单因子法及综合污染指数法在矿山土壤重金属污染评价中的应用

陈 锦，郭 锦

（湖南省地质矿产勘查开发局四一六队，湖南 长沙 412003）

矿产资源的开发和利用过程中会带来很多地质环境问题，特别是金矿开采区，矿坑废水、选矿废水及废石堆淋滤水的无序排放，对周边土壤造成重金属污染。

1 研究区概况

官庄金矿区位于醴陵市官庄镇境内，官庄水库上游，地理坐标：东经113°31′27.03″，北纬27°53′10.21″。官庄金矿区地貌属侵蚀剥蚀低山区，含金矿脉主要分布于冷家溪群第二岩组第二岩性段第一亚段地层中，共分布有6个金矿，矿山面积9.3425Km2。

2 采样方法与评价

2.1 采样方法及分布范围

根据矿区土壤的分布情况，分别针对废石堆下方沟谷内农田、废石堆下方林地及尾矿库周边土壤进行了样品采集工作，共采集土壤样品21组，采用以地块为单位，多点采取混合样，采样深度0cm～20cm。

2.2 测定方法

由湖南省地质工程勘察院检测中心，执行标准为区域生态地球化学评价样品分析指南及国家相关标准，内检样及外检样分析测试均按国家标准设定。分别对土壤pH值、Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni重金属元素进行测定，而Cu、Pb、Zn、Cd、Cr的测定采用HF-HClO4—HNO3消化，原子吸收分光光度法；Hg、As的测定，采用硫酸—高锰酸钾消解法对土壤进行消解，冷原子吸收法。

2.3 评价方法

采用单因子法进行评价可以看出单个重金属元素与评价标准之间的差距，方法简单，结果直观，但是只能反映土壤中单个元素的污染程度，不能反应所有重金属元素的综合污染状况；综合指数法考虑多种重金属元素的综合污染作用；本研究采用单因子污染指数法和综合污染指数法来评价土壤污染状况，用多种方法有助于更全面的把握矿山土壤重金属污染状态。

单因子污染指数的计算公式：

式中，Pi为土壤中的污染物i的污染指数，Ci为土壤中污染物的i的实测浓度，Si为土壤中污染物的i的评价标准。

综合污染指数法：本次采用加权叠加综合指数法对土壤重金属污染状况进行综合评价。

式中，Pe为评价指标的综合指数；wi为某项评价指数的权系数；Pi为某项评价指标的分指数；PT为评价指标的分指数和。

2.4 背景值的确定

由于缺乏区域内背景值资料，本次工作按照《区域生态地球化学评价指南》的要求来确定区内土壤的背景值，其计算方法如下：

式中，xi为区域土壤中元素在i样品中的实测值，为区域土壤中的元素所有统计样品实测值的算术平均值，代表该元素的土壤环境背景值，S为标准差，n为统计样品数。

式中，xi区域土壤中该元素在i样品中的实测值，GM为样品实测值的几何平均值，D为几何标准差，n为统计样品数。

剔除异常值后，对近似正态分布的元素，用算术平均值表示元素含量集中的趋势，代表土壤元素背景值。对近似对数正态分布的元素，用几何均值GM表示元素含量集中的趋势，代表该元素土壤背景值。

根据以上方法确定元素背景值的方法，剔除了各元素的异常值后，计算出区内土壤重金属元素背景值，结果如表1。

表1 区域土壤重金属元素背景值（mg/kg）

3 结果与分析

3.1 官庄金矿区土壤重金属含量单因子法分析结果

采用单因子法，对官庄金矿区土壤中Pb、Zn、As、Hg、Cu、Cr重金属元素分别进行评价，得出每个土壤样品中这八种重金属的污染累积指数，并进行分级统计，见表2。

表2 土壤中重金属元素单因子法评价结果

由表2可知，区内Cr、Ni、Cd、Hg元素污染较轻，主要为轻度污染，无中～重污染样品；As元素污染最重，其中重污染样品达28.57%、中污染样品为19.05%、轻污染样19.05%；Cu元素污染主要为较轻，重污染样品占4.76%；Pb元素整体较轻，局部较重，中污染样品占9.52%、重污染样品4.76%；Zn元素整体较轻，中污染样品4.76%，无重污染样品。

为了比较各元素污染程度的严重度，将单因子评价结果进行排序，采用的方法为：按照单因子累积指数评价法平均污染指数从大到小依次排序，得出各元素污染严重程度排序结果，区内污染严重度排序为：As＞Pb＞Zn＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni＞Hg。

3.2 官庄金矿区土壤重金属含量综合指数法分析结果

采用综合指数法计算了区内表层土壤重金属综合污染指数，得出了区内土壤样品综合污染状况结果见表3。

表3 土壤中重金属元素综合指数法评价结果

利用AcrGIS软件将土壤综合评价结果分等级显示，从图2及表3可知，区内矿山21组土壤样品受到不同程度污染，无清洁样品、尚清洁样品达14.29%，轻污染样品占52.38%，中度污染样品占4.76%，重污染样品占28.57%。

4 结语

采用不同的评价方法，单因子法和综合指数法对醴陵市官庄金矿区土壤的综合污染状况进行了评价，而采取单因子法，只能看出区域内单个元素的超标状况，无法对区域土壤污染状况进行综合评价；而在单因子法评价的基础上，采用加权叠加综合指数法计算了区内表层土壤重金属综合污染指数，得出了区内土壤综合污染状况，评价结果较为可信，和区域污染状况基本吻合。

区内土壤重金属污染与选矿废水及尾矿库淋滤水无序排放相关，距离尾矿库较近的样品污染程度明显高于较远的样品。尾矿库下方及受废水废液长期浸润地带重金属元素富集度高，基本沿污染源呈点状分布，区内污染元素严重程度排序为：As＞Pb＞Zn＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni＞Hg。说明区内矿山土壤综合污染污等级以轻污染为主，局部为重污染，最大综合污染指数超出严重污染等级界限17倍。

综上所述，醴陵市官庄金矿区应加强废石堆及尾矿的综合利用，建立完善的废水排放系统，对尾矿库及废石堆淋滤水进行处理后排放，并设立土壤监测点，定期进行监测，进一步加强矿区生态环境保护工作。