成縣黃渚礦區尾礦庫潰壩土壤污染評價

謝曉華

（甘肅省農業工程規劃院，甘肅 蘭州 730046）

成縣位于甘肅省東南部，為南北過渡性暖溫帶半濕潤氣候區，地處中國第二大鉛鋅礦—西成鉛鋅礦帶的腹地，境內礦產資源豐富、儲藏量大，為甘肅省主要鉛鋅礦之一。隨著鉛鋅礦開發規模的不斷加大，采礦后產出的尾礦數量也隨之增加，據統計，成縣黃渚4個鉛鋅選礦企業年產尾礦量達126.5×104t，尾礦中含有多種有毒、有害元素，尤其是重金屬污染已成為破壞礦區及周邊地區土壤環境質量的主要因素，間接或直接的對當地農業生態環境造成了負面影響。為了加強成縣礦區生態環境保護和管理綜合能力，我們選擇了黃渚礦區的水泉鉛鋅選礦廠、百昌有限責任公司選礦廠、官店扶貧福利鉛鋅聯營選礦廠、潤鋒工貿有限公司選礦廠4個尾礦庫為調查對象，分析了尾礦庫土壤和礦尾渣中Pb、As、Zn、Cu等重金屬含量，評價了土壤總體污染程度，以期為研究區農業環境污染治理和保護提供依據。

1 抽樣、檢測與評價方法

1.1 樣品采集

依據《農田土壤環境質量檢測技術規范》（NY/T395-2000），于2010年4月對成縣黃渚4個鉛鋅選礦企業2個尾礦庫因潰壩引起的污染土壤和2個礦渣堆放造成的污染土壤進行了土樣采集。每個采樣點分為0～20 cm、20～50 cm兩層，采集土壤樣品，并采集礦尾渣樣品1個。土樣采集時避免使用金屬器具操作，剔除樣品中的植物殘留體、礫石、侵入物和新生體，混勻后現場采用四分法留約1 kg左右的樣品裝入密封的塑料袋，標簽注明采樣點和采樣深度，帶回實驗室放在陰涼、干燥、通風、無灰塵污染的室內，自然風干后磨碎、過篩供實驗室測定。

1.2 分析項目及方法

土壤樣品和礦尾渣的分析項目包括Pb、Zn、Cu、As等4種重金屬元素。樣品分析采用GB15618-1995推薦的方法，Pb、Zn、Cu元素土樣經鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解后，采用原子吸收分光光度法測定；As元素土樣經硫酸-硝酸-高氯酸消解后，采用二乙基二硫代氨基酸銀光光度法測定。整個分析過程按規范要求采取了嚴密的質量控制措施，以保證測試數據的準確可靠性。樣品分析測試由甘肅省天水市環境監測站完成。

1.3 評價標準

以國家土壤環境質量二級標準（GB15618-1995）作為判定和評價土壤重金屬污染的限量標準（表1）［1］。同時以土壤環境背景值為標準評價的參考。甘肅省和成縣的土壤環境背景值見表2［2］。

表1 土壤環境質量二級標準①

1.4 評價方法

1.4.1 單項污染指數法 指某污染物質濃度與該物質環境質量標準的比值，稱某污染物的污染指數［3～5］。其計算公式為

Pij=Cij/Sij

Pij為j點土壤污染物i的污染指數；C ij為j點土壤i污染物的實測值，用mg/kg表示；Sij為j點土壤污染物i的評價標準，用mg/kg表示。當污染指數≤1時，表示未污染；當污染指數＞1時，表示污染超標，且數值越大，污染越重。即

Pij≤1，表示未污染；

Pij＞1，表示污染超標。

1.4.2 綜合污染指數法 由于單項污染指數法只能反應各個污染物的污染程度，不能綜合、全面地反應污染狀況；采用綜合污染指數法可兼顧單因子污染指數的平均值和最高值，突出污染較重的污染物的作用。其計算公式為

式中P為第j個監測點的質量綜合指數，Pijmax為第j個監測點 i污染物所有單項污染指數中的最大值；Pijave為第j個監測點i污染物所有單項污染指數的平均值。土壤污染分級指標根據汪雅各（1991）所劃的5個污染等級進行評估（表3）。

2 結果與分析

2.1 重金屬含量

分析結果（表4）表明，潰壩土壤0～20、20～50 cm土層中重金屬Pb元素含量分別為775.0、401.0 mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的32.29、16.71倍，土壤環境質量二級標準高限值的2.21、1.15倍。Zn元素含量分別為56.1、53.6mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的0.67、0.64倍，土壤環境質量二級標準高限值的0.19、0.18倍，均低于成縣土壤背景值高限值和土壤環境質量二級標準高限值。Cu元素含量分別為49.1、33.4mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的1.69、1.15倍，土壤環境質量二級標準高限值的0.49、0.33倍，未超出土壤環境質量二級標準。As元素含量分別為28.5、3.46mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的1.90、0.23倍，土壤環境質量二級標準高限值的1.14、0.14倍。

堆渣土壤0～20、20～50 cm土層中，重金屬元素Pb的含量分別為562.0、284.0mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的23.42、11.83倍，土壤環境質量二級標準高限值的1.61、0.81倍。Zn元素含量分別為52.9、26.0mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的0.63、0.31倍，土壤環境質量二級標準高限值的0.18、0.09倍，均低于成縣土壤背景值和土壤環境質量二級標準的高限值。Cu元素含量分別為64.4、14.9mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的2.22、0.51倍，土壤環境質量二級標準高限值的0.64、0.15倍，未超出土壤環境質量二級標準的高限值。As元素含量分別為13.3、7.4mg/kg，為成縣土壤背景值高限值的0.89、0.49倍，土壤環境質量二級標準高限值的0.53、0.30倍，均低于成縣土壤背景值高限和土壤環境質量二級標準的高限值。

礦尾渣樣品中含重金屬元素Pb 840.0mg/kg、Zn 59.1mg/kg、Cu 53.7mg/kg、As 57.4mg/kg。除Zn、Cu含量較低外，Pb、As分別是成縣土壤背景值高限的35.00、3.83倍，土壤環境質量二級標準的2.40、2.30倍。可見，無論是潰壩土壤、堆渣土壤還是礦尾渣，其重金屬元素Pb和As含量都相對較高，表明污染土壤的主要污染物是Pb元素，其次是As元素，Cu、Zn元素對土壤基本無污染。

表2 甘肅省、成縣土壤元素環境背景值①

表3 土壤污染分級指標

表4 不同土壤類型重金屬元素監測結果

表5 污染土壤重金屬評價結果

2.2 評價

從表5可以看出，不同土壤類型的0～20 cm土層中，潰壩土壤的重金屬元素Pb、Zn、As的含量均高于堆渣土壤，但Cu低于堆渣土壤；綜合污染指數潰壩土壤為1.72，堆渣土壤為1.25，潰壩土壤高于堆渣土壤0.47百分點；污染程度均表現輕度污染。20～50 cm土層中，潰壩土壤重金屬元素Pb、Zn、Cu、As的含量均高于堆渣土壤；綜合污染指數潰壩土壤為0.87，堆渣土壤為0.62，潰壩土壤高于堆渣土壤0.25百分點；污染程度潰壩土壤達警戒級，堆渣土壤為安全級，表明0～20 cm的土層土壤污染程度高于20～50 cm的土層土壤，即表層土污染大于心土層。單項污染指數中，潰壩土壤0～20 cm土層Pb元素的污染指數為2.21，屬中度污染；As元素的污染指數為1.14，屬輕度污染；20～50 cm土層Pb元素的污染指數為1.15，屬輕度污染；As元素的污染指數為0.14，屬清潔級。堆渣土壤0～20 cm土層Pb元素的污染指數為1.60，屬輕度污染；As元素的污染指數為0.53，屬清潔級；20～50 cm土層Pb元素的污染指數為0.81，屬尚清潔級；As元素的污染指數為0.30，屬清潔級。重金屬Zn、Cu元素在兩類土壤中均未出現超標現象，污染指數均屬清潔或尚清潔級。

采用成縣土壤背景值作為環境評價標準，潰壩土壤和堆渣土壤重金屬元素含量除Zn元素和A s元素含量未超標外，其余金屬元素含量均超標。其中Pb元素含量偏高幅度較大，潰壩和堆渣土壤0～20 cm土層中Pb元素單項污染指數分別達到32.3、23.4；20～50 cm土層分別達到16.7、11.8，均為嚴重污染程度；除Zn元素和心土層土壤中的As元素未污染外，其它單項污染指數均達到輕度或中度污染。潰壩土壤和堆渣土壤0～20 cm土層綜合污染指數分別為23.7、17.2，20～50 cm土層綜合污染指數分別為12.3、8.7，均達到重污染程度。表明土壤重金屬特別是Pb元素污染對土壤生態環境威脅很大。

3 小結與討論

1）評價結果表明，成縣黃渚礦區鉛鋅礦尾礦庫因潰壩或尾渣堆積對周邊土壤造成不同程度的污染，潰壩對周邊土壤造成的污染大于礦尾渣堆積對周邊土壤的污染。從綜合污染指數來看，研究區兩類土壤0～20 cm土層污染程度均為輕度污染，潰壩土壤20～50 cm土層污染程度為警戒級，堆渣土壤污染程度為安全級。從單項污染指數來看，潰壩土壤0～20 cm土層Pb元素污染程度屬中度污染，As屬輕度污染，堆積土壤0～20 cm土層重金屬Pb屬輕度污染；Zn、Cu元素未造成污染。潰壩土壤0～20 cm土層土壤的污染指數為Pb＞As＞Cu＞Zn，20～50 cm土層土壤的污染指數為Pb＞Cu＞Zn＞As；堆渣土壤0～20 cm土層土壤的污染指數為Pb＞Cu＞As＞Zn，20～50 cm土層土壤的污染指數為Pb＞As＞Cu＞Zn；礦尾渣樣品污染指數為Pb＞Zn＞As＞Cu，總體對生態危害程度不高。

2）造成污染的主要原因是采礦碎石和尾砂漏天堆放，在雨水淋洗的作用下，重金屬進入堆放物—土界面及至土壤耕作層，導致了土壤重金屬污染。潤鋒公司鉛鋅選礦廠尾礦庫和百昌公司鉛鋅選礦廠單子溝尾礦庫由于潰壩致使礦渣下瀉覆蓋，造成了更大范圍的土壤污染，而在遠離尾礦庫的土壤直接影響比較微弱，可采用工程措施進行初步治理。可通過清理淤積礦渣、疏通行洪溝、對壩下污染土壤清淤后采取換土和覆土等措施恢復為耕地，或通過種草種樹，在庫面和壩坡按標準削坡覆土，以減緩對周邊土壤的進一步污染。

［1］ 中華人民共和國國家標準土壤環境質量標準.GB15618-1995土壤環境質量標準［S］.中國環境科學出版社，1996.

［2］ 連 兵.《甘肅省土壤環境背景值調查研究》全程序質量保證體系［J］.甘肅環境研究與監測，1993，6（3）：26-32.

［3］ 王生樸，連 兵.甘肅省土壤環境背景值特征及其分布規律［J］. 甘肅環境研究與監測，1993，6（3）：3-6.

［4］ 傅克文.農業環境的化學污染［M］.北京：農業出版社，1985：105-109.

［5］ 呂青松，蔣煜峰，楊 帆，等.重金屬污染淋洗技術研究進展［J］. 甘肅農業科技，2010（3）：35-39.