微山縣煤礦區土壤重金屬現狀調查與分析

盛 芹，丁 國，盛 況

（山東省微山縣環境保護局環境保護監測站，山東 徽山277600）

1 引言

通過對相關資料的收集、調研和總結，選擇歡城鎮和付村鎮具有代表性的可疑污染區周邊農田土壤及農作物作為研究對象。主要污染源以煤礦區排放的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等廢氣為主，重點開展如下研究內容：系統開展區域環境背景調查，制定監測方案，劃定2個監測單元，并布設監測點，采集具有代表性的20個土壤樣品。對土樣的鉛、鎘、汞、砷、銅、鉻、鋅、p H值等指標進行檢測；以國家土壤環境質量標準二級標準為基準，通過單因子指數評價法和內梅羅綜合污染指數法對調查區的土壤中重金屬含量現狀進行評價分析。

2 研究方法

微山縣位于山東省南部，東經117°13′，北緯34°82′，全縣總面積1 780km2，人口約66.56萬人，轄5鎮10鄉。地處湖區，以湖為界，湖東接泰沂山區，湖西為魯西平原東端。地勢北高南低，東西相間，中間為湖泊，平均海拔36.5m。境內地貌以湖泊、平原、山地丘陵3種類型為主。地下礦藏資源以煤、稀土為主。本縣屬暖溫帶季風型大陸性氣候。年均氣溫13.70C，極端最高氣溫 40.50C，最 低 氣 溫 －22.30C，年 均 降 水 量79.7mm，無霜期年均205d。

2010年，微山縣經濟總量繼續攀升，三大產業全面發展。2010年全縣地區生產總值達到243.7億元，增長14.1%，三大產業結構比例由2009年11.7∶51.4∶37.0調整為11.4∶50.5∶38.1，第三產業占比較2009年提高1.1%。三大產業對 GDP增長的貢獻率分別為1.1%、50.9%、48.0%；分別拉動GDP增長0.2%、7.2%、6.7%。經濟發展方式逐步轉變，產業結構進一步優化。微山縣主要種植作物為小麥、玉米、水稻、大豆、地瓜。

2.1 樣品采集與預處理

2.1.1 監測點位布設

根據實地調查情況，監測點位主要設在煤礦企業較多的歡城鎮和付村鎮，布設原則一般為6.7hm2左右布設1個監測點。受煤礦企業區影響大的應多布設監測點，影響小的可少量布，布設監測點位20個。

污水灌溉的農田土壤，采用對角線法；面積較小、地勢平坦、土壤物質和受污染程度均勻的地塊，采用梅花點法；中等面積、地勢平坦、土壤不夠均勻的地塊，采用棋盤式法；面積較大、土壤不夠均勻且地勢不平坦的地塊，采用蛇形法。種植一般農作物每個分點處采0～20cm耕作層土壤，種植果林類農作物每個分點處采0～60cm耕作層土壤，取1kg，多余部分用四分法棄去。采樣同時填寫土壤標簽、采樣記錄、樣品登記表，并匯總存檔。

2.1.2 樣品的制備與保存

在晾干室將濕樣放置晾樣盤，攤成2cm后的薄層，不間斷地壓碎、翻拌、揀出雜質并用四分法分取壓碎樣，全部過20目尼龍篩。過篩后的樣品全部置于無色聚乙烯薄膜上，充分混合直至均勻。經粗磨后的樣品用四分法分成兩份，一份交樣品庫存放，另一份做樣品的細磨用。用于細磨的樣品用四分法進行第二次縮分成兩份，一份留備用，一份研磨至100目尼龍篩，過100目用于土壤元素全量分析。經研磨混勻后的樣品，分裝于樣品袋。填寫土壤標簽一式兩份，袋內放一份，外貼一份。

2.2 實驗分析方法

2.2.1 樣品檢測指標

土壤樣品的檢測指標為鉛、鎘、汞、砷、銅、鉻、鋅、p H值。

2.2.2 實驗分析方法

土壤樣品檢測方法及使用儀器見表1。

表1 各監測項目的分析方法及使用儀器

2.3 實驗質量控制

2.3.1 采樣及樣品制備質量控制

土壤樣品需測定重金屬，用竹鏟直接采取樣品，所采土樣裝入塑料袋內，外套布袋。填寫土壤標簽一式兩份，一份放入袋內，一份扎在袋口。采樣結束在現場逐項逐個檢查，如采樣記錄表、樣品登記表、樣袋標簽、土壤樣品、采樣點位圖標記等，如有缺項、漏項和錯誤處，應及時補齊和修正后撤離現場。

樣品制備設風干室、磨樣室，房間通風、整潔、無揚塵、無易揮發化學物質，避免陽光直射土樣。土壤晾干用白色搪瓷盤，磨樣用木棒、木棰、無色聚乙烯薄膜，過篩用尼龍篩，規格為20～100目，用特制牛皮紙袋分裝。

2.3.2 實驗室內部質量控制

分析土壤樣品時做10%平行樣品，由分析者自行編入明碼平行樣，平行雙樣測定結果的誤差在允許范圍之內者為合格，每批帶測質控平行雙樣，在測定精密度合格的前提下，質控樣測定值必須落在質控樣保證值范圍之內，否則本批結果無效，重新分析測定。

用去離子水代替試樣，采用相同的步驟和試劑，制備全程序空白溶液。

3 結果與分析

3.1 重金屬在研究區土壤中的含量

經測定，農田土壤重金屬含量見表2。

表2 各監測點土壤重金屬含量 mg／kg

3.2 重金屬在研究區土壤中的分布特征及分析

根據中華人民共和國國家土壤環境質量標準（GB15618－1995）規定，按照土壤應用功能和保護目標，將土壤劃分為3級，其中第Ⅱ級主要適用于一般農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染。因此采用土壤環境質量標準Ⅱ級標準進行評價。第Ⅱ級土壤環境質量執行二級標準，土壤環境質量標準見表3。利用Excel 2003統計計算，監測單元的農田土壤重金屬含量統計見表4。

表3 土壤環境質量標準 mg／kg

表4 各監測點土壤重金屬含量統計表

由表4分析發現，20個監測點中，各監測點重金屬含量均未超出《土壤環境質量標準》二級標準。各重金屬的變異系數在7%～51%之間。其中變異系數最高的Pb為51%，其次是Zn為44%，Cd為38%，Hg為36%，較低的是Cr為7%。這說明在監測區域，污染源對環境中的Pb含量貢獻最大。

4 土壤重金屬污染評價

4.1 評價方法和標準

4.1.1 單項污染指數法

單因子指數法是國內通用的一種重金屬污染評價的方法，是國內評價土壤、水、大氣和河流沉積物重金屬污染的常用方法［2］，其計算公式為：

式中，Pip為土壤中污染物i的單項污染指數；Ci為調查點位土壤中污染物i的實測濃度；Sip為污染物i的評價標準值或參考值。根據Pip的大小，可將土壤污染程度劃分為五級，見表5。

表5 土壤環境質量分級評價標準

4.1.2 綜合污染指數法

各類土壤一般為多種重金屬所污染，因而土壤污染評價多應用綜合指數法進行污染綜合評價。綜合指數的算法有多種，根據本研究的實際情況，采用內梅羅指數法計算綜合指數。內梅羅指數反映了各污染物對土壤的作用，同時突出了高濃度污染物對土壤環境質量的影響，可按內梅羅污染指數劃定污染等級。內梅羅指數評價標準見表6。

表6 土壤內梅羅污染指數評價標準

其計算公式為：

式中：PN為內梅羅污染指數；PI2最大為土壤中各污染因子污染指數的最大值；PI2均為土壤中各單因子污染指數的平均值［3］。

4.2 評價結果與分析

4.2.1 統計結果

各監測點耕地土壤重金屬污染指數統計見表7。

表7 各監測點土壤重金屬污染指數的基本統計結果

4.2.2 重金屬污染評價

由表7分析可以看出，監測區域內耕地土壤中重金屬元素的單項污染指數均未超過1，未出現污染。重金屬污染單項平均污染指數由高到低依次排序為Cd＞As＞Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Hg。該地區綜合污染指數小于0.7的占75%。

5 結語

（1）采用《土壤環境質量標準》（GB15618－1995）進行系統評價，重金屬污染由高到低排序結果為Cd＞As＞Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Hg，微山縣煤礦企業周邊地區的耕地土壤綜合污染指數總平均為0.61，土壤污染等級總體為清潔。

（2）據污染源調查和背景值多元分析土壤重金屬來源，得出農業生產活動中長期使用含鎘磷肥、含銅農藥造成鎘、銅元素在耕地土壤中的積累，是耕地土壤中鎘、銅濃度較高的主要因素。

［1］王學鋒，朱桂芬.重金屬污染研究新進展［J］.環境科學與技術，2003，26（1）：54～56.

［2］徐 燕，李淑芹.土壤重金屬污染評價方法的比較［J］.安徽農業科學，2008，36（11）：4 615～4 617.

［3］陸書玉.環境影響評價［M］.北京：高等教育出版社，2002：163～164.