焦作土壤监测（污染）研究——以焦作国家级矿山地质环境监测网络为例

李喆

河南省地质环境监测院/河南省地质环境保护重点实验室 河南郑州 450000

焦作市位于河南省西北部。北依太行，南临黄河，总面积4071km2，辖11个县（市、区），常住人口364.03万。2014年6月焦作市人民政府与中国地质环境监测院签署了《关于共建国家级地质环境监测示范区框架协议》，启动了焦作市国家级资源枯竭型城市矿山地质环境监测示范区建设工作，为开展采煤沉陷规律和生态恢复技术研究及提升地质环境监测在经济社会发展中的保障能力提供依据。本文以焦作国家级矿山地质环境监测网络及运行过程中存在的矿区土壤问题进行阐述。

1 土壤样品采集

根据焦作市地质环境条件选择布点采集。根据焦作特点采取以下布点采集：①首先选择了煤矿矸石山沿地下水流向布点采样，按照0m，10m，20m，50m，100m，200m及1000m以上的背景值采集。利用罗盘和GPS定点，客观记录和描述采样地的周边环境，遇到公路、村庄、工厂等详细记录地理位置。一般布点14个，12个线性布点，一个矸石山布点，一个背景值布点；②按照矸石山风向布点采样，按照10m，20m，50m，100m图样采集；③露天采矿渣土堆按照地下水流向采样，一般为三组样，按照0m，10m，50m，100m采样，详细描述周边环境。

1.1 浅层土壤样品

根据分析要求，土壤样品采集方法有所不同。土壤样品采集按照一定采集路线进行。矿山按照线性沿着地下水流向疏密有致尺寸精确采样；矿山之外尽量做到均匀和随机，布点形式以线性和蛇形布点采样，这些土壤样品均确定深度为30cm。

1.2 深层土壤样品

根据要求，采集矿山土壤样品，均采取30cm，60cm，90cm深度取3组样品，深层样品取样时防止浅层土壤掉落深层，一般采取清理干净后方可取样。

2 土壤中重金属元素化学特征分析

从表1不难看出，土壤中的重金属元素很难发生迁移，当重金属元素输入土壤后，总是停留在表土或亚表土，很少嵌入土壤深层，这一现象也是土壤是否受到重金属污染的一种鉴定特征，从上表也不难看出90cm深处土壤污染情况比30cm深处土壤还要轻。

针对王封煤矿土壤测试结果分析，得知富集程度最高的是Hg，高出深部环境的5.54倍，其次是Pb。通过浅层土壤分析，Zn服从正态分布，Cu、Cr、Ni基本服从正态分布，说明没有受到人文活动污染。Hg、Pb、Cd发生了一些偏移，说明王封煤矿附近受到了开矿引起的污染。30cm耕种层明显高于60cm 和 90cm的测试指标的有Cd、Hg、Pb也说明开矿引起的污染，30cm耕种层明显低于60cm 和 90cm的测试指标的有As、Cr，三种不同深度土样测试变化微弱的有Cu、Zn、Ni。如果用矸石山采样和30cm土样比较，数值高的有Cd、Hg、Cu、Pb、Zn、Ni等，但是也存在测试数值较低的，如As、Cr。

重金属元素在浅层地表的富集程度由高到低依次为Hg、Pb、Cd、Cu 、Zn、Ni 、Cr、As，按衬值由大到小排序依次为Hg、Pb、Cr、Cu、Cd、Zn、Ni 、As，按照浅表层土壤变差系数由大到小排序依次为Hg、As、Pb、Cu 、Zn、Cd、Cr、Ni，按照深层土壤变差系数由大到小排序依次为Hg、Pb、As、Cu 、Zn、Cd、Cr、Ni，按照表中土壤变差系数比值有大到小依次排序为As、Cr、Ni 、Zn、Cu、Cd、Pb、Hg，说明Hg、Pb、Cd三种重金属危害要大于其它。

表1 王封煤矿从矸石山沿地下水流向取样分析表

3 结论

按照王封煤矿典型案例不难看出hg富集程度最高，高出深部（90cm）第一环境5.54倍，其次为Pb和Cd，按照地表浅层富集程度由高到低排序依次为Hg 、Pb、Cd、Cu 、Zn、Ni 、Cr、As，与背景值比较Hg有明显富集，其它元素富集程度较低。焦作煤矿重金属元素的富集程度与本地的采矿有关。

总体看cd超标率最高，一级超标率达到44.27%，三级超标率有2.24%。根据矿山三层采样（30、60、90cm）分析比较，由于矿业开采受到了重金属污染。不管按照地下水流向和风向采样分析，污染程度没有较大变化。根据焦作市整体分析，八种重金属均存在轻度污染或趋向于轻度污染。Hg、Cd、Pb、Zn四种重金属的危害性要大于其它几种重金属。这与采矿业有关，有的重金属元素也可能与本市地质环境有关。