组分吸附。如上图显示的那样，油菜的 Cd 含量 和吸收量都较低，在添加浓度的范围内没有确认到 Cd 对植物生长的阻碍作用，说明溶解性的 Cd 进 入土壤后，其有效性降低。另外，如果用油菜作为植物净化土壤重金属的使用植物，它对 Cd 具备较 强的耐受力，根系细而多广泛的分布于土壤耕层，但是它对重金属 Cd 的吸收能力仍需要改善。植物 对 Cd 的吸收能力的改善和适宜的化学络合剂的开发是今后采用