重金属在土壤和沉积物的空间变异性的La Zacatecana泻湖,墨西哥

文摘

全球人为活动大大增加重金属污染。由于废物管理不足,矿业是主要原因之一。在墨西哥一个特别疫区La Zacatecana泻湖,瓜达卢佩的直辖市,萨卡特卡斯。从殖民地时期到19世纪中期,大约2000万吨的矿山尾矿沉积在这个网站。这里,我们目录的重金属含量及其分布在La Zacatecana土壤和沉积物。铅在土壤的流动也化验了顺序提取。不同金属的浓度分析如下:Pb > Cr > >镍> Hg > Cd。网站八世累积最高数量的Pb (3070 mg·公斤⁻¹)7倍以上建立的限制墨西哥农业土壤(即标准。,400 mg·公斤⁻¹)。另一方面,Cd的内容,Cr、和倪在水平接受上面的规范性,37岁,280和1600 mg·公斤⁻¹,分别。汞和铅浓度最高的北北区域的泻湖和减少转向东南。除了网站八世,30%的铅是一种可互换的形式或绑定到碳酸盐,大多数Pb在洛杉矶Zacatecana土壤出现在不可用形式,与Fe-Mn氧化物有关。

1。介绍

重金属污染主要是由于人类活动,特别是矿业。提取和纯化的矿物质产生大量的固体废物(也称为矿山尾矿),降低土壤和使他们不适合农业。挖掘有助于土壤退化产生废物,通常占据了大片(1]。很多矿业废物仍然含有大量的重金属,通过改变氧化还原的环境状态。一旦进入土壤,金属可以通过积累在植物进入营养链(2),导致环境和动物的健康问题。

墨西哥是一个国家最受重金属污染的土壤,特别是萨卡特卡斯的状态,最重要的生产国的银。老矿区的矿尾矿萨卡特卡斯(位于瓜达卢佩的直辖市,萨卡特卡斯)在洛杉矶Zacatecana泻湖沉积从一开始直到第十九世纪的殖民时期。从1920年到2010年,尾矿的处理汞的复苏也发生(3,4]。自那时以来,该区域已被用于农业,特别是培养豆子和玉米,但报告积累砷和铅的组织这些植物已经出版的5]。

汞含量的研究和其他有毒金属在洛杉矶进行Zacatecana泻湖(6),但空间分布的详细评估和金属的可用性,尤其是铅、尚未进行。随着有毒金属的影响渗透在整个食物链,我们以填补空白的知识(1)确定总内容和金属在土壤和沉积物的分布模式,(2)评估土壤中铅的迁移顺序提取技术,和(3)重金属污染的生态风险评估在洛杉矶Zacatecana泻湖。

2。材料和方法

2.1。网站描述

La Zacatecana泻湖位于瓜达卢佩的直辖市(22°44′50“N, 102°28′10 W)的东南角,墨西哥(图1)和洪水扩展面积200公顷。附近的小镇拉Zacatecana约有3200居民。年平均气温16°C,平均降雨量为510毫米,在海拔2400米以上,气候干燥。

(一)

(b)

2.2。土壤采样和特征

土壤和沉积物样品聚集在2015年5月在雨季。14个样本的不同部分泻湖收集。分析之前,样品室温风干,研磨、筛分2毫米尼龙网。金属的总浓度决定根据EPA方法7000 b (7]。一夜之间,大约0.5 g的土壤和沉积物被消化HNO 10毫升₃包含在厄伦美厄烧瓶中。样品被加热在120°C 3 h。冷却后,样本过滤# 50绘画纸纤维过滤器。总金属含量的样品测定使用原子吸收分光光度法和火焰电离探测器(PinAAcle 900 h;PerkinElmer沃尔瑟姆,妈,美国)。NIST srm - 2586(微量元素在土壤中含铅油漆)作为标准参考材料(国家标准与技术研究院,马里兰州,美国)。

土壤pH值测量悬浮液与去离子水。电导率(EC)决定在水保提取使用电导仪(汉娜你好98130,组合工具,文索基特,RI,美国)。有机质(OM)是由Walkley-Black度量滴定法(8]。氧化还原电位测量potentiometrically。

2.3。重金属的空间分布

空间分布的地图金属生成克里格从采样插值数据网站使用冲浪^®9(金软件,LLC)。

2.4。Geoaccumulation指数和潜在生态风险评估

穆勒(9)提出了Geoaccumulation指数(我_地理)来评估金属污染土壤和沉积物。我_地理计算如下: 在哪里C_n土壤和金属的浓度测量B_n金属的背景值,在这种情况下,土壤中金属的平均浓度的控制站点(没有采矿业)萨卡特卡斯状态。获得的值是13,2.7,8 mg·公斤⁻¹分别为铅、汞。高水平的铬和镍(74和40 mg·公斤⁻¹分别)被发现,但Cd水平(0.9 mg·公斤⁻¹)较低。由于结石效果,1.5背景矩阵校正因子。的我_地理价值观与穆勒提出的七类(9)(表1)。


	类	污染强度

< 0	0	未受污染的
0 - 1	1	未受污染的,中度污染
1 - 2	2	中度污染
2 - 3	3	中等至严重污染
3 - 4	4	污染严重的
5 - 6	5	污染严重,非常
> 6	6	非常受污染

Hakanson [10]介绍了潜在的生态风险评估(E_国际扶轮)作为诊断工具metal-polluted环境。E_国际扶轮计算如下: 在哪里是单项潜在生态风险因素,C^我特定金属的浓度(背景参考价值),是金属毒性因子(Pb和倪= 5 = 10,Hg = 40 Cd = 30,和Cr = 2)。E_国际扶轮然后分类如下:E_国际扶轮< 150,低生态风险;150年<E_国际扶轮< 300,中等生态风险;300年<E_国际扶轮< 600年,巨大的生态风险;和E_国际扶轮> 600年,很高的生态风险。

2.5。土壤铅分离

铅测定土壤中的分馏根据Tessier五步协议(11]。交换Pb (F1)、Pb绑定到碳酸盐(F2)、Pb绑定到Fe-Mn氧化物(F3)、Pb绑定到有机物(F4)和残余Pb (F5)测定1 g的土壤。主要内容是由火焰电离原子吸收光谱法测定。

2.6。数据分析

XLSTAT软件2017.1版本是用于计算统计数据。单向方差分析测试用于确定金属内容示例站点之间的差异,其次是图基的事后考验。相关性分析是应用于寻求可能的常见金属的来源。

3所示。结果与讨论

3.1。总金属含量和土壤属性

最丰富的重金属被发现而铬、砷等中量减少(Pb > Cr > >镍> Hg > Cd)。3070 mg·公斤⁻¹Pb发现网站八世,这是七倍墨西哥参考农业土壤(400 mg·公斤⁻¹)。这里获得的总金属含量(表2与墨西哥相比)指导snom) - 147 (12)和加拿大农业土壤环境质量指导方针(CEQGs)如下:= 12,Cd = 1.4, Cr = 64, Hg = 6.6,倪= 45,Pb = 70 (mg·公斤⁻¹)[13]。汞和铅浓度高于墨西哥一些采样点参考价值,而Cd,铬,镍含量不超过规定相同的规范(37、280和1600毫克公斤⁻¹在任何网站、职责)。相反,所有采样站点Hg, CEQGs建立的浓度超过了那些,虽然Pb含量在限制(即。,70 mg·公斤⁻¹只在网站V),第六,七世。类似的情况被发现Cd、铬、镍浓度,超过了CEQGs采样点(表2)。


采样地点	Pb	作为	Hg	Cd	Cr	倪

我	94±4 e	30±0.9 cd	38±2.9美国广播公司	16±0.02 b	74±2.4	76±1.6
二世	162±42德	27±1德	公元前41±11	ND	19±0.9 efg	19.9±1.0 d
三世	121±2.7德	21。efg±1.4	15±4.8 bcd	ND	32±0.7 d	23±1.2 d
四世	72±1.8 e	19±0.8成品	18±4.3 bcd	21±0.1	64±0.4 b	60±0.7 b
V	60±9.4 e	17±1.3克	12±6.3 cd	ND	18±0.9 efg	15±0.5 e
六世	48±4.8 e	16±2.1 gh	7.9±4 d	ND	22±0.6 efg	9±0.1成品
七世	29±1.2 e	9.3±1.1 h	7.7±1.3 d	ND	19±0.6 efg	9±0.2成品
八世	3070±20	28±1.4 cde	10±0.3 cd	ND	17±1.4 efg	6±0.2克
第九	545±44 c	35±1.2摄氏度	47±11	ND	17±1.0成品	10±0.3英孚
X	742±62 b	80±1.4 b	47±8.2	ND	15±1.4克	14±0.5 e
习	88±3 e	18±0.4克	9±0.1 d	ND	25±1 def	24±0.5 d
十二世	760±71 b	101±2.8	24±0.2 abcd	8±0.1摄氏度	ab 67±3.6	74±1.4
十三世	87±6.3 e	17±0.8克	8±0.1 d	ND	25±0.7德	22±0.2 d
十四	280±31 d	26±1.3德	12±0.3 cd	ND	44±0.9摄氏度	42±0.7摄氏度

ND = nondetected。

在La Zacatecana土壤的总浓度远远低于在其他地方找到。991 mg·kg⁻¹砷发现伊斯坎德尔et al。6)是近10倍的最大内容砷创立(101 mg·公斤⁻¹)。土壤中汞的最大浓度(47个毫克公斤⁻¹)是类似于浓度由Santos-Santos et al。14)和Gavilan-Garcia et al。3)与36和mg·48公斤⁻¹,分别。

最近,Gonzalez-Davila et al。5]报道新尾矿的处理在洛杉矶Zacatecana泻湖,发现铅的浓度,,和Hg 5660, 290和506 mg·公斤⁻¹分别在网站八世。很明显,最近尾矿沉积含有更高浓度的重金属,滤出随着时间的推移,通过土壤剖面迁移到更深层的15]。由于抽样在这项研究仅限于30厘米的深度,我们不能分析这一现象。

Pb之间的相关性,为和Hg(表3)是积极的和重要的 ,表示这些元素在洛杉矶的常见来源Zacatecana泻湖土壤,可人为控制网站由于其高值比较。另一方面,Cd、铬和镍也表现出正相关,这表明这些金属不同的起源。在这方面,Cevik et al。16)和Shafie et al。17]表明,金属之间的关系可能发生显著的变化,这取决于他们的地球化学的起源,包括土壤母质和土壤类型。


金属	Pb	作为	Hg	Cd	Cr	倪

Pb	1.00	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
作为	0.86	1.00	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
Hg	0.52	0.59	1.00	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
Cd	−0.11	0.24	0.23	1.00	- - - - - -	- - - - - -
Cr	−0.19	0.01	0.02	0.74	1.00	- - - - - -
倪	0.12	0.32	0.26	0.73	0.86	1.00

; 。

碱性条件下土壤和沉积物样品(表中占了上风4)。最高的pH值(9.6)被发现在网站三世,而最小值7.7现场观察七世。高pH值降低了Pb和Cd的可用性与Fe-Mn通过复杂的土壤形成氢氧化物(18]。盐度、测量金属电导率(dS·m⁻¹)在洛杉矶Zacatecana泻湖土壤,根据美国农业部(2002)分类是正常的。


采样地点	pH值	电导率(dS /米)	有机质含量(%)	氧化还原电位(mV)

我	8.7±0.1 cd	1.7±0.1 b	4.3±0.2	−121±19 h
二世	8.5±0.1德	0.7±0.05 f	1.5±0.05英孚	12±6成品
三世	9.6±0.1	1.2±0.1 d	1.7±0.1 e	14±5 fg
四世	9±0.1 b	1.7±0.1 b	1.5±0.1英孚	公元前194±13
V	8.3±0.00 e	1±0.05 e	2.9±0.1摄氏度	26±7 f
六世	8.5±0.01德	1.3±0.05摄氏度	2.6±0.1 cd	23±4 fg
七世	7.7±0.1克	0.4±0.05克	2.3±0.1 d	86±27 e
八世	7.8±0.1克	2±0.00	1.6±0.10英孚	308±0.3
第九	8±0.05度	1±0.02 e	3.9±0.1 ab	109±3 de
X	7.8±0.05成品	1.6±0.05 b	3.6±0.1 b	149±6 cd
习	8.9±0.05公元前	1.3±0 cd	1.2±0.05 f	271±6
十二世	8.9±0.05公元前	0.8±0 f	2.4±0.05 d	202±6 b
十三世	8.9±0.05公元前	19±0	3.4±0.1 b	−6.5±8.8 fg
十四	8.9±0.05公元前	0.9±0.01 e	1.2±0.05 f	−26±10 g

在很大程度上,有机质(OM)内容决定了土壤中重金属的迁移和生物利用度。金属能形成稳定复合物与腐殖质物质存在于有机质(19]。几乎60%的抽样地点有高有机质含量的2%以上。网站我最多(OM的4.6%),而网站十四OM只有1.2%。

参数的测量,氧化还原电位变化最多,从121−308 mV。基于别人的结果(20.,21),大多数的La Zacatecana泻湖土壤和沉积物可以归类为适度减少或降低(嗯100年−至+ 400 mV)。只有网站我对应于一个高度降低土壤(嗯−121呃)。这是很重要的,因为在减少情况下,金属的可用性降低是由于形成不溶性化合物和硫化物的增加吸附的金属锰和铁氧化物(22]。在氧化条件下,金属在水中的溶解度增加,因为他们更有可能发现在自由离子形式(23]。

3.2。空间分布的金属

Pb被观察到了类似的空间分布模式,和Hg(图2)。这些金属的热点地区位于湖的北部地区。这个地区最近恰逢处置尾矿报道Gonzalez-Davila et al。5]。正如所料,重金属的分布拒绝往西南方向。相反,最大浓度的Cd,铬,镍被观察到的网站我和四世在东南地区的泻湖。正如我们前面所提到的,Cd,铬、镍呈正相关,与这些金属所示的空间分布。

(一)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

3.3。分馏的铅在土壤

顺序提取过程是用来确定可用性在洛杉矶Zacatecana样本显示Pb绑定到铁的优势——和Mn-oxides碳酸(F3)绑定分数(F2),其次是有机质相关分数(F4)(57% 19.4%和19% resp。)(图3)。显著差异()被发现在F4和F2之间。Pb的剩余部分(F5)代表总数的4.5%,而可交换的分数(F1)很低(0.1%)。

为29%,网站八世最高数量的容易mobilisable Pb (F1、F2),代表896毫克公斤⁻¹从土壤中释放的Pb矩阵。Steinnes [24]表明,Pb的可用性在很大程度上取决于土壤有机质以来百分比低pH值(< 5)Pb强烈束缚胡敏酸(25]。这个假说是在协议日期报告网站八世,曾有机物的比例最低(1.6%)和中性略微碱性博士在这些小灵通,Pb溶解度可以增加由于Pb-hydroxyl复合物的形成26]。

3.4。Geoaccumulation指数和环境风险评估

基于穆勒规模,计算我_地理Cr值、Hg、镍属于类0 - 1,表明La Zacatecana泻湖土壤不受污染的这些元素(表5)。最高的我_地理值记录是7.3 Pb现场八世,这对应于一个高度污染的土壤。我_地理值,表明La Zacatecana土壤中等至严重污染了这个元素。相比之下,Cd只是在网站,我发现,第四,和十三我_地理值显示强烈的污染,尽管Cd浓度不超过允许的最大浓度的墨西哥标准(37毫克公斤⁻¹)。


现场取样	我_地理
现场取样	Pb	作为	Hg	Cd	Cr	倪

我	2。3	2。9	1.6	3.6	−0.6	0.3
二世	3.1	2。7	1.8	ND	−2.5	−1.6
三世	2。6	2。4	0.3	ND	−1.8	−1.4
四世	1.9	2。3	0.6	3.9	−0.8	0
V	1.6	2。1	0.03	ND	−2.6	−2
六世	1.3	2。0	−0.6	ND	−2.3	−2.7
七世	0.6	1.2	−0.7	ND	−2.5	−2.7
八世	7.3	2。8	−0.3	ND	−2.7	−3.4
第九	4.8	3.1	1.9	ND	−2.7	−2.5
X	5.3	4.3	2。0	ND	−2.8	−2.1
习	2。2	2。1	−0.4	ND	−2.2	−1.3
十二世	5.3	4.7	1.0	2。6	−0.7	0.3
十三世	2。2	2。1	−0.6	ND	−2.1	−1.4
十四	3.8	2。7	−0.01	ND	−1.3	−0.5

ND = notdetected。

Hakanson的10)指导方针建议50%的抽样的网站E_国际扶轮不到300(图4)只有温和的环境风险。相比之下,其他50%的抽样地点E_国际扶轮值从369年到1336年之间躺相当大的生态风险非常高的生态risk-Sites二世和八世,分别。然而,使用国际背景值来估计污染指数会导致土壤污染程度的高估,尤其是在矿业领域父材料含有大量的金属(Karbassi et al。27])。这当然是正确的。

结果表明高浓度的铅、,以及在较小程度上的Hg La Zacatecana泻湖沉积。然而,金属热分布地图表明以上金属的积累主要定位在西北水体沉积物。因此,考虑到大多数作物的床上泻湖在旱季用于当地消费,应注意避免使用这个特定的部分用于农业。后者的可能性,以避免引入这些污染物进入食物链营养结构。

4所示。结论

基于墨西哥和加拿大农业土壤参考价值,我们的结果表明,土壤和沉积物的La Zacatecana泻湖与铅污染,污染水平最高,和Hg。发现在西北区域的研究领域。系统中最丰富的金属铅,但其高浓度可能不像看起来明显有害的因为顺序提取测试表明,Pb的大部分(76%)在一个不可用的形式绑定到铁和锰氧化物以及有机物质。基于我_地理和E_国际扶轮指标,网站八世是最污染(特别是在Pb)抽样地区的所有网站。可用高浓度的铅现场八世也可能是由于高氧化还原电位和低比例的有机质的土壤中找到这个网站。获得的结果表明,人口生活在洛杉矶Zacatecana泻湖应做Hg,,在血液和尿液和Pb级别。这是推荐作为一项安全措施丢弃可能由于重金属污染健康并发症,尤其是在儿童和老人,构成人口的最脆弱的部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突的有关这项研究的出版物。

确认

这项研究由Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACYT、墨西哥)通过项目刺穿- 214108。作者感谢劳拉山本弗洛斯大学和路易斯·e·埃尔南德斯罗德里格斯和何塞·安东尼奥·维拉Nunez Cinvestav技术援助。

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应用和环境土壤学

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