铅锌矿区土壤重金属污染特征及污染风险评价

何绪文，王宇翔，房增强，崔晓宇,3，张斯宇

1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京　100083 2.工业和信息化部国际经济技术合作中心，北京　100846 3.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京　100012



铅锌矿区土壤重金属污染特征及污染风险评价

何绪文1，王宇翔1，房增强2，崔晓宇1,3，张斯宇1

1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京100083 2.工业和信息化部国际经济技术合作中心，北京100846 3.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京100012

为研究铅锌矿区土壤重金属的环境污染特征并评价其风险，以湖南省某铅锌矿区土壤为研究对象，利用X射线衍射谱(X-ray diffraction，XRD)分析土壤矿物组成，在微波消解土壤样品后采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测重金属浓度，利用欧洲共同体修正(BCR)法分析土壤中重金属赋存形态，最后开展了土壤重金属污染潜在生态风险评价。结果表明：矿区土壤成分主要包括石英、长石、高岭石、蒙脱石等；土壤重金属污染水平为Zn>Pb>Ni>Cd>Cu>Cr>As；土壤重金属中以残渣态存在所占比例最高的是Ni，酸可提取态所占比例最高的是Zn；土壤重金属的污染指数及潜在生态风险指数整体偏高，单因子污染指数最高的是Cd，内梅罗综合污染指数为1 472.98；生态风险指数最高的重金属为Cd，生态风险综合指数(RI)高达25 380.63，超过高生态风险阈值211.51倍。

湖南省；土壤污染；重金属；浸出特性；欧洲共同体修正(BCR)法；污染指数；潜在生态风险

重金属作为持久性潜在有毒污染物[1]，一旦进入环境后，因不能被生物降解而长期存在于环境中且不断积累，危及人体及生态安全[2-4]。矿山的长期开采以及矿渣的随意堆放，会对当地环境造成严重的重金属污染，重金属毒害成为矿区普遍存在的问题[5-6]，不仅影响矿山自身发展，且影响矿山周边地区的群众生活和农业生产[7]。因此，分析研究铅锌矿区土壤重金属污染特征和评价其生态风险对于矿区环境保护及指导矿区土壤修复都具有重要意义。

近年来，重金属污染问题正成为不同土地类型及其利用的研究热点。范拴喜[8]以宝鸡市长青镇冶炼厂周围农田土壤为研究对象，分析其重金属的空间分布，选用地积累指数法、内梅罗综合污染指数法和Hkanson生态风险法对其污染状况评估；石宁宁等[9]以苏南某农药工业园区周边30 km2区域为研究区，研究了土壤重金属浓度并评价了其风险；孙慧珍等[10]以9种人工林为对象，对林地土壤的重金属浓度及污染指数进行了分析；李继宁等[11]以锑矿区土壤重金属为研究对象，对其中重金属的生物可给性进行了分析，同时评价了人体健康风险；赵淑苹等[12]以大庆市及黑龙江省土壤背景值和国家土壤环境质量标准为对照，对比分析大庆市不同土地利用类型中重金属浓度变化规律，并进行了生态危害评价；张霖琳等[13]测定汀江某河段底泥样品中重金属的浓度，通过地积累指数法和潜在生态危害指数法对底泥重金属污染进行综合评价；田林峰等[14]以贵州红枫湖为研究对象，分析了该湖中重金属的浓度分布特征，并分析对其表层沉积物中重金属生态风险，发现Cd和Hg的潜在危害性最强，直接影响到整个湖区的生态风险。但随着金属赋存形态被引入环境领域后，用重金属总量的高低来衡量其生态风险并不确切[15]。孙海等[16]利用Tessier逐级提取法分析了林下参土的重金属形态及其生态风险。常用的形态分析方法包括Tessier[17]逐级提取法和欧洲共同体修正(BCR)[18]逐级提取法，Tessier法分级更详细，BCR法相对简单但重现性好。将基于重金属总量污染的污染水平及潜在生态风险与土壤中重金属赋存形态相结合，更能准确反映污染情况。与此同时，我国铅锌矿产资源比较丰富，生产能力、消费量、出口量都居世界前列，是我国的优势矿种，加强对铅锌矿造成的重金属污染研究具有重要的实际意义。以湖南省某铅锌矿为研究区域，对区域内土壤中重金属浓度及形态进行了分析，运用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法对土壤重金属进行污染评价，同时探讨了潜在生态风险，以期为矿区的环境保护及治理提供合理的科学依据。

1　材料与方法

1.1研究区域概况

研究区域位于素有“湘西门户”之称的湖南省西北部怀化市北端的沅陵县，全县总面积5 852 km2，地理坐标为110°05′31″E～111°06′27″E，28°04′48″N～29°02′26″N。沅陵县属中亚热带季风湿润气候区，主要气候特点为四季分明、热量充足、雨水集中、严寒期短、暑热期长、夏秋多旱，年平均降水量为1 440.9 mm。矿区位于麻溪铺镇沅江附近，研究区域如图1所示。

图1　研究区域示意Fig.1　Sketch map of study area

1.2样品采集与分析

根据研究区域内地势及现场实际情况确定8处采样区域，每个采样区域内利用蛇形布点法随机设置3个采样点，剔除地表杂物用铁锹进行取样，样品采集深度为0～20 cm，采集质量为1 kg，所有样品均密封保存在自封袋内带回实验室。样品自然风干后，置于烘箱内于40 ℃下烘干，将所有样品均单独充分混匀，研磨过筛(100目)，用四分法处理试验用样品，留存备用。

以X’Pert Pro型X-射线衍射粉末分析仪(Panalytical公司,荷兰)进行化合物的光谱分析，试验条件：电压为40 kV，电流为40 mA；采用封闭式铜靶射线源，石墨单晶干涉器；样品为粉末状，经处理后以2θ为10.000 1°～80.003 1°进行扫描，间隔为0.02°，扫描速度为2(°)min。

称取样品0.2 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，滴加2～3滴去离子水润湿，加6 mL 65%的硝酸、6 mL 40%的氢氟酸及2 mL 37%的盐酸，设定微波消解程序消解，消解后在电热板上加热赶酸，冷却后加1%硝酸定容至50 mL，于4 ℃下保存待测。重金属元素化学形态分析采用BCR法：1)酸可提取态，称取0.50 g土壤到50 mL离心管中，加入20 mL浓度为0.11 molL醋酸(HOAc)，室温下振荡16 h，在3 000 rmin离心20 min，取上清液待测，残渣留存；2)可还原态，向第1步的残渣中加0.5 molL的NH2OH·HCl(盐酸羟胺)溶液20 mL，室温振荡16 h，在3 000 rmin离心20 min，取上清液待测，残渣留存；3)可氧化态，向第2步的残渣中加30%的H2O25 mL，室温反应1 h，偶尔振荡，(85±2)℃下水浴硝化1 h，蒸发至体积少于2 mL，补加5 mL H2O2，重复操作，体积减少到大约1 mL，冷却后加1.0 molL NH4OAc溶液25 mL，室温下振荡16 h，在3 000 rmin离心20 min，取上清液待测，残渣留存；4)残渣态，方法同全量检测方法。所有试验均设置3组平行试验。所用样品中重金属浓度采用iCAP6000 SERIES型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)进行检测。

数据分析过程中，X射线衍射谱(X-ray diffraction，XRD)物相分析和鉴定结果输出采用X’Pert HighScore软件，XRD图谱及数据分析图采用Origin 8.5绘制。

1.3土壤重金属污染评价

1.3.1单因子污染指数法

单因子污染指数法是国内外普遍采用的对土壤中某一污染物的污染程度进行评价的方法之一[19]，其计算公式为:

Pi=ciSi

(1)

式中：Pi为土壤中污染物i的单因子污染指数；ci为污染物i的实测浓度，mgkg；Si为污染物i的评价标准，mgkg。

1.3.2内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法可全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，也突出了污染最严重的污染物给环境造成的危害[15]，其计算公式为:

(2)

式中：P为监测点的内梅罗综合污染指数；Pjmax为j监测点污染物单因子污染指数中的最大值；Pjave为j监测点所有污染物单因子污染指数平均值。依据单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法可将土壤重金属污染划分为5个等级，如表1所示。

表2为GB 15618—1995《土壤环境质量标准》，选用国家土壤质量二级标准作为评价标准。

表1　土壤重金属污染分级标准

1.4土壤重金属潜在生态风险

沉积物重金属潜在生态风险评价采用瑞典科学家Hakanson提出的评价方法[20]，该方法综合考虑了多元素协同作用、毒性水平、污染物浓度以及环境对重金属污染敏感性等因素，消除了区域差异及异源污染的影响，在沉积物重金属污染质量评价方面应用广泛[21-22]，其计算公式如下：

(3)

(4)

表2　《土壤环境质量标准》各级标准限值

Table 2　Environmental standard for soils　mgkg

表2　《土壤环境质量标准》各级标准限值

重金属一级自然背景(pH)二级pH<6.56.5≤pH≤7.5pH>7.5三级pH>6.5Cd0.20.30.30.61As1540302540Cu3550100100400Pb35250300350500Cr90150200250300Zn100200250300500Ni40405060200

(5)

表3　不同重金属的毒性响应系数

表4　不同生态风险水平的划分

2　结果与分析

图2　土壤样品的X射线衍射谱Fig.2　X-ray diffraction patterns of soils

铅锌矿渣土的XRD图谱见图2。由图2可知，该样品主要矿物质成分包括石英(quartz)、长石(feldspar potassian)、高岭石(kaolinite)、蒙脱石(montmorillonite)等。浓度最高的无机矿物质成分是石英，石英是最稳定的硅酸盐，即二氧化硅(SiO2)，晶体属三方晶系的氧化物矿物，对金属离子的吸附能力较弱[23]；长石族矿物属于架状结构硅酸盐，具有明显的孔道结构矿物特征；高岭石属于黏土矿物，主要是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物；蒙脱石晶体属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物。

土壤的矿物组成相对复杂，但不同类型的土壤含有的基本矿物相同，隽英华等[24]对4种不同典型土壤类型进行了矿物成分分析，发现其基本矿物成分是石英，与本研究结果一致。根据土壤类型的不同，可能会含有不等量的蒙脱石、高岭石及云母等成分，本研究土壤类型为壤土，除石英外主要成分为高岭石、蒙脱石和长石等。

2.1重金属污染水平

对采集的24个样品进行检测分析，土壤中重金属浓度统计结果如表5所示。

表5　土壤中重金属浓度统计分析结果

从表5可以看出，Zn浓度为367.94～6 228.72 mgkg，Pb浓度为147.45～1 964.25 mgkg，Cd浓度为106.28～711.98 mgkg，Cr浓度为70.16～293.56 mgkg，Cu浓度为33.09～666.47 mgkg，Ni浓度为131.55～2 045.90 mgkg，As浓度为1.52～128.03 mgkg，各重金属平均浓度为Zn>Pb>Ni>Cd>Cu>Cr>As。铅锌矿区周边土壤重金属累积平均浓度均高于中国土壤元素背景值，这主要是因为Pb和Zn在开采冶炼过程中，会大量侵入周围土壤环境中，Cd是伴生元素，因此其浓度也远高于背景值。由表5的偏度和峰度系数可知，除Cu外，Ni、Cr、Zn、Pb、As和Cd的浓度基本服从正态分布，Cu浓度主要是正偏态，右侧尾部较长。从变异系数分析，该铅锌矿区土壤中的7种重金属的变异系数整体较低，其中Cr的变异系数为38.47%，属于低等变异强度，分布较均匀；其余几种重金属的变异系数均为40%～100%，属于中等变异强度。表明土壤中重金属分布不均匀，具有明显的离散性，这说明该区域内土壤重金属浓度分布受到外部行为影响。

当土壤中的重金属浓度明显偏高，与本地土壤重金属背景值差别很大，且不同重金属的来源较为相近时，那么污染可能来源于矿山开采、矿石冶炼、矿区废水排放、废渣堆积以及尾矿淋滤等，重金属通过降尘、淋滤、残渣等方式进入到矿区土壤中；个别重金属与其他重金属有较大差别时可能来源于岩石风化[25]。因此，矿区及冶炼厂等周围的土壤极易受到污染[26-27]，且污染水平一般较高。

2.2重金属形态分析

化学形态连续提取法(sequential extraction procedure, SEP)是基于重金属与土壤表面结构或土壤中组分及其他基团结合强度的不同[28]，利用一系列提取剂对重金属在土壤中的存在形态进行划分，通过连续提取法可以更好地揭示重金属在土壤中的存在特性。对样品进行BCR逐级提取，土壤重金属形态分布见图3。

图3　土壤重金属形态分布Fig.3　Distribution of heavy metal fractions in soils

由图3可知，矿区土壤重金属赋存形态所占比例差别很大：Cd、Pb和Zn 3种重金属特征类似，残渣态所占比例低而酸可提取态所占比例高，酸可提取态所占比例最大的重金属是Zn，达71.84%；As、Cr和Ni 3种重金属的残渣态所占比例较大且均超过50%，重金属Ni的残渣态所占比例最高，达76.11%；Cu主要是以可氧化态存在。可交换态所占比例为Cd>Zn>Pb>Cu>As>Cr>Ni，可交换态重金属容易迁移和转化，被植物体吸收，造成对人体或自然的危害，应提高重视。

土壤中存在不同的矿物成分，不同矿物成分拥有独特的结构，石英的基本结构单元为硅氧四面体，表面只暴露桥氧和≡Si—O-1，金属离子在石英表面有2种吸附构型：1)每个金属离子羟基络合物多面体与包含≡Si—O-1官能团上的硅氧四面体共顶点相连；2)每个金属羟基络合物多面体以一条棱上的2个顶点连接石英表面2个相邻硅氧四面体的顶点(≡Si—O-1官能团上的非桥氧)[23]。长石是架状结构硅酸盐矿物，其硅氧四面体骨干中四配位的铝部分取代硅，取代的结果使骨干中连铝桥氧多带负电荷，金属离子可以产生离子交换位吸附或空位产生吸附。重金属在土壤中以不同的方式或形态存在，是其在连续提取试验中呈现出不同提取态的原因。

2.3土壤重金属污染评价分析

基于检测分析结果，利用单因子污染指数法〔式(1)〕和内梅罗综合污染指数法〔式(2)〕评价土壤重金属污染情况，得到土壤重金属污染评价指数，如表6所示。由表6可知，铅锌矿区土壤中不同重金属已经对土壤环境产生了不同程度的污染，各重金属导致的污染程度为Cd>Pb>Zn>Ni>Cu>As>Cr，单因子污染指数整体偏高，土壤受重金属污染十分严重，除了Cr污染等级为土壤轻度污染外，其他元素均为重度污染。其中污染程度最严重的Cd的单因子污染指数为2 083.11，是土壤受污染严重单因子限值的694.37倍。该铅锌矿区内土壤重金属的内梅罗综合污染指数为1 472.98，是土壤综合受污染严重限值的490.99倍，该区域土壤整体上受多种重金属综合污染严重。

表6　土壤重金属污染评价指数

2.4土壤重金属潜在生态风险分析

表7　土壤重金属潜在生态风险指数

分析发现，尽管是污染浓度很高的重金属，其污染水平和潜在生态风险评价仍存在差异。产生差异的原因是不同重金属的毒性响应系数不同，对于毒性效应高的重金属，尽管其富集倍数较低，但潜在生态风险仍然很高；反之，如果重金属的毒性响应系数较低，其富集倍数较高时也依旧可能存在较小的潜在生态风险。如Zn作为一种重要的植物营养元素，其毒性响应系数最小(为1)，因而其生态风险随之降低[27]。当重金属的毒性效应高时，生态风险上升迅速，反之变化趋势缓慢，这使得不同重金属在生态风险中的排序相较富集倍数略有差异。另外，应该重视对矿区土壤中重金属赋存形态的研究，不同的存在形态可能会影响到重金属的危害程度，笔者利用BCR连续提取法对土壤重金属进行分析，发现酸可提取态所占比例最高的元素为Cd、Pb、Zn，因此在该区域潜在生态风险及环境保护治理方面应更加重视土壤中这3种重金属。

3　结论

(1)矿区土壤中各重金属平均浓度为Zn>Pb>Ni>Cd>Cu>Cr>As，重金属平均累积浓度均高于中国土壤元素背景值；从偏度和峰度系数可知，除Cu外，Ni、Cr、Zn、Pb、As和Cd的浓度基本服从正态分布；土壤中7种重金属的变异系数除Cr外，均属于中等变异强度，表明土壤中重金属分布不均匀，具有明显的离散性，证明该区域内土壤重金属浓度分布受到外部行为影响。

(2)通过BCR法对重金属形态分析发现，矿区土壤中不同重金属的赋存形态差别较大，可交换态所占比例为Zn>Pb>Cd>Cu>Ni>As>Cr，可交换态重金属容易迁移和转化，造成对人体或自然的危害。其中Ni、As和Cr的残渣态所占比例均超过50%，Ni残渣态所占比例最高，达76.11%，存在形式较为稳定。

(3)通过单因子污染指数分析发现，各重金属污染指数为Cd>Pb>Zn>Ni>Cu>As>Cr，其中除Cr污染等级为轻度污染外，其他重金属均为重度污染；内梅罗综合污染指数为1 472.98，是土壤综合受污染严重限值的490.99倍，表明该区域土壤整体上受多种重金属综合污染严重。

(4)土壤中各重金属潜在生态风险为Cd>Pb>Ni>As>Cu>Zn>Cr，生态风险指数最高的重金属为Cd，达24 997.33，属于极高生态风险，超出极高风险阈值312.47倍；RI高达25 380.63，超出高生态风险阈值211.51倍。

[1]REYNDERS H,BERVOETS L,GELDERS M,et al.Accumulation and effects of metals in caged carp and resident roach along a metal pollution gradient[J].Science of the Total Environment,2008,391(1):82-95.

[2]CHOPIN E I,ALLOWAY B J.Trace element partitioning and soil particle characterisation around mining and smelting areas at Tharsis,Ríotinto and Huelva,SW Spain[J].Science of the Total Environment,2007,373(3):488-500.

[3]ZHENG N,LIU J S,WANG Q C,et al.Mercury contamination due to zinc smelting and chlor-alkali production in NE China[J].Applied Geochemistry,2011,26(2):188-193.

[4]OLAWOYIN R,OVEWOLE S A,GRAYSON R L.Potential risk effect from elevated levels of soil heavy metals on human health in the Niger Delta[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2012,85:120-130.

[5]彭建,蒋一军,吴健生,等.我国矿山开采的生态环境效应及土地复垦典型技术[J].地理科学进展,2005,24(2):38-48.

PENG J,JIANG Y J,WU J S,et al.Eco-environmental effects of mining and related land reclamation technologies in China[J].Progress in Geography,2005,24(2):38-48.

[6]SAHUQUILLO A,RIGOL A,RAURET G.Overview of the use of leachingextraction tests for risk assessment of trace metals in contaminated soils and sediments[J].Trends in Analytical Chemistry,2003,22(3):152-159.[7]YENILMEZ F,KUTER N,EMIL M K,et al.Evaluation of pollution levels atan abandoned coal mine site in Turkey with the aid of GIS[J].International Journal of Coal Geology,2011,86:12-19.

[8]范拴喜.宝鸡市长青镇冶炼厂周围土壤重金属分布特征与污染评价[J].环境化学,2014,33(5):861-862.

[9]石宁宁,丁艳锋,赵秀峰,等.某农药工业园区周边土壤重金属含量与风险评价[J].应用生态学杂志,2010,21(7):1835-1843.

SHI N N,DING Y F,ZHAO X F,et al.Heavy metals content and pollution risk assessment of cropland soils around a pesticide industrial park[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2010,21(7):1835-1843.

[10]孙慧珍,陆小静,陈明月,等.哈尔滨市不同类型人工林土壤重金属含量[J].应用生态学报,2011,22(3):614-620.

SUN H Z,LU X J,CHEN M Y,et al.Soil heavy metals concentration in different type plantation in Harbin city[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2011,22(3):614-620.

[11]李继宁,魏源,赵龙,等.锑矿区土壤重金属生物可给性及人体健康风险评估[J].环境工程技术学报,2014,4(5):412-420.

LI J N,WEI Y,ZHAO L,et al.Bioaccessibility and human health risk assessment of heavy metals in soils of antimony mine area[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2014,4(5):412-420.

[12]赵淑苹,陈立新.大庆地区不同土地利用类型土壤重金属分析及生态危害评价[J].水土保持学报,2011,25(10):195-199.

ZHAO S P,CHEN L X.Soil heavy content analysis and ecological risk assessment of different landuse types in Daqing region[J].Journal of Soil and Water Conservation,2011,25(10):195-199.

[13]张霖琳,梁宵,魏复盛.汀江某河段底泥中重金属含量的测定及生态风险评价[J].环境化学,2012,31(7):945-951.

ZHANG L L,LIANG X,WEI F S.Determination of heavy metal contents and evaluation of the ecological risk of the sediments of Tingjiang River[J].Environmental Chemistry,2012,31(7):945-951.

[14]田林锋,胡继伟,秦樊鑫,等.红枫湖沉积物重金属元素地球化学特征及风险评价[J].环境化学,2011,30(9):1590-1598.

TIAN L F,HU J W,QIN F X,et al.Geochemical characteristics and risk assessment of heavy metals in sediments from Hongfeng Lake[J].Environmental Chemistry,2011,30(9):1590-1598.

[15]陈岩,季宏兵,朱先芳,等.北京市得田沟金矿和崎峰茶金矿周边土壤重金属形态分析和潜在风险评价[J].农业环境科学学报,2012,31(11):2142-2151.

CHEN Y,JI H B,ZHU X F,et al.Fraction distribution and risk assessment of heavy metals in soils around the gold mine of Detiangou-Qifengcha,Beijing City,China[J].Journal of Agro-Environment Science,2012,31(11):2142-2151.

[16]孙海,张亚玉,孙长伟,等.林下参土壤中重金属形态分布及生态风险评估[J].农业环境科学学报,2014,33(5):928-934.

SUN H,ZHANG Y Y,SUN C W,et al.Form distribution and potential ecological risk assessment of heavy metals in understory ginseng soils[J].Journal of Agro-Environment Science,2014,33(5):928-934.

[17]TESSIER A,CAMPBELL P G C,BISSON M.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals[J].Analytical Chemistry,1979,51(7):844-851.

[18]URE A M,QUEVAUVILLER P,MUNTAU H,et al.Speciation of heavy metals in soils and sediments:an account of the improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the Commission of the European Communities[J].International Journal of Environmental Analytical Chemistry,1993,51(1234):135-151.

[19]陈怀满.环境土壤学[M].北京:科学出版社,2005:522-523.

[20]HAKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control a sediment ecological approach [J].Water Research,1980,14(8):996.

[21]于云江,胡林凯,杨彦,等.典型流域农田土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].环境科学研究,2010,23(12):1523-1527.

YU Y J,HU L K,YANG Y,et al.Pollution characteristics and ecological risk assessment of heavy metals in farmland soils of a typical basin[J].Research of Environmental Sciences,2010,23(12):1523-1527.

[22]刘志杰,李培英,张晓龙,等.黄河三角洲滨海湿地表层沉积物重金属区域分布及生态风险评价[J].环境科学,2012,33(4):1182-1188.

LIU Z J,LI P Y,ZHANG X L,et al.Regional distribution and ecological risk evaluation of heavy metals in surface sediments from coastal wetlands of the Yellow River Delta[J].Environmental Science,2012,33(4):1182-1188.

[23]贾木欣,孙传尧.几种硅酸盐矿物对金属离子吸附特性的研究[J].矿冶,2001,10(3):25-30.

JIA M X,SUN C Y.Study on adsorption behavior of meetal ions on some silicate minerals[J].Mining & Metallurgy,2001,10(3):25-30.

[24]隽英华,武志杰,陈利军,等.东北4种典型土壤粘粒矿物的初步表征[J].光谱学与光谱分析,2010,30(7):1918-1921.

JUAN Y H,WU Z J,CHEN L J,et al.Preliminary characterization of clay minerals from four typical soils of northeast China[J].Spectroscopy and Spectral Analysis,2010,30(7):1918-1921.

[25]张爱星,聂义宁,季宏兵,等.北京市水源涵养区上游万庄金矿田土壤重金属空间分布、形态特征及污染评价[J].农业环境科学学报,2014,33(12):2321-2328.

ZHANG A X,NIE Y N,JI H B,et al.Spatial distribution fractionation and pollution assessment of heavy metals in Wanzhuang gold mining field in upstream part of water conservation area of Beijing,China[J].Journal of Agro-Environment Science,2014,33(12):2321-2328.

[26]龙安华,刘建军,倪才英,等.贵溪冶炼厂周边农田土壤重金属污染特性及评价[J].土壤通报,2006,37(6):1312-1317.

LONG A H,LIU J J,NI C Y,et al.Assessment on the characteristic of heavy metals contam inated farm land soil around Guixi smeltery Jiangxi province[J].Chinese Journal of Soil Science,2006,37(6):1312-1317.

[27]石占飞,王力.神木矿区土壤重金属含量特征及潜在风险评价[J].农业环境科学学报,2013,32(6):1150-1158.

SHI Z F,WANG L.Contents of soil heavy metals and evaluation on the potential pollution risk in Shenmu mining area[J].Journal of Agro-Environment Science,2013,32(6):1150-1158.

[28]RAO C R M,SAHUQUILLO A,SANCHEZ J F L.A review of the different methods applied in environmental geochemistry for single and sequential extraction of trace elements in soils and related materials[J].Water Air & Soil Pollution,2008,189(1):291-333.

[29]陈涛,常庆瑞,刘京,等.长期污灌农田土壤重金属污染及潜在环境风险评价[J].农业环境科学学报,2012,31(11):2152-2159.

CHEN T,CHANG Q R,LIU J,et al.Pollution and potential environment risk assessment of soil heavy metals in sewage irrigation area[J].Journal of Agro-Environment Science,2012,31(11):2152-2159.□

王磊，香宝，苏本营,等.城市污泥应用于我国北方沙地生态修复的探讨[J].环境工程技术学报,2016,6(5):484-492.

WANG L, XIANG B, SU B Y, et al.Application of urban sludge in restoration of sandy-land in north of China：a viewpoint[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(5):484-492.

Pollution Characteristics and Pollution Risk Evaluation of Heavy Metals in Soil of Lead-zinc Mining Area

HE Xuwen1, WANG Yuxiang1, FANG Zengqiang2, CUI Xiaoyu1,3, ZHANG Siyu1

1.School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing), Beijing 100083, China 2.Center for International Economic and Technological Cooperation, Ministry of Industrial and Information Technology, Beijing 100846, China 3.Department of Urban Water Environmental Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

In order to analyze the pollution characteristics and evaluate the pollution risk of heavy metals in soil in lead-zinc mining areas, soil samples in a lead-zinc mining area in Hunan province were collected and analyzed. The mineral compositions were analyzed by X-ray diffraction (XRD) method. The soil samples were digested by microwave digestion instrument, and then the concentration of heavy metals detected by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The heavy metal forms were analyzed by method proposed by the European Communities Bureau of Reference (BCR). Finally, the heavy metal pollution potential environmental risk was assessed. The results show that the soil components mainly include quartz, feldspar, kaolinite and montmorillonite, etc. The pollution level for different heavy metals is in the order of Zn>Pb>Ni>Cd>Cu>Cr>As. The heavy metals have different leaching behaviors in different leaching experiments, and Ni possesses the highest proportion of residual state, while Zn has the highest proportion of acid extractable state. The pollution index and potential ecological risk index of heavy metals in soil are high on the whole. Cd possesses the highest single pollution index with the Nemerow comprehensive index of 1 472.98. Cd also possesses the highest environmental risk coefficient with the comprehensive pollution indexRIof up to 25 380.63 that exceeds the high ecological risk threshold by 211.51 times.

Hunan province; soil contamination; heavy metal; leaching characteristic; BCR; contamination index; potential ecological risk

2016-01-10

北京市自然科学基金项目(8152025)；河北省科技计划项目(15274006D)

何绪文(1964—)，男，教授，博士，主要研究方向为水处理及重金属污染修复，hexuwen@sina.com.cn

X53

1674-991X(2016)05-0476-08

10.3969j.issn.1674-991X.2016.05.070