华东某铀矿区稻米中Pb含量特征及污染研究

魏长帅，刘平辉，袁 瑾，张淑梅

(1.东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013;2.安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽安庆 246000;3.核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013)

0 引言

Pb是一种对农作物和人畜都有很大危害的有毒重金属元素(Tyler et al，1989)，一旦通过食物链进入人体，会破坏人体生殖系统、造血系统、神经系统并引发癌症，且不易代谢排出。许多学者研究表明，矿山的开采会对土壤造成重金属污染(蔡美芳等，2004;尚英男，2007;黄德娟等，2013)，但关于矿山开采重金属铅对矿区农作物特别是稻米污染的研究较少。

本次研究的铀矿山在我国铀矿史上占有重要地位，已有几十年的开采与选冶历史，对矿区居民的正常生产生活产生了很大影响，环境问题日益凸显。但是多年来，针对该区的调查工作主要集中于地质成矿方面，对环境污染研究极少。矿区农业以水稻种植为主，矿区周边有大片稻田。在该铀矿区周边开展稻米中重金属铅污染调查研究，对于保护矿区生态安全与居民的身体健康有重要意义。

1 样品采集与分析测试

按照此铀矿区各功能区与其对应稻田面积的大小，在铀矿区尾矿坝、尾矿堆积区、矿床开采区、矿床开采区上游以及下游、矿石矿渣运输道路沿线区域的稻田分别取稻谷样品 3、11、9、9、3、16个。另外，选取2个区域作为对照区，对照区1为矿区附近的某村大桥边(受矿区水系及大气影响)，对照区2为远离矿区约60 km之外的某村小组(不受矿区水系与大气影响)，在上述2个对照区的稻田分别取稻谷样品各2个作为对照样，共取稻谷样品55个。矿区及取样点位见图1。

取样方法：根据该铀矿区地形地质、水冶厂、尾矿堆分布和矿床开采区域以及稻田分布情况，用五点混合取样法取样，每个样品以1个取样点为中心，在5 m半径内均匀取5个稻谷样品约计500 g混合成1个样品，用GPS记录中心点位置，用样品袋包装，写好标注，并记录详细取样信息。

样品经干燥、脱壳处理成稻米后进行分析。

1.1 仪器与试剂

仪器：X－Series II电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermofisher Scientific公司)

实验用具与试剂：所有器皿均用20%硝酸浸泡，用高纯水冲洗备用。水为二次石英蒸馏水。电子级HNO3;MOS级H2O2。各单元素标准溶液均购自国家标准物质中心。

图1 某铀矿区稻米取样点位分布图Fig.1 Map showing distribution of the rice samples in a uranium mine

标准参考物质：大米成分标准物质GBW10010(GSB－1)，湖南大米成分标准物质 GBW10045(GSB－23)，均购自国家标准物质中心。

1.2 仪器工作条件

X－Series II电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermofisher Scientific公司)，优化后的工作参数列于表1。

表1 电感耦合等离子体质谱仪工作参数Table 1 Working parameters of inductively coupledplasma mass spectrometry

1.3 样品处理及分析方法

将稻米样品用四分法取样研磨至0.075 mm供检测用，余下的作为备用样品。

将粉末状试样在60℃下干燥4 h后，准确称取0.250 0 g试样于专用微波消解罐中，定量加入2 mL HNO3，加1 mL 30%的H2O2，然后用2 mL的高纯水冲洗罐壁，安装好消解装置，按规定程序消解试料。

反应结束后，取出消解罐，将消解液转入聚四氟乙烯烧杯中，置于电热板上，加热至近干，按最终试料测试液介质为5%的HNO3计算，加入适量硝酸，在电热板上低温加热溶解残渣。冷却后将溶液转移至塑料瓶中，用水稀释至10 mL，摇匀，此溶液直接用于ICP－MS测定。

2 结果分析

全部55个稻谷样品分析结果见表2。各区域稻米中Pb元素平均含量及其变异系数结果见表3。从表中可以看出，全部55个稻米样品中，重金属Pb的含量均未超过国家食品污染物限量标准(GB 2762—2012)中谷类Pb的限量0.2 mg/kg。说明此铀矿区稻米没有受到重金属铅的污染。Pb含量最大值为0.114 mg/kg，最小值为0.035 mg/kg，平均值为0.056 mg/kg。

该铀矿区尾矿坝、尾矿堆积区、矿床开采区、矿床开采区上游及下游、矿石矿渣运输道路沿线六大功能区中，稻米中Pb的平均含量接近，最高者是矿石矿渣运输道路沿线区域，为0.060 mg/kg;其次是尾矿坝，为0.059 mg/kg;矿床开采下游区域稻田中稻米Pb的含量最低，为0.048 mg/kg，略低于矿床开采区上游稻米中Pb的含量。位于矿区附近的某村大桥边(对照区1)和远离矿区的某村小组(对照区2)稻米中Pb的平均含量分别为0.064、0.070 mg/kg，略高于该铀矿区稻米中 Pb的平均含量水平。

上述结果表明，矿区稻米的Pb含量不仅远低于国家食品污染限量标准(GB 2762—2012)谷类中Pb含量的标准值，也低于对2个对照区稻米中Pb的含量。为何矿区内稻米Pb含量不高，原因目前尚不清楚，需要进一步研究。

表2 全部55个稻谷样品Pb含量结果Table 2 List of Pb contents of all 55 rice samples

表3 各区域稻米中Pb元素平均含量及其变异系数Table 3 Average content and the variation coefficients of the element Pb in rice from different study areas

元素变异系数作为反映统计数据波动特征的参数，一定程度上可以表示元素污染状况，两者通常呈正相关(尚英男，2007)。变异系数越大，表明人为活动的干扰作用越强烈(石平等，2010)。其计算公式为：

全部8个功能区稻米中Pb含量变异系数均处于较低水平，这表明受到人为因素等外部因素的影响较小，说明此铀矿的开采与选冶对矿区稻米中Pb含量未造成不利影响。

3 稻米中Pb污染评价

拟采用单因子指数法对研究区稻米中遭受的Pb污染程度进行评价。单因子指数法是我国通用的一种污染评价方法(朱灵峰等，2012;孔凡彬等，2014;沈体忠等，2014)，计算公式为：

式(2)中，Pi为i污染物的单因子污染指数;Ci为样品中污染物i的实测含量，mg/kg;Si为污染物i的评价标准，mg/kg。评价标准采用国家食品中污染物限量0.2 mg/kg(GB 2762—2012)。单因子指数分级标准见表4，评价结果见表5。

表4 单因子指数分级标准Table 4 Grading criteria of single factor index

表5 不同地区稻米中Pb污染单因子指数评价结果Table 5 Single factor index evaluation of Pb in rice from different areas

由表5可以看出，各研究区单因子指数均远小于1，表明各研究区稻米均未受重金属Pb污染。

4 讨论与结论

有学者对某铀矿山土壤重金属污染做了研究，结果表明矿区的水冶厂、尾矿坝、矿床开采区均受到了重金属铅的污染，且此污染与人为采矿因素有关(黄德娟等，2013)。石平等(2010)、蔡美芳等(2004)也得到类似的研究结果，且道路两侧易受影响(华明等，2008)。魏长帅等(2014)查明了某铀矿区道路沿线区域、尾矿堆积区、水冶厂和矿床开采区下游及周边区域内稻米中Cr元素含量明显高于上游地区或远离上述区域的其他地区。但是，该铀矿区稻米中Pb含量的空间分布并没有上述Cr元素含量在矿区稻米中所呈现的明显规律性，其原因可能如下。

在自然界中，Pb以Pb2+为主，且铅具有极化性能，在氧化物及硫化物中具有一定的共价键趋势，常形成复合键，所以，铅化合物的溶解度极小(刘英俊等，1984)。周建民等(2004)的研究也表明Pb的提取态极低，生物有效性不高，对生态环境危害性较小。

现有一些未公开发表的数据表明，矿区内局部区域土壤中Pb含量较高，但相应区域内的稻米中的Pb含量却不高，笔者认为可能是由于矿床开采或选冶等原因致使Pb的赋存形态发生了变化，以至于相较对照区，铀矿区稻田中的Pb更难于被水稻吸收，所以会出现矿区稻米中Pb含量略低于远离矿区的对照区中稻米的Pb含量。

在今后的研究工作中，可进一步加强矿区与对照区稻田土壤中Pb的价态和赋存形态的研究，查明Pb是处于残渣态还是有机态，以及加强对矿区地表水中Pb含量的调查，以进一步查明矿区Pb会否对生态环境造成污染。

蔡美芳，党志，文震，等.2004.矿区周围土壤中重金属危害性评估研究［J］.生态环境，13(1)：6－8.

GB 2762—2012，食品中污染物限量［S］.

华明，朱佰万，廖启林，等.2008.江苏主要公路两侧农田土壤重金属污染现状初步研究［J］.地质学刊，32(3)：165－171.

黄德娟，朱业安，刘庆成，等.2013.某铀矿山环境土壤重金属污染评价［J］.金属矿山，(1)：146－150.

孔凡彬，刘阳.2014.单因子指数法和内梅罗指数法在土壤环境质量评价中的比较［J］.甘肃科技，30(3)：21－22.

刘英俊，曹励明，李兆麟，等.1984.元素地球化学［M］.北京：科学出版社.

尚英男.2007.土壤－植物的重金属污染特征及铅同位素示踪研究：以成都经济区典型区域城市为例［D］.四川成都：成都理工大学.

石平，王恩德，魏忠义，等.2010.青城子铅锌矿区土壤重金属污染评价［J］.金属矿山，(4)：172－175.

沈体忠，朱明祥，肖杰.2014.天门市土壤－水稻系统重金属迁移积累特征及其健康风险评估［J］.土壤通报，45(1)：221－226.

魏长帅，刘平辉，张淑梅.2014.华东某铀矿区稻米中Cr元素含量及其空间分布特征研究［J］.安徽农业科学，42(12)：3709－3710.

周建民，党志，司徒粤，等.2004.大宝山矿区周围土壤重金属污染分布特征研究［J］.农业环境科学学报，23(6)：1172－1176.

朱灵峰，王燕，王阳阳，等.2012.基于单因子指数法的海浪河水质评价［J］.江苏农业科学，40(3)：326－327.

TYLER G，BALSBERG PHLSSON A M，BENGTSSON G，et al.1989.Heavy－metal ecology of terrestrial plants，microorganisms and invertebrates：A review［J］.Water，Air and Soil Pollution，47(3)：189－225.