淮南謝橋塌陷區表層土壤重金屬污染分布特征與現狀評價研究

黃肖萌　劉詩敏　楊茗　邱增羽　高良敏

摘 要：為了了解塌陷區土壤中重金屬污染情況，本文通過采集淮南謝橋煤礦塌陷區七個表層土壤樣品，檢測其中重金屬濃度，結果發現Cd，Ni，Zn的污染濃度均滿足土壤環境質量標準的二級標準，而Hg，Cr，Cu，Pb的污染濃度均滿足土壤環境質量標準的一級標準，其中Cd，Ni，Zn，Fe超出淮南市土壤環境背景值。相關性分析表明，Ni，Zn和Cu（p<0.05）分別呈現顯著正相關，Zn與Pb，Ni相關性也較為顯著。同時總磷含量與Cd呈現顯著負相關，總氮含量也與Cd和Fe呈負相關，土壤中速效鉀含量與Zn含量呈正相關；土壤有機質含量與重金屬含量相關性不明顯。最后通過利用單因子指數法和內梅羅綜合指數法對土壤中的七種典型重金屬污染程度進行了評價，發現謝橋塌陷區土壤重金屬污染水平為Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染較為突出，各采樣點污染程度為：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且研究發現內梅羅指數法在本項研究中適用性較低。該研究結果可為塌陷水域土壤修復治理工作提供理論基礎。

關鍵詞：塌陷區；土壤；重金屬；評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.119

1 背景概況

隨著經濟的高速發展，各類含有重金屬的污染物通過各種渠道進入土壤中，造成土壤中重金屬富集。土壤中重金屬會通過各種途徑進入大氣，水體以及動植物，進而在人體類富集，危害人類健康。隨著近年來多地出現重金屬污染影響人類健康事件的發生后，重金屬問題日益被人們重視。

淮南礦業謝橋煤礦位于安徽省潁上縣東北部，謝橋煤礦位于淮南煤田潘謝礦區西部，處于鳳臺、潁上兩縣交界，距潁上縣城約20公里。并且隸屬于安徽省淮南市礦業集團的謝橋礦區共劃分為東一、東二、西一、西二四個采煤區，總面積大約為50km2[1]。

由于煤炭的過量開采，導致地面塌陷，從而出現采煤沉陷區這一環境問題。采煤沉陷區形成后，其巨大洼地在下雨積水后，形成了大面積的水域，并且隨著時間的推移，水底逐漸長出水草并且產生微生物，由于附近居民在沉陷水域中養殖魚類，使得之前的陸生環境完全演變為了水生環境。謝橋礦區采煤塌陷水域周邊堆積的煤矸石礦山等給水體，給塌陷塘輸入了大量的持續性有機污染物、重金屬等[2]。隨著后期煤炭開采規模的不斷增加，沉陷區水域面積不斷擴展，水體水質受到嚴重影響，漁牧業等也會受到影響，嚴重制約了當地經濟水平和養殖業的發展[3]。

2 材料與方法

2.1 研究區域概況

研究區域位于安徽省淮南市謝橋礦區，謝橋沉陷水域主要分為西北沉陷水域和東南沉陷水域。所選擇的土壤采樣點位于沉陷水域的兩側，塌陷水域北側依次分布5個采樣點，南側接近村莊和河流布設2個采樣點（如圖所示）。每個采樣點采取1個表層土壤樣品，土壤深度為0～20cm。

2.2 樣品分析測定

將土壤樣品烘干研磨過0.149mm尼龍篩，稱取0.5g樣品置于聚四氟乙烯坩堝中，用去離子水潤濕樣品，然后加入10ml 濃鹽酸；在電熱板上低溫消解蒸發至剩5ml左右，加入15ml 濃硝酸；接著加熱使液體蒸發至粘稠狀，然后加入10ml氫氟酸繼續加熱；坩堝中溶液快干時，加入5ml的高氯酸，繼續消解至冒白煙，殘渣呈現均勻的淺色取下坩堝，加入1ml（1+1）硝酸，加熱溶解殘渣，至溶液完全澄清，轉入50ml容量瓶中，定容，過濾，上原子吸收分光光度計檢測。

2.3 污染評價方法

評價方法采用指數法，分別求出各重金屬離子的單因子指數和區域土壤重金屬的綜合污染指數，對謝橋區塌陷水域各采樣點的土壤中重金屬污染現狀進行評價分析。

（1）單因子指數法：國內外常用的評價方法之一，是用區域某污染物的實測值與土壤背景值進行相比，用比值表示該區域內此項污染物受污染的程度。

Pi=Ci/Si

式中：Pi為土壤中污染物i的環境質量指數；Ci為土壤中污染物i的實測濃度（mg/kg）；Si為該區域土壤中污染物i的環境背景值（mg/kg）。

（2）綜合指數法：采用內梅羅污染指數法計算其綜合污染指數

式中：PN 為內梅羅污染綜合指數；maxPi為各項污染物中污染指數最大值；為各項污染物污染指數平均值。

根據單因子指數法和內梅羅綜合污染指數法，可以將土壤重金屬污染等級分為5個污染級別。

3 實驗結果與討論

3.1 土壤重金屬檢測結果

采樣點土壤中重金屬含量如下圖所示：

由表2可知，1號采樣點處各項理化性質含量均較高，主要原因可能是因為其距離河流較近，河流的匯入給塌陷區土壤帶來大量的污染物質。由上面三個折線圖可知，Hg、Cu、Pb、Ni、Zn和Fe在各點位土壤中分布較為均勻；Cd、Cr在各點位土壤中分布變化較大；4號采樣點出Cd含量比其他點位高，可能與該處點源污染有關。謝橋區土壤中不同重金屬平均污染程度為：Cd

3.2 謝橋塌陷區土壤重金屬污染評價

參照1997年楊曉勇等人對淮南市土壤重金屬背景值的研究結果，分別計算淮南謝橋塌陷區土壤重金屬單因子污染指數和綜合污染指數[6]。

從單因子指數結果可知，研究地區土壤的重金屬污染以Zn最為突出，7個采樣點處污染以達到嚴重污染；4號采樣點土壤中Cd也達到嚴重污染，5號點土壤中Cd指數也大于2，屬于中度污染；并且大部分采樣點中的Ni污染均達到輕度污染，其他點屬未污染。所有采樣點處Cr和Cu的污染指數都小于1，屬于未污染，說明塌陷水域附近基本無Cr污染；Hg除了6號點超過1，其他采樣點處均未污染；1號點處Pb指數超過1，其他點處土壤均未污染。總結為，謝橋塌陷區土壤重金屬污染水平為Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr。

從內梅羅綜合指數結果可以看出，謝橋塌陷區土壤各采樣點污染程度為：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006。各點處的綜合污染指數均大于3，屬于嚴重污染。因為內梅羅指數法中最大污染因子Zn值較大，故綜合指數法夸大了重金屬Zn值對土壤的污染。由于內梅羅指數法突出了污染指數最大的污染物對環境質量的影響和作用，此種計算方法對所得結果的影響很大，有些時候可能會存在人為夸大了一些因子的影響作用的情況，同時根據內梅羅指數法計算出來的綜合污染指數，只能在一定程度上反映污染的程度而難以反映出污染的質變特征[1]。因此研究中，內梅羅綜合指數法存在一定的局限性。

4 結論

（1）謝橋區土壤中不同重金屬平均污染程度為：Cd

（2）根據單因子指數法，謝橋塌陷區土壤重金屬污染水平為Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染較為突出。內梅羅指數法顯示，謝橋塌陷區土壤各采樣點污染程度為：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且內梅羅指數法在本項研究中適用性較低。

參考文獻：

[1]蘇桂榮.淮南潘謝礦區底泥與土壤中重金屬豎向分布規律研究[D].安徽理工大學，2012.

[2]蘇桂榮，姚多喜，李守勤等.基于ARCGIS的塌陷塘水質特征研究及評價——以淮南礦業集團謝橋礦為例[J].安徽理工大學學報：自然科學版，2012，32（01）：39-42.

[3]淮南市環境保護局.淮南市生態環境現狀調查報告[R].淮南：淮南市環境保護局出版，2001.

[4]郭偉，孫文惠，趙仁鑫等.呼和浩特市不同功能區土壤重金屬污染特征及評價[J].環境科學，2013，34（04）：1561-1567.

[5]土壤環境質量標準GB15618-1995.

[6]楊曉勇，孫立廣，張兆峰等.淮南市土壤元素背景值與土壤環境質量評估[J].土壤學報，1997（03）：344-347.

[7]方濤，劉劍彤，張曉華等.2002.河湖沉積物中酸揮發性硫化物對重金屬吸附及釋放的影響[J].環境科學學報，22（03）：324-329.

[8]王嘉.銅陵礦區土壤重金屬污染現狀評價與風險評估：[合肥工業大學碩士學位論文][D].合肥：合肥工業大學，2010.

作者簡介：黃肖萌（1991-），女，安徽安慶人，碩士研究生，主要從事水文水資源與水污染控制研究。