贵州省地表环境重金属空间分布特征研究*

石金芳 张瑞雪 吴 攀 韩志伟

(贵州大学资源与环境工程学院，贵阳 550025)

由于采矿、企业排放、污水灌溉和重金属制品的使用等人为因素的影响，贵州省重金属污染日趋突出。其中，重金属污染历史遗留问题尤为严重。如:万山汞矿有600多年的开采历史，是世界著名的汞产地之一，由此带来了巨大的经济效益，同时也造成了当地严重的汞污染局面［1］;黔西北土法炼锌有300多年的历史，废弃地废渣使周围土壤和水体都遭到严重污染［2］。21世纪以来，贵州省已进入重化工业时期，之后几年重化工业一直持续快速发展［3］，导致污染物和废弃物的增加。上述因素使贵州省部分区域土壤和水体均不同程度受到重金属污染和潜在威胁。因此，清楚地了解贵州省重金属污染情况尤为重要。本文通过对贵州省重金属污染相关文献和数据的收集与分析，对贵州省土壤、水体和沉积物中的重金属 Pb、Zn、Hg、As、Cd、Cu 等含量水平与空间分布特征进行了研究。

1 重金属数据来源与分析方法

本研究所用的土壤、水体和沉积物含量数据分别来自 2004—2013、2000—2013和 2007—2013年期间发表的贵州省重金属分布的相关文献［5－48］，对文献中的数据以区域为单位进行了平均处理，采用Excel2007软件进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 重金属污染种类及空间分布特征分析

贵州省重金属污染元素主要包括Pb、Zn、Cd、As、Hg、Cr、Sb、Mn 和 Tl等，Pb、Zn 污染主要分布于黔西北、六盘水地区;黔西南地区主要有Sb、As和Tl污染;黔南地区主要有Sb、As、Hg和Pb污染;Hg和Mn污染主要分布于铜仁地区(表1)。重金属污染和矿产资源的开发利用及工矿企业的分布密切相关，有明显的区域性和不均匀性。

表1 贵州省重金属污染分布

2.2 重金属污染分析

2.2.1 土壤污染分析

贵州省不同功能区表层土壤重金属含量水平见表2。不同功能区表层土壤重金属含量水平相差较大，采冶矿区Pb、Cd和Hg含量最高，最小值分别为背景值［4］的7.40、26.69 和51.00 倍，可能是其高含量的地质背景和矿产开采冶炼造成［5］。工业区和农业区Cd、Hg的含量最高，最大值分别为背景值的34.77 和18.50 倍、38.38 和 33.90 倍，工业区土壤重金属污染明显，主要受电厂、燃煤厂、铝厂、电镀厂等大型工业企业排放的废气及废水的影响［6］。农业区Cd污染相对于其他几种重金属较为严重，这可能与贵州省属于高背景土壤Cd有关，而铜仁地区土壤中的Hg处于重污染级别，这与汞矿资源的开采利用密切相关［7］。

表2 不同功能区表层土壤重金属含量 mg/kg

贵州省土/渣中主要重金属含量分布及各重金属含量分布见表3。Mn在铜仁地区含量高主要由于该区众多电解锰企业产生大量废渣，且有些未作防渗措施，造成周围的环境受到严重影响［8］。Pb、Zn、As、Cd、Cu在黔西北地区含量较高，主要是由于历史上铅锌矿产开采以及土法冶炼过程中，高温熔融将重金属从矿物晶格中释放出来造成［5］。铜仁万山汞矿区土壤重金属Hg含量远超过地球化学背景值，研究表明，此地区总汞量最高达790.00 mg/kg，甲基汞含量为0.13～15μg/kg，远远高于对照区土壤甲基汞含量0.10 ～0.28 μg/kg［9］。由于矿山长期的开采和冶炼以及高背景地质，当地的植被、农作物、动物中存在明显的汞蓄积，整个生态系统已经受到汞污染的严重威胁，并对相关人群的健康造成危害［10］。贵州省黔西南地区由于富含高砷煤矿、锑矿的开采冶炼原因，大量的As、Sb及密切共生的有毒微量元素(As、Cu、Zn、Pb 等)被带到地表［11～12］，使土/渣中 As、Cu、Pb、Zn 的含量较高，以 As和 Cu 最为严重，最高分别达953.44 mg/kg 和1 824.90 mg/kg。

表3 摇贵州省典型区域土/渣中重金属含量 mg/kg

2.2.2 地表水污染分析

为了更好地了解贵州省典型重金属污染区地表水在国内的污染水平，本文将贵州省的地表河流和国内典型湖泊中的几种重金属含量作了对比分析(表4)。研究表明，矿产资源开采利用后，地表径流将各种重金属带入河流，造成污染区内地表河流各重金属含量远远高于其他湖泊水体［15～17］。

贵州省毕节地区，受杉树林铅锌矿选矿厂排水的影响，周边河流水中Pb含量高达6 780μg/L［18］，平均值达231.69μg/L，远高于百花湖、红枫湖、鄱阳湖等湖库水体。在受炼锌废渣堆和铅锌选矿厂等影响的采样点，重金属含量明显比其他采样点高，Zn和Cd的最高含量分别为14 325μg/L和178.5μg/L，平均含量分别是GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅲ类水质标准值(100μg/L、5μg/L)的1.91和2.84倍，说明毕节赫章土法炼锌及铅锌选矿等矿业活动对周围水环境造成了很严重的污染［19］。地表水汞的含量在贵州万山汞矿区高达9.26μg/L，其中主要存在颗粒态汞，占总汞比率大于99%，溶解态汞在炉渣附近水体含量偏高，远离炉渣区域水体含量偏低，活性汞与溶解态汞含量变化相似，而活性汞含量的高低会直接反应水体中汞的活动性能和汞的甲基化能力，由此会直接危及当地居民的身体健康［9］。在兴仁的高砷煤矿区，矿物的开采和利用导致矿区水体和地下水中产生严重的砷污染，最高值达 2 680.2 μg/L［11］。

在湖库水体中，红枫湖的Pb、Zn、Cd含量相对于其他湖泊较高，可能是因为周围水体有新的污染源(红枫湖为贵州铁铝合金厂排水处)。

2.2.3 沉积物污染分析

贵州省典型重金属污染区河流表层沉积物重金属含量远远高于其他湖库及土壤背景值(表5)，亦远远高于其他地区和国家的重金属质量基准值(表6)，说明这些区域受人类活动影响严重。其中，受铅锌废渣堆和铅锌选矿厂的影响，其周围河流沉积物的 Pb、Zn、Cd 含量分别高达11 868.03 mg/kg、17 671.71 mg/kg、141.54 mg/kg［19］。而贵州东部是著名的汞都，受汞矿开采、冶炼以及燃煤和化工工业排放等因素的影响，沉积物中汞的含量最高达2.4 mg/kg［21］。贵州高砷煤矿区含砷硫化物的风化以及流向下游的矿山水体中未被吸附/共沉淀的水溶态砷蓄积下来，使沉积物中砷含量高达 447.90 mg/kg［11］。

草海沉积物中各重金属含量明显高于背景值，出现了不同程度的富集，其中Cd尤为严重，其次为Hg，一方面草海位于贵州西部的Cd、Hg高背景值区域;另一方面主要是草海周边及邻县曾存在的土法炼锌工艺所致［22］。百花湖7种重金属的污染顺序为:Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Zn＞Cr，其中，Hg的生态危害性最大，这和百花湖周边煤矿的开采有直接关系［23］。红枫湖中各种重金属含量都处于不同污染水平，而Hg污染最为严重，研究表明，工业污染物的排放是其主要来源［24］。总体来说，贵州省湖库沉积物重金属含量除草海中Zn、Cd以外，其他都处于PEL与ISQV－high之内。

综上，贵州省典型重金属污染区内土壤、水体、沉积物都明显的受到各重金属不同程度的污染;开采矿区及工矿企业周围地表水重金属污染明显，水体污染程度呈现随离污染源的距离增大而减小的趋势;贵州省湖库水重金属含量和国内其它湖库处于同一水平;沉积物中重金属含量都高于国内外的沉积物重金属质量基准值。所以，贵州省重金属污染受矿产资源开发利用以及工业排污等人类活动影响相当严重。

表4 摇地表水中不同重金属含量对 ug/ L

表5 摇不同水体沉积物中典型重金属含量对 mg/kg

表6 部分国家和地区沉积物重金属质量基准值［23］mg/kg

3 结论

(1)贵州省重金属污染分布受矿产资源的开发利用及工矿企业的影响，有明显的区域性和不均匀性。Pb、Zn污染主要分布于黔西北地区;黔西南地区主要有Sb、As和Tl污染;黔南地区主要有Sb、As、Hg和Pb污染;Hg和Mn污染主要分布于铜仁地区。

(2)不同功能区表层土壤重金属含量水平相差较大，土/渣中重金属含量较高主要受矿产资源的开发利用影响。

(3)地表水体受矿山开采及涉重企业排污的影响，局部地区重金属含量超标;河流水体重金属含量普遍高于湖库水体;贵州省湖库水体和国内其他典型湖库水体重金属含量处于同一水平。

(4)贵州省河流表层沉积物重金属含量受人类活动影响远远高于其他湖库及土壤背景值，湖库表层沉积物受周围矿山开采及涉重企业排污的影响，重金属含量普遍较高。

［1］丁振华，王文华，瞿丽雅，等.贵州万山汞矿区汞的环境污染及对生态系统的影响［J］.环境科学，2004，25(2):111－114.

［2］林文杰，肖唐付，敖子强，等.黔西北土法炼锌废弃地植被重建的限制因子［J］.应用生态学报 ，2007，18(3):631－635.

［3］张晓阳.重化工业阶段贵州工业发展的战略选择［J］.贵州财经学院学报，2005，2:66 －69.

［4］王云，魏复盛，杨国治，等.土壤环境元素化学［M］.北京:中国环境科学出版社，1993:52－251.

［5］李海英，顾尚义，吴志强，等，黔西北土法炼锌矿区重金属污染现状及其环境影响评价［J］.中国环境监测，2009，25(1):55 －59.

［6］邓秋静，宋春然，谢锋，等.贵阳市耕地土壤重金属分布特征及评价［J］.土壤，2006，38(1):53－60.

［7］吉玉碧，谢锋，谭红，等.基于GIS的贵州省农业土壤环境质量评价［J］.贵州农业科学，2006，34(1):15 －17.

［8］杨爱江，吴维，袁旭，等.电解锰废渣重金属对周边农田土壤的污染及模拟酸雨作用下的溶出特性［J］.贵州农业科学，2012，40(3):190 －193.

［9］仇广乐.贵州省典型汞矿地区汞的环境地球化学研究［D］.贵阳:中国科学院地球化学研究所，2005.

［10］丁振华，王文华，瞿丽雅，等.贵州万山汞矿区汞的环境污染及对生态系统的影响［J］.环境科学，2004，25(2):111－114.

［11］吴攀.贵州高砷煤矿区环境中砷的地球化学［M］.贵阳:贵州科技出版社，2013:32－46.

［12］单晓燕，胥思勤.贵州晴隆大厂锑矿区周围土壤重金属污染状况的分析与评价［J］.贵州大学学报(自然科学版)，2011，28(1):132 －135.

［13］张一修，王济，张浩.贵阳城区土壤重金属的空间分布特征及污染评价［J］.贵州师范大学学报(自然科学版)，2011，29(4):20 －25.

［14］宋春然，何锦林，谭红，等.贵州省农业土壤重金属污染的初步评价［J］.贵州农业科学，2005，33(2)13 －16.

［15］张国平，刘丛强，杨元根，等.贵州省几个典型金属矿区周围河水的重金属分布特征［J］.地球与环境，2004，32(1):82－85.

［16］李平，冯新斌，仇广乐.贵州省务川汞矿区汞污染的初步研究［J］.环境化学，2008，27(1):96 －99.

［17］卢莎莎，顾尚义，韩露，等.都柳江水体－沉积物间锑的迁移转化规律［J］.贵州大学学报(自然科学版)，2013，30(3):131 －136.

［18］张国平，刘丛强，杨元根，等.碳酸盐岩地区铅锌矿山水系中铅、锌、铜的迁移及其硫同位素示踪［J］.矿物学报，2002，22(3):249 －254.

［19］彭德海，吴攀，曹振兴，等.赫章土法炼锌区水－沉积物重金属污染的时空变化特征［J］.农业环境科学学报，2011，30(5):979 －985.

［20］田林锋，胡继伟，秦樊鑫，等.重金属元素在贵州红枫湖水体中的分布特征［J］.中国环境科学 2011，31(3):481－489.

［21］吴迪，陈浒，李存雄，等.乌江流域沉积物重金属污染特征及生态危害评价［J］.土壤通报，2010，41(5):1180－1183.

［22］林绍霞，张清海，郭媛，等.贵州草海沉积物重金属污染特征及潜在生态风险分析［J］.农业环境科学学报2012，31(11):2236 －2241.

［23］田林锋，胡继伟，罗桂林，等.贵州百花湖沉积物重金属稳定性及潜在生态风险性研究［J］.环境科学学报，2012，32(4):885 －894.

［24］刘峰，胡继伟，秦樊鑫，等.红枫湖沉积物中重金属元素溯源分析的初步探讨［J］.环境科学学报，2010，30(9):1871－1879.

［25］蒋雪芳.贵州省铅锌矿渣污染场地治理效果评价方法研究［D］.贵阳:贵州大学，2014:38－52.

［26］吴攀，刘丛强，杨元根，等.土法炼锌废渣堆中的重金属及其释放规律［J］.中国环境科学，2002，22(2):109～113.

［27］敖子强，严重玲，林文杰，等.防止土法炼锌废渣充填场地重金属污染复垦技术［J］.农业工程学报，2009，25(12)，285 －290.

［28］蒋雪芳，吴攀，张瑞雪，等.贵州省六盘水大湾镇铅锌矿渣堆场重金属污染评价［C］.中国环境科学学会学术年会论文集(2013).

［29］杨元根，刘丛强，张国平，等.铅锌矿山开发导致的重金属在环境介质中的积累［J］.矿物岩石地球化学通报，2003，22(4):305 －309.

［30］陈安宁.土法炼锌环境中镉污染行为研究［D］.贵阳:贵州大学，2005.

［31］曾昭蝉.万山汞矿区环境介质中汞的时空变化及形态特征［D］.贵阳:贵州大学，2012.

［32］刘鹏，吴攀，陶秀珍，贵州丹寨汞矿土壤汞含量的变化趋势［J］.环境科学与技术，2005:9－10.

［33］孙嘉龙，肖唐付，邹晓，等.黔西南滥木厂铊矿化区铊污染的微生物效应［J］.地球与环境，2009，30(1):62－65.

［34］李冰，张朝晖.贵州烂泥沟金矿区苔藓植物及其生态修复潜力分析［J］.热带亚热带植物学报，2008，16(6):511～515.

［35］刘宏，吴攀，张翅鹏.高砷煤矿废水灌溉区土壤砷的分布特征探究［J］.环境科学与技术，2010，33(8):57－61.

［36］杨爱江，吴维，袁旭，等.电解锰废渣重金属对周边农田土壤的污染及模拟酸雨作用下的溶出特性［J］.贵州农业科学，2012，40(3):190 －193.

［37］钱晓莉，冯新斌，闭向阳，等.贵州省草海表层水体和沉积物间隙水中汞的含量和形态分布初步研究［J］.湖泊科学，2008，20(5):563 －570.

［38］张维.百花湖流域的汞污染及其对策［J］.贵州环保科技，2000，3:23 －28.

［39］田林锋，胡继伟，秦樊鑫，等.基于统计的百花湖表层水中重金属分布特征［J］.环境科学研究，2011，24(3):259－267.

［40］李鸣，刘琪璟.鄱阳湖水体和底泥重金属污染特征与评价［J］.南昌大学学报(理科版)2010，34(5):486 －489.

［41］陈璐璐，周北海，徐冰冰，等.太湖水体典型重金属镉和铬含量及其生态风险［J］.生态学杂志，2011，30(10):2290－2296.

［42］范成五，张邦喜，秦松，等.贵州麦西河沉积物及土壤中重金属分布特征及污染评价［J］.湖北农业科学，2012，51(20):4485 －4490.

［43］彭景权，肖唐付，李航，等.黔西南滥木厂铊矿化区河流沉积物中重金属污染及其潜在生态危害［J］.地球与环境，2007，35(3):247 －254.

［44］李晓铭，赵世民，王道玮，等.滇池表层沉积物中重金属污染特征及评价［J］.地球与环境，2013，41(6):647－655.

［45］胡春华，李鸣，夏颖.鄱阳湖表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价［J］.江西师范大学学报(自然科学版)，2011，35(4):427 －430.

［46］袁和忠，沈吉，刘恩峰.太湖重金属和营养盐污染特征分析［J］.环境科学，2011，32(3):649 －657.

［47］陈春霄，姜霞，战玉柱，等.太湖表层沉积物中重金属形态分布及其潜在生态风险分析［J］.中国环境科学2011，31(11):1842 －1848.

［48］郭义龙，林壹兵，胡少宜.漳州市农业土壤重金属现状、分析及防治［J］.土壤，2003:131－135.