貴州織金金礦礦區(qū)土壤重金屬含量及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

楊珍 吳迪 張林

摘要：重金屬是一類具有潛在危害的重要污染物，具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性的特點(diǎn)。以畢節(jié)市織金縣貓場(chǎng)鎮(zhèn)金礦山區(qū)為研究對(duì)象，采用四分法采集礦區(qū)的土壤，檢測(cè)其Pb、Cd、Hg、As、Cu， 了解重金屬對(duì)當(dāng)?shù)赝寥赖奈廴厩闆r，預(yù)測(cè)重金屬對(duì)人類健康的危害以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的影響。結(jié)果表明，金礦礦區(qū)研究區(qū)域內(nèi)土壤中的重金屬存在不同程度的污染，重金屬平均含量表現(xiàn)為Cu>Pb>As>Cd>Hg，以土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為背景值，從單因子污染指數(shù)來看，其中Cd表現(xiàn)較明顯，該區(qū)域土壤5種重金屬的污染程度依次為Cd>Cu>Hg>As>Pb。從綜合污染指數(shù)來看，在研究區(qū)域內(nèi)的4種土壤已達(dá)到重度污染，污染程度依次表現(xiàn)為礦山土>廢礦渣土>耕作土>礦山山頂土。

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬；污染程度；評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）04-0863-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.012

Soil Heavy Metal Content in Zhijin Gold Mining Area of Guizhou Province and Its Potential Risk Assessment

YANG Zhen1，WU Di1，ZHANG Lin2

（1.Key Laboratory of Mountain Area and Protection of Ecological Environment of Guizhou Province， Guizhou Normal University，

Guiyang 550001，China；2.Guizhou Institute of Biology，Guiyang 550009，China）

Abstract：Heavy metals were important pollutants of potential threat to the environment， which were concealed， long-term and irreversible. Taking gold mining area in Maochang Town of Zhijin， Bijie City as the research object， the author would use the quartation method when sampling the soil in the mining area to detect the Pb， Cd， Hg， As， Cu and then to know the situation of heavy metal pollution to the soil and finally to predict effects of heavy metals on human health and damage to ecosystem in this paper. The result showed that heavy metals in the soil of gold mining area for research have different pollution degrees. And the average content of heavy metals was ordered as Cu>Pb>As>Cd>Hg. If taking the Ⅱclass standard from Soil Environmental Quality Standard as the background value. From the single factor pollution index， Cd was more obvious than other elements， the pollution degree of 5 heavy metals in the area was ordered as Cd>Cu>Hg>As>Pb. From the single factor pollution index， From the comprehensive factor pollution index， four kinds of soil in research area had reached high levels of pollution，the degree of heavy metal was ordered as mine soil>waste slag soil>tillage soil>mining mountain soil.

Key words：soil；heavy metals；pollution degree；assessment

土壤是人類賴以生存發(fā)展的生產(chǎn)資料，也是人類社會(huì)最基本、最重要的自然資源之一[1]。土壤所有污染物中，對(duì)人體危害最大的當(dāng)屬重金屬。它可以導(dǎo)致人體致癌、慢性中毒、致突變、致畸形。貴州省作為西南礦產(chǎn)資源大省，礦種眾多，隨著礦業(yè)開發(fā)的發(fā)展，礦山尾礦、礦渣堆放、填埋等使重金屬元素向周邊土壤滲透，造成土壤中相應(yīng)的重金屬富集， 從而導(dǎo)致土壤肥力降低，農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，并通過食物鏈危及人類健康和生命[2，3]。廢棄礦區(qū)的土壤重金屬污染一直是土壤環(huán)境污染綜合治理的難題。重金屬是一類具有潛在危害的重要污染物，具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性的特點(diǎn)[2]。土壤中的重金屬能被植物吸收，不能被生物降解，進(jìn)入植物體內(nèi)的重金屬會(huì)在植物體的各個(gè)部位發(fā)生不同程度的累積，當(dāng)重金屬含量過高時(shí)就會(huì)對(duì)植物的正常生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生理活動(dòng)產(chǎn)生影響[4，5]。為了確切了解重金屬對(duì)當(dāng)?shù)赝寥赖奈廴厩闆r，預(yù)測(cè)重金屬對(duì)人類健康的危害以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的影響，以畢節(jié)市織金縣貓場(chǎng)鎮(zhèn)金礦山區(qū)為研究對(duì)象，采取野外定點(diǎn)采樣、室內(nèi)分析測(cè)定和數(shù)據(jù)相關(guān)性分析相結(jié)合的方法，研究了金礦山區(qū)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀。

1 材料與方法

1.1 樣品采集方法

用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）定位土壤采樣點(diǎn)，以金礦周圍農(nóng)業(yè)土壤為主，采用梅花形采樣法采集土壤樣品（0～20 cm）1 kg于采樣袋中，土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，去除雜質(zhì)，放入白色紙張上在整潔無污染的室內(nèi)自然風(fēng)干后，用研磨研碎過100目尼龍篩，四分法取其密封保存在塑封袋中，貼標(biāo)簽、編號(hào)備用。

1.2 儀器與試劑

主要儀器包括：ZEEnit70p石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（德國(guó)）、AFS-933原子熒光光度計(jì)、電子天平、可調(diào)電熱板等。

主要試劑包括：硝酸（GR）、高氯酸（GR）、As標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1 000 mg/L）、Hg標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（100 mg/L）、鹽酸（優(yōu)級(jí)純）；氫氟酸（優(yōu)級(jí)純）；30% H2O2，Pb、Cd、Cu等標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 石墨爐原子吸收分光光度計(jì)工作條件 石墨爐原子吸收分光光度計(jì)的工作條件見表1。

1.3.2 原子熒光法 氫化物原子熒光分光光度計(jì)的工作條件見表2。

1.4 樣品處理與分析

1.4.1 土樣中Cu、Cd、Pb含量檢測(cè) 精確稱取土樣0.2 g左右，置于聚四氟乙烯杯中（精確到0.000 1 g），加入15 mL混酸（硝酸∶高氯酸=4∶1），再加入2.00 mL HF，將聚四氟乙烯杯放于低溫電熱板上加熱消解至溶液無色，繼續(xù)加熱去除多余的混酸至近干，取下，冷卻，在冷卻后消解液中加0.5%（體積比，下同）的硝酸溶解，最后轉(zhuǎn)移至容量瓶并用0.5%的硝酸定容至100 mL，用原子吸收光譜法（石墨爐）測(cè)定Cu、Cd、Pb。分析過程中采用平行雙樣，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品對(duì)測(cè)定全過程進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.4.2 土樣中As、Hg總量的檢測(cè) 精確稱取土樣0.25 g于50 mL比色管中，加 10 mL水和王水的混合液（V/V=1∶1），將比色管中置于沸水浴中加熱3～4 h，取出冷卻后用1%鹽酸定容至50 mL， 繪制As、Hg標(biāo)準(zhǔn)曲線，用原子熒光光譜儀AFS-933測(cè)定As、Hg的總量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003、SPSS 18軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 樣品質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 單因子污染指數(shù)法[6，7]

單因子污染指數(shù)法是目前國(guó)內(nèi)普遍評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的方法之一，是評(píng)價(jià)土壤、作物污染程度或土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)所用的一種相對(duì)的無量綱指數(shù)，能全面地反映各污染物的污染程度[8-10]。以國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）（表3）[11]為樣品評(píng)價(jià)依據(jù)，其單因子污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表4。其中單因子污染指數(shù)法計(jì)算公式如下：

Pi=Ci /Si

式中，i為土壤中某種污染物；Pi為土壤中所測(cè)元素i的污染指數(shù)；Ci為土壤中所測(cè)元素i的污染實(shí)測(cè)值；Si為土壤中所測(cè)元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)Pi≤1時(shí)，樣品未受污染；Pi>1時(shí)，表明樣品已被污染，且Pi越大，說明樣品受污染越嚴(yán)重。

2.2 污染綜合指數(shù)法[12，13]

Nemerow綜合污染指數(shù)法是用來評(píng)價(jià)某一研究點(diǎn)樣品中的多種重金屬綜合污染水平，是表示多種重金屬復(fù)合污染[14]。計(jì)算公式如下：

P綜=■=■

式中，P綜為土壤中各種重金屬的Nemerow綜合污染指數(shù)，（Pi）max為各重金屬中最大污染值，（Pi）ave為各重金屬污染指數(shù)的平均值。當(dāng)P綜≤0.70，表明樣品屬于安全等級(jí)；0.703.00，表明樣品受到重度污染。綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12]見表5。

3 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

3.1 土壤重金屬含量分析

由表6可知， 礦山土、礦山山頂土、廢礦渣土、耕作土4個(gè)區(qū)域土壤類型中Pb的平均含量分別是44.75、21.53、25.05、28.29 mg/kg，與國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，4個(gè)區(qū)域內(nèi)的土壤均未超標(biāo)。4種研究區(qū)域內(nèi)As的平均含量差異較小，均在13.44～14.99 mg/kg之間變化，與國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，均未超標(biāo)。除Pb、As未超標(biāo)外，其余3種元素均超標(biāo)。在金礦礦區(qū)4個(gè)區(qū)域內(nèi)的土壤Cd的平均含量分別為2.33、1.58、2.10、1.64 mg/kg，含量分別為0.92～3.44、0.21～3.14、1.02～3.17、1.18～2.24 mg/kg，最大值分別是3.44、3.14、3.17、2.24 mg/kg，分別是國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的11.47、10.47、10.57、7.47倍，超標(biāo)率分別是100.00%、66.67%、100.00%、100.00%。礦山土、礦山山頂土、廢礦渣土、耕作土4個(gè)區(qū)域土壤類型中Hg的平均含量分別是0.56、0.46、0.87、0.58 mg/kg，含量分別為0.15～1.08、0.23～0.76、0.72～1.02、0.35～0.74 mg/kg，最大值分別是1.08、0.76、1.02、0.74 mg/kg，是國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的3.60、2.53、3.40、2.47倍，超標(biāo)率分別是75.00%、83.33%、100.00%、100.00%。對(duì)金礦礦區(qū)4個(gè)區(qū)域內(nèi)的土壤進(jìn)行了測(cè)定分析得知，4個(gè)區(qū)域內(nèi)土壤的Cu平均含量分別是126.92、115.93、126.90、113.69 mg/kg，含量分別為112.90～142.40、83.06～132.70、126.70～127.10、91.14～131.30 mg/kg，與國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，均受到了Cu的污染，礦山土、礦山山頂土、廢礦渣土、耕作土4個(gè)區(qū)域土壤類型中Cu最大值分別是142.40、132.70、127.10、131.30 mg/kg，是國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的2.85、2.65、2.54、2.63倍，超標(biāo)率均為100.00%。這表明礦山尾礦、礦渣堆放、填埋等使重金屬元素向周邊土壤滲透，造成土壤中相應(yīng)的重金屬富集。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，除Cu的變異系數(shù)較小，屬于弱變異性外，其余4種元素的變異系數(shù)均達(dá)到弱、中等變異程度，這表明礦區(qū)土壤中5種重金屬元素已經(jīng)受到人為的影響，即主要受煤礦開采的影響。

由表4可知，各研究區(qū)域內(nèi)的土壤中重金屬的平均含量均表現(xiàn)為Cu>Pb>As>Cd>Hg，表明在人為活動(dòng)的影響下，研究的4個(gè)礦區(qū)土壤中已存在一定程度的重金屬累積現(xiàn)象，其中以Cu和Pb最明顯。

3.2 金礦礦區(qū)土壤重金屬元素之間的相關(guān)性

由表7可知，As與Hg具有較好的相關(guān)性，且呈顯著正相關(guān)。說明As與Hg具有同源性，Pb、Cd、Cu與其他重金屬元素之間相關(guān)關(guān)系不明顯。

3.3 金礦礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

以土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為背景，采用單因子污染指數(shù)與綜合污染指數(shù)法對(duì)織金貓場(chǎng)鎮(zhèn)金礦礦區(qū)土壤中的重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表8。

由表8可見，從單因子污染指數(shù)來看，4種土壤中Pb、As的單因子污染指數(shù)小于1，屬安全級(jí)別。Hg的單因子污染指數(shù)介于1～2之間（廢礦渣土除外），屬輕度污染級(jí)別。4種土壤中Cd的單因子污染指數(shù)均大于3，屬重度污染級(jí)別。Cu的單因子污染指數(shù)介于2～3之間，屬中度污染級(jí)別。結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)土壤中重金屬存在不同程度的污染，污染程度依次表現(xiàn)為Cd>Cu>Hg>As>Pb。

從綜合污染指數(shù)來看，在研究區(qū)域內(nèi)的4種土壤的綜合污染指數(shù)均大于3，已達(dá)到重度污染級(jí)別，其中污染最嚴(yán)重的是礦山土。結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)土壤中重金屬存在不同程度的污染，污染程度依次表現(xiàn)為礦山土>廢礦渣土>耕作土>礦山山頂土。

4 小結(jié)

隨著礦業(yè)開發(fā)的發(fā)展，礦山尾礦、礦渣堆放、填埋等使重金屬元素向周邊土壤滲透，造成土壤中相應(yīng)的重金屬富集。研究區(qū)域內(nèi)的土壤中重金屬存在不同程度的污染，從單因子污染指數(shù)來看，污染程度依次表現(xiàn)為Cd>Cu>Hg>As>Pb。其中以Cd污染最嚴(yán)重，其次是Cu和Hg，Hg屬輕度污染，Cu屬中度污染，As、Pb尚屬安全級(jí)別。

研究區(qū)域內(nèi)的土壤中重金屬平均含量表現(xiàn)為Cu>Pb>As>Cd>Hg。從綜合污染指數(shù)來看，在研究區(qū)域內(nèi)的4種土壤的綜合污染指數(shù)均大于3，已達(dá)到重度污染，污染程度依次表現(xiàn)為礦山土>廢礦渣土>耕作土>礦山山頂土。這表明研究區(qū)域已受到人為因素的影響，主要是礦山的開采，礦山尾礦、礦渣堆放、填埋等使重金屬元素向周邊土壤滲透，造成土壤中相應(yīng)的重金屬富集，耕作土已受到污染。

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