海南省某金矿区周边农用地土壤重金属污染特征及风险评价

杨 豪

(上海合然环保科技有限公司，上海 200082)

1 引言

矿产资源的开发在促进当地经济发展开发的同时，也会对当地环境造成影响[1,2]。金矿的开采、运输、冶炼及尾矿渣堆存等工序都会造成重金属的释放、迁移，重金属进入土壤后，由于其沉积性、持久性和不可逆性等特点，既可能通过植物富集进入食物链并危害生态健康安全，又可能通过直接接触人体皮肤、吸入和摄入等途径危害人体健康[3～5]。

海南省中西部金矿带是海南省重要的矿产开采区域，由于该区域内金矿资源丰富，历史上存在无序的民采炼金活动，民采的炼金方法较为原始落后，所使用的氰化钠、氰化钾均为剧毒物质，氰化池内的废水肆意排放，冶炼后的尾矿渣随意堆存等行为严重破坏了当地的生态环境。对矿区周边农用地土壤及农产品中重金属的含量进行分析评价，有利于了解矿区周边农用地土壤重金属污染状况，对矿区周边农用地的安全利用具有指导意义[6,7]。

本研究选取海南省中西部某金矿区周边土壤作为研究对象，并在土壤采集点位临近区域采集相应农产品样品，均测定汞、砷、铬、镍、铜、锌、镉、铅等8种重金属，并对研究区土壤环境质量及其潜在生态风险进行分析与评价，以获取该矿区附近农用地土壤污染现状，了解土壤污染对农产品风险、生态风险等的影响，为后续农用地安全利用和风险管控(包括针对性修复治理)提供基础数据支撑和依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

本次调查研究区域位于海南隆起西部，区域性北东向戈枕断裂(韧性剪切带)南端的西北侧，土壤主要是由沙页岩、花岗岩、石灰岩等发育而成的砖红壤，地表风化强烈，基岩埋深较浅，覆土层基本在1 m左右。20世纪80年代末90年代初，矿区存在大面积的小规模民采活动，主要为私人竖井开采和氰化钠池浸加工提金，由于炼金方法较为落后，对该区域土壤环境造成严重影响。90年代后期，民采逐渐叫停，原民采开采区及民采加工区逐渐转为农用地，大部分区域开垦种植芒果，少部分区域种植木瓜、香蕉、花生等其他经济作物。

2.2 样品的采集

本研究样品布点综合考虑调查区域内地形条件及现场发现历史遗留废矿渣的分布情况，总体按照网状布设土壤采样点，采样点位均尽量靠近渣堆区域。同时，在土壤采样点位紧邻区域采集相应芒果、木瓜、香蕉、茄子、秋葵、辣椒、花生等农产品样品。对采集的20个0～20 cm表层土壤样品及20个对应农产品样品进行了pH值和8种重金属(汞、砷、铬、镍、铜、锌、镉、铅)的检测。本次采样及检测工作均由广西博测检测技术服务有限公司严格按照相应国家标准完成。

2.3 潜在生态风险评价

本研究采用Hakanson提出的潜在生态风险评价方法定量分析土壤中重金属对环境的潜在危害[8～10]。参比值采用《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中其他用地类型的风险筛选值。各重金属的毒性参数参考自徐争启等的研究[11]。土壤重金属的潜在生态风险分级标准[12]见表1。

表1 土壤重金属的潜在生态风险分级标准

3 结果与讨论

3.1 土壤重金属含量

研究区内土壤样品重金属含量的测定结果见表2。

由表2可以看出，土壤中重金属含量超标元素为砷、镉、铜、锌，超标率大小排序为：砷(60%)>镉(20%)=铜(20%)>锌(5%)，其中砷的含量最大检出值为634 mg/kg，超出对应标准25.4倍，另外，铜、锌、镉的含量的最大检出值分别为225 mg/kg、368 mg/kg和1.11 mg/kg，最大超标倍数分别为4.5倍、1.2倍和3.2倍。测定结果表明，研究区土壤受到不同程度的重金属污染，其中砷污染最为严重，这与李隋等[13]的结果相一致，表明历史民采活动对矿区土壤造成了较大程度的影响。

表2 研究区域土壤样品重金属含量统计

3.2 潜在生态风险评价

本研究采用Hakanson的潜在生态风险指数法对研究区土壤的生态风险进行了评价，结果见表3。

对研究区土壤重金属污染的潜在生态风险评价统计结果见表3，由表3可知，从不同RI风险程度样点数占样点总数的比例来看，轻度生态风险样点数占85%，中等生态风险样点数占5%，强生态风险样点数占10%。其中，中等及强生态风险指数结果中砷的贡献率范围为76.6%～81.9%，砷的生态风险程度均处于中等程度。结果表明，本研究区由于土壤污染，导致的生态风险水平总体较低，仅局部土壤污染严重区域，有中等至强的生态风险。

3.3 土壤协同农产品重金属含量

本研究共采集了20组农产品样品(包括8组芒果样品、2组木瓜样品、3组香蕉样品、1组茄子样品、1组秋葵样品、2组辣椒样品和3组花生样品)，重金属含量检测结果见表4。

表3 土壤重金属潜在生态危险系数和潜在综合生态风险指数结果统计

表4 农产品样品重金属含量的检测结果统计 mg/kg

由表4可知，8项重金属在20组农产品中均有不同程度的检出，其中N14(茄子样品)、N15(秋葵样品)和N17(辣椒样品)中的镉均超过了《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB2762-2017)中新鲜蔬菜的标准限量。通过计算农产品样品中关注污染物的浓度与对应的土壤表层样品同一关注污染物浓度的比值，N14(茄子样品)、N15(秋葵样品)和N17(辣椒样品)3个农产品中镉的富集系数分别为0.443、0.343和0.286，相比其他样品均较高，而茄子、秋葵和辣椒均为一年生草本植物，说明新鲜蔬菜类较易吸收富集重金属镉。本研究采集的农产品中，重金属富集系数最高的依次为花生、秋葵、茄子和辣椒，其次为芒果、香蕉和木瓜。由此说明根茎(根果)类植物最易富集吸收重金属，一年生新鲜蔬菜果实类较易吸收富集重金属，而木质或多年生水果类植物吸收富集重金属的水平较低。这与杨剑洲等[14]、李佳桐等[15]的研究结果相一致。

以上结果表明，矿区周边农田种植的茄子、秋葵和辣椒等草本植物(低矮蔬菜)通过食物链进入人体所造成的健康风险不容忽视。

4 结论

(1)研究区存在土壤重金属砷、镉、铜、锌污染，其中砷的污染程度最大，为调查区内的首要关注污染物，最大检出值为634 mg/kg，超出对应标准25.4倍。造成土壤中污染物浓度高的原因，主要为废矿石、矿渣的地表堆放及矿渣灰尘的局部扩散，以及含污染物废水的地表无序排放。

(2)本研究区内由于土壤污染，导致的生态风险水平总体较低，仅局部土壤污染严重区域，有中等至强的生态风险。

(3)茄子、秋葵和辣椒样品中的镉的检出浓度均高于GB2762-2017中新鲜蔬菜的标准限量，芒果、木瓜、香蕉和花生样品中检出的关注污染物均在GB2762-2017中新鲜水果或坚果类的标准限量之内。在同等条件下，重金属铜和镉较易被植物吸收，新鲜蔬菜(草本植物)较水果类(木质植物)更易吸收重金属镉。