東明煤礦堆土場外圍牧場土壤重金屬空間分布特點

摘要：以東明煤礦堆土場外圍東南側牧場土壤為研究對象，分析距離堆土場10、100、500 m的3個樣帶及其土壤下0～5、5～10、10～20、20～30 cm深度范圍內Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg 7種重金屬含量的空間分布特點，并以土壤環境質量標準（GB15618-1995）的二級標準值進行評價。結果表明，東明煤礦堆土場東南側不同樣帶同一深度下Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg 7種重金屬在土壤中的含量，隨著距離和深度的改變，已經開始發生了變化，特別是表層土壤，重金屬含量有增大的趨勢；同一樣帶不同深度下土壤重金屬含量隨著土壤深度的不同，而發生相應的變化，特別是表層土壤，重金屬含量有逐漸增加的趨勢，并不斷向深層土壤進行轉移積累。7種重金屬含量均小于土壤環境質量標準（GB15618-1995）的二級標準值，符合牧場土壤環境質量二級標準。

關鍵詞：煤礦；堆土場；土壤；重金屬

中圖分類號：S812 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）13-3331-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.13.015

隨著經濟的發展，礦產資源在國民經濟和社會發展中占有舉足輕重的地位[1]。露天煤礦是把煤層上方的表土和巖層剝離之后進行的采掘，剝離的土壤堆積形成一定規模的外排土場。堆土場不僅占用了大量土地，同時對周圍的生態環境也造成了一定的污染[2]。堆土場在風力、雨水沖刷的作用下，土壤重金屬逐漸遷移到周圍的環境中，重金屬的遷移往往具有隱蔽性、復雜性和不可逆性等特征，對人類健康產生直接或間接的影響[3-5]。為此，需要對礦區堆土場外圍土壤重金屬狀況進行研究，為礦區的土壤改良和修復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于內蒙古自治區陳巴爾虎旗東明煤礦（119°39′319″E～119°39′780″E，49°24′117″N～49°24′191″N）。草地屬溫帶大陸季風氣候，年降水量250～400 mm，自東南向西北遞減，年均氣溫-3～0 ℃，自東南向西北遞增，年蒸發量為降水的2～7倍。光、熱、風能資源豐富，年均風速3.0～4.6 m/s，無霜期80～120 d。群落以羊草（Leymus chinensis）為建群種，主要伴生種有貝加爾針茅（Stipa grandis P. Smirn）、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）、冾草（Koeleria crista）等。

1.2 樣地的設置和試驗方法

由于呼倫貝爾地區常年風向為西北風向，同時根據堆土場的位置特點，所以在東明煤礦堆土場外圍東南偏東方向選取3個樣帶D1、D2、D3。D1為距離堆土場10 m，D2為距離堆土場100 m，D3為距離堆土場500 m，3個樣帶內分別隨機選取3個樣方 （1 m×1 m），每個樣方內對角線選取5個采樣點，分別采集土壤深度0～5、5～10、10～20、20～30 cm的土壤樣品，每個樣方內的5個采樣點同一深度土壤樣品進行充分混合，采用四分法進行取土1 kg，放入布袋中，作為該樣方同一深度土壤樣品，帶回實驗室。將土壤樣品放置于陰涼通風處自然風干，剔除樣品中的植物根系等雜物，碾碎，過100目的尼龍篩，備用。pH經水浸后采用玻璃電極法進行測定；Cr、Cu、Zn經四酸消解處理后采用火焰原子吸收分光光度法測定；Cd和Pb經四酸處理后采用石墨爐原子吸收分光光度法測定；As和Hg用王水消解后，采用原子熒光法測定。

1.3 評價標準

評價標準參考土壤環境質量標準（GB15618-1995）的二級標準值及HJ/T16-2004土壤環境監測技術規范[6，7]，見表1。

2 結果與分析

2.1 東明煤礦堆土場東南側不同樣帶同一深度下土壤重金屬含量比較

由表2可以看出，東明煤礦堆土場東南側不同樣帶，0～5 cm土壤，3個樣帶中Cr、Zn均為距離堆土場10 m含量最高，且差異不顯著；Cu為距離堆土場10、100 m含量最高，且差異不顯著；Cd為距離堆土場100、500 m含量最高，差異不顯著；Pb為距離堆土場100 m含量最高，差異不顯著；As為距離堆土場500 m含量最高，差異不顯著；Hg為距離堆土場500 m含量最高，與距離堆土場100 m差異顯著，與距離堆土場10 m差異不顯著。

5～10 cm土壤，3個樣帶中Cr、Zn、Cd均為距離堆土場10 m含量最高，差異不顯著；Cu、Pb均為距離堆土場100 m含量最高，差異不顯著；As為距離堆土場500 m含量最高，與距離堆土場10 m差異不顯著，與距離堆土場100 m差異顯著；Hg為距離堆土場500 m含量最高，與距離堆土場10、100 m差異顯著。

10～20 cm土壤，3個樣帶中Cd、Pb都為距離堆土場10 m含量最高，差異不顯著；Zn為距離堆土場100 m含量最高，差異不顯著；Cr、Cu均為距離堆土場100 m含量最高，與距離堆土場10、500 m差異顯著；Hg為距離堆土場500 m含量最高，差異不顯著；As為距離堆土場500 m含量最高，與距離堆土場10 m差異不顯著，與距離堆土場100 m差異顯著。

20～30 cm土壤，3個樣帶中Zn為距離堆土場10 m含量最高，與距離堆土場500 m差異不顯著，與距離堆土場100 m差異顯著；Cu為距離堆土場100 m含量最高，與距離堆土場500 m差異不顯著，與距離堆土場10 m差異顯著；Cr為距離堆土場500 m含量最高，與距離堆土場100 m差異不顯著，與距離堆土場10 m差異顯著；Cd為距離堆土場10、 100 m含量最高，且差異不顯著；Pb、Hg為距離堆土場500 m含量最高，差異不顯著；As為距離堆土場500 m含量最高，與距離堆土場10 m差異不顯著，與距離堆土場100 m差異顯著。

2.2 東明煤礦堆土場東南側同一樣帶不同深度下土壤重金屬含量比較

由表2可以看出，東明煤礦堆土場東南側距離堆土場10 m樣帶內，Zn、Hg為0～5 cm含量最高，且差異不顯著；Cu為0～5 cm含量最高，且與5～10 cm差異不顯著，與10～20、20～30 cm差異顯著；Cr為5～10 cm含量最高，差異不顯著；Cd、Pb為10～20 cm含量最高，且差異不顯著；As為20～30 cm含量最高，且差異不顯著。

距離堆土場100 m樣帶內，Zn、Cd、As為0～5 cm含量最高，且差異不顯著；Cu為0～5 cm含量最高，與5～10 cm差異不顯著，與10～20、20～30 cm差異顯著；Pb為0～5 cm含量最高，與5～10、20～30 cm差異不顯著，與10～20 cm差異顯著；Hg為0～5 cm含量最高，與5～10、10～20 cm差異不顯著，與20～30 cm差異顯著。

距離堆土場500 m樣帶，Pb、Cr為0～5 cm含量最高，且差異不顯著；Cu為0～5 cm含量最高，且與5～10 cm差異不顯著，與10～20、20～30 cm差異顯著；Cd、Hg為0～5 cm含量最高，且差異顯著；As為10～20 cm含量最高，且差異不顯著；Zn為0～5 cm含量最高，且與20～30 cm差異不顯著，與5～10、10～20 cm差異顯著。

2.3 重金屬污染評價

由表2中各金屬含量與表1進行比較可知，Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg 7種重金屬含量均小于土壤環境質量標準（GB15618-1995）的二級標準值，符合牧場土壤環境質量二級標準。

3 小結與討論

遼寧撫順露天礦隨著與矸石山距離的增加，周邊西南風向的土壤中Cd、Cr、Cu含量呈現規律性遞減趨勢。重金屬Cd、Cr在20～40 cm含量大于0～20 cm含量，表明具有一定的縱向遷移性[8]。大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地不同位置土壤中Hg和Cd含量存在差異，而As、Cd和Cr含量差異不顯著[9]。淮南大通煤礦廢棄地土壤重金屬Hg和Cd均在底層土富集，Cr在表層土含量最高，Pb和Cu分別在底層土和表層土富集[10]。

對東明煤礦堆土場東南側距離堆土場不同距離的3個樣帶內重金屬含量的分析結果表明，不同樣帶同一深度下土壤重金屬含量，隨著距離的和深度的改變，已經開始發生了變化，特別是土壤表層土壤，重金屬含量有增大的趨勢；同一樣帶不同深度下土壤重金屬含量隨著土壤深度的不同而發生了相應的變化，特別是表層土壤，重金屬含量有逐漸增加的趨勢，并不斷向深層土壤進行轉移積累。Cr、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg 7種重金屬含量均小于土壤環境質量標準（GB15618-1995）的二級標準值，符合牧場土壤環境質量二級標準。

參考文獻：

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[7] HJ/T16-2004，土壤環境監測技術規范[S].

[8] 魏忠義，陸 亮，王秋兵.撫順西露天礦大型煤矸石山及其周邊土壤重金屬污染研究[J].土壤通報，2008，39（4）：946-949.

[9] 胡亞林，王承義，王泓泉，等.大興安嶺古利庫砂金礦廢棄地土壤重金屬含量特征[J].生態學雜志，2014，33（10）：2796-2802.

[10] 孫賢斌，李玉成.淮南大通煤礦廢棄地土壤重金屬空間分布及變異特征[J].地理科學，2013，33（10）：1238-1244.