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我国土壤锑污染特征研究进展及其富集植物的应用前景初探

北极星环保网讯:我国是世界上锑储备量最高的国家,由于不合理的开发利用,大量的锑进入环境之中。锑作为一种致癌元素,其含量的超标严重危害着环境中生物及人类健康。但由于人们对锑污染关注程度不高,以及相关修复技术的不成熟(尤其是植物修复技术),我国所面临的锑污染形势不容乐观。

本文对我国锑资源的分布、污染状况与特征以及相关锑富集植物进行综述,同时根据锑富集植物野外筛选工作的研究进展,对其进行应用评估,为今后应用植物修复降低土壤锑污染的环境风险提供一定的科学依据。

前 言

锑(Sb)是一种具有潜在毒性和致癌性的类金属元素,其化学性质与砷相似,在医疗以及工业领域内具有重要作用。我国作为产锑大国,锑矿储量位居世界第一,产量约占世界总量的79.6%。近年来由于对锑矿的不合理利用,致使土壤、水以及大气中的锑浓度急剧上升,尤其在湖南、贵州、广西等锑矿相对比较集中的地方,远远超过其背景值。

锑不是植物生长发育所必需的营养元素,但植物可以吸收土壤中的溶解态锑。当锑进入植物体内后会与必要的代谢物竞争。相关研究表明,在一些成熟植物叶片中,锑的浓度达到150 mg˙kg-1 时,会对植物产生一定的毒害作用。锑对植物的毒性效应主要是通过对植物造成氧化胁迫,影响植物的细胞结构、信号传导、能量代谢以及对矿质元素的吸收等,对于植物的生长发育造成严重危害。

而锑对人体的毒性作用主要是通过与蛋白质内的巯基(-SH)结合,抑制某些巯基酶以及琥珀酸氧化酶的活性,影响蛋白质和糖的代谢,损害肝脏、心脏、神经系统以及对粘膜产生一定的刺激作用。刘碧君等分别对锡矿山矿区和贵阳市的人体头发做了检验分析,发现锡矿山矿区的人体头发中平均锑含量为15.9 μg˙kg-1,远远高于贵阳市的平均锑含量(0.532 μg˙kg-1)。

如何防治锑污染已成为当前亟需解决的问题。相比于其他修复技术,植物修复在土壤锑污染中的应用还处于起步阶段。目前的工作主要集中于对锑矿山周围的耐性植物做调研及筛选,并对锑的吸收、转运以及耐性机理做出了一系列研究,缺乏在实际工程中的应用。本文在现有研究的基础上,综述了我国土壤锑污染特征研究进展及其富集植物的应用前景,为降低土壤以及作物中锑的含量提供一定的科学依据。

1 我国锑污染分布状况

1.1锑资源分布概况

根据中国潜力评价数据,我国已探明的锑矿(含矿点和矿化点)共617 处,分属于全国18 个省、自治区,且多集中在我国南方,主要分布于湖南(117 处)、西藏(83 处)、广西(51 处)、贵州(44 处)、云南(108处)等地区(图 1)。湖南作为我国的一个产锑大省,锑资源储备量十分丰富,主要的锑矿山有冷水江锡矿山、安化渣滓溪锑矿、沅陵沃溪锑金矿、桃江板溪锑矿区等。其中冷水江锡矿山为世界上锑储备量最高的矿山,享有世界锑都之称。广西的锑矿资源分布相对比较集中,主要分布于河池市南丹县、金城江区以及百色市的隆林县和西林县,此外在南宁市、桂林市以及贺州市也有少量分布。位于南丹大厂镇的锑矿是仅次于湖南锡矿山的第二大锑矿山。随着近几年西部大开发政策的实施,西藏也陆续发现了尕尔西姜、美多和拉诺玛等大型锑矿床,成为锑矿资源的第三大省(区)。而贵州省的锑矿资源分布较广泛,在9 个县均有分布,主要分布在晴隆县、独山县以及榕江县。另外在镇宁县、册亨县、三都县、雷山县及赫章县也有分布。其中位于晴隆县的锑矿资源保有量仅次于湖南锡矿山、广西南丹锑矿,属世界第三大锑矿山。云南的锑资源则主要分布在木利锑矿、维西格坡洛锑矿、笔架山锑矿等。

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1.2农用地锑污染现状及扩散趋势

我国丰富的锑资源在促进了工业以及医疗等领域发展的同时,也带来了一定的环境隐患。根据近年来对锑矿山周围农用地土壤的调查研究发现(表 1),土壤中的平均锑含量多集中于17.23~1 438.00 mg˙kg-1,远高于湖南省(2.98 mg˙kg-1)和贵州省(2.24 mg˙kg-1)背景值,且在不同的地方其污染程度表现出较大的区别。主要是由于废矿、炉渣堆放的缘故以及受到锑尘、烟气沉降、雨水淋溶等因素的影响,造成锑等重金属迁移至土壤之中,使得附近的河流、土壤以及植物中经常能检测到较高的锑含量。此外锑可以随大气、河流等迁移至远离污染源的地区,形成跨区域远程污染。项萌等研究发现,广西河池南丹县锑矿冶炼区土壤锑的浓度为195~2 034 mg˙kg-1,且其含量与距离冶炼厂的距离密切相关,其中在0~400 m 内急剧衰减,衰减幅度达90%,在400~2 400 m 范围缓慢衰减,影响范围可以达到很远,而在3 种不同土壤环境中(水稻田、菜地、荒地),锑含量表现为水稻田>菜地>荒地。也有研究表明,过去的30 年内,北极圈大气中的锑含量增加了50%,证实了跨区域锑污染的可能性。但调查研究发现,由于对锑污染及健康风险认识的不足以及环保治理意识较弱,矿区80%的农民只有在确实种不出农作物的时候才意识到土壤被污染了,且农用地的利用多样性较低,结构表现单一。

我国土壤锑污染特征研究进展及其富集植物的应用前景初探


1.3土壤锑形态、分布及生物有效性

锑的金属性不强,易形成锑的衍生物(锑化物、氢化物、有机锑化物等),其毒性的大小不仅与其总量有关,很大程度上还取决于其存在形态。其中单质锑的毒性高于其盐类,无机锑的毒性高于有机锑,+3 价的毒性高于+5 价(+3 价的毒性大约是+5 价的10 倍),且同等价态锑的毒性还与其化合物的形态以及晶体结构有关。锑在土壤中主要以残渣态的形式存在,占总锑的比例最高可达90%,水溶态含量最低(图 2)。

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