铜陵新桥矿区周边表层土壤重金属含量及污染评价

范新瑞，谢 莹

（1.铜陵市环境监测中心站；2.铜陵市第五中学，安徽 铜陵 244000）

新桥矿业有限公司位于安徽省铜陵市东郊狮子山区新桥村，是一座以硫为主，伴生铜、铁、金、银、铅、锌等多种有用金属元素的大型硫化物矿床。矿山采用坑露联合开采模式，目前己形成150万t生产能力（其中露采90万t/a，坑采60万t/a），同时建有处理能力120万t/a的铜选厂和处理能力60万t/a的选硫装置，是我国重要的硫铁矿生产基地之一。

1 材料和方法

1.1 样品的采集

根据铜陵市新桥矿区的基本情况，在矿区周边的村庄和厂界周边农田内，笔者共选取9个采样点，采集0～20 cm表层土壤。将样品在自然条件下集中晾干，剔除样品中的杂物，用研钵研至80目，装入密封袋保存待测；在采集和处理过程中，样品未与金属器皿接触。

1.2 分析测试方法

用电子分析天平称取样品0.5 g，在100 mL三角瓶中用HNO3-HCl-HClO4混酸消化，用5%硝酸浸提于50 mL容量瓶中，稀释定容后用火焰原子吸收分光光度法测定Cu、Pb、Cr、Cd、Hg和As等6种金属。样品分别编号为1-1、1-2、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3和3-4。分析结果如表1所示。

2 染评价方法与计算

2.1 地累积指数法

地累积指数法通常称为Muller指数，被广泛用于研究重金属污染程度的定量指标，计算方法见如式（1）所示[1]。

表1 铜陵市新桥矿区周边土壤重金属质量分数

式中，Lgeo为地累积指数；Ci为样品元素实测含量值，mg/kg；BEi为样品元素的背景值，mg/kg；1.5为修正指数。

地积累指数法污染级别划分标准如表2所示。

表2 地质累积污染指数分级标准（无量纲）

重金属污染评价必须考虑土壤背景值，还应考虑人对研究区域的外在污染，地累积指数法引入了修正指数使得评价结果更加准确[2]。应用地积累指数法对新桥矿区周边土壤中的Cu、Pb、Cr、Cd、Hg和As等6种重金属元素含量进行计算分析，得出的分级结果如表3所示。

2.2 潜在生态危害评价方法

潜在生态危害指数法是从沉积学角度对土壤或沉积物中重金属污染进行评价的方法。该方法不仅可以反映各种污染物的单个影响，也可以反映多种污染物的综合影响，并且定量划分出潜在的危害程度，是目前应用很广的一种方法，计算方法见如式（2）所示[3]。

式中，Eri为潜在生态危害单项系数；Tri为测定金属的毒性响应系数，毒性系数为：Cr=2，Cu=Pb=5，As=10，Cd=30，Hg=40[4]；Csi为单项污染系数；Cri为土壤重金属浓度实测值；Cni为研究区域土壤背景值；RI为多种重金属元素的潜在生态风险指数，详情如表4所示[5]。

表3 新桥矿区周边土壤重金属元素的地积累指数与分级

表4 重金属潜在生态危害指标与分级关系

以铜陵土壤背景值为依据，应用式（2）对新桥矿区周边土壤重金属含量进行计算，可得Cu、Pb、Cr、Cd、Hg和As等6种重金属元素的潜在生态危害指数Eri及综合潜在生态危害指数RI，详情如表5所示。

3 分析与讨论

由变异系数的分析数据可以看出，除Cr和Hg变异系数稍小外，Cu、Pb、Cd和As的变异系数都很大，说明新桥矿区周边土壤人为污染造成的影响很大。

由地积累指数法的评价结果可以看出，研究区域土壤重金属污染的程度从高到低依次为Cd＞Cu＞As＞Pb＞Hg＞Cr。其中Cd的污染指数最高，属于中等—极强污染；其次是Cu、As和Pb，属于中等—强污染；而Hg和Cr的污染程度最小，基本没有产生污染。由此可知，Cd、Cu、As和Pb是研究区域土壤中主要的污染因子，尤其是Cd不但污染程度较重，而且毒性影响较大。

由潜在生态污染指数法的评价结果可以看出，研究区域土壤中各重金属的潜在生态危害程度从高到低依次为Cd＞Cu=As＞Pb=Hg＞Cr；从单个重金属元素的潜在生态危害指数来看，主要是Cd，其次是Cu和As，而Pb和Hg的污染程度很小，Cr无污染；多种重金属的生态系统的潜在生态风险指数（RI）表明：大多采样点（6个）生态危害很重，其余3个采样点潜在生态风险指数150≤RI＜300，属于中等生态危害范畴。各元素在两种评价方法中的污染等级如表6所示。

表5 研究区域土壤重金属的潜在生态危害指数

表6 各元素在两种评价方法中的污染等级

由两种土壤污染程度方法的对比可以看出，研究区域土壤中重金属污染程度评价结果基本一致。地积累指数法明确体现重金属的富集程度及其污染级别，但其侧重点较为单一；潜在生态危害指数法能够反映出多种重金属的综合污染程度，但其元素毒性系数带有一定的主观性。本研究区内，人为活动对土壤中重金属的干扰是主要因素，所以潜在生态危害指数更适合用于此区域污染程度的判定。

4 结论

在选取的6种重金属中，Cd的污染相当严重，6个土壤样品中其含量在0.294～11.600 mg/kg，研究区域土壤普遍Cd含量超标；按本文选取的2种评价方法，研究区域土壤污染程度达到重度生态危害水平，主要为Cd、Cu和As，其主要原因与硫铁矿、铜矿的开发密不可分；变异系数顺序为As＞Cd＞Cu＞Pb＞1＞Hg＞Cr；说明As、Cd、Cu和Pb受人为活动干预更加强烈。