采矿区周边土壤重金属元素含量分布情况及污染评价

王宏亮，夏 凡，徐 玉

（河北省生态环境科学研究院，河北 石家庄 050000）

土壤是陆地生态系统中生物赖以生存的基础，为生物提供活动空间和基本保障[1]。但是随着近年来工业不断发展，土壤承受的压力也急剧提高，由于人类发展的生产生活过程中对重金属资源需求不断增大，导致重金属对土壤的污染越来越严重[2]。同时，矿产资源在长期开采过程中，会破坏当地的水文地质条件和结构，影响动植物的生态环境，引起一系列的次生污染，矿山开采产生的大量残渣不仅会占据大量土地资源，还会造成重金属在土壤中的堆积，重金属在土壤中难降解、难治理、滞留久，对区域内植物农作物造成影响，进而威胁人类生命健康，若下渗入地下水则会危害周边其他生物。对采矿区周边土壤重金属元素的含量和分布进行勘测和污染评价，对管控和治理土壤条件和生态环境具有参考意义。

1 采矿区周边土壤重金属元素含量分布情况及污染评价

1.1 布设采矿区周边土壤剖面采样点

以A采矿区周边土壤为研究对象，对矿区周边进行了土壤坡面样品采集，选择人工开挖后留下的垂直边坡作为采样的土壤剖面。为获得新鲜土质的土壤样品，我们首先在采样前向内垂直刨掉十厘米左右的断面土壤，对剖面进行拍照，对采样位置和分布情况详细记录，总计10个采样点，采样点位置如图1所示。

图1 土壤采样点位置图

由图1可知，K1和K2为矿区，各采样点在矿区周边均匀分布，每点采样0.5-2千克，避免样品的特殊性影响提取研究结果的准确性。在这10个采样点中，主要存在着两种土壤类型，其中以黄棕壤为主，颜色有黄色和黄褐色两种，土壤中有1、2、6、7、10号土壤中夹杂小石块。还有一个土壤样品为紫色土壤，颜色为紫色，土质较粘稠，是距离矿区位置最远的9号土壤。

1.2 获取重金属元素含量与分布情况

采集后的土壤样品需要放置于避光的环境，在通风处进行自然风干后研磨，通过尼龙筛进行处理。运用四步提取法提取土壤中重金属元素含量。首先准确称取10克样品置于60ml的离心试管中，加入0.1浓度的乙酸溶液30ml，将试管倾斜25度，匀速振荡12小时，再快速离心，30分钟后分离上清液定容待测，对试管中的土壤残留物进行清理，用少量去离子水洗涤，离心20分钟后弃清液。加入0.5浓度的盐酸氰氨40ml，同样转速振荡12小时，再进行上述离心和洗涤步骤。为防止可能出现的激烈反应导致溶液的损失，仔细添加过氧化氢溶液10ml于试管中，用盖子轻轻盖在容器上，在正常室内温度下消化一段时间，约1小时，间歇振荡并开盖，在80℃水温中继续消化，揭开盖子至液体容积减小2ml，再以同样方式进行第二次消化，不进行彻底的干燥，冷却后加入1浓度的醋酸铵溶液50ml，进行同样方式的震荡和离心。将残渣转入到四氟聚乙烯坩消解管中，用四种混合酸进行消解。A采矿区周边土壤重金属元素含量的变化主要与人类干扰活动和植被的影响有关，而土壤剖面金属含量的变化可以在一定程度上反映重金属元素在土壤中的迁移情况。铜和锌主要分布在较高开采活动的区域，锰和镉的分布规律相似，以矿区中部和西部为主，铅主要分布在矿区周边的排土场附近，汞、铬的高值区主要分布在矿区东部，砷的高值靠近区民区西南方向，与生活污染有关。

1.3 地累积指数评价污染等级

地累积指数能够分析土壤或沉积物中的重金属污染的定量化指标，该指数将人为活动对环境的影响和重金属元素共同考虑，能够更清晰地了解重金属污染的地累积指数，其计算公式如下：

式中Igeo为重金属污染水平指标，Cn为某元素n的浓度，Bn为A采矿区土壤环境背景值，1.5是考虑地质成因和人为因素的修正系数，地累积指数等级标准如表1所示。

表1 地累积污染指数等级标准

由表1判断A地区重金属元素污染指数，污染等级共分为六级，地累积指数不仅能反映土壤中重金属元素的分布，还是区分人为活动因素的重要参数，为采矿区周边土壤重金属污染评价提供参考。

2 结果与分析

2.1 采矿区周边土壤重金属含量

通过前文对A采矿区周边土壤进行样品采集，经过提取土壤中重金属元素含量，统计重金属元素含量如表2所示。

表2 A采矿区土壤重金属含量统计表

由表2可知，土壤中铅、铜和锌元素金属含量较高，镉和汞元素金属含量较低，其中汞和镍元素含量均没有超标。

2.2 采矿区周边土壤重金属污染情况评价

根据地表累积指数测定的土壤中重金属含量值按照表1污染等级评价标准，结果如图2所示。

图2 地累积污染指数评价结果

由图2可知，A采矿区周边土壤中，汞元素无污染，镉元素无污染或轻度污染，镍元素轻度污染，砷元素为中度污染，铬元素为强度污染，铅、铜、锌元素为极强污染，因此A采矿区周边土壤受到了重金属污染。总的来说，基于本文方法以A采矿区周边土壤为研究对象，针对重金属含量及分布结果和污染评价的结果来看，采用剖面取样的方式研究土壤中重金属元素和分布情况，能够更完整的分析所有过程对土壤重金属元素的影响。通过提取的生物利用态进行相关性分析得到最佳提取效果，在前人的研究中发现，如果某种元素的自然背景值高，即使未受到污染，土壤中元素也会超标，当背景值低于国家标准时，土壤中重金属元素可能出现超标却没有受到污染的情况，以土壤背景值为标准的地累积指数法，充分考虑地区差异性和人为因素，因此，其评价结果具有参考意义。

3 结语

本文对A采矿区周边土壤进行样品采集，通过对土壤内重金属元素含量和分布情况的研究进行了污染评价。在本文的研究过程中，还存在诸多不足之处，如对于土壤中重金属污染源的解析涉及较少，由于土壤剖面样品采集难度较大使采集工作不够完善。未考虑土壤理化性质，土地利用方式以及施肥等因素，会对土壤重金属含量的测定产生一定的影响，根据本文的污染评价提出一些建议，应加强对土壤重金属污染源进行有效控制，研究治理土壤污染的关键实用技术，对于短期内无法修复的土壤环境，应选择种植一些对重金属耐性大的植物，防止重金属污染进一步扩散，以减轻周边农田的污染。应通过多种土壤修复手段，研究出对以污染环境的最好修复方法。