贵州织金金矿矿区土壤重金属含量及风险评价

2016-11-19杨珍吴迪张林

湖北农业科学 2016年4期

杨珍吴迪张林

摘要：重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。以毕节市织金县猫场镇金矿山区为研究对象，采用四分法采集矿区的土壤，检测其Pb、Cd、Hg、As、Cu，了解重金属对当地土壤的污染情况，预测重金属对人类健康的危害以及对生态系统造成的影响。结果表明，金矿矿区研究区域内土壤中的重金属存在不同程度的污染，重金属平均含量表现为Cu>Pb>As>Cd>Hg，以土壤环境质量二级标准为背景值，从单因子污染指数来看，其中Cd表现较明显，该区域土壤5种重金属的污染程度依次为Cd>Cu>Hg>As>Pb。从综合污染指数来看，在研究区域内的4种土壤已达到重度污染，污染程度依次表现为矿山土>废矿渣土>耕作土>矿山山顶土。

关键词：土壤；重金属；污染程度；评价

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）04-0863-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.012

Soil Heavy Metal Content in Zhijin Gold Mining Area of Guizhou Province and Its Potential Risk Assessment

YANG Zhen1，WU Di1，ZHANG Lin2

（1.Key Laboratory of Mountain Area and Protection of Ecological Environment of Guizhou Province， Guizhou Normal University，

Guiyang 550001，China；2.Guizhou Institute of Biology，Guiyang 550009，China）

Abstract：Heavy metals were important pollutants of potential threat to the environment， which were concealed， long-term and irreversible. Taking gold mining area in Maochang Town of Zhijin， Bijie City as the research object， the author would use the quartation method when sampling the soil in the mining area to detect the Pb， Cd， Hg， As， Cu and then to know the situation of heavy metal pollution to the soil and finally to predict effects of heavy metals on human health and damage to ecosystem in this paper. The result showed that heavy metals in the soil of gold mining area for research have different pollution degrees. And the average content of heavy metals was ordered as Cu>Pb>As>Cd>Hg. If taking the Ⅱclass standard from Soil Environmental Quality Standard as the background value. From the single factor pollution index， Cd was more obvious than other elements， the pollution degree of 5 heavy metals in the area was ordered as Cd>Cu>Hg>As>Pb. From the single factor pollution index， From the comprehensive factor pollution index， four kinds of soil in research area had reached high levels of pollution，the degree of heavy metal was ordered as mine soil>waste slag soil>tillage soil>mining mountain soil.

Key words：soil；heavy metals；pollution degree；assessment

土壤是人类赖以生存发展的生产资料，也是人类社会最基本、最重要的自然资源之一[1]。土壤所有污染物中，对人体危害最大的当属重金属。它可以导致人体致癌、慢性中毒、致突变、致畸形。贵州省作为西南矿产资源大省，矿种众多，随着矿业开发的发展，矿山尾矿、矿渣堆放、填埋等使重金属元素向周边土壤渗透，造成土壤中相应的重金属富集，从而导致土壤肥力降低，农作物产量和品质下降，并通过食物链危及人类健康和生命[2，3]。废弃矿区的土壤重金属污染一直是土壤环境污染综合治理的难题。重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点[2]。土壤中的重金属能被植物吸收，不能被生物降解，进入植物体内的重金属会在植物体的各个部位发生不同程度的累积，当重金属含量过高时就会对植物的正常生长、发育和繁殖等生理活动产生影响[4，5]。为了确切了解重金属对当地土壤的污染情况，预测重金属对人类健康的危害以及对生态系统造成的影响，以毕节市织金县猫场镇金矿山区为研究对象，采取野外定点采样、室内分析测定和数据相关性分析相结合的方法，研究了金矿山区土壤重金属污染的现状。

1 材料与方法

1.1 样品采集方法

用全球卫星定位系统（GPS）定位土壤采样点，以金矿周围农业土壤为主，采用梅花形采样法采集土壤样品（0～20 cm）1 kg于采样袋中，土壤样品带回实验室后，去除杂质，放入白色纸张上在整洁无污染的室内自然风干后，用研磨研碎过100目尼龙筛，四分法取其密封保存在塑封袋中，贴标签、编号备用。

1.2 仪器与试剂

主要仪器包括：ZEEnit70p石墨炉原子吸收分光光度计（德国）、AFS-933原子荧光光度计、电子天平、可调电热板等。

主要试剂包括：硝酸（GR）、高氯酸（GR）、As标准储备液（1 000 mg/L）、Hg标准储备液（100 mg/L）、盐酸（优级纯）；氢氟酸（优级纯）；30% H2O2，Pb、Cd、Cu等标准储备液。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 石墨炉原子吸收分光光度计工作条件石墨炉原子吸收分光光度计的工作条件见表1。

1.3.2 原子荧光法氢化物原子荧光分光光度计的工作条件见表2。

1.4 样品处理与分析

1.4.1 土样中Cu、Cd、Pb含量检测精确称取土样0.2 g左右，置于聚四氟乙烯杯中（精确到0.000 1 g），加入15 mL混酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），再加入2.00 mL HF，将聚四氟乙烯杯放于低温电热板上加热消解至溶液无色，继续加热去除多余的混酸至近干，取下，冷却，在冷却后消解液中加0.5%（体积比，下同）的硝酸溶解，最后转移至容量瓶并用0.5%的硝酸定容至100 mL，用原子吸收光谱法（石墨炉）测定Cu、Cd、Pb。分析过程中采用平行双样，用国家标准土壤样品对测定全过程进行质量控制。

1.4.2 土样中As、Hg总量的检测精确称取土样0.25 g于50 mL比色管中，加 10 mL水和王水的混合液（V/V=1∶1），将比色管中置于沸水浴中加热3～4 h，取出冷却后用1%盐酸定容至50 mL，绘制As、Hg标准曲线，用原子荧光光谱仪AFS-933测定As、Hg的总量。

1.5 数据处理

采用Excel 2003、SPSS 18软件进行数据统计分析。

2 样品质量的评价方法及评价标准

2.1 单因子污染指数法[6，7]

单因子污染指数法是目前国内普遍评价土壤质量的方法之一，是评价土壤、作物污染程度或土壤环境质量等级所用的一种相对的无量纲指数，能全面地反映各污染物的污染程度[8-10]。以国家土壤环境质量标准（GB15618-1995）（表3）[11]为样品评价依据，其单因子污染指数分级标准见表4。其中单因子污染指数法计算公式如下：

Pi=Ci /Si

式中，i为土壤中某种污染物；Pi为土壤中所测元素i的污染指数；Ci为土壤中所测元素i的污染实测值；Si为土壤中所测元素i的评价标准。当Pi≤1时，样品未受污染；Pi>1时，表明样品已被污染，且Pi越大，说明样品受污染越严重。

2.2 污染综合指数法[12，13]

Nemerow综合污染指数法是用来评价某一研究点样品中的多种重金属综合污染水平，是表示多种重金属复合污染[14]。计算公式如下：

P综=■=■

式中，P综为土壤中各种重金属的Nemerow综合污染指数，（Pi）max为各重金属中最大污染值，（Pi）ave为各重金属污染指数的平均值。当P综≤0.70，表明样品属于安全等级；0.703.00，表明样品受到重度污染。综合评价分级标准[12]见表5。

3 结果分析与评价

3.1 土壤重金属含量分析

由表6可知，矿山土、矿山山顶土、废矿渣土、耕作土4个区域土壤类型中Pb的平均含量分别是44.75、21.53、25.05、28.29 mg/kg，与国家二级标准相比，4个区域内的土壤均未超标。4种研究区域内As的平均含量差异较小，均在13.44～14.99 mg/kg之间变化，与国家二级标准相比，均未超标。除Pb、As未超标外，其余3种元素均超标。在金矿矿区4个区域内的土壤Cd的平均含量分别为2.33、1.58、2.10、1.64 mg/kg，含量分别为0.92～3.44、0.21～3.14、1.02～3.17、1.18～2.24 mg/kg，最大值分别是3.44、3.14、3.17、2.24 mg/kg，分别是国家二级标准的11.47、10.47、10.57、7.47倍，超标率分别是100.00%、66.67%、100.00%、100.00%。矿山土、矿山山顶土、废矿渣土、耕作土4个区域土壤类型中Hg的平均含量分别是0.56、0.46、0.87、0.58 mg/kg，含量分别为0.15～1.08、0.23～0.76、0.72～1.02、0.35～0.74 mg/kg，最大值分别是1.08、0.76、1.02、0.74 mg/kg，是国家二级标准的3.60、2.53、3.40、2.47倍，超标率分别是75.00%、83.33%、100.00%、100.00%。对金矿矿区4个区域内的土壤进行了测定分析得知，4个区域内土壤的Cu平均含量分别是126.92、115.93、126.90、113.69 mg/kg，含量分别为112.90～142.40、83.06～132.70、126.70～127.10、91.14～131.30 mg/kg，与国家二级标准相比，均受到了Cu的污染，矿山土、矿山山顶土、废矿渣土、耕作土4个区域土壤类型中Cu最大值分别是142.40、132.70、127.10、131.30 mg/kg，是国家二级标准的2.85、2.65、2.54、2.63倍，超标率均为100.00%。这表明矿山尾矿、矿渣堆放、填埋等使重金属元素向周边土壤渗透，造成土壤中相应的重金属富集。

根据统计数据显示，除Cu的变异系数较小，属于弱变异性外，其余4种元素的变异系数均达到弱、中等变异程度，这表明矿区土壤中5种重金属元素已经受到人为的影响，即主要受煤矿开采的影响。

由表4可知，各研究区域内的土壤中重金属的平均含量均表现为Cu>Pb>As>Cd>Hg，表明在人为活动的影响下，研究的4个矿区土壤中已存在一定程度的重金属累积现象，其中以Cu和Pb最明显。

3.2 金矿矿区土壤重金属元素之间的相关性

由表7可知，As与Hg具有较好的相关性，且呈显著正相关。说明As与Hg具有同源性，Pb、Cd、Cu与其他重金属元素之间相关关系不明显。

3.3 金矿矿区土壤重金属污染评价

以土壤环境质量二级评价标准为背景，采用单因子污染指数与综合污染指数法对织金猫场镇金矿矿区土壤中的重金属污染状况进行评价，结果见表8。

由表8可见，从单因子污染指数来看，4种土壤中Pb、As的单因子污染指数小于1，属安全级别。Hg的单因子污染指数介于1～2之间（废矿渣土除外），属轻度污染级别。4种土壤中Cd的单因子污染指数均大于3，属重度污染级别。Cu的单因子污染指数介于2～3之间，属中度污染级别。结果表明，研究区内土壤中重金属存在不同程度的污染，污染程度依次表现为Cd>Cu>Hg>As>Pb。

从综合污染指数来看，在研究区域内的4种土壤的综合污染指数均大于3，已达到重度污染级别，其中污染最严重的是矿山土。结果表明，研究区内土壤中重金属存在不同程度的污染，污染程度依次表现为矿山土>废矿渣土>耕作土>矿山山顶土。

4 小结

随着矿业开发的发展，矿山尾矿、矿渣堆放、填埋等使重金属元素向周边土壤渗透，造成土壤中相应的重金属富集。研究区域内的土壤中重金属存在不同程度的污染，从单因子污染指数来看，污染程度依次表现为Cd>Cu>Hg>As>Pb。其中以Cd污染最严重，其次是Cu和Hg，Hg属轻度污染，Cu属中度污染，As、Pb尚属安全级别。

研究区域内的土壤中重金属平均含量表现为Cu>Pb>As>Cd>Hg。从综合污染指数来看，在研究区域内的4种土壤的综合污染指数均大于3，已达到重度污染，污染程度依次表现为矿山土>废矿渣土>耕作土>矿山山顶土。这表明研究区域已受到人为因素的影响，主要是矿山的开采，矿山尾矿、矿渣堆放、填埋等使重金属元素向周边土壤渗透，造成土壤中相应的重金属富集，耕作土已受到污染。

参考文献：

[1] 李庚飞，王剑影.某金矿排水沟周围土壤重金属污染分析评价[J].黄金，2012，33（8）：50-52.

[2] 李庚飞.金矿排污渠周围土壤中Mn，Cu，Zn和Pb四种重金属的污染分析[J].陕西理工学院学报（自然科学版），2012，28（4）：60-63.

[3] 陈岩，朱先芳，季宏兵，等.北京市得田沟和崎峰茶金矿周边土壤中重金属的粒径分布特征[J].环境科学学报，2014，34（1）：219-228.

[4] 高彦鑫，冯金国，唐磊，等.密云水库上游金属矿区土壤中重金属形态分布及风险评价[J].环境科学，2012，33（5）：1707-1717.

[5] 张刚，王宁，王艺，等.中国金矿开采区环境汞污染[J].环境科学与管理，2012，37（11）：54-60.

[6] 范拴喜，甘卓亭，李美娟，等.土壤重金属污染评价方法进展[J].中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

[7] 郭笑笑，刘丛强，朱兆洲，等.土壤重金属污染评价方法[J].生态学杂志，2011，30（5）：889-896.

[8] 陈三雄，谢莉，陈家栋，等.露天开采矿区土壤重金属污染状况评价[J].南京林业大学学报（自然科学版），2012，36（3）：59-63.

[9] 鲁荔，杨金燕，田丽燕，等.大邑铅锌矿区土壤和蔬菜重金属污染现状及评价[J].生态与农村环境学报，2014，30（3）：374-380.

[10] 刘灵飞，龙健，万洪富，等.贵州喀斯特山区锑冶炼厂对农业土壤污染特征的影响及风险评价[J].土壤，2013，45（6）：1036-1047.

[11] GB15618-1995，土壤环境质量标准[S].