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黔西北地区是贵州省土法炼锌较为集中地带,冶炼历史较为悠久,尤其是赫章-威宁一带。虽然土法炼锌具有技术要求低、操作简单、投资少、灵活性较强等优点,但由于其回收率较低而造成了大量的资源浪费(炉渣中重金属含量高),而且炉渣随意堆积,炉渣中重金属对周边环境造成了严重的污染。此外,前人对土法炼锌炉渣对环境影响主要集中在横向表面土体、水体的影响研究,而在垂向上重金属迁移对环境影响的研究较少,尤其是利用Cd和Pb同位素示踪在垂向上重金属迁移的研究。为了更好地了解该区域重金属环境污染问题以及重金属在垂向上的迁移情况,本研究以黔西北土法炼锌区不同堆放点的土壤剖面及其周围生长的植物为研究对象,重点研究炉渣中重金属垂向上的迁移特征,系统的开展炉渣堆积区土壤剖面、炉渣及其周围植物中重金属、Cd和Pb同位素分布及迁移研究,并取得以下认识:(1)碎屑岩和碳酸盐岩分布区,土法炼锌炉渣中多数As、Cd、Pb和Zn在其覆盖的土壤剖面中发生明显地迁移,尤其是其表层土壤受到炉渣中重金属的影响最为明显;但不同基岩分布区的剖面土壤中这些重金属受炉渣的影响程度和深度各不相同。碎屑岩分布区,炉渣覆盖的剖面(DFHHLPM1)土壤中As、Cd、Pb和Zn可能受到炉渣中这些重金属向下迁移的影响,但它们的影响深度和程度不同(土壤中As受炉渣影响深度为30 cm左右、Pb的影响深度为50 cm左右、整个剖面中Cd和Zn受到影响);Cr、Cu和Hg未受到炉渣中这些重金属的影响或其影响程度很小。对照剖面(DFHHLPM2)中仅土壤的Cu和表层土壤的Zn以及30 cm以内土壤的Cd较为富集,受到一定程度的污染;其他重金属不富集。碳酸盐岩分布区,炉渣覆盖的剖面土壤中Cd、Pb和Zn可能受到炉渣中这些元素的影响程度不同,在剖面表层或上部几层土壤中呈现一定的富集。Pb-Zn采矿区附近土壤剖面中Cd、Pb和Zn呈明显富集,这可能受母岩矿化的影响。(2)炉渣中重金属不但会污染其周围土壤,而且还会污染生长在炉渣或周围土壤中的植物。研究区炉渣中As、Cd、Cu、Pb和Zn存在污染风险(尤其是As、Cd和Pb污染风险高),掺有炉渣的耕土中As、Cd、Pb和Zn存在污染风险(尤其是Cd和Pb),炉渣堆周边未掺有炉渣耕土中Cd和Cu存在污染风险。另外,炉渣分布区灯心草和艾蒿中As、Cd和Pb含量明显超过中药材重金属限量标准,受到明显的污染。马铃薯和玉米谷粒中部分重金属超过它们的食品限量值,受到一定的重金属污染,但玉米谷粒中Se和Zn含量整体较为丰富。此外,灯心草中206Pb/207Pb比值均在1.20以内且与炉渣相近,说明灯心草中Pb主要源于炉渣。土法炼锌区灯心草中δ114/110Cd和δ112/110Cd值变化趋势都是地上部分>地下部分,说明灯心草根系能富集较轻的Cd同位素。(3)碎屑岩分布区炉渣和剖面系统中Pb和Cd同位素研究表明,整个DFHHLPM1剖面(覆盖有炉渣的)土壤中Pb和Cd分别受到其顶部覆盖的炉渣中向下迁移Pb和Cd的影响,尤其是该剖面中Cd和50 cm以内土壤中Pb;且剖面土壤受到炉渣Pb和Cd的影响程度整体上随着土壤深度的增加而逐渐减弱。而没有炉渣堆积的对照剖面(DFHHLPM2)中Pb和Cd主要源于母岩风化,除表层土壤中Pb和30cm以内土壤中Cd可能还受人为活动影响外。(4)碳酸盐岩分布区炉渣和剖面系统中Pb和Cd同位素研究表明,JZLMCPM3剖面土壤中的Pb和Cd含量主要源于自然来源,仅剖面上部50 cm以内的土壤中Cd明显受到炉渣中Cd向下迁移的影响;并且该剖面土壤中Pb和Cd受到炉渣向下迁移Pb和Cd的影响整体上随着土壤深度的增加而逐渐减弱。然而,该剖面中部分重金属(如As、Cd、Pb和Zn等)含量较高(达到不同程度的富集)。说明土壤中部分重金属主要继承基岩中这些元素含量特征,这可能与碳酸盐岩具有重金属高地质背景有关。此外,Pb-Zn采矿区附近JCPPM剖面土壤中Cd和Pb含量比炉渣堆放区土壤的高,但其主要源于自然来源,这可能与地质背景异常(铅锌矿化基岩风化)有关。