煤矿区土壤重金属污染情况评价及其特点分析

高 彪

(山西省忻州生态环境监测中心，山西 忻州 034000)

目前，为支撑社会经济的高速发展，我国每年需要从国外进口大量的煤炭资源，同时在国内也进行了大面积煤矿资源的开采[1]。但与此同时，大面积的煤矿开采造成了严重的环境污染和地质灾害等问题，对生态环境造成了严重的不良影响[2]。因此，对于煤矿区的环境污染问题必须引起相关部门的高度重视。大量的实践经验表明，煤矿区土壤中会出现严重的重金属污染问题[3]。基于此，有必要对土壤中的重金属污染情况进行深入分析和研究，这样才能够有针对性地开展治理工作。本文主要以某煤矿区为例，对不同区域土壤中包含的主要重金属元素含量进行了检测，并利用地质累积指数法对各重金属元素的污染程度进行了评价[4]。本研究对于掌握土壤重金属污染特征具有一定的实际意义。

1 煤矿区基本情况概述

某地区煤矿资源的大量开采，给地区经济发展作出了非常重要的贡献，但与此同时煤矿区生态环境出现严重恶化，根据卫星图像资料发现，矿区附近的很多植物出现了枯死问题。初步分析认为，导致出现这种问题的原因在于煤矿区域土壤中的重金属含量明显上升，改变了土壤的性质，使得常见的植物无法正常生存。所以，以下主要对该煤矿区土壤中的重金属污染情况进行分析与评价，掌握重金属污染的特征，为后续开展煤矿区土壤治理工作奠定坚实的理论和实践基础。

2 煤矿区土壤重金属的取样及测定方法

2.1 土壤取样方法

在对土壤样品进行采集时，应该尽可能降低人为因素对采样结果造成的影响，以确保最终获得结果的精确性。为了分析煤矿上风区域和下风区域中重金属元素的含量差异，在取样时以矿井为中心沿着风向按照“S”形路线分别进行取样，取样深度为100 mm，每次取样质量为1 kg左右。获得样品后将其放入密封袋中封存，并做好相关的标记(需要注明采样时间、地点等信息)。样品在实验室中进行风干、磨细、筛选后待用，每个样品准备3个试样，分别进行3次重复检测，取平均值作为最终结果。

2.2 土壤重金属含量测定方法

利用原子吸收光谱仪对土壤中的各种重金属元素含量进行检测，但在检测前需要利用分解法对土壤进行消解处理。具体操作过程为：向坩埚中加入50 mL聚四氟乙烯，用水进行湿润，往坩埚中加入10 mL盐酸，将样品放置在电热板中进行烘干，此过程土壤会进行初步分解。在坩埚内溶液只有3 mL左右时，将其从电热板中取下，依次加入5 mL硝酸、5 mL氢氟酸、3 mL盐酸，将样品放置在电热板中进行烘干分解，待样品呈现黏稠状时取下，添加硝酸至50 mL即可。严格按照上述步骤制得样品后，就可以利用原子吸收光谱仪对重金属元素含量进行检测。

3 土壤重金属污染情况评价

3.1 评价方法

煤矿中通常会包含有很多重金属物质，这些重金属物质会随着粉尘逐渐迁移，并扩散到煤矿区周围，经过沉降最终渗透到土壤中对土壤造成重金属污染。为了分析煤矿区土壤中重金属的污染情况及其特征。利用地质累积指数法对土壤重金属污染情况进行评价分析。该方法已经广泛地应用于土壤中重金属的污染情况研究，得到了很多专家和学者的一致认可。具体计算方法为：Igeo=log2Cn/(KBn)，式中，Igeo表示地质累积指数；K表示常数，结合实际情况，该常数取值1.5；Bn和Cn分别表示测量元素在该地区的背景值和测量样品中的实际含量大小，单位为mg/kg。

利用化学方法对土壤中各重金属元素的含量进行测定，并代入上式进行计算，可以得到对应元素的地质累积指数。根据指数大小可以将其划分成为不同等级，共有7个等级，等级越高表示该元素对土壤的污染程度越高。如图1所示为基于地质累积指数法的土壤重金属污染等级评价标准。

图1 土壤重金属污染等级评价标准

3.2 评价结果

利用上文所述的土壤重金属含量研究方法，可以获得煤矿区土壤中各种重金属的含量，在利用地质累积指数法对金属的污染程度进行评价，结果如表1所示。表1中主要列出了土壤中含量最高的5种重金属元素的检测结果，以及这些元素在该地区的背景值。由表1中数据可知，镉和镍两种重金属元素的含量超过了土壤背景值，超过的比例分别为1 287%和13%，表明镉元素对土壤已经造成了严重的污染，而镍元素对土壤造成的污染程度相对较轻。铜、铬、锰三种重金属元素的含量比土壤背景值低，表明煤矿区这三种元素没有对土壤造成污染。

表1 土壤重金属污染情况评价结果

利用地质累积指数法进一步对土壤中这5种重金属元素的污染情况进行评价，结果见表1。可以看出，铜、镉、铬、锰、镍5种重金属元素的地质累积指数分别为-1.15、3.19、-1.14、-1.32、-0.48，对应的污染级别分别为0、4、0、0、0。对照图1中的评价结果可知，镉元素对应的污染等级为强污染，而其他4种重金属元素对应的污染等级为无污染。基于以上分析可以看出，本地区煤矿在长期的开采和运输过程中，土壤中已经出现了严重的镉重金属元素污染问题，镍重金属元素虽然有一定程度的污染，但污染程度非常小，几乎可以忽略不计，铜、铬、锰三种重金属元素没有对土壤造成污染。

4 土壤重金属污染特征研究

为了对煤矿区不同位置的土壤重金属污染特征进行研究，详细统计了煤矿上风区域和下风区域重金属元素在土壤中的含量情况，结果如表2所示。由表2中数据可知，煤矿中上风区域和下风区域重金属元素的含量存在很大差异。不管是何种重金属元素，下风区域的含量较上风区域均要高，铜、镉、铬、锰、镍5种重金属元素下风区域和上风区域的含量差值分别为3.86、0.54、4.22、9、2.36 mg/kg，差距程度分别为30.71%、52.94%、10.46%、2.59%、7.81%。从以上结论可以看出，不同重金属元素在迁徙的过程中，其迁徙速度存在一定程度的差异，导致这些重金属元素在矿区上风区域和下风区域的分布存在差异。

表2 煤矿不同区域土壤重金属分布特征结果

5 结论

煤矿资源虽然为我国国民经济发展作出了非常重要的贡献，但是在煤矿开采过程也会造成严重的环境污染问题，其中土壤重金属元素污染就是非常典型的现象。本文主要对某煤矿区附近土壤中各类重金属元素进行了检测，结果发现其存在严重的镉重金属元素污染问题，下风区域重金属元素含量明显比下风区域重金属元素含量要高很多。本文研究结果为煤矿区土壤重金属元素治理工作提供了很好的理论和实践依据。