大青山地区土壤重金属污染评价

张 玮，罗春广，王文果，迟延艳，张世平

(1.内蒙古新创环境科技有限公司，内蒙古呼和浩特 010000； 2.乌兰浩特市环境卫生管理处，内蒙古乌兰浩特 137400)

土壤是农业生态系统的重要组成部分，吸收了环境中大约 90%来自各方面的污染物[1]。但是随着工业化、城市化的快速发展，土壤环境污染问题备受人们关注，重金属污染具有隐蔽性、不可抗逆性和长期性[2]，土壤中的重金属能从土壤迁移到其他生态系统组成部分中，如地下水、植物等，并被作物吸收和富集[3-6]，最终通过食物链影响人类健康[7-8]，从而影响生态系统的整体结构与功能。因此，土壤重金属污染是当今世界性的环境污染问题，目前已受到社会各行各业广泛关注，客观合理地评价土壤重金属污染状况对于改善土壤环境质量和保障人类的健康安全具有重要意义。重金属污染评价方法较多，应用于土壤重金属污染评价的主要有单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法和生态危害指数法[9-11]。笔者以内蒙古呼和浩特市武川县某银铅矿为研究地点，以土壤重金属污染的生态环境效应评价作为出发点，选用土壤中重金属含量特征描述方法、潜在生态危害指数法及生态危害评价指标作为污染评价指标，对研究区土壤重金属污染水平进行评价。

1 材料与方法

1.1研究区域概况呼和浩特市武川县境内部分矿山毗邻大青山国家级自然保护区和呼和浩特市城区饮用水源地。银铅矿采选过程中会造成重金属废弃物的堆积、废气的扩散以及含重金属废水的排放，对当地的生态环境、食品安全和人类健康构成了严重威胁；尤其对大青山国家级自然保护区和呼和浩特市城区饮用水源地产生潜在危害。

1.2土样采集

1.2.1布点原则。在矿区内部及周边采用系统随机布点法采集土壤样品，并采用GPS进行样点定位，样点分布见图1。

1.2.2样品的采集。土壤样品采集于2016年8月。在2 m×2 m区域的4个顶点和中点分别取约1 kg耕层土壤(0～20 cm)样品组成一个混合样品，混匀后用四分法取约1.5 kg，共采集到93个混合样品。取样后立即密封，放在专用的样品袋中，贴上标签，标明取样编号、深度，并详细记录取样信息等。地表样品经室内自然风干，去除杂质后，研磨过100目尼龙筛待用。

1.3样品处理及方法将样品风干、混匀、除去其中的一些杂质后粉碎，过100目筛备用。准确称取土壤样品0．2 g 置于50 mL聚四氟乙烯坩埚中，先用少量的高纯水润湿样品，然后向坩埚中加入l0 mL浓盐酸，加热至微沸并分解1 h，待蒸至近干时，取下稍冷，加入8 mL氢氟酸和l0滴高氯酸，继续加热消煮1 h，将温度升至200 ℃后，继续加热分解，直至白烟冒尽后，用水吹洗，再加3～5滴高氯酸，蒸至无白烟冒出，加入3.5 mL 盐酸及少量水，加热浸取，然后冷却，过滤定容后待用[12]。

图1 研究区采样点分布Fig.1 Location of sample sites in studied area

1.4测定指标及方法土壤重金属元素Zn、Pb、Cr和Cu含量采用火焰原子吸收分光光度法测定，每个样品均设定3次重复试验，最后取平均值。

1.5评价方法为了更准确了解有色金属矿山遗迹周围土壤重金属的污染情况，拟选择3种最常用的方法对研究区及周围土壤重金属污染进行评价，分别为土壤中重金属含量特征描述方法、Hakanson潜在生态危害指数法及生态危害评价指标法。采用Hakanson潜在生态风险指数法可以确定污染区内土壤重金属可能存在的生态危害效应和反映特定区域的特殊性，以当地土壤背景值作为参比值，对所测污染区的不同土地类型土壤重金属潜在的生态风险进行评价。

1.6数据处理应用Excel 2007软件进行数据分析；用SPSS 17.0统计软件进行方差分析。

表1 土壤重金属含量特征

2 结果与分析

2.1土壤中重金属含量特征描述变异系数是衡量资料中各观测值变异程度的统计量，可以反映总体样本中各采样点的变异程度。该研究中Cr变异系数相对较小，小于1，说明这种元素在矿区的空间分布差异较小，受采矿活动的影响较小；Pb、Cu、Zn的变异系数较大，分别为1.52、1.32、1.42，说明这3种元素在空间上的分布有较大的差异，受采矿活动干扰较大。该结果也与该矿区开采的主要矿种为银、铅、锌一致，说明该矿区的土壤受到人类活动干扰确实较强烈。

2.2土壤中重金属污染评价选用中华人民共和国土壤环境质量标准作为评价标准，污染指数以三级标准作为评价标准，该标准值是土壤中重金属污染物的最高允许量，三级标准主要适用林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外) 。三级标准是农林生产和植物正常生长的土壤临界值。该研究采用污染指数法评价土壤重金属污染程度采用的标准分别是Cr 300 mg/kg、Pb 500 mg/kg、Zn 500 mg/kg、Cu 400 mg/kg。

根据潜在生态风险系数(Ei)分级标准，Ei<40时，为轻度生态危害；40≤Ei<80时，为中等生态危害；80≤Ei<160时，为强度生态危害； 160≤Ei<320时，为很强生态危害；Ei≥320时，为极度生态危害。重金属潜在的生态风险评价结果显示，其中Cr的潜在生态风险系数最大，4个采样点的平均值为36.64，属于轻微危险的程度，虽然Cr的含量很大，但由于其毒性系数较小，所以计算出来的生态风险系数并不大。其他元素的生态风险系数均较小，不存在潜在的生态风险。4个采样点的综合潜在风险系数较小，均不超过90。

从表2各个金属生态危害评价指标数据分析得出，该区附近土壤重金属Cr的污染程度都属于轻微污染，没有达到污染的程度。土壤重金属Zn的污染程度也属于轻微污染，只在少数采样点达到了中度污染的程度，在少数采样点达到了强的污染程度。土壤重金属Cu在采样点73表现为强的污染，其他采样点属于轻微的污染程度。土壤重金属 Pb在部分采样地点的浓度已达到重度污染的程度，即使在少数污染指数最小的地方也达到了轻微污染的程度。

表2 各个金属生态危害评价指标

3 结论与讨论

土壤重金属污染问题一直是一个环境污染的热点问题，土壤重金属的污染影响着土壤环境质量，因此客观合理地评价土壤重金属污染状况对于改善土壤环境质量和保障人类的健康安全具有重要意义。该研究以土壤重金属污染的生态环境效应评价作为出发点，选用土壤中重金属含量特征描述方法、潜在生态危害指数法及生态危害评价指标作为污染评价指标，从而对研究区土壤重金属污染水平进行评价。通过分析可以看出重金属元素在调查区域空间上的分布有较大的差异，说明土壤不同元素重金属污染程度不一，受到了外界采矿活动的影响，此结果也与该矿区开采的主要矿种一致，说明该矿区的土壤受到人类活动干扰确实较强烈。