1、张拓等：攀枝花市农田土壤钒钛污染特征及风险评价47-土壤肥料 资源环境湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）引用格式：张拓，王浩然，陈芯怡，等.攀枝花市农田土壤钒钛污染特征及风险评价 J.湖南农业科学，2023（2）：47-51.DOI:10.16498/ki.hnnykx.2023.002.0112023（2）：47-51矿产资源是国家经济和社会发展的重要战略资源。曾经一段时期，由于过度开采，导致开矿过程对周围环境造成了严重破坏1，尤其是通过水、大气、土壤等导致周围农作物以及乡土植物重金属富集2。重金属难降解、易富集、危害性强等特点使得土壤重金属污染治理难度较
2、大3。因此，在开采与利用矿产资源的同时也需要关注周围环境生态系统的变化，特别是农田土壤环境。四川省攀枝花市具有丰富的钒（V）、钛（Ti）磁铁矿，是已探明的 8 个 V2O5储量大于 100 万 t 的大型矿床之一，为中国提供了 64%、53%的钒、钛供应4。在钢材中添加一定量的钒可以提高钢的强度、韧性等性能，被广泛应用于工业领域5-6。钒也是一种对人体有益且为某些生物体所必需的元素，但环境中过量的钒会对动植物、微生物以及人体造成损伤6-7。钛是常见化合物，能与铁、铝、钒或钼 攀枝花市农田土壤钒钛污染特征及风险评价 张拓1,2，王浩然1，陈芯怡1，梁露予1，王宇1，张逸1（1.西华师范大学环境科
3、学与工程学院，四川 南充 637009；2.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081）摘要：为探究攀枝花市矿区农田土壤中重金属 Ti 和 V 的污染特征并评价其环境风险，在攀枝花仁和区的大花地村、半海村、陶家渡、灰嘎村的农田采集了 24 个表层土样（020 cm），测定土壤样品中 Ti 和 V 的总量和有效态含量，再采用单因子污染指数法、地累积指数法、潜在生态危害指数等方法分析了研究区农田重金属 Ti 和 V 的污染状况及其环境风险。结果表明：研究区域农田土壤中 Ti、V 元素的平均值含量均低于四川省土壤背景值，部分采样点位 V 的浓度高于四川省背景值；重金属Ti 和 V
4、的有效态含量平均值分别为 2.59 和 4.76 mg/kg，生物有效性系数分别为 1.01%和 5.66%，相对较低。评价结果表明研究区域内农田土壤中 Ti 含量未达污染级别，V 含量为轻微污染级别，受到污染的矿区需引起相关部门重视，及时采取一定的管控和污染防治措施。关键词：矿区；重金属；钒；钛；污染特征；风险评价；攀枝花中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1006-060X（2023）02-0047-05Risk Assessment and Characteristics of Vanadium and Titanium Pollution in Farmland of Panzh
5、ihua City ZHANG Tuo1,2，WANG Hao-ran1，CHEN Xin-yi1，LIANG Lu-yu1，WANG Yu1，ZHANG Yi1（1.College of Environmental Science and Engineering,China West Normal University,Nanchong 637009,PRC;2.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing
6、 100081,PRC）Abstract：This study aimed to explore the characteristics of vanadium(V)and titanium(Ti)pollution of farmland in Panzhihua mineral region of Sichuan,and evaluate their environmental risks.A total of 24 topsoil samples(depth 0-20 cm)were collected from Dahuadi,Banhai,Taojiadu and Huiga vil
7、lages in Renhe District of Panzhihua.The total contents of Ti and V metals extracted by the three-acid digestion method,and the contents of soil available Ti and V extracted with 0.1 mol/L calcium chloride were simultaneously determined by ICP-MS.The single-factor pollution index method,geo-accumula
8、tion index method,and potential ecological hazard index were used to analyze the pollution status and environmental risks of Ti and V in farmland in the study area.The results show that the average contents of V and Ti in the farmland around the mining area were both lower than the soil background v
9、alue in Sichuan Province,and the concentration of metal V in some sampling points was higher than the background value in Sichuan Province.The average values of available Ti and V contents were 2.59 and 4.76 mg/kg,respectively,and the bioavailability coefficients were 1.01%and 5.66%,respectively,whi
10、ch were relatively low.The evaluation results demonstrated that Ti content of farmland soil in the study area was not up to the pollution level,while V content was in the range of slight pollution.Relative departments should pay attention to the polluted mineral area,and certain control measures sho
11、uld be taken in time.Key words：mineral area;heavy metals;vanadium;titanium;pollution characteristics;risk assessment;Panzhihua收稿日期：2022-09-26基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（S202010638106）；四川省自然科学基金（2022NSFSC1059）作者简介：张拓（1990），男，黑龙江大庆市人，副教授，主要研究方向为环境污染化学。湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）2023 年 2 月48-土壤肥料 资源环
12、境等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用。但有学者通过白鼠致畸效应试验发现，高剂量的 Ti 具有一定的母体毒性和一定的胚胎毒性8。钒钛磁铁矿在为国民经济发展作出重要贡献的同时，也产生了较为严重的环境问题。目前，钛钒磁铁矿的开采方式多为露天开采，露天采坑和尾矿扬尘加快了重金属的迁移与转化。一些学者探讨过攀枝花矿区的土壤重金属污染和农田土壤环境的情况9-10，认为当地农田土壤污染具有较高的研究价值。因此，笔者以攀枝花仁和区的大花地村、半海村、陶家渡和灰嘎村农田土壤为研究对象，分析测定农田土壤中V和Ti这2种重金属的总量和有效态含量，综合运用单因子指数法、地累积指数法等方法评
13、价重金属元素在该矿区周边土壤中的风险，为攀枝花矿区周边农田土壤的安全利用和污染防治提供理论依据。1材料与方法1.1研究区概况攀枝花市地处中国西南部的川滇交界处，东经1080810215，北纬 26052721，是一座大型工矿业城市。攀枝花市的钒钛磁铁矿矿床位于中国西南金沙江（长江上游）攀西裂谷南部，研究区域主要包括为攀枝花仁和区的大花地村、半海村、陶家渡和灰嘎村 4 个村庄。1.2土壤样品的采集与预处理采用 GPS 定位、蛇点采样法采集农田的 020 cm 表层土壤，点位分布见图 1，同一位置确定 6 个采样点位，共采集 24 个表层土样，相同目标点位周围 10 m 范围内采集 5 个样品，采
14、用四分法得到 1 kg 样品。将样品混合均匀后风干磨碎并过 100 目筛 备用。图 1攀枝花矿区周边农田土壤采样点位1.3供试样品分析参照 Zhang 等11的方法测定土壤理化性质。土壤中重金属总量采用硝酸-氢氟酸-高氯酸三酸消解进行分析，具体步骤：称取 0.300 0 g 土壤样品，加入高氯酸和硝酸（体积比 1 3），在沙浴条件下消解样品至淡黄色；溶液浓缩至 12 mL 后加入 10 mL氢氟酸进行消解直至溶液再次浓缩至 12 mL；溶液稀释后过 0.45 m 孔径滤膜待测。土壤中重金属有效态含量采用 0.1 mol/L 氯化钙浸提法分析，具体步骤：称取 2.000 g 土壤置于 50 mL
15、 三角瓶，加入 20 mL 0.1 mol/L 的氯化钙溶液，紧塞瓶塞，振荡 1.5 h，离心 10 min，过滤待测。消解后溶液和氯化钙提取液利用电感耦合质谱仪（ICP-MS）进行测定。测定后土壤样品的基本理化性质见表 1。表 1采样区农田土壤的基本理化性质土壤性质数 值土壤性质数 值pH 值7.188.09游离态氧化铝（以铝计，mg/kg）678873有机质（g/kg）27.533.2非晶质氧化铁（以铁计，mg/kg）723804阳离子交换量（coml+/kg）16.820.4非晶质氧化铝（以铝计，mg/kg）408490机械组成砂质壤土络合态氧化铁（以铁计，mg/kg）11.715.9游
16、离态氧化铁（以铁计，mg/kg）（0.981.67）104络合态氧化铝（以铝计，mg/kg）20.623.21.4土壤重金属污染风险评价方法1.4.1单因子污染指数法单因子污染指数法主要用于评价土壤中重金属的污染程度，按公式（1）计算。iiiSCP=（1）式中：Pi为污染物 i 的单因子污染指数；Ci为污染物 i 的实测含量（mg/kg）；Si为污染物 i 的评价标准临界值（mg/kg）12。当 Pi 1 时，污染等级为未污染；当 1 Pi 2时，为轻度污染；当 2 Pi 3 时，为中度污染；当 Pi 3 时，为重度污染。1.4.2地累积指数法地累积指数法能够判断人为活动对环境的影响，是区分人类活动影响的重要参数，按公式（2）计算。）（nnkBIClog2geo=log2（2）式中：Igeo为地累积指数，Cn为样品中重金属元素 n 的含量（mg/kg），Bn为土壤中该重金属元素张拓等：攀枝花市农田土壤钒钛污染特征及风险评价49-土壤肥料 资源环境n 的地球化学背景值（mg/kg），常数 k 是因自然因素引起背景值变动而取的系数，此处取 1.513。污染程度分为 7 级，具体见表 2。1
