西南某煤矿周边土壤重金属生态风险评价

2020-06-03张永文鲍丽然董金秀李瑜

环境与发展 2020年4期

张永文鲍丽然董金秀李瑜

摘要：为了解西南某煤矿周边农用地土壤重金属污染状况，分析测试了84件表层土壤样品8种重金属元素，进行了重金属污染评价和生态风险评价。结果表明，研究区土壤重金属均高于渝西地区背景值，Cd污染较明显。从潜在生态危害风险评价看，Hg、Cd是主要生态危害元素。

关键词：煤矿;土壤;重金属;生态风险

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）04-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.009

Abstract：In order to understand the heavy metal pollution of agricultural land around a coal mine in southwest China， eight heavy metal elements of 84 surface soil samples were analyzed，and heavy metal pollution and ecological health risk were evaluated.Results showed that the soil heavy metals in the study area were higher than the background values in Western Chongqing， and the Cd pollution was more obvious.The potential ecological risk index showed that Hg and Cd were the main ecological hazard elements.

Key words：Coal Mine;Soil;Heavy metal;Ecological risk

随着工业化的进程，良好的土壤环境不断遭到破坏，土壤污染问题日益严重。土壤重金属污染会危及区域生态安全，并通过食物链直接或间接对人体健康产生危害。20世纪80年代，国外学者逐步关注到重金属污染对生态环境和人类健康的影响，瑞典学者Hakanson提出了与环境风险相关的潜在生态风险评价[1]。我国土壤重金属评价起步较晚，近十年才逐步将人体健康风险评价理论应用于相关研究。矿业生产是土壤重金属污染的重要来源，煤矿含有多种重金属元素，在开采、选冶过程中通过废水、废渣、煤矸石以及煤矿粉尘等多种途径释放到周围土壤中。张锂、王兴明等[2，3]对黄土高原、淮南等某煤矿区土壤重金属的生态风险进行了评估。重庆是西南地区最老的煤炭工业基地，松藻煤电有限责任公司是重庆五大国有煤矿之一，本文对该煤矿周边农用地土壤展开重金属污染调查及风险评价，为土壤重金属污染防治、环境保护和居民生活提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

松藻煤电公司位于重庆市綦江区境内，其下辖打通一矿、渝阳煤矿、松藻煤矿、同华煤矿、逢春煤矿、石壕煤矿等，矿区出露最老地层为志留系韩家店组，最新地层为三迭系上统须家河组，石灰岩大面积出露，主要构造有桑木场背斜和酒店垭背斜。气候属于亚热带湿润气候区，具有副热带东亚季风特点。区内水系发达，溪河纵横。

1.2 样品采集与测试

土壤样品采用网格布样法，采样密度为1/km2，以GPS定位的采样点为中心，向四周辐射30～50 m确定3～5个分样点。采样时避开沟渠、林带、田埂、路边、旧房基等高低不平无代表性地段，采集0～20cm的表层土壤样品，通过四分法留取1.0～1.5 kg 装入样品袋。土壤样品风干、敲碎，过20目尼龙筛后送样测试。按4km2大格，将采集样品等重量组合成一个分析样，共计84个分析数据。样品测试由国土资源部合肥矿产资源监督检测中心按《生态地球化学评价样品分析技术要求》（DD 2005-03）执行。

1.3 评价方法

2 结果与讨论

2.1 土壤重金属含量分布特征

从表2可以看出，研究区农用地土壤8种重金属平均值均高于渝西地区土壤背景值，表明重金属在土壤中都有一定程度的累积。As、Cd、Hg、Cu平均值分别为14.4 mg/kg、0.582 mg/kg、0.157 mg/kg和59.9 mg/kg，是渝西区土壤背景值的2倍以上;Cr和Ni平均值分别为109.5 mg/kg和57.8mg/kg，是背景值的1.5～2倍;Pb和Zn平均值分别为33.2 mg/kg和112.5 mg/kg，略高于背景值。从变异系数来看，Cu、Cd、Hg、As变异系数较高，分别为0.587、0.502、0.490和0.404;其他元素变异系数介于0.199～0.36之间。变异系数越大，元素在土壤中分布越不均匀，受人类活动影响越大，该区土壤的Cd、Cu元素受礦业开采等影响最大。

2.2 重金属污染评价

2.2.1 单因子指数评价

以土壤环境质量农用地土壤污染风险筛选值为评价标准，对研究区土壤重金属环境质量进行单因子评价，评价结果见表3。单项重金属污染指数平均值从高至低顺序为Cd > Cu >Ni> As > Cr >Zn > Pb >Hg，Cd处于轻污染水平，Cu处于警戒线，其他元素均为安全状态。从污染指数分布范围和各等级样本数看，Cd轻污染样品占63.1%，中污染占14.3%，重污染占2.38%;Cu轻污染样品占8.33%，警戒线样品占21.4%，其余安全。

2.2.2 地累积指数评价

研究区土壤重金属污染程度的累积指数评价结果见表4。重金属污染指数平均值从高至低顺序为As>Cd>Hg>Cu>Ni>Cr>Zn>Pb，前4种元素污染较明显。As有21.4%的样品处于中污染，66.7%处于无-中污染;Cd中-重污染占3.57%，中污染占14.3，无-中污染占72.6;Hg中-重污染占1.19%，中污染占20.2%，无-中污染占46.4%;Cu中污染占33.3%，无-中污染占25.0%。后4种元素污染不明显，基本为无污染或无-中污染。

2.3 重金属潜在生态风险评价

矿区周边农田土壤潜在生态危害风险程度评价结果见表5。从单项重金属潜在生态风险看，Cr、Cu、Ni、Pb和Zn生态风险指数均小于40，为轻微生态风险;As风险指数范围为6.8～48.3，以轻微风险为主;Cd风险指数范围为29.9～235，存在轻微至很强的生态风险，以中等风险为主，占70.2%;Hg风险指数范围为36.2～261，存在轻微至极强生态风险，以中、强风险为主，均占44.0%;因此，Hg、Cd为研究区土壤主要生态危害元素，As也有较轻的生态危害风险。

3 结论

（1）研究区农用地土壤8种重金属均高于渝西地区土壤背景值，重金属在土壤中都有一定程度的累积。

（2）重金属污染的单因子指数评价结果表明，土壤Cd处于轻污染水平，Cu处于警戒线，其他元素均为安全状态;地累积指数评价显示，As、Cd、Hg和Cu污染较明显，最高达到中-重污染。

（3）重金属潜在生态风险评价结果表明，Hg、Cd为研究区土壤主要生态危害元素，As也有较轻的生态危害风险。

参考文献

[1] Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control a sediment to logical approach[J].Water Research，1980，14（8）：975-1001.

[2]张锂.黄土高原地区煤矿土壤重金属污染调查研究及生态风险评价一以兰州红古煤矿为例[D].兰州：西北师范大学，2007.

[3]王兴明，张瑞良，王运敏，等.淮南某煤矿邻近农田土壤中重金属的生态风险研究[J].生态环境学报，2016，25（5）： 877-884

[4]汪芳芳.淮北矿民土壤重金属污染现状评价与风险评估[D].合肥：合肥工业大学，2014.

[5]耿丹.织金县煤矿区土壤-农作物重金属污染特征及农作物食用风险评价研究[D].贵阳：贵州师范大学，2015.

[6]中华人民共和国生态环境部.土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB15618—2018[S].

[7]鲍丽然，龚媛媛，严明书，等.渝西经济区土壤地球化学基准值与背景值及元素分布特征[J].地球与环境，2015，43（1）：31-40.