貴州典型煤礦周邊土壤重金屬特征及生態風險評估

趙君　吳坤　周進康　馬小云

【摘? ?要】? ?為評估貴州省典型煤礦周邊土壤的重金屬污染狀況和生態風險，分析了該地區45個土壤樣品中Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr六種重金屬元素的含量，同時運用單因子指數法、內梅羅綜合污染指數法及潛在生態風險指數法評價礦區土壤的污染程度和生態危害。含量分析顯示，土壤中的Zn、Cu、Cr含量比其他重金屬高，平均值分別為387.30、69.22、88.14 mg·kg^-1;生態風險評價顯示Cd的生態風險較強，應避免過度累積。

【關鍵詞】? ? 煤礦土壤;重金屬;生態風險;貴州

Characteristics and Ecological Risk Evaluation of Heavy Metals in Soil Surround Typical Coal Mine of Guizhou

Zhao Jun， Wu Kun， Zhou Jinkang， Ma Xiaoyun

（Guizhou Education University，Guiyang 550018，China）

【Abstract】? ? In order to evaluate the heavy metals pollution and ecological risk caused by typical coal mines of Guizhou， the content of 6 heavy metals（Hg， As， Cd， Zn， Cu， Cr） in 45 soil samples were analyzed. Single factor index method， Nemerow comprehensive index method and potential ecological risk index were used to evaluate pollution degree and ecological risk. The content analysis showed that the content of Zn， Cu and Cr were higher than others and the average content were 387.30， 69.22 and 88.14 mg·kg^-1respectively. Ecological risk assessment showed that Cd had strong ecological risk， so the excessive accumulation should be avoided.

【Key words】? ? ?coal mine soil; heavy metal; ecological risk; Guizhou

〔中圖分類號〕 X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2022）02- 0050 - 04

0? ? ?引言

人類活動不可避免地產生污染物進而引起污染物含量超標，其中重金屬是最常見的污染物之一。土壤作為動植物生存的基礎，土壤中重金屬可通過食物鏈在動物和人體內富集進而對人類健康造成極大危害[1-3]。在開采過程中煤炭暴露于地表引起伴生金屬不斷向環境釋放，同時煤炭、廢渣、煤矸石經風化、滲透等途徑向周邊土壤遷移轉化，導致煤礦周邊土壤中重金屬含量超標問題嚴重[4-6]，所以煤礦周邊土壤重金屬污染已經是不可忽視的問題。貴州是我國重要的煤炭資源大省，由于多雨氣候和喀斯特地貌，煤炭堆積暴露在地表時侵蝕、分化及淋溶現象十分顯著，從而加快了煤炭主體元素和伴生元素不斷向周邊土壤遷移轉化的速度，導致土壤中As、Cd、Cr等伴生重金屬含量超標[7]。目前貴州煤礦周邊土壤重金屬研究以含量分析或某個礦區風險評估為主，缺乏整體情況的分析和評價[8-10]，所以對貴州煤礦周邊土壤中重金屬含量和生態風險進行較為全面的分析和評估，對土壤的安全使用和治理修復均有參考意義和價值。本文以貴州典型煤礦為研究對象，對周邊土壤中的Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr六種重金屬進行含量分析，利用風險評價方法進行生態評價，為土壤安全利用和土壤修復提供借鑒。

1? ? ?材料和方法

1.1? ?樣品采集

選取貴州的典型煤礦利用蛇型布點法進行布點采樣，除去表面雜草后采集表層（0～20 cm）土壤，共計45個。土壤樣品置于玻璃瓶中帶回實驗室，經自然風干，去除石子等非土壤雜質后用四分法取樣，研磨、過100目篩，裝袋保存、待測。

1.2? ?儀器與試劑

AA-6300C原子吸收分光光度計，日本島津儀器有限公司;AFS-8220原子熒光光度計，北京吉天儀器有限公司;ATX-224電子天平，日本島津儀器有限公司。

鹽酸（HCl）、硝酸（HNO3）、高氯酸（HClO4）、氫氟酸（HF），優級純，國藥集團有限公司;1000 mg·L^-1的Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr標準液（標準物，北京壇墨質檢科技有限公司）。

1.3? ?樣品處理與測定B61AD2E6-93C4-4E77-9D8C-A6E7F4EB30F5

1.3.1? ?Cu、Cr、Zn、Cd處理方法

參照國家標準進行前處理[11]：準確稱取樣品0.2 g于50 mL聚四氟乙烯坩堝中，蒸餾水潤濕，加5 mL HCl，加熱消解至HCl剩余2～3 mL，冷卻后加5 mL HNO₃、4 mL HF、2 mL HClO₄，繼續消解至樣品轉變為白色后，冷卻、定容至100 mL，待測。

1.3.2? ?Hg、As處理方法

參考國家標準進行前處理[12，13]：準確稱取樣品0.2 g于50 mL比色管中，蒸餾水潤濕，加入6 mL HCl、2 mL HNO₃，50 ℃水浴消解30 min后在100 ℃繼續消解2 h，冷卻后定容至50 mL，待測。

1.4? ?樣品測定方法

原子吸收法測定Cd、Zn、Cu、Cr含量，原子熒光法測定Hg、As含量;進行空白實驗，所有樣品均進行3次平行測定，用平均值來表示最終含量;為保證實驗方法的準確性及可靠性，每隔10個樣品插入一個校準樣，確保實驗檢測儀器的穩定性和準確性。

1.5? ?風險評價方法

利用單因子指數法、內梅羅綜合污染指數法和潛在生態風險指數法對研究區域煤礦周邊土壤的生態風險進行評價，計算公式如下[9，14-15]。

2? ? ?結果與分析

2.1? ?重金屬含量分析

礦區周邊土壤中六種重金屬含量見表2。由表可知：不同重金屬的含量和檢出率均存在較大差異，其中Zn、Cu、Cr的檢出率最高，為100%，這與環境中此類元素背景值相對較高有關;Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr含量的平均值分別為0.18、0.45、1.12、387.30、69.22、88.14 mg·kg^-1，Cd、Zn的平均值是其限量值的3.73、1.55倍，所以貴州煤礦周邊土壤中重金屬以Cd、Zn累積為主。變異系數是元素分布離散程度的反映，可表示人類活動對環境影響的大小[17]。六種重金屬變異系數從高到低依次為Hg>As>Cu>Cd>Cr>Zn，變異系數在77.53%～181.34%。所有重金屬的變異系數均大于36%，屬于高度變異，說明煤礦地區土壤受礦產開采等因素的影響較大，重金屬污染混雜情況嚴重是多種元素共同作用引起的。

2.2? ?土壤中重金屬風險評價

Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr六種重金屬的單因子指數、內梅羅污染指數計算結果如表3所示。

由單因子指數可知：Cd的危害程度最高，均值為3.73，屬于重度污染;Zn均值為1.55，屬于輕度污染;其他重金屬污染指數的均值都低于1.0，處于無污染水平;Hg、As最大值均小于1.0，在清潔安全范圍;Cr為輕度污染，只有4個樣品污染指數達到1以上;Cd、Zn、Cu均存在污染指數在3.0以上的樣品，其中Cd有55.6%的樣品屬于重度污染，對環境可造成重大危害。內梅羅污染指數結果表明樣品中的Cd、Zn、Cu為重污染，Cr屬于輕度污染。不同重金屬的潛在生態風險評估結果見表4。

依據表4可知：六種重金屬的潛在生態風險從高到低的依次為Cd、Cu、Hg、Zn、Cr、As;45個樣品中的Zn、Cu、Cr、Hg、As均處于低生態風險水平，Cd有62.22%的樣品處于中度至強生態風險水平;潛在生態風險指數平均值為335.40，中度以上風險高達40%。潛在生態風險指數與單因子指數、內梅羅指數的評價結果基本一致，Cd的生態風險較強，應進行土壤修復治理以確保農用安全。

3? ? ?結論

通過對貴州典型煤礦周邊土壤45個樣品中的六種重金屬測定發現：礦區周邊土壤均受到不同程度的重金屬污染，各種金屬含量具有一定的差異性且屬于高度變異，所以人類活動是重金屬污染的主要原因;Hg、As、Cd、Zn、Cu、Cr含量的平均值分別為0.18、0.45、1.12、387.30、69.22、88.14 mg·kg^-1，含量以Zn、Cu、Cr為主，污染以Cd、Zn為主。生態風險評價結果顯示：煤礦周邊土壤中Cd具有較強的生態風險，應避免過度積累;其他重金屬的生態風險較低，礦區總體上處于較低的生態風險水平。

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