樂(lè)山市宏岳煤礦區(qū)包氣帶重金屬（Cu、Zn）污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

蘭真 吳勇 唐學(xué)芳 韓莉璧

【摘 要】 分析樂(lè)山市宏岳煤礦土壤重金屬Cu、Zn的含量，以四川省環(huán)境土壤背景值為標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)該區(qū)域Cu、Zn污染狀況，其結(jié)果為：Cu污染主要為輕度污染，Zn污染主要為輕微污染，綜合污染能力Cu>Zn。

【關(guān)鍵詞】 煤礦；土壤；重金屬；單因子指數(shù)法；內(nèi)梅羅指數(shù)法

[Abstract] Analysis of leshan macro yue coal mine soil heavy metal Cu and zinc content， on the basis of environmental soil background values of sichuan province， using the single factor index method and inside plum nemerow index method to evaluate the regional Cu and zinc pollution condition， the result is： the Cu pollution， mainly for the mild pollution， zinc pollution mainly mild pollution， comprehensive pollution ability Cu > zinc.

[Keywords] coal mine； Soil； Heavy metals； Single factor exponential method； Nemero index method

我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，2017年全國(guó)煤炭勘查新增查明資源儲(chǔ)量815億噸[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者高度重視煤礦土壤重金屬污染問(wèn)題，并開展了大量的關(guān)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究。但是大多數(shù)研究?jī)H限于表層土壤的重金屬污染狀況。本文以采齡大于20年的煤礦區(qū)包氣帶土壤為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取樣并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，分析研究區(qū)包氣帶土壤Cu、Zn兩種重金屬元素的污染特征，并進(jìn)行污染狀況評(píng)價(jià)，為后期礦山環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于樂(lè)山市五通橋區(qū)南西，行政區(qū)劃屬五通橋西壩鎮(zhèn)管轄，面積約2.55Km2。宏岳煤礦始建于1995年，1997年8月見煤試產(chǎn)，2001年后，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力從為6萬(wàn)噸/年提高至15萬(wàn)噸/年，這也意味著煤礦對(duì)環(huán)境的破壞強(qiáng)度增加。

區(qū)域內(nèi)土壤主要為粘性土，滲透系數(shù)小，地下水滲流緩慢。淺層地下水埋深約1～2.5m，農(nóng)田范圍內(nèi)地下水埋深較淺，主體上由南向北徑流，局部區(qū)域由田壟向低處農(nóng)田徑流，田埂包氣帶較厚。

2 樣品的采集與處理

2.1 樣品的采集

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀，將區(qū)域按不同功能劃分為四個(gè)區(qū)域 ：水田區(qū)、旱地區(qū)、林區(qū)和住房區(qū)。先在GPS衛(wèi)星地圖初步確定采樣點(diǎn)，分別布置在煤礦下風(fēng)向旱地區(qū)2個(gè)和水田區(qū)5個(gè)。于2018年4月集中現(xiàn)場(chǎng)采集剖面土壤樣品。采樣深度0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm和80～120cm。并記錄實(shí)際采樣點(diǎn)的中心點(diǎn)坐標(biāo)。

2.2 樣品的處理

將采集的土樣自然風(fēng)干后，用四分法將每個(gè)點(diǎn)的土樣均勻混合。為了防止樣品在處理過(guò)程中受到污染，整個(gè)過(guò)程避免了與金屬制品直接接觸，剔除砂石、植物根系等雜質(zhì)，研磨并過(guò)200目尼龍網(wǎng)篩。土壤均采用硝酸—?dú)浞岣邷孛荛]消解，其中Cu、Zn、的測(cè)定方法為火焰原子吸收分光光度法。整個(gè)分析過(guò)程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

2.3 重金屬污染評(píng)價(jià)

本文主要選取土壤中Cu、Zn兩種元素作為評(píng)價(jià)因子，評(píng)價(jià)方法采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法。單因子指數(shù)法計(jì)算公式為：

式中，Pi為第i種污染物的污染指數(shù)，Ci為第i種污染物實(shí)測(cè)值（mg/kg），Si為第i種污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（mg/kg） 。單因子指數(shù)Pi僅反映第i種污染物的污染程度，指數(shù)Pi越表明土壤中第i種元素累計(jì)的越少或土壤受第i種元素污染的程度較輕，反之則較大。

內(nèi)梅羅指數(shù)法是一種由單因子指數(shù)法發(fā)展而來(lái)的綜合指數(shù)法[2]。計(jì)算公式為：

式中：P綜為土壤綜合污染指數(shù)；[P]為單項(xiàng)污染指數(shù)平均值；Pimax最大單項(xiàng)污染指數(shù)。按照內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，劃定污染等級(jí)

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

橫向上Cu含量在0～20cm范圍內(nèi)為51.4～87.0mg/kg，20～40cm范圍內(nèi)為37.5～58.2mg/kg，40～60cm范圍內(nèi)為36.3～57.1mg/kg，60～80cm范圍內(nèi)為41.7～59.0mg/kg，80～120cm范圍內(nèi)為46.7～66.3mg/kg。垂向上Cu元素主要分布在地表0～20cm處，20cm～120cm位置的銅含量相對(duì)較低，隨著覆蓋層加深，其含量略有增加，但相對(duì)變化較小。20～120cm處，農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響逐漸變?nèi)酰寥乐饾u由氧化環(huán)境向還原環(huán)境過(guò)度，并在水文地球化學(xué)作用下沉淀和累積，因此 Cu含量基本與深度呈正相關(guān)。現(xiàn)場(chǎng)采樣顯示，該40～60cm處的土壤開始板結(jié)，土壤顏色由褐色向綜黃色過(guò)渡，Zn分布符合水文地球化學(xué)一般規(guī)律。其中T02、T04、T07含量最高，0～20cm處最高達(dá)116.2mg/kg，20～40cm最高達(dá)137.4mg/kg，40～60cm最高達(dá)142.8mg/kg，T06處Zn含量總體偏低。

3.2 單因素評(píng)價(jià)

研究區(qū)Cu含量平均值介于42.5～62.5 mg/kg之間，高含Cu土壤主要分布在運(yùn)煤道路東側(cè)，這是因?yàn)樵撀返貏?shì)位于整個(gè)采樣區(qū)地勢(shì)較高的位置，土體滲透系數(shù)小，地下水水頭較高，阻礙了采礦Cu的遷移路徑。研究區(qū)土壤大多數(shù)受到輕度污染，僅有T05號(hào)樣品污染程度達(dá)到重度污染，最大值為3.1。除T06外，其余樣點(diǎn)污染程度接近中度污染。表層0～20 cm、深層80～120 cm處的Cu含量都超出了其平均值，污染水平在中度污染之上。

研究區(qū)Zn僅樣點(diǎn)T01、T02、T04、T07超過(guò)四川省背景值，其中T07最高，平均值為114.4 mg/kg，T03最低，平均值為76.0 mg/kg。農(nóng)村面源污染一般具有分散性、隨機(jī)性和不確定性[3]，土壤Zn分布無(wú)規(guī)律，與農(nóng)業(yè)污染特點(diǎn)基本一樣，判斷研究區(qū)Zn污染主要來(lái)自與農(nóng)業(yè)污染。重金屬在垂向上累積更明顯。水溶作用下，一部分重金屬離子進(jìn)入到地表水和地下水中，對(duì)地表水和地下水也有一定的污染。 根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618— 1995）[4]二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)農(nóng)用地土壤中Cu、Zn含量均未超出該標(biāo)準(zhǔn)值，因此該地區(qū)應(yīng)以防止繼續(xù)惡化為主，治理為輔。通過(guò)內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)研究區(qū)Cu、Zn綜合污染指數(shù)，Cu的綜合污染指數(shù)為2.9，再Zn的綜合污染指數(shù)為1.0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Cu在地表0～20cm范圍內(nèi)含量最高，為51.4～87.0mg/kg， 20cm～120cm處的銅含量相對(duì)較低，隨著覆蓋層加深，其含量略有增加，但相對(duì)變化較小。包氣帶Cu含量平均值為42.5～62.5mg/kg，區(qū)域內(nèi)Cu污染較為嚴(yán)重，普遍為中度污染，局部重度污染。Zn在40～60cm處含量最高，為89.3～142.9mg/kg，在還原環(huán)境時(shí)Zn含量相對(duì)較高。包氣帶Zn含量平均值為76.0～114.4mg/kg，Zn污染等級(jí)低。旱地區(qū)較水田區(qū)污染更嚴(yán)重，水動(dòng)力條件更弱，重金屬累積量更大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 去年我國(guó)新查明煤炭資源儲(chǔ)量815億噸[N].中國(guó)煤炭報(bào)， 2018-07-12（001）.

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[3] 蔡新源.農(nóng)村面源污染的特點(diǎn)和控制[J].科技資訊，2009 （11）：113.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. GB15618-199土壤環(huán) 境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.