万山汞矿区土壤硒地球化学特征*

2021-11-19苟体忠孙大方

工业安全与环保 2021年11期

苟体忠孙大方

(凯里学院大健康学院贵州凯里 556011)

0 引言

硒是人体必需的微量元素之一[1]。人体缺硒会导致大骨节病、克山病等疾病[2-3]，而硒过量则导致贫血、智力低下等病症[4]。人体主要通过食物链获得硒，而食物链中的硒主要来源于土壤，故土壤中硒含量分布特征将会影响人体健康[5]。世界上有40多个国家和地区缺硒，中国也有3/4的地区土壤硒缺乏[6]。因此，寻找富硒土壤对本地富硒农产品的开发具有重要意义。研究表明：由于Se与S属于同一主族元素，具有相似的地球化学性质，所以Se可以取代辰砂(HgS)中的S，形成硒汞矿(HgSe)而与辰砂共存于汞矿中[7]。万山汞矿是中国最大的汞矿，已有600余年的开采历史，从1950年起至2001年政策性关闭，万山汞矿被大规模开采和冶炼，并向环境中排放了大量的冶炼废渣和矿物粉尘，可能会导致当地土壤硒富集。鉴于此，本研究以万山汞矿区土壤为研究对象，探明矿区土壤中的硒地球化学特征，以期为寻找富硒土壤和开发富硒农作物提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析方法

土壤样品于2018年7月采自万山汞矿区，汞矿渣堆及周边土壤样品采样点分布见图1。

图1 采样点分布

土壤样品主要分布在矿坑口(S2)、汞土法冶炼厂(S24)、冶炼废渣堆(S9—S10)、汞化工厂(S19—S21)以及矿区公路两侧的表层土壤。供试土壤采用“梅花型”采样，取0～20 cm深的土壤样品，各取样点土壤混合均匀；剖面土壤用土钻采集0～20 cm、20～40 cm、40～80 cm、80～100 cm和100～120 cm的土壤样品，并分别用“四分法”缩分至1 kg，装入自封袋，带回实验室。经风干后用木棍压碎，过200目筛，待用。

土壤样品的Se含量和Sc含量的测定在南京聚谱检测科技有限公司完成。采用QI L等[8]规定的方法，并用Finnigan Mat Element型高分辨等离子体质谱仪分析Se和Sc的含量。

1.2 质量控制

采用流程空白消除容器和试剂空白，并采用平行样和国家标准物质(GBW07407)进行质量控制，其测定结果的相对标准偏差均小于5%，满足质量控制要求。

1.3 评价方法(富集因子法)

富集因子法(EF)可以识别人为活动对土壤重金属元素的富集情况[9]。其计算公式为

EF=(Ci/Cn)土壤/(Ci/Cn)地壳

式中，Ci为元素i的含量；Cn为参比元素Sc的含量。地壳中的Se和Sc的丰度分别为0.05 mg/kg和22 mg/kg[10]。EF可以分级为EF<1，未富集；140，极强富集。

2 结果与讨论

2.1 表层土壤中的硒含量

表层土壤中的硒含量见表1。从表1可知：研究区表层土壤硒含量在0.59～7.99 mg/kg之间，平均值为2.02 mg/kg，其值远高于贵州省土壤硒背景值(0.29 mg/kg)[11]，也远高于湖北恩施地区富硒土壤硒平均值(0.66 mg/kg)[12]。

表1 表层土壤中的硒含量 mg/kg

谭建安[13]根据土壤硒含量水平，将含硒土壤划分为6个等级(见表2)。从表1可知：汞矿坑口(S2)和汞土法冶炼厂(S24)附近土壤硒含量很高，分别达到了5.11 mg/kg和7.99 mg/kg，属于硒中毒土壤；冶炼废渣堆(S9—S10)和汞化工厂(S19—S21)附近土壤硒含量也较高，其含量均大于2 mg/kg，属于高硒土壤；其它土壤中的硒含量均大于0.45 mg/kg，属于富硒土壤。总体上，研究区所有土壤样品硒含量均达到富硒土壤水平。

表2 土壤硒丰缺划分标准[13]

2.2 汞矿渣中的硒含量

为了评估汞矿渣硒残留量，分析了2个汞矿渣(SMW1和SMW2)中的硒含量，其结果见表3。从表3可知：汞矿渣中的硒含量较高，其均值为2.39 mg/kg，远大于贵州省土壤硒背景值。分析认为：研究区在长期的汞矿冶炼过程中向环境排放的大量冶炼废渣，将导致周边土壤中硒的富集。

表3 汞矿渣中的硒含量 mg/kg

2.3 土壤硒含量的垂向分布特征

土壤剖面中硒受不同强弱的淋虑作用和生物累积作用影响，呈现出3种不同的分布特征：①上高下低型，生物富集作用大于淋虑作用；②下低上高型，生物累积作用小于淋虑作用；③上下相近型，生物富集作用等于淋虑作用[14]。从图2可以看出：3个具有代表性土壤剖面中硒的分布曲线相似，大致呈“N”型，即从土壤表层到60 cm深度的土壤硒含量逐渐减少，然而到80 cm时土壤中硒含量回升，随后又逐渐降低，但总体上土壤剖面硒含量呈下上高下低分布。分析认为：研究区土壤剖面中的硒主要受生物累积作用的影响。

图2 土壤剖面硒的垂向分布

2.4 土壤硒富集评价

研究区土壤硒富集因子评价结果见表4。从表4可知：41%的土壤样品强烈富集硒，64%的土壤样品极强富集硒，5%的土壤样品显著富集。从表1可知：汞矿坑口(S2)，汞土法冶炼厂(S24)，冶炼废渣堆(S9—S10)和汞化工厂(S19—S21)附近土壤硒含量较高。总结分析认为：研究区土壤硒受到了汞矿的开采和冶炼等工业活动的强烈影响，从而导致了土壤中硒的强烈富集。