采礦區(qū)周邊土壤重金屬元素含量分布情況及污染評價

王宏亮，夏 凡，徐 玉

（河北省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，河北 石家莊 050000）

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物賴以生存的基礎(chǔ)，為生物提供活動空間和基本保障[1]。但是隨著近年來工業(yè)不斷發(fā)展，土壤承受的壓力也急劇提高，由于人類發(fā)展的生產(chǎn)生活過程中對重金屬資源需求不斷增大，導(dǎo)致重金屬對土壤的污染越來越嚴重[2]。同時，礦產(chǎn)資源在長期開采過程中，會破壞當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件和結(jié)構(gòu)，影響動植物的生態(tài)環(huán)境，引起一系列的次生污染，礦山開采產(chǎn)生的大量殘渣不僅會占據(jù)大量土地資源，還會造成重金屬在土壤中的堆積，重金屬在土壤中難降解、難治理、滯留久，對區(qū)域內(nèi)植物農(nóng)作物造成影響，進而威脅人類生命健康，若下滲入地下水則會危害周邊其他生物。對采礦區(qū)周邊土壤重金屬元素的含量和分布進行勘測和污染評價，對管控和治理土壤條件和生態(tài)環(huán)境具有參考意義。

1 采礦區(qū)周邊土壤重金屬元素含量分布情況及污染評價

1.1 布設(shè)采礦區(qū)周邊土壤剖面采樣點

以A采礦區(qū)周邊土壤為研究對象，對礦區(qū)周邊進行了土壤坡面樣品采集，選擇人工開挖后留下的垂直邊坡作為采樣的土壤剖面。為獲得新鮮土質(zhì)的土壤樣品，我們首先在采樣前向內(nèi)垂直刨掉十厘米左右的斷面土壤，對剖面進行拍照，對采樣位置和分布情況詳細記錄，總計10個采樣點，采樣點位置如圖1所示。

圖1 土壤采樣點位置圖

由圖1可知，K1和K2為礦區(qū)，各采樣點在礦區(qū)周邊均勻分布，每點采樣0.5-2千克，避免樣品的特殊性影響提取研究結(jié)果的準確性。在這10個采樣點中，主要存在著兩種土壤類型，其中以黃棕壤為主，顏色有黃色和黃褐色兩種，土壤中有1、2、6、7、10號土壤中夾雜小石塊。還有一個土壤樣品為紫色土壤，顏色為紫色，土質(zhì)較粘稠，是距離礦區(qū)位置最遠的9號土壤。

1.2 獲取重金屬元素含量與分布情況

采集后的土壤樣品需要放置于避光的環(huán)境，在通風(fēng)處進行自然風(fēng)干后研磨，通過尼龍篩進行處理。運用四步提取法提取土壤中重金屬元素含量。首先準確稱取10克樣品置于60ml的離心試管中，加入0.1濃度的乙酸溶液30ml，將試管傾斜25度，勻速振蕩12小時，再快速離心，30分鐘后分離上清液定容待測，對試管中的土壤殘留物進行清理，用少量去離子水洗滌，離心20分鐘后棄清液。加入0.5濃度的鹽酸氰氨40ml，同樣轉(zhuǎn)速振蕩12小時，再進行上述離心和洗滌步驟。為防止可能出現(xiàn)的激烈反應(yīng)導(dǎo)致溶液的損失，仔細添加過氧化氫溶液10ml于試管中，用蓋子輕輕蓋在容器上，在正常室內(nèi)溫度下消化一段時間，約1小時，間歇振蕩并開蓋，在80℃水溫中繼續(xù)消化，揭開蓋子至液體容積減小2ml，再以同樣方式進行第二次消化，不進行徹底的干燥，冷卻后加入1濃度的醋酸銨溶液50ml，進行同樣方式的震蕩和離心。將殘渣轉(zhuǎn)入到四氟聚乙烯坩消解管中，用四種混合酸進行消解。A采礦區(qū)周邊土壤重金屬元素含量的變化主要與人類干擾活動和植被的影響有關(guān)，而土壤剖面金屬含量的變化可以在一定程度上反映重金屬元素在土壤中的遷移情況。銅和鋅主要分布在較高開采活動的區(qū)域，錳和鎘的分布規(guī)律相似，以礦區(qū)中部和西部為主，鉛主要分布在礦區(qū)周邊的排土場附近，汞、鉻的高值區(qū)主要分布在礦區(qū)東部，砷的高值靠近區(qū)民區(qū)西南方向，與生活污染有關(guān)。

1.3 地累積指數(shù)評價污染等級

地累積指數(shù)能夠分析土壤或沉積物中的重金屬污染的定量化指標，該指數(shù)將人為活動對環(huán)境的影響和重金屬元素共同考慮，能夠更清晰地了解重金屬污染的地累積指數(shù)，其計算公式如下：

式中Igeo為重金屬污染水平指標，Cn為某元素n的濃度，Bn為A采礦區(qū)土壤環(huán)境背景值，1.5是考慮地質(zhì)成因和人為因素的修正系數(shù)，地累積指數(shù)等級標準如表1所示。

表1 地累積污染指數(shù)等級標準

由表1判斷A地區(qū)重金屬元素污染指數(shù)，污染等級共分為六級，地累積指數(shù)不僅能反映土壤中重金屬元素的分布，還是區(qū)分人為活動因素的重要參數(shù)，為采礦區(qū)周邊土壤重金屬污染評價提供參考。

2 結(jié)果與分析

2.1 采礦區(qū)周邊土壤重金屬含量

通過前文對A采礦區(qū)周邊土壤進行樣品采集，經(jīng)過提取土壤中重金屬元素含量，統(tǒng)計重金屬元素含量如表2所示。

表2 A采礦區(qū)土壤重金屬含量統(tǒng)計表

由表2可知，土壤中鉛、銅和鋅元素金屬含量較高，鎘和汞元素金屬含量較低，其中汞和鎳元素含量均沒有超標。

2.2 采礦區(qū)周邊土壤重金屬污染情況評價

根據(jù)地表累積指數(shù)測定的土壤中重金屬含量值按照表1污染等級評價標準，結(jié)果如圖2所示。

圖2 地累積污染指數(shù)評價結(jié)果

由圖2可知，A采礦區(qū)周邊土壤中，汞元素?zé)o污染，鎘元素?zé)o污染或輕度污染，鎳元素輕度污染，砷元素為中度污染，鉻元素為強度污染，鉛、銅、鋅元素為極強污染，因此A采礦區(qū)周邊土壤受到了重金屬污染。總的來說，基于本文方法以A采礦區(qū)周邊土壤為研究對象，針對重金屬含量及分布結(jié)果和污染評價的結(jié)果來看，采用剖面取樣的方式研究土壤中重金屬元素和分布情況，能夠更完整的分析所有過程對土壤重金屬元素的影響。通過提取的生物利用態(tài)進行相關(guān)性分析得到最佳提取效果，在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，如果某種元素的自然背景值高，即使未受到污染，土壤中元素也會超標，當(dāng)背景值低于國家標準時，土壤中重金屬元素可能出現(xiàn)超標卻沒有受到污染的情況，以土壤背景值為標準的地累積指數(shù)法，充分考慮地區(qū)差異性和人為因素，因此，其評價結(jié)果具有參考意義。

3 結(jié)語

本文對A采礦區(qū)周邊土壤進行樣品采集，通過對土壤內(nèi)重金屬元素含量和分布情況的研究進行了污染評價。在本文的研究過程中，還存在諸多不足之處，如對于土壤中重金屬污染源的解析涉及較少，由于土壤剖面樣品采集難度較大使采集工作不夠完善。未考慮土壤理化性質(zhì)，土地利用方式以及施肥等因素，會對土壤重金屬含量的測定產(chǎn)生一定的影響，根據(jù)本文的污染評價提出一些建議，應(yīng)加強對土壤重金屬污染源進行有效控制，研究治理土壤污染的關(guān)鍵實用技術(shù)，對于短期內(nèi)無法修復(fù)的土壤環(huán)境，應(yīng)選擇種植一些對重金屬耐性大的植物，防止重金屬污染進一步擴散，以減輕周邊農(nóng)田的污染。應(yīng)通過多種土壤修復(fù)手段，研究出對以污染環(huán)境的最好修復(fù)方法。