吉林省白山市江源區煤礦區環境Hg地球化學分布特征

趙浩任，閆秋實，黃藝，馬中建，陳昌煒(成都理工大學，四川 成都 610051)

0 引言

汞是神經毒性極強的重金屬污染物，已被我國環保部、聯合國環境規劃署、世界衛生組織、歐盟及美國環保署等機構列為優先控制污染物[1]。環境中存在的毒性較弱的無機汞在一定條件下都可以轉化成甲基汞[2]。甲基汞在食物鏈中通過生物累積和生物放大作用能夠對人體健康產生很嚴重的危害。工業煤礦區作業會產生大量的化工廢水，廢水中含大量的汞，經過地表徑流擴散后可能對當地土壤造成嚴重的汞污染。而土壤汞污染比其他介質汞污染更具潛伏性和深遠性。土壤中的汞會再度遷移擴散，參與到水體和大氣環境的循環中，擴大污染范圍[3]。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

江源區行政管轄隸屬于吉林省白山市，地理坐標位為：東經 126°23′～127°11′，北緯 41°48′～42°13′。長期以來的煤礦開采選冶活動，大量固體廢棄物的長期堆積，以及居民長期生活用煤等，給江源區土壤環境造成非常嚴重的汞污染。本次研究對煤礦活動更為頻繁的區域—石人區域進行采樣分析研究。大石人鎮位于江源區西南部，東西長12.3 km，南北寬17.2 km，面積 67.2 km2。

1.2 樣品采集

本次采樣時間為2018年4月，由于采樣區域面積較大，地勢相對平坦，且土壤污染程度不均勻，因此采用方格網采樣的布點方法，按1:50 000的比例尺采集表層土壤。參照我國目前采用的土壤地球化學勘查的采樣規范的要求，采樣單元為0.25 km2，每個采樣單元的樣點數為3～6個，每平方公里樣點數為12～24個。

1.3 樣品處理

采用硝酸-氫氟酸-高氯酸三酸消解法[4]對制備好的樣品進行處理，然后用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)測定重金屬含量。每個土壤樣品均平行測量三次，實驗結果用平均值來表示。

2 結果與討論

2.1 相關性分析

重金屬元素之間的關系可以為重金屬來源提供重要的信息，一般而言，重金屬元素含量之間的顯著相關性，能夠反映出各元素具有相同的來源或地球化學過程。石人礦區Hg與其他重金屬元素的相關性如表1所示。

表1 石人礦區土壤Hg與其他重金屬元素相關系數

由表1可以知道，石人礦區土壤中，Hg與Zn、As在0.05水平上呈中度正相關，相關系數分別為0.387、0.423。劉碩[5]對龍口煤礦區土壤重金屬空間分布特征進行分析，認為As在煤礦中大量賦存，在煤礦開采中產生的大量礦井水、洗煤水以及選冶產生的廢水中都大量存在說明石人礦區土壤中Hg污染來源與Zn、As的來源相同或相近，但相關性較弱。

2.2 空間分布特征分析

對樣品數據進行成圖分析，運用surfer軟件繪制出對應的采樣區域土壤中Hg的地球化學分布圖，并與遙感影像圖相結合對比分析。由圖1可知，石人礦區土壤Hg污染較嚴重地區主要有三處，分別分布在北部、西南部以及南部地區，Hg含量可達0.15 mg/kg，均呈點狀分布，石人礦區土壤Hg含量高值區主要分布在東北和西南地區，且峰的坡度都相對比較平緩，向周圍遞減的變化率較小。Hg含量由東北和西南向中部遞減，主要可能跟土地的利用類型有關，區域內東北和西南地區主要是居民生活區域以及煤礦開采利用區域，中部地區主要為農田、林地等。

圖1 石人礦區土壤Hg地球化學分布圖(mg/kg)

綜上，推測石人礦區土壤中Hg污染的來源主要可能是生活燃煤和化工廢水的排放。在研究區域內地表水系不明顯，地勢較平坦，Hg主要可能由大氣揚塵和氣候因素影響而產生遷移。

2.3 單項污染指數法評價Hg污染

選用中華人民共和國GB 15618—1995《土壤環境質量標準》作為評價標準，如表2所示。污染指數以三級標準作為評價標準，該標準值是土壤中重金屬污染物的最高允許量，三級標準主要適用林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產附近等地的農田土壤(蔬菜地除外)。

表2 土壤環境質量標準值 單位：mg/kg

單項污染指數是評價土壤重金屬污染程度的基礎評價方法，能全面反應單元素的污染程度，用單項因子表示污染程度或土壤環境質量等級的單項污染指數(Pi)。計算公式如下：

式中：Pi為單項污染指數；Ci為土壤污染物實測濃度；Si為污染物的評價標準值或參考值。Pi≤1，表示無污染；1＜Pi≤2，表示輕微污染；2＜Pi≤3，表示輕度污染；3＜Pi≤5，表示中度污染；Pi＞5，表示重度污染。

根據公式(1)計算出石人礦區土壤中Hg的單項污染指數Pi=2.18，總體處于輕度污染。對研究礦區所有樣品單項污染指數數據作污染分區圖并分析。

由圖2可知，石人礦區土壤中Hg污染在區域北部、西部以及南部地區主要為中度污染，北部、東北部污染地區主要為居民居住區，西部、南部污染地區主要為煤場、化工廢水排放的地區；中部農田、林地基本呈輕微污染，東部和西南角呈輕度污染。

圖2 石人礦區土壤Hg污染分區圖

3 結語

石人礦區土壤中Hg的單項污染指數Pi=2.18，土壤中Hg的污染程度總體處于輕度污染；對土壤Hg的相關性分析和空間分布特征分析表明，石人礦區土壤中Hg污染的來源可能是生活燃煤和化工廢水，土壤Hg含量由東北和西南向中部遞減，可能跟研究區域內土地的利用類型、大氣揚塵作用以及氣候因素影響有關。綜上，白山市江源區石人區煤礦土壤環境Hg輕微污染，這說明江源區煤礦區不合理的開采利用和化工廢水的長期排放，給當地的土壤環境造成了比較嚴重的破壞，對當地居民的生活帶來了巨大的風險。有關部門應該給予當地環境污染問題高度的重視。