淮南谢桥塌陷区表层土壤重金属污染分布特征与现状评价研究

黄肖萌　刘诗敏　杨茗　邱增羽　高良敏

摘 要：为了了解塌陷区土壤中重金属污染情况，本文通过采集淮南谢桥煤矿塌陷区七个表层土壤样品，检测其中重金属浓度，结果发现Cd，Ni，Zn的污染浓度均满足土壤环境质量标准的二级标准，而Hg，Cr，Cu，Pb的污染浓度均满足土壤环境质量标准的一级标准，其中Cd，Ni，Zn，Fe超出淮南市土壤环境背景值。相关性分析表明，Ni，Zn和Cu（p<0.05）分别呈现显著正相关，Zn与Pb，Ni相关性也较为显著。同时总磷含量与Cd呈现显著负相关，总氮含量也与Cd和Fe呈负相关，土壤中速效钾含量与Zn含量呈正相关；土壤有机质含量与重金属含量相关性不明显。最后通过利用单因子指数法和内梅罗综合指数法对土壤中的七种典型重金属污染程度进行了评价，发现谢桥塌陷区土壤重金属污染水平为Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染较为突出，各采样点污染程度为：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且研究发现内梅罗指数法在本项研究中适用性较低。该研究结果可为塌陷水域土壤修复治理工作提供理论基础。

关键词：塌陷区；土壤；重金属；评价

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.119

1 背景概况

随着经济的高速发展，各类含有重金属的污染物通过各种渠道进入土壤中，造成土壤中重金属富集。土壤中重金属会通过各种途径进入大气，水体以及动植物，进而在人体类富集，危害人类健康。随着近年来多地出现重金属污染影响人类健康事件的发生后，重金属问题日益被人们重视。

淮南矿业谢桥煤矿位于安徽省颍上县东北部，谢桥煤矿位于淮南煤田潘谢矿区西部，处于凤台、颍上两县交界，距颍上县城约20公里。并且隶属于安徽省淮南市矿业集团的谢桥矿区共划分为东一、东二、西一、西二四个采煤区，总面积大约为50km2[1]。

由于煤炭的过量开采，导致地面塌陷，从而出现采煤沉陷区这一环境问题。采煤沉陷区形成后，其巨大洼地在下雨积水后，形成了大面积的水域，并且随着时间的推移，水底逐渐长出水草并且产生微生物，由于附近居民在沉陷水域中养殖鱼类，使得之前的陆生环境完全演变为了水生环境。谢桥矿区采煤塌陷水域周边堆积的煤矸石矿山等给水体，给塌陷塘输入了大量的持续性有机污染物、重金属等[2]。随着后期煤炭开采规模的不断增加，沉陷區水域面积不断扩展，水体水质受到严重影响，渔牧业等也会受到影响，严重制约了当地经济水平和养殖业的发展[3]。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

研究区域位于安徽省淮南市谢桥矿区，谢桥沉陷水域主要分为西北沉陷水域和东南沉陷水域。所选择的土壤采样点位于沉陷水域的两侧，塌陷水域北侧依次分布5个采样点，南侧接近村庄和河流布设2个采样点（如图所示）。每个采样点采取1个表层土壤样品，土壤深度为0～20cm。

2.2 样品分析测定

将土壤样品烘干研磨过0.149mm尼龙筛，称取0.5g样品置于聚四氟乙烯坩埚中，用去离子水润湿样品，然后加入10ml 浓盐酸；在电热板上低温消解蒸发至剩5ml左右，加入15ml 浓硝酸；接着加热使液体蒸发至粘稠状，然后加入10ml氢氟酸继续加热；坩埚中溶液快干时，加入5ml的高氯酸，继续消解至冒白烟，残渣呈现均匀的浅色取下坩埚，加入1ml（1+1）硝酸，加热溶解残渣，至溶液完全澄清，转入50ml容量瓶中，定容，过滤，上原子吸收分光光度计检测。

2.3 污染评价方法

评价方法采用指数法，分别求出各重金属离子的单因子指数和区域土壤重金属的综合污染指数，对谢桥区塌陷水域各采样点的土壤中重金属污染现状进行评价分析。

（1）单因子指数法：国内外常用的评价方法之一，是用区域某污染物的实测值与土壤背景值进行相比，用比值表示该区域内此项污染物受污染的程度。

Pi=Ci/Si

式中：Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为土壤中污染物i的实测浓度（mg/kg）；Si为该区域土壤中污染物i的环境背景值（mg/kg）。

（2）综合指数法：采用内梅罗污染指数法计算其综合污染指数

式中：PN 为内梅罗污染综合指数；maxPi为各项污染物中污染指数最大值；为各项污染物污染指数平均值。

根据单因子指数法和内梅罗综合污染指数法，可以将土壤重金属污染等级分为5个污染级别。

3 实验结果与讨论

3.1 土壤重金属检测结果

采样点土壤中重金属含量如下图所示：

由表2可知，1号采样点处各项理化性质含量均较高，主要原因可能是因为其距离河流较近，河流的汇入给塌陷区土壤带来大量的污染物质。由上面三个折线图可知，Hg、Cu、Pb、Ni、Zn和Fe在各点位土壤中分布较为均匀；Cd、Cr在各点位土壤中分布变化较大；4号采样点出Cd含量比其他点位高，可能与该处点源污染有关。谢桥区土壤中不同重金属平均污染程度为：Cd

3.2 谢桥塌陷区土壤重金属污染评价

参照1997年杨晓勇等人对淮南市土壤重金属背景值的研究结果，分别计算淮南谢桥塌陷区土壤重金属单因子污染指数和综合污染指数[6]。

從单因子指数结果可知，研究地区土壤的重金属污染以Zn最为突出，7个采样点处污染以达到严重污染；4号采样点土壤中Cd也达到严重污染，5号点土壤中Cd指数也大于2，属于中度污染；并且大部分采样点中的Ni污染均达到轻度污染，其他点属未污染。所有采样点处Cr和Cu的污染指数都小于1，属于未污染，说明塌陷水域附近基本无Cr污染；Hg除了6号点超过1，其他采样点处均未污染；1号点处Pb指数超过1，其他点处土壤均未污染。总结为，谢桥塌陷区土壤重金属污染水平为Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr。

从内梅罗综合指数结果可以看出，谢桥塌陷区土壤各采样点污染程度为：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006。各点处的综合污染指数均大于3，属于严重污染。因为内梅罗指数法中最大污染因子Zn值较大，故综合指数法夸大了重金属Zn值对土壤的污染。由于内梅罗指数法突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用，此种计算方法对所得结果的影响很大，有些时候可能会存在人为夸大了一些因子的影响作用的情况，同时根据内梅罗指数法计算出来的综合污染指数，只能在一定程度上反映污染的程度而难以反映出污染的质变特征[1]。因此研究中，内梅罗综合指数法存在一定的局限性。

4 结论

（1）谢桥区土壤中不同重金属平均污染程度为：Cd

（2）根据单因子指数法，谢桥塌陷区土壤重金属污染水平为Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染较为突出。内梅罗指数法显示，谢桥塌陷区土壤各采样点污染程度为：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且内梅罗指数法在本项研究中适用性较低。

参考文献：

[1]苏桂荣.淮南潘谢矿区底泥与土壤中重金属竖向分布规律研究[D].安徽理工大学，2012.

[2]苏桂荣，姚多喜，李守勤等.基于ARCGIS的塌陷塘水质特征研究及评价——以淮南矿业集团谢桥矿为例[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2012，32（01）：39-42.

[3]淮南市环境保护局.淮南市生态环境现状调查报告[R].淮南：淮南市环境保护局出版，2001.

[4]郭伟，孙文惠，赵仁鑫等.呼和浩特市不同功能区土壤重金属污染特征及评价[J].环境科学，2013，34（04）：1561-1567.

[5]土壤环境质量标准GB15618-1995.

[6]杨晓勇，孙立广，张兆峰等.淮南市土壤元素背景值与土壤环境质量评估[J].土壤学报，1997（03）：344-347.

[7]方涛，刘剑彤，张晓华等.2002.河湖沉积物中酸挥发性硫化物对重金属吸附及释放的影响[J].环境科学学报，22（03）：324-329.

[8]王嘉.铜陵矿区土壤重金属污染现状评价与风险评估：[合肥工业大学硕士学位论文][D].合肥：合肥工业大学，2010.

作者简介：黄肖萌（1991-），女，安徽安庆人，硕士研究生，主要从事水文水资源与水污染控制研究。