基于文獻研究的淮南煤礦區土壤重金屬空間分布與污染評價

邢雅珍 陳孝楊 許正剛 胡智勇 張凌霄

摘要[目的]探究淮南礦區重金屬污染整體情況，為礦區土壤修復提供參考依據。[方法]查閱國內外數據庫中關于淮南煤礦區近10年土壤重金屬文獻，分析了新莊孜礦、顧橋礦、潘一礦和大通礦Hg、Cd、Pb、Cr、As、Zn、Cu、Ni的空間分布，并運用地累積指數法評價其重金屬污染狀況。[結果]淮南土壤中Cd和As的含量均超過土壤背景值，分別為0.124～2.060和18.57～71.69 mg/kg；開采時間對礦區土壤重金屬含量影響較大，潘一礦和新莊孜礦土壤中重金屬含量均高于顧橋礦（除了Hg）；同一礦區內農田中Zn、Pb、Cu、Cd含量低于生態修復區；土壤 Cd、As的地累積指數表明：Cd屬于中度污染至極強污染，As屬于輕度污染至強度污染。[結論]重金屬As和Cd對淮南礦區土壤修復有重要影響。

關鍵詞煤礦區；土壤重金屬；文獻研究；空間分布；污染評價

中圖分類號S183.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2018）05-0077-04

Abstract[Objective]To analyze overall situation of Huainan mining area， which provides the reference for the soil restoration. [Method]In the domestic and foreign databases， 351 published papers about soil heavy metal were screened from 2007 to 2017 using key words. Based on these papers， the spatial distribution of heavy metals were analyzed at coal mining areas of Xinzhuangzi， Guqiao， Panyi and Datong， including Hg， Cd， Pb， Cr， As， Zn， Cu， Ni. Soil contamination level of the heavy metals were assessed using the geoaccumulation index. [Result]The average contents of Cd， As in the soil were 0.124-2.060 mg/kg and 18.57-71.69 mg/kg， which were all above the soil background value of Huainan. The concentration of soil heavy metals at coal mining areas of Panyi and Xinzhuangzi was higher than that of Guqiao mining area （except for Hg）， which showed that coal mining time has great influence on the content of heavy metals in soil in mining area. In the same mining area， The content of Zn， Pb and Cu and Cd were lower than that of ecological restoration. The geoaccumulation index value of Cd and As indicated that the Cd was moderately polluted to highly polluted and As was mild pollution to strength pollution. [Conclusion]Heavy metals As and Cd have important effects on soil remediation in Huainan mining area.

Key wordsCoal mining area；Soil heavy metals；Literature research；Spatial distribution；Pollution assessment

兩淮礦區作為我國14個大型煤炭基地之一，其在滿足構建國家能源安全體系、區域經濟和國家經濟健康發展需要的同時也帶來了一系列生態環境問題，其中最突出的環境問題是土壤重金屬污染。據大量學者研究發現，淮南礦區存在不同程度的污染。李洪偉等[1]研究發現，新集礦區土壤重金屬Co、Cr、Cu、Pb、Zn均未超過土壤環境質量標準國家二級標準。黃靜等[2]研究表明，土壤受到Hg、Pb、Cr、Ni、Zn、Cu、Cd不同程度的污染，其中Cd污染最嚴重。各文獻所研究礦區和重金屬均有所異同，且均未對淮南礦區整體情況進行分析和評估。該研究基于文獻研究，對淮南礦區整體情況進行分析，初步探討淮南礦區土壤重金屬Hg、Cd、Pb、Cr、As、Zn、Cu、Ni的空間分布與污染評價，以期為礦區土壤修復提供參考。

1資料與方法

1.1研究區概況

淮南礦區位于淮河中游（116°21′21″～117°11′59″ E，32°32′45″～33°0′24″ N），自1903年開礦，含有潘集、新集、定遠等七大礦區，擁有大、中型礦井不少于40座，是安徽省重要煤電一體化基地和國家煤炭資源開采與利用的重大工程建設區[3]。該研究所選取的4個礦區分別為新莊孜礦、顧橋礦、潘一礦、大通礦。新莊孜礦位于淮南礦區的東南部，淮河兩側，地勢平坦，建于1947 年；潘一礦位于淮南礦區的北部，建于1983年；顧橋礦位于淮南礦區的中西部，建于2007年；大通礦煤礦廢棄地位于淮南市南部大通區的九龍崗與洞山之間，開采于1911年，閉坑于1978年[4]。

1.2文獻研究與統計方法

文獻檢索在中國知網及維普期刊網中進行，以“淮南”和“重金屬”為主題詞（中英文），檢索時間為2007年1—7月，根據標題和摘要篩選后將文獻歸類為試驗研究和綜述2類，待文獻收集完成后運用Excel 2007進行數據整理與統計分析。根據文獻統計結果，并針對不同開采年份，將礦區設置A（已閉坑的大通礦）、B（開采15年以上的潘一礦和新莊孜礦）、C（開采15年以下的顧橋礦）3個分組。文獻數據整理見表1[4-14]。

1.3評價方法

評價方法利用地累積指數法，其污染級別可以劃分7個等級（表2），該方法只適用于分析某研究對象中單獨的重金屬元素污染程度，不能評價多種重金屬元素的綜合污染指數或某一種重金屬元素的綜合污染指數[15]。其表達公式如下：

Igeo= log2[Cn/（ 1.5×BEn）]（1）

式中，Cn為樣品中元素n的平均濃度；BEn為淮南土壤環境背景值；1.5為常數。

2結果與分析

2.1礦區開采時間對土壤重金屬含量的影響知，已閉坑的大通煤礦區（A組）土壤中的Ni、As、Cd、Hg、Mn的平均含量均超過淮南土壤背景值，其中Cd嚴重超標。開采15年以上的潘一礦和新莊孜礦（B組）土壤中Cr、Cu、Ni、Cd、As、Hg、Mn的平均含量均超過淮南土壤背景值。開采15年以下的顧橋礦（C組）土壤中僅Cd、As平均含量超過淮南土壤背景值。開采15年以上的潘一礦和新莊孜礦區B組土壤中Zn、Pb、Cu、Ni、Cr、Cd、As的平均含量明顯超過開采15年以下的顧橋礦（C組）。已閉坑的大通煤礦區（A組）土壤中Cd、Hg、Mn的含量最大，Cu、As、Cr的含量最小。總體來看，礦區開采時間越早土壤重金屬污染越嚴重。

2.2礦區農田和生態修復區的差異

從圖2可以看出，新莊孜礦區農田土壤中Zn、Pb、Cu含量均低于淮南土壤背景值，新莊孜復墾區中Pb、Cu含量低于淮南土壤背景值，僅Zn的含量高于淮南土壤背景值。總體來看，新莊孜礦區農田土壤中Zn、Pb含量均低于其生態修復區；潘一礦和新莊孜礦農田土壤中Cd含量均小于其在生態修復區中的含量，此外，這2種礦區農田土壤中Cd含量均超過淮南土壤背景值。

同一研究區生態修復區土壤中重金屬Zn、Pb和Cd含量均高于周邊礦區農田，分別高出10.9、3.4和35.8倍。這可能是由于生態修復區中煤矸石堆通過水、大氣等途徑進入土壤，也可能是修復區填充基質（煤矸石或粉煤灰）釋放所致。

2.3礦業及非礦業城市土壤重金屬比較

對比徐州（礦業城市）、淮南（礦業城市）、合肥（非礦業城市）的As與Cd污染程度（表3）可知，3個城市的Cd含量均遠高于當地土壤背景值，表明Cd污染不僅受礦業活動的影響，也會由其他影響因素導致，其中合肥Cd的變化范圍最小，徐州和淮南Cd的變化范圍較大。相對來說，礦業城市對As富集較明顯。徐州、淮南As含量明顯高于當地背景值，合肥As含量略高于土壤背景值，說明金屬As污染受礦業活動影響較大。此外，徐州As含量的變化范圍最小，淮南和合肥As含量的變化范圍較大，由此可見，重金屬As污染程度并不隨著是否開采礦區呈明顯的示范規律性。

2.4土壤重金屬風險評價

根據地累積指數法污染級別標準（表4），淮南煤礦各復墾區域土壤中均未受到Zn、Pb、Cu、Cr、Ni等重金屬的污染（Igeo<0），所調研區域僅大通閉坑區受3級Hg金屬污染，其地累積指數為2.970。總體上看，所有研究區域土壤均受到不同程度的Cd和As污染，其中Cd的地質累積指數變化范圍為0.462～4.517，污染級別為1～5級；As的地質累積指數變化范圍為0300～2250，污染級別為1～3級。Cd污染在新莊孜復墾區及大通閉坑區較為嚴重，其他地區均處于中度Cd污染；新莊孜礦和潘一礦區As污染較嚴重，其他礦區屬中度As污染。

3結論

（1）除了Zn和Pb外，開采15年以上的潘一礦和新莊孜礦的土壤重金屬含量均超過土壤背景值，已閉坑的大通煤礦

區、開采15年以上的潘一礦和新莊孜礦的部分重金屬含量超過背景值。重金屬As、Cd的含量在已閉坑的大通煤礦區、開采15年以上的潘一礦和新莊孜礦和開采15年以下的顧橋礦均出現超標現象。這說明區開采時間對區域土壤重金屬含量影響較大。

（2）同一研究區生態修復區土壤中重金屬Zn、Pb和Cd含量均高于周邊礦區農田，分別高出10.9、3.4和35.8倍。這可能是由于生態修復區中煤矸石堆通過水、大氣、土壤等途徑進入土壤，也可能是修復區填充基質（煤矸石或粉煤灰）釋放所致。

（3）礦業城市（徐州和淮南）和非礦業城市（合肥）相比，礦業城市As富集較明顯，受污染影響嚴重。而Cd在礦業城市和非礦業城市中均出現較明顯污染，其含量均超過土壤背景值。說明礦區土壤中As含量部分是由于煤炭開采和加工，而Cd的含量大部分來源于交通、生活垃圾和污水等人類活動。

（4）地累積指數法研究表明，Pb、Cu、Cr、Ni在該研究區域屬于無污染級別。所有研究區域均受到不同程度的Cd、As污染。Cd屬于中度污染至極強污染，As屬輕度污染至強度污染。此外，大通閉坑的Hg受到中度污染至強度污染。

參考文獻

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