微山縣煤礦區(qū)土壤重金屬現(xiàn)狀調(diào)查與分析

盛 芹，丁 國，盛 況

（山東省微山縣環(huán)境保護(hù)局環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，山東 徽山277600）

1 引言

通過對相關(guān)資料的收集、調(diào)研和總結(jié)，選擇歡城鎮(zhèn)和付村鎮(zhèn)具有代表性的可疑污染區(qū)周邊農(nóng)田土壤及農(nóng)作物作為研究對象。主要污染源以煤礦區(qū)排放的煙塵、二氧化硫、氮氧化物等廢氣為主，重點(diǎn)開展如下研究內(nèi)容：系統(tǒng)開展區(qū)域環(huán)境背景調(diào)查，制定監(jiān)測方案，劃定2個(gè)監(jiān)測單元，并布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，采集具有代表性的20個(gè)土壤樣品。對土樣的鉛、鎘、汞、砷、銅、鉻、鋅、p H值等指標(biāo)進(jìn)行檢測；以國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，通過單因子指數(shù)評價(jià)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對調(diào)查區(qū)的土壤中重金屬含量現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)分析。

2 研究方法

微山縣位于山東省南部，東經(jīng)117°13′，北緯34°82′，全縣總面積1 780km2，人口約66.56萬人，轄5鎮(zhèn)10鄉(xiāng)。地處湖區(qū)，以湖為界，湖東接泰沂山區(qū)，湖西為魯西平原東端。地勢北高南低，東西相間，中間為湖泊，平均海拔36.5m。境內(nèi)地貌以湖泊、平原、山地丘陵3種類型為主。地下礦藏資源以煤、稀土為主。本縣屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候。年均氣溫13.70C，極端最高氣溫 40.50C，最 低 氣 溫 －22.30C，年 均 降 水 量79.7mm，無霜期年均205d。

2010年，微山縣經(jīng)濟(jì)總量繼續(xù)攀升，三大產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。2010年全縣地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到243.7億元，增長14.1%，三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例由2009年11.7∶51.4∶37.0調(diào)整為11.4∶50.5∶38.1，第三產(chǎn)業(yè)占比較2009年提高1.1%。三大產(chǎn)業(yè)對 GDP增長的貢獻(xiàn)率分別為1.1%、50.9%、48.0%；分別拉動(dòng)GDP增長0.2%、7.2%、6.7%。經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式逐步轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。微山縣主要種植作物為小麥、玉米、水稻、大豆、地瓜。

2.1 樣品采集與預(yù)處理

2.1.1 監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

根據(jù)實(shí)地調(diào)查情況，監(jiān)測點(diǎn)位主要設(shè)在煤礦企業(yè)較多的歡城鎮(zhèn)和付村鎮(zhèn)，布設(shè)原則一般為6.7hm2左右布設(shè)1個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。受煤礦企業(yè)區(qū)影響大的應(yīng)多布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，影響小的可少量布，布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位20個(gè)。

污水灌溉的農(nóng)田土壤，采用對角線法；面積較小、地勢平坦、土壤物質(zhì)和受污染程度均勻的地塊，采用梅花點(diǎn)法；中等面積、地勢平坦、土壤不夠均勻的地塊，采用棋盤式法；面積較大、土壤不夠均勻且地勢不平坦的地塊，采用蛇形法。種植一般農(nóng)作物每個(gè)分點(diǎn)處采0～20cm耕作層土壤，種植果林類農(nóng)作物每個(gè)分點(diǎn)處采0～60cm耕作層土壤，取1kg，多余部分用四分法棄去。采樣同時(shí)填寫土壤標(biāo)簽、采樣記錄、樣品登記表，并匯總存檔。

2.1.2 樣品的制備與保存

在晾干室將濕樣放置晾樣盤，攤成2cm后的薄層，不間斷地壓碎、翻拌、揀出雜質(zhì)并用四分法分取壓碎樣，全部過20目尼龍篩。過篩后的樣品全部置于無色聚乙烯薄膜上，充分混合直至均勻。經(jīng)粗磨后的樣品用四分法分成兩份，一份交樣品庫存放，另一份做樣品的細(xì)磨用。用于細(xì)磨的樣品用四分法進(jìn)行第二次縮分成兩份，一份留備用，一份研磨至100目尼龍篩，過100目用于土壤元素全量分析。經(jīng)研磨混勻后的樣品，分裝于樣品袋。填寫土壤標(biāo)簽一式兩份，袋內(nèi)放一份，外貼一份。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析方法

2.2.1 樣品檢測指標(biāo)

土壤樣品的檢測指標(biāo)為鉛、鎘、汞、砷、銅、鉻、鋅、p H值。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)分析方法

土壤樣品檢測方法及使用儀器見表1。

表1 各監(jiān)測項(xiàng)目的分析方法及使用儀器

2.3 實(shí)驗(yàn)質(zhì)量控制

2.3.1 采樣及樣品制備質(zhì)量控制

土壤樣品需測定重金屬，用竹鏟直接采取樣品，所采土樣裝入塑料袋內(nèi)，外套布袋。填寫土壤標(biāo)簽一式兩份，一份放入袋內(nèi)，一份扎在袋口。采樣結(jié)束在現(xiàn)場逐項(xiàng)逐個(gè)檢查，如采樣記錄表、樣品登記表、樣袋標(biāo)簽、土壤樣品、采樣點(diǎn)位圖標(biāo)記等，如有缺項(xiàng)、漏項(xiàng)和錯(cuò)誤處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)齊和修正后撤離現(xiàn)場。

樣品制備設(shè)風(fēng)干室、磨樣室，房間通風(fēng)、整潔、無揚(yáng)塵、無易揮發(fā)化學(xué)物質(zhì)，避免陽光直射土樣。土壤晾干用白色搪瓷盤，磨樣用木棒、木棰、無色聚乙烯薄膜，過篩用尼龍篩，規(guī)格為20～100目，用特制牛皮紙袋分裝。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制

分析土壤樣品時(shí)做10%平行樣品，由分析者自行編入明碼平行樣，平行雙樣測定結(jié)果的誤差在允許范圍之內(nèi)者為合格，每批帶測質(zhì)控平行雙樣，在測定精密度合格的前提下，質(zhì)控樣測定值必須落在質(zhì)控樣保證值范圍之內(nèi)，否則本批結(jié)果無效，重新分析測定。

用去離子水代替試樣，采用相同的步驟和試劑，制備全程序空白溶液。

3 結(jié)果與分析

3.1 重金屬在研究區(qū)土壤中的含量

經(jīng)測定，農(nóng)田土壤重金屬含量見表2。

表2 各監(jiān)測點(diǎn)土壤重金屬含量 mg／kg

3.2 重金屬在研究區(qū)土壤中的分布特征及分析

根據(jù)中華人民共和國國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618－1995）規(guī)定，按照土壤應(yīng)用功能和保護(hù)目標(biāo)，將土壤劃分為3級，其中第Ⅱ級主要適用于一般農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤質(zhì)量基本上對植物和環(huán)境不造成危害和污染。因此采用土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。第Ⅱ級土壤環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表3。利用Excel 2003統(tǒng)計(jì)計(jì)算，監(jiān)測單元的農(nóng)田土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)見表4。

表3 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) mg／kg

表4 各監(jiān)測點(diǎn)土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)表

由表4分析發(fā)現(xiàn)，20個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中，各監(jiān)測點(diǎn)重金屬含量均未超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)。各重金屬的變異系數(shù)在7%～51%之間。其中變異系數(shù)最高的Pb為51%，其次是Zn為44%，Cd為38%，Hg為36%，較低的是Cr為7%。這說明在監(jiān)測區(qū)域，污染源對環(huán)境中的Pb含量貢獻(xiàn)最大。

4 土壤重金屬污染評價(jià)

4.1 評價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

4.1.1 單項(xiàng)污染指數(shù)法

單因子指數(shù)法是國內(nèi)通用的一種重金屬污染評價(jià)的方法，是國內(nèi)評價(jià)土壤、水、大氣和河流沉積物重金屬污染的常用方法［2］，其計(jì)算公式為：

式中，Pip為土壤中污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為調(diào)查點(diǎn)位土壤中污染物i的實(shí)測濃度；Sip為污染物i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值或參考值。根據(jù)Pip的大小，可將土壤污染程度劃分為五級，見表5。

表5 土壤環(huán)境質(zhì)量分級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4.1.2 綜合污染指數(shù)法

各類土壤一般為多種重金屬所污染，因而土壤污染評價(jià)多應(yīng)用綜合指數(shù)法進(jìn)行污染綜合評價(jià)。綜合指數(shù)的算法有多種，根據(jù)本研究的實(shí)際情況，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算綜合指數(shù)。內(nèi)梅羅指數(shù)反映了各污染物對土壤的作用，同時(shí)突出了高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，可按內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃定污染等級。內(nèi)梅羅指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

其計(jì)算公式為：

式中：PN為內(nèi)梅羅污染指數(shù)；PI2最大為土壤中各污染因子污染指數(shù)的最大值；PI2均為土壤中各單因子污染指數(shù)的平均值［3］。

4.2 評價(jià)結(jié)果與分析

4.2.1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

各監(jiān)測點(diǎn)耕地土壤重金屬污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)見表7。

表7 各監(jiān)測點(diǎn)土壤重金屬污染指數(shù)的基本統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2.2 重金屬污染評價(jià)

由表7分析可以看出，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)耕地土壤中重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)均未超過1，未出現(xiàn)污染。重金屬污染單項(xiàng)平均污染指數(shù)由高到低依次排序?yàn)镃d＞As＞Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Hg。該地區(qū)綜合污染指數(shù)小于0.7的占75%。

5 結(jié)語

（1）采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618－1995）進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)，重金屬污染由高到低排序結(jié)果為Cd＞As＞Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Hg，微山縣煤礦企業(yè)周邊地區(qū)的耕地土壤綜合污染指數(shù)總平均為0.61，土壤污染等級總體為清潔。

（2）據(jù)污染源調(diào)查和背景值多元分析土壤重金屬來源，得出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中長期使用含鎘磷肥、含銅農(nóng)藥造成鎘、銅元素在耕地土壤中的積累，是耕地土壤中鎘、銅濃度較高的主要因素。

［1］王學(xué)鋒，朱桂芬.重金屬污染研究新進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2003，26（1）：54～56.

［2］徐 燕，李淑芹.土壤重金屬污染評價(jià)方法的比較［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（11）：4 615～4 617.

［3］陸書玉.環(huán)境影響評價(jià)［M］.北京：高等教育出版社，2002：163～164.