乐山市宏岳煤矿区包气带重金属（Cu、Zn）污染现状评价

兰真 吴勇 唐学芳 韩莉璧

【摘 要】 分析乐山市宏岳煤矿土壤重金属Cu、Zn的含量，以四川省环境土壤背景值为标准，运用单因子指数法和内梅罗指数法评价该区域Cu、Zn污染状况，其结果为：Cu污染主要为轻度污染，Zn污染主要为轻微污染，综合污染能力Cu>Zn。

【关键词】 煤矿；土壤；重金属；单因子指数法；内梅罗指数法

[Abstract] Analysis of leshan macro yue coal mine soil heavy metal Cu and zinc content， on the basis of environmental soil background values of sichuan province， using the single factor index method and inside plum nemerow index method to evaluate the regional Cu and zinc pollution condition， the result is： the Cu pollution， mainly for the mild pollution， zinc pollution mainly mild pollution， comprehensive pollution ability Cu > zinc.

[Keywords] coal mine； Soil； Heavy metals； Single factor exponential method； Nemero index method

我国煤炭资源储量丰富，2017年全国煤炭勘查新增查明资源储量815亿吨[1]。近年来，国内诸多学者高度重视煤矿土壤重金属污染问题，并开展了大量的关土壤质量评价研究。但是大多数研究仅限于表层土壤的重金属污染状况。本文以采龄大于20年的煤矿区包气带土壤为研究对象，通过现场调查、取样并结合室内试验，分析研究区包气带土壤Cu、Zn两种重金属元素的污染特征，并进行污染状况评价，为后期矿山环境治理提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于乐山市五通桥区南西，行政区划属五通桥西坝镇管辖，面积约2.55Km2。宏岳煤矿始建于1995年，1997年8月见煤试产，2001年后，设计生产能力从为6万吨/年提高至15万吨/年，这也意味着煤矿对环境的破坏强度增加。

区域内土壤主要为粘性土，渗透系数小，地下水渗流缓慢。浅层地下水埋深约1～2.5m，农田范围内地下水埋深较浅，主体上由南向北径流，局部区域由田垄向低处农田径流，田埂包气带较厚。

2 样品的采集与处理

2.1 样品的采集

根据土地利用现状，将区域按不同功能划分为四个区域 ：水田区、旱地区、林区和住房区。先在GPS衛星地图初步确定采样点，分别布置在煤矿下风向旱地区2个和水田区5个。于2018年4月集中现场采集剖面土壤样品。采样深度0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm和80～120cm。并记录实际采样点的中心点坐标。

2.2 样品的处理

将采集的土样自然风干后，用四分法将每个点的土样均匀混合。为了防止样品在处理过程中受到污染，整个过程避免了与金属制品直接接触，剔除砂石、植物根系等杂质，研磨并过200目尼龙网筛。土壤均采用硝酸—氢氟酸高温密闭消解，其中Cu、Zn、的测定方法为火焰原子吸收分光光度法。整个分析过程所用试剂均为优级纯，实验用水均为去离子水。

2.3 重金属污染评价

本文主要选取土壤中Cu、Zn两种元素作为评价因子，评价方法采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法。单因子指数法计算公式为：

式中，Pi为第i种污染物的污染指数，Ci为第i种污染物实测值（mg/kg），Si为第i种污染物评价标准值（mg/kg） 。单因子指数Pi仅反映第i种污染物的污染程度，指数Pi越表明土壤中第i种元素累计的越少或土壤受第i种元素污染的程度较轻，反之则较大。

内梅罗指数法是一种由单因子指数法发展而来的综合指数法[2]。计算公式为：

式中：P综为土壤综合污染指数；[P]为单项污染指数平均值；Pimax最大单项污染指数。按照内梅罗综合污染指数，划定污染等级

3 结果与讨论

3.1 实验结果分析

横向上Cu含量在0～20cm范围内为51.4～87.0mg/kg，20～40cm范围内为37.5～58.2mg/kg，40～60cm范围内为36.3～57.1mg/kg，60～80cm范围内为41.7～59.0mg/kg，80～120cm范围内为46.7～66.3mg/kg。垂向上Cu元素主要分布在地表0～20cm处，20cm～120cm位置的铜含量相对较低，随着覆盖层加深，其含量略有增加，但相对变化较小。20～120cm处，农业活动影响逐渐变弱，土壤逐渐由氧化环境向还原环境过度，并在水文地球化学作用下沉淀和累积，因此 Cu含量基本与深度呈正相关。现场采样显示，该40～60cm处的土壤开始板结，土壤颜色由褐色向综黄色过渡，Zn分布符合水文地球化学一般规律。其中T02、T04、T07含量最高，0～20cm处最高达116.2mg/kg，20～40cm最高达137.4mg/kg，40～60cm最高达142.8mg/kg，T06处Zn含量总体偏低。

3.2 单因素评价

研究区Cu含量平均值介于42.5～62.5 mg/kg之间，高含Cu土壤主要分布在运煤道路东侧，这是因为该路地势位于整个采样区地势较高的位置，土体渗透系数小，地下水水头较高，阻碍了采矿Cu的迁移路径。研究区土壤大多数受到轻度污染，仅有T05号样品污染程度达到重度污染，最大值为3.1。除T06外，其余样点污染程度接近中度污染。表层0～20 cm、深层80～120 cm处的Cu含量都超出了其平均值，污染水平在中度污染之上。

研究区Zn仅样点T01、T02、T04、T07超过四川省背景值，其中T07最高，平均值为114.4 mg/kg，T03最低，平均值为76.0 mg/kg。农村面源污染一般具有分散性、随机性和不确定性[3]，土壤Zn分布无规律，与农业污染特点基本一样，判断研究区Zn污染主要来自与农业污染。重金属在垂向上累积更明显。水溶作用下，一部分重金属离子进入到地表水和地下水中，对地表水和地下水也有一定的污染。 根据《土壤环境质量标准》（GB15618— 1995）[4]二级标准，研究区农用地土壤中Cu、Zn含量均未超出该标准值，因此该地区应以防止继续恶化为主，治理为辅。通过内梅罗指数法评价研究区Cu、Zn综合污染指数，Cu的综合污染指数为2.9，再Zn的综合污染指数为1.0。

实验结果表明：Cu在地表0～20cm范围内含量最高，为51.4～87.0mg/kg， 20cm～120cm处的铜含量相对较低，随着覆盖层加深，其含量略有增加，但相对变化较小。包气带Cu含量平均值为42.5～62.5mg/kg，区域内Cu污染较为严重，普遍为中度污染，局部重度污染。Zn在40～60cm处含量最高，为89.3～142.9mg/kg，在还原环境时Zn含量相对较高。包气带Zn含量平均值为76.0～114.4mg/kg，Zn污染等级低。旱地区较水田区污染更严重，水动力条件更弱，重金属累积量更大。

参考文献：

[1] 去年我国新查明煤炭资源储量815亿吨[N].中国煤炭报， 2018-07-12（001）.

[2] 孙华，谢丽，张金婷，等.基于改进内梅罗指数法的棕（褐） 地周边土壤重金属污染评价[J].环境保护科学，2018，44 （02）：98-102.

[3] 蔡新源.农村面源污染的特点和控制[J].科技资讯，2009 （11）：113.

[4] 国家环境保护局，国家技术监督局. GB15618-199土壤环 境质量标准[S].北京： 中国标准出版社，2006.