石棉尾礦場地土壤污染地球化學特征及其對微生物多樣性的影響

李英鈞，宋澤峰，楊悅鎖，等.石棉尾礦場地土壤污染地球化學特征及其對微生物多樣性的影響.吉林大學學報（地球科學版），2024，54（3）：980992. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220312.

Li Yingjun， Song Zefeng， Yang Yuesuo， et al. Effects of Asbestos Tailings Pond on Geochemistry and Microbial Diversity of Contaminated Soils. Journal of Jilin University （Earth Science Edition），2024，54（3）：980992. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220312.

摘要：

為了厘清石棉對土壤環境的污染風險，為進一步治理及減緩石棉污染危害提供技術支撐，本文針對青海省祁連縣小八寶石棉尾礦庫礦區場地土壤環境中石棉組分和相關重金屬元素的分布、空間遷移轉化規律及其對土壤微生物群落結構和多樣性的影響開展研究。結果表明：場地土壤中的主要礦物組成包括石英、斜綠泥石、蛇紋石、鐵韭閃石、鈉長石等，其中蛇紋石被確定為石棉的特征礦物；在典型垂向和橫向剖面土壤中，不同來源的重金屬元素質量分數呈現不同的空間分布特點，其中CaO分布趨勢與蛇紋石礦物相關，土壤中重金屬Cr表現出與石棉礦物相似的分布特征;在垂向和橫向剖面的樣品中Cr質量分數均超過建設用地風險管制值（二類用地78 mg/kg），特別是在石棉尾礦渣堆處Cr質量分數遠超出建設用地風險管制值。石棉的環境脅迫降低了土壤微生物多樣性，對土壤微生物群落結構造成較大影響。

關鍵詞：

土壤；石棉；礦物；重金屬；遷移轉化；分布特征

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220312

中圖分類號：P59；X142

文獻標志碼：A

收稿日期：20221112

作者簡介：李英鈞（1980-）， 男， 高級工程師， 主要從事生態修復方面的研究，E-mail： 158616816@qq.com

通信作者：蔡奎（1985-）， 男，副研究員，博士，主要從事土壤環境治理和生態修復方面的研究，E-mail：kcai@hgu.edu.cn

基金項目：青海省環境地質勘查局科學研究項目（KJ0120190626）；國家重點研發計劃項目（2019YFC1804800）

Supported by the Scientific Research Project of Qinghai Environmental Geological Exploration Bureau （KJ0120190626） and the National Key Research and Development Program of China （2019YFC1804800）

Effects of Asbestos Tailings Pond on Geochemistry and Microbial Diversity of Contaminated Soils

Li Yingjun1， Song Zefeng2， Yang Yuesuo3，Deng Yanan1，Ren Hongyu1， Cai Kui4，5，Hu Ziru6

1. Qinghai 906 Engineering Survey and Design Institute， Qinghai Bureau of Environmental Geology Exploration， ""Xining 810007， China

2. Institute of Resources and Environmental Engineering， Hebei GEO University， Shijiazhuang 050031， China

3. College of New Energy and Environment， Jilin University， Changchun， 130021， China

4. Institute of Geological Survey， Hebei GEO University， Shijiazhuang 050031， China

5. Hebei Key Laboratory of Strategic Critical Mineral Resources， Hebei GEO University， Shijiazhuang 050031， China

6. School of Water Resources and Environment， Hebei GEO University， Shijiazhuang 050031， China

Abstract：

The asbestos composition and distribution， spatial migration and transformation of involved heavy metals， and their effects on microbial community structure and bio-diversity in the soil surroundings in the Xiaobabao asbestos tailings ponds in Qilian County， Qinghai Province were investigated in this study， aiming at understanding the risk of asbestos pollution to soil environment and providing technical support for further treatment and mitigation of asbestos pollution. The results of investigations showed that the major mineral components in the field soil include quartz， clinochlore， serpentine， ferropargasite and albite and so on. Serpentine was identified as the representative mineral of asbestos. The results indicated that different spatial distribution of variously-sourced heavy metals along both vertical and longitudinal profiles across the site; The distribution trend of CaO was closely related to the serpentine minerals along these typical profiles. The spatial distribution of Cr showed a similar pattern with asbestos; The mass fraction of Cr exceeded the risk control value for soil contamination of construction land （78 mg/kg）， especially in the asbestos tailings slag where the mass fraction of Cr greatly exceeded the risk control level. The asbestos stress reduced bio-diversity of the local soil， leading to a great impact on soil microbial community structure.

Key words：

soil；asbestos；mineral；heavy metals；migration and transformation；distribution

0" 引言

石棉（asbestos）是纖維狀的天然硅酸鹽類礦物質的總稱，主要類型包括1種蛇紋石類石棉（溫石棉chrysotile）和5種角閃石類石棉（透閃石石棉tremolite、直閃石石棉anthophyllite、陽起石石棉actinolite、青石棉crocidolite、鐵石棉amosite）［1］。石棉以其獨特的物理化學性質在工業上得到了廣泛使用，據統計，近3 000種不同類型的工業制品中都含有石棉 ［1］。但在為工業和經濟上做出貢獻的同時，石棉的環境副作用也越來越多地被人們所了解［23］ 。由于選礦技術的限制，目前只能回收石棉礦中長度在0.5 mm以上的長纖維，而小于0.5 mm的短纖維則混入尾礦被遺棄，并導致環境污染［4］。表1總結了石棉工業產品所帶來的潛在環境污染物。

石棉是不可溶的、生物不可降解的，石棉短小纖維具有環境持久性和易擴散性，嚴重威脅人畜健康［510］。據世界衛生組織估計，全球約有1.25億人在工作環境中接觸石棉，每年至少有9萬人死于吸入石棉所引起的疾病［11］。目前已經得到證實，石棉纖維被吸入人體時，會導致石棉肺、肺癌和間皮瘤等疾病［1117］。國際癌癥研究機構（IARC）已將所有6種石棉礦物歸類為A類致癌物質［18］ ，美國國家環境保護局（EPA）也將石棉列為優先控制污染物。為了減少對人類的風險，世界衛生組織（WHO）在《歐洲空氣質量準則》［19］中規定了室外城市環境中每升空氣中石棉纖維數為1根的閾值限制。

在我國，依據《國家危險廢物名錄》［10］，石棉廢物被列為第36類危險廢物。我國每年產生近1 000萬t石棉尾礦，歷年堆存達數億t［11］，一方面占用了大量的土地資源，另一方面也給環境造成了巨大的污染風險。據報道，工業上每消耗1 t石棉約有10 g石棉纖維釋放到環境中，釋放出的石棉短纖維能在大氣和水中懸浮數月［20］。石棉纖維可以通過水體淋濾或其他途徑進入土壤，再擴散到場地及其周圍的土壤或地下水環境中［1921］。其中滯留在土壤表面的細小石棉纖維可以隨風遷移，漂浮至數km之外，造成礦山周邊環境的進一步污染［1113］。在干旱的高原礦山地區，例如我國的西北地區，石棉礦開采也對本來有限而珍貴的土地資源造成嚴重影響，石棉污染的生態負效應使得植被很難生長；同時，石棉中常伴生的鎳、鎘、鉻等重金屬元素［2123］也會對

人類健康帶來危害，對生態環境造成嚴重污染。石棉礦山的潛在污染必須通過適當的環境污染風險評估或強制行環境管控等生態環境治理手段進行有效治理，從而降低和消除這些石棉礦山造成的環境風險。

近年來，對礦區周邊土壤中石棉的研究越來越受到公共衛生機構和研究人員的關注［2426］。土壤是大氣和水的中間介質，也是地球關鍵帶和生態環境的核心部分，必然會受到石棉礦活動的直接或間接影響。在石棉污染擴散過程中，土壤和可能的地下水介質既是匯，又是源［2628］。然而，目前國內外對于土壤中石棉的賦存規律、遷移轉化，以及衍生危害等相關研究甚少。本文首先分析石棉尾礦庫場地尺度下土壤中石棉的濃度分布，解析石棉的影響范圍；然后通過分析土壤中相關特征重金屬濃度，確定重金屬污染程度和可能的生態風險；最后，考慮到礦山生態修復和土壤功能生態重建的實際需求，對石棉礦污染脅迫情況下土壤的微生物多樣性響應特征進行刻畫，利用分子生物學技術，了解和掌握土壤微

生物群落結構特征和組成，明晰石棉對土壤微生物多樣性影響機理和程度。擬通過解析干旱高原地區石棉尾礦庫周邊土壤的石棉纖維及其相關重金屬含量的空間分布規律，研究高濃度石棉纖維在土壤中的空間變化和可能的遷移距離，進而分析石棉礦場地污染的環境風險級別和范圍，以期為石棉礦山環境生態恢復的修復治理提供一定的技術支撐。

1" 材料與方法

1.1" 石棉礦場地背景

小八寶石棉礦主要產生的石棉污染物類型為溫石棉（蛇紋石類石棉），其尾礦庫位于青海省祁連縣阿柔鄉小八寶河河谷中（圖1）。礦區地處青藏高原東北部祁連山中段，海拔2 950～3 000 m，屬高原大陸性氣候，地形地貌屬于河谷沖積平原。

河谷較開闊，分布Ⅰ、Ⅱ級階地，階地具明顯的二元結構，上部為含砂卵礫石及黃土狀土層，下部為砂礫卵石層，礦區地形寬闊平緩，相對高差不足100 m，總地勢南高北低。

土壤類型主要為栗鈣土，pH 值區間為7.5～8.5，碳酸鈣質量分數為10%～15%，母質層為黃土物質，土壤有機質質量分數為38.92 g/kg。植物類別以金露梅、鬼劍錦雞兒等高寒灌叢草甸為主，灌叢下兼生矮嵩草、早熟禾等優勢種，植物群落結構簡單，生長周期短，植被覆蓋率為70%～90%。礦區內部僅有一些斜坡草地，在河灘處由于分布有大量的礫石，僅能自然生長一些稀疏草叢。

目前當地最為嚴重的問題是，由于石棉尾礦的壓覆礦渣與土壤混雜，表層土壤受到礦渣污染，完全破壞了植被生長條件，導致場地土壤生態環境惡化（圖2a）。

場地的主要地表水為八寶河流域的支流小八寶河（圖2b）。小八寶河屬于常年流水，是八寶河下游一條常年有水的山區支流。

地下水分布于小八寶河河谷中，與地表水轉化關系密切，按地貌部位含水層巖性、結構和補給條件可分為河（溝）谷砂礫卵石層潛水和山前平原冰磧冰水泥質砂礫卵石層潛水。前者富水性較好，單孔涌水量大于1 000 m3/d；后者富水性中等，單孔涌水量100～1 000 m3/d。局部地段因基地隆起、第四系缺失而不存在含水層。

本礦區場地的石棉尾礦庫是場地污染源，通過各種途徑對場地范圍的土壤造成污染風險，構成了比較完

整的場地污染“源徑匯”體系。目前主要關注土壤受污染和擾動問題，因此本項目的研究主要針對研究區土壤體系，水體不作為研究重點。

1.2" 樣品采集與物化生檢測

為了達到對石棉分布規律研究的目的，以石棉尾礦庫為中心，分別采集垂向剖面和橫向剖面土壤樣品。垂向剖面樣品共6件，在距尾礦邊緣150 m處分別采集距地表0、25、50、100、150、200 cm深度的土壤樣品；橫向剖面樣品共8件，以尾礦堆為中心，分別采集距離尾礦堆0、60、120、200、300、500、750、1 000 m地表0～20 cm的土壤樣品（圖3）。圖4為離礦區60和300 m土壤樣品中的石棉纖維微形貌特征。另外，在礦區內采集石棉尾礦渣樣品1件；并在石棉尾礦區域外20 km處采集土壤樣品1件，作為地表土壤樣品環境本底值的對照。每件樣品采集1 kg左右，裝于干凈布袋中并貼好標簽，進行自然風干。樣品過篩前用木槌輕輕敲打，以便使土壤樣品保持自然粒級狀態。樣品用尼龍篩選取小于0.8 mm（20目）的粒級組分，每500 g裝1袋。

土壤中石棉質量分數利用X射線衍射分析方法（XRD）［18］進行檢測。該方法檢測原理為，依據石棉礦物特定X射線衍射峰的強度與其質量分數成正比關系，判斷試樣中是否含有石棉礦物并測

定其質量分數。該方法適用于含有較高濃度石棉的土壤中石棉的定量檢測［27］。

本次土壤樣品礦物成分組成由北京榮德科創科技有限公司進行XRD分析測試（D8 Advanced，德國布魯克公司）。土壤樣品的CaO、MgO以及Cu、Pb、Zn、Cr、Cd等元素質量分數由河北地質大學測試中心分別進行測試，其中CaO、MgO利用X熒光

光譜（rigukuⅡ，日本理光公司）測試，Cu、Pb、Zn、Cr、Cd利用ICPMS（美國熱電公司）完成測試。

a和b 分別為離礦區60和300 m樣品。

為了解石棉礦對土壤微生物群落的脅迫影響，對所采集的土壤樣品進行微生物測試。首先通過分子生物學技術，利用16s Ribose Nucleic Acid通用引物提取土壤樣品的DNA（deoxyribonucleic acid），進一步擴增確定微生物特征，微生物檢測工作在上海美吉生物有限公司微生物實驗室進行（PCR ABI GeneAmp 9700，美國賽默飛公司）；然后基于獲取的數據進行了微生物群落結構組分、微生物與環境因子相關性等環境微生物信息分析；最后利用Venn圖分析微生物群落結構，通過冗余分析得出環境因子與微生物種群間的相關性。

1.3" 石棉及重金屬元素空間分布數據處理

本研究利用Microsoft Excel軟件完成基本數據處理，制作剖面元素質量分數變化曲線。首先通過與青海區域土壤元素背景值進行對比，評估各種元素的富集程度；再利用角閃石、蛇紋石的重要組成元素CaO、MgO和礦物成分評估土壤中石棉的質量分數；然后利用Cu、Pb、Zn、Cr、Cd等重金屬元素質量分數與《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）［29］對比，評價土壤環境質量和污染狀況；接著通過元素質量分數和礦物組成，分別評價以尾礦堆為中心的垂向和橫向剖面的石棉遷移擴散能力及其造成的環境污染程度；最后通過韋恩圖與餅圖統計不同樣本間共有和獨有的物種數目評價石棉尾礦脅迫對周邊土壤微生物多樣性，以及其對土壤生態環境的影響。

1.4" 土壤微生物多樣性研究方案

土壤微生物總DNA的提取和測序在上海美吉生物醫藥科技有限公司完成。DNA提取統一采用Fast DNA spin kit for soil試劑盒（美國MP生物醫療公司）分別從0.5 g干土壤中提取，提取過程按照文獻［30］進行。提取得到的DNA樣品先利用NanoDrop 2000分光光度計（Nano100，杭州奧盛儀器有限公司）檢測的260/280（吸光度1.8～2.0）和260/230（吸光度gt;1.7）的吸光度比評估DNA質量和濃度，判斷所提取DNA是否符合要求；再利用1%瓊脂糖凝膠電泳（BIOWEST，上海徠創公司）進一步檢測抽提結果。

使用通用引物515F/806RPCR擴增16S rRNA基因的V4區（PCR ABI GeneAmp 9700，美國賽默飛公司）。PCR產物用1%的瓊脂糖凝膠可視化，將目標片段進行切膠純化，操作過程按照E.Z.N.A.TM Gel Extraction Kit （Omega Bio-Tek， 美國Omega生物技術公司） ［30］進行。純化后將具有不同barcode和等摩爾質量（150 ng/mol）的樣品匯集在一起，由美吉生物進行高通量測序。

利用R語言（version 3.3.1）和Circos0.677可分別對物種多樣性、群落組成和樣本與物種關系進行系統分析，得到環境微生物信息。在樣本測序信息處理時，先通過美吉生信云平臺（http：//www.i-sanger.com/）對測序有效序列進行分析，用Chao指數估計樣本中所含OTU（operational taxonomic units，操作分類單元）數目的指數，用Ace指數來估計群落中OTU數目的指數，用Simpson指數來估算樣本中微生物多樣性的指數，用Coverage指數估算各樣本文庫的覆蓋率，再用單因素方差分析法（one-way ANOVA）分析多組間α多樣性的差異。

基于Bray-Curtis距離算法的非度量多維尺度（NMDS）可分析多個處理之間的群落β多樣性變化。選用RDP Classifier（ribosomal database project classifier）分析工具對所有樣本中的細菌組成進行物種注釋，在門、屬兩個分類單元上計算不同樣品中細菌所占的豐度［2931］。

2" 結果與討論

2.1" 土壤石棉礦物分布特征

2.1.1" 礦物組成

由14個土壤樣品X熒光衍射的分析結果可知，小八寶石棉尾礦庫土壤的主要礦物組成包括石英（quartz）、庫水硼鎂石（kurnakovite）、斜綠泥石（clinochlore）、鈉長石（albite）、微斜長石（microcline）、鎂質白云母（muscovite magnesian）、蛇紋石（lizardite）、白云母（muscovite）、鐵韭閃石（ferropargasite）和方解石（calcite）等10類礦物。其中，在8個表層土壤樣品中，質量分數最高的礦物是石英，平均值達到25.48%，質量分數最低的礦物是方解石，為2.93%（圖5）。

這套以輕礦物為主的礦物組合與前人［32］研究結論相吻合。本研究區表層土壤樣品主要采集0～1 m的現代土壤層，為黃土母質，整體土質較輕。相比胡雙熙等［32］的樣品以伊利石為主的礦物組成，本研究的樣品中缺少伊利石，但白云母、鎂質白云母質量分數較高。由于伊利石是白云母類礦物的風化分解產物，可以合理推測本研究區的風化程度低于胡雙熙等［32］研究的祁連山北麓區域，但在礦物的化學成分上仍具有一致性。蔣梅茵等［33］在對內蒙古暗栗鈣土的研究中指出黃土母質的暗栗鈣土中CaCO3質量分數較低，最高不過7%，也與本研究中

方解石質量分數低的情況相吻合。

2.1.2" 空間分布

溫石棉的空間分布主要看蛇紋石的剖面趨勢，其質量分數

的變化特征能準確反映出石棉的遷移擴散路徑。自尾礦堆向下（即垂向剖面），作為石棉類代表性礦物的蛇紋石顯示出自表層向下遷移的趨勢，但僅影響到40 cm深度，并且相對于表層土壤，40 cm深度的蛇紋石質量分數大大降低，40 cm以下更深土層中未檢測出蛇紋石（圖6）；說明表層堆積的石棉尚未影響到更深層位的土壤及下伏地下水系統。小八寶石棉尾礦庫堆積尾礦的土地利

用歷史從20世紀90年代至今已有30余a，顯示出石棉纖維在土壤中向下遷移的能力比較有限。其他成土礦物的質量分數則在較深層土壤中保持相對穩定，如庫

水硼鎂石質量分數基本穩定保持在15.2%～17.6%之間，鈉長石在14.0%～18.9%之間（圖6）。

橫向上，蛇紋石質量分數在表層土壤內隨著與尾礦堆距離變遠而逐漸降低，特別是近距離內（0～120 m）質量分數下降較快，從24.0%降至2.9%；至120 m以外，其降速平穩，并略有波動，質量分數維持在2.5%～5.1%之間，但整體質量分數呈現下降趨勢，至1 000 m達到2.5%，為采樣范圍內的最低值（圖7）。除蛇紋石外，其他礦物在橫向剖面上未顯示出明顯的差異化分布，僅石英質量分數隨距離增加而增長（圖7），這可能與采樣剖面所在的小八寶河岸存在大量砂質成分有關。

橫向的空間變化規律主要體現在：一方面，表層土壤石棉的遷移擴散與距離有相關性，但在較遠距離上，這種相關性較弱，這也正好符合污染物擴散的濃度梯度控制的Fick定律；另一方面，石棉隨地表徑流、風力等變化可以形成較大范圍的遷移距離，至少在1 km范圍內，在急速的質量分數衰減范圍之外，形成了一個較為穩定的質量分數區間。

綜上所述，我們利用蛇紋石作為石棉礦物的特征組分，來定性和定量地分析石棉在礦區土壤垂向剖面和周邊表層（橫向）"" 上的擴散范圍。由蛇紋石的空間分布情況可以看出，石棉在土壤中的遷移能力較弱，表現在：30余a的尾礦堆積歷史，僅影響到表層40 cm范圍的土壤，更深部土壤沒有受到表面石棉尾礦堆積的影響；在表面土壤的橫向尺度上，雖然在0～120 m范圍內的石棉質量分數迅速降低，但在1 km的采樣范圍內仍然形成了一個礦物質量分數在2.5%以上的集中區，顯示出石棉纖維通過各種途徑在表層土壤中的強大遷移能力。

這樣的空間分布特征可以為該類地區環境污染風險評估提供科學依據：一方面，與人類農業和生態活動最為密切相關的表層土壤的污染風險比較高；另一方面，在“源徑匯”概念模型刻畫中，石棉污染的橫向擴散能力勿容小覷。

2.2" 土壤重金屬分布與成因

研究區重金屬元素相關關系見表2。土壤樣品中的典型元素質量分數在垂向和橫向剖面上的分布結果見圖8和表3。土壤中不同來源的元素顯示出不同質量分數的分布特點，并與礦物成分相關。

CaO是石棉的重要化學組成成分，CaO質量分數的高低顯示出與蛇紋石相類似的與尾礦堆中心距離相關的變化。從圖8a結合表3可知：由表層向下CaO質量分數逐漸降低，從表層質量分數的8.91%至25 cm處的3.55%；25 cm以下

保持在較低值（3.00%左右），較低的CaO質量分數體現在方解石、蛇紋石等含鈣較低的礦物不再檢出。

同時由于方解石是質量分數最低的礦物，因此在垂向剖面25 cm以上受蛇紋石影響CaO質量分數較高，25 cm以下CaO質量分數較低且較為穩定。由圖8b可見，隨著遷移距離增大，CaO質量分數先降低后趨于穩定，即從起點的23.9%迅速下降至60 m處的15.8%（表3），至120 m外質量分數逐漸穩定在5.00%左右，這也符合蛇紋石的空間分布特點。

需要說明的是，MgO也是石棉的重要組分（圖6），但由于MgO同時也是庫水硼鎂石、斜綠泥石等質量分數較高礦物的主要成分，因而MgO不能完全代表石棉質量分數的變化特點，更多地表現出當地成巖礦物白云石的分布特征。

值得注意的是，土壤中檢測得到的5種重金屬元素（Cu，Pb，Zn，Cr，Cd）在垂向、橫向剖面上的分布，均顯示特征污染物Cr和其余元素不同的分布特點。在垂向剖面（圖8a）上：Cr質量分數最大值在表層，向下逐漸降低，在100 cm后又呈現增高趨勢；其他4種重金屬元素質量分數整體波動不大，

在25 cm層位質量分數較低。在橫向剖面（圖8b）上：Cr質量分數先是隨著與尾礦庫距離漸遠迅速降低，但仍遠高于對照樣品Cr質量分數（25 mg/kg），隨著距離增加，又呈現增加—降低—增加—平緩的波動性趨勢；其他元素整體穩定，無明顯變化規律。形成這種空間分布特征的主要原因分析如下。

1）溫石棉礦物中，Cr、Cu、Co、Mn、Ni等元素會類質同象替代Mg元素［3435］，Cr因此表現出與石棉礦物相似的分布特征，即：垂向剖面25 cm以上土層中Cr的質量分數高，其中表層達到449.20 mg/kg，約為25 cm位置質量分數124.50 mg/kg的3.6倍，體現其尾礦庫污染“源”的特征；橫向剖面中顯示出隨著距離增加Cr質量分數波動降低的趨勢，尤其是從0 m處的1 417.50 mg/kg到60 m降至899.10 mg/kg再到120 m處下降為351.30 mg/kg（表3），波動較大，這也符合污染物空間擴散的普遍規律。重金屬Cr與石棉質量分數呈現正相關分布（表2），這與石棉礦成因有關。前人［36］研究甚至發現在石棉中檢測出高質量分數的Cr，其質量分數高于石棉人類致癌（肺癌）的病理學臨界值。而且，石棉的重要組成成分CaO與Cr元素存在極顯著正相關關系（0.986**），也進一步證實了石棉礦與Cr的伴生關系，以及石棉對重金屬Cr元素的顯著吸附能力。

2）由于石棉纖維具有極好的重金屬吸附性能，在石棉尾礦堆處檢測到的垂向與橫向剖面土壤樣品中，除Cr外，均與質量分數較低的石棉分布規律一致（圖8）。在垂向剖面上，Cr元素質量分數在各層位一直具有最高值，Cd和Zn質量分數波動低于Pb和Cu，其中Pb元素質量分數在25 cm最高，而Cu元素質量分數在200 cm最高；由于30多a的淋濾驅動，Cu、Pb、Zn、Cd等4種重金屬元素質量分數在不同層位上有差異，其中Pb、Zn、Cd質量分數在深部土壤高于0 cm表層（圖8a）。橫向剖面上，在60 m以外各元素表層土壤中的質量分數值波動均較小，未顯示出明顯的變化趨勢（圖8b）。

2.3" 石棉污染的生態環境負效應

2.3.1" 對生態和土地利用的影響

將垂向與橫向剖面重金屬元素質量分數與《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）［ 29］對比發現，Cu、Pb、Zn、Cd等元素質量分數并未超標，但Cr元素質量分數在垂向剖面地表處以及橫向剖面的全部樣點均遠超建設用地Cr污染風險管制值（第一類用地30 mg/kg，第二類用地78 mg/kg），特別是在石棉尾礦渣堆處Cr質量分數（1 226 mg/kg）遠超出風險管制值。這個結果顯示石棉尾礦對周邊至少1 km范圍造成污染風險，該范圍內不適宜開展放牧等人為活動。超過風險管制值表明對人體健康存在不可接受風險，應當采取風險管控或修復措施。

2.3.2" 對微生物多樣性的影響

微生物作為土壤中最活躍的生物組分和污染環境生態修復的重要營力，對重金屬污染物脅迫的響應十分敏感［3738］。當土壤中存在較高濃度重金屬時，不適應該環境脅迫的微生物數量會減少或絕滅，能夠適應脅迫環境的微生物數量會逐漸繁殖而增加。因此，土壤環境長期遭受重金屬污染后，土壤微生物的群落組成、結構和數量可能發生顯著的變化［3940］，有可能嚴重影響土壤健康水平。

將石棉尾礦土壤、石棉尾礦渣和對照土壤樣品中提取的微生物樣本與數據庫進行比對，可以分析在門水平和屬水平上的菌群結構。利用微生物群落維恩圖（圖9）統計多個樣本中所共有和獨有的物種數目，可以直觀地表現環境樣本在不同分類水平上（多為OTU水平上的）組成的相似性及重疊情況。圖9表明：石棉尾礦渣樣品微生物有5 662個

OTU，石棉尾礦庫土壤有5 864個，均低于對照土

壤的5 891個，特別是尾礦渣比尾礦庫土壤少202個；顯示出石棉降低了土壤微生物多樣性。三者共有的OTU有3 855個，對照土壤樣品獨有461個OTU，石棉尾礦渣獨有502個OTU，尾礦庫土壤獨

有873個OTU；顯示出石棉對于微生物群落結構造成較大影響，形成了具有獨特性的微生物結構。

由圖10可知，變形菌門（Proteobacteria）和放線菌門（Actinobacteria）在尾礦庫土壤和石棉尾礦渣中的豐度高于其他菌門。厚壁菌門（Firmicutes） 在尾礦庫土壤中的豐度為8.82%，在石棉尾礦渣中豐度為5.60%；而綠彎菌門（Chloroflexi）在尾礦庫土壤中的豐度為14.71%，在石棉尾礦渣中豐度為16.64%（圖10），

僅次于變形菌門和放線菌門。本次研究還

發現，綠彎菌門中的許多物種生長緩慢，功能多樣化，且是兼性需氧異養生物。有研究發現，綠彎菌門具有較高的代謝可塑性，在重金屬污染嚴重的礦區土壤中有較高的相對豐度［41］，在土壤和活性污泥中綠彎菌門多是耐重金屬的微生物［4247］，以上與本次研究結果相似。郭建華等［42］研究表明，重金屬污染礦區土壤中的重金屬直接導致了微生物群落多樣性的減少，使得優勢種群數量增多。這可能是由于重金屬污染改變了原有種群群落內部之間的競爭關系，這方面的研究超出本次研究范圍，有待進一步專門性研究。

3" 結論與建議

1）以蛇紋石作為石棉類特征礦物，垂向遷移趨勢表明其垂向穿透影響深度可以達到地表以下40 cm。蛇紋石在土壤中的垂向遷移能力較弱，在表層土壤橫向剖面上具有較大遷移能力。本案例在1 km的采樣范圍內形成了一個礦物質量分數在2.5%以上的分布區。

2）石棉礦物結合石棉主要化學成分CaO分布特征也顯示，小八寶石棉尾礦庫的石棉纖維會在土壤中進行垂向與橫向遷移。30余a的堆積和風化歷史，使石棉纖維在垂向上穿透25 cm，橫向土壤表層至少遷移1 km，特別是120 m范圍以內尾礦影響強烈。

3）通過對比3種類型土壤樣品微生物特征，石棉尾礦渣樣品和石棉尾礦庫土壤均低于對照土壤的5 891個OTU，特別是尾礦渣比尾礦庫土壤少202個OTU；表明石棉脅迫顯著降低了土壤微生物多樣性，影響土壤微生物群落結構。

4）建議進一步驗證石棉中特征礦物蛇紋石與重金屬Cr的成因關系和環境歸宿原理，以便厘清石棉和重金屬Cr的協同風險機制。石棉影響下的微生物響應機理也是類似場地生態修復的重要內容，需要深入研究。

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