張廣勝，徐文彬，李俊翔，韋金蓮

廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006

一個(gè)未開采的鉛鋅礦周邊土壤重金屬含量及生態(tài)安全評價(jià)

張廣勝，徐文彬*，李俊翔，韋金蓮

廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006

為了解廣東省豐順縣尖筆崠鉛鋅礦周邊土壤中重金屬含量及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，采用野外采樣及實(shí)驗(yàn)室測定分析的方法，以礦山周邊4個(gè)片區(qū)表層土壤（0～20 cm）為研究對象，測定了土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr和As含量，分別采用單因子評價(jià)、綜合指數(shù)法評價(jià)、Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)以評價(jià)土壤的重金屬水平和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果表明：在目前尚未開采的狀況下，該礦區(qū)周邊土壤已存在一定的重金屬污染，4個(gè)研究片區(qū)大部分土壤樣品 Pb（平均值為 106.77 mg·kg-1）、Cd（平均值為0.27 mg·kg-1）、Zn（平均值為55.75 mg·kg-1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過廣東省背景值；污染指數(shù)顯示主要以Pb（極大值4.57）、Cd（極大值2.98）、Zn（極大值1.41）污染為主；綜合指數(shù)法評價(jià)表明老虎隔水稻田片區(qū)土壤達(dá)到重度污染水平，綜合污染指數(shù)達(dá)到3.47，同時(shí)片區(qū)土壤達(dá)到中度污染水平的土壤樣品數(shù)目占總樣品數(shù)的51.02%；而Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)表明該礦區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于低程度，4個(gè)片區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）均未超過150，平均值為110.67，這與該礦尚未開采，暫受到人類活動(dòng)影響較小有關(guān)，土壤中6種重金屬的潛在生態(tài)危害性順序大體為Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr，其中Cd（貢獻(xiàn)率達(dá)73.65%～79.67%）、Pb（貢獻(xiàn)率達(dá)10.24%～18.83%）是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子；健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)也表明該礦區(qū)重金屬非致癌、致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受范圍內(nèi)，4個(gè)研究片區(qū)非致癌風(fēng)險(xiǎn)值及總重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)值之和均小于1，6種重金屬3種暴露途徑均體現(xiàn)出口腔攝入>皮膚攝入>呼吸攝入，非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大小順序?yàn)镻b>As>Cu>Zn>Cd>Cr。綜上所述，該擬開采礦區(qū)周邊土壤受到一定的重金屬污染，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于低程度，健康風(fēng)險(xiǎn)處于可接受范圍內(nèi)，這與開采多年的鉛鋅礦周邊土壤重金屬污染情況大不相同，該擬開采鉛鋅礦在其后續(xù)的開采、選礦活動(dòng)中，應(yīng)高度重視重金屬污染的研究和防治，采取合理措施，防止加劇周邊土壤的重金屬累積。

鉛鋅礦；土壤；重金屬；評價(jià)

礦產(chǎn)資源尤其是有色金屬礦的不合理開發(fā)是造成土壤重金屬污染的最主要原因，目前國內(nèi)對各地已開采多年的鉛鋅礦周邊土壤重金屬污染特征進(jìn)行了較多的研究和報(bào)告，如廣西省（李強(qiáng)等，2014）、貴州?。埣义镜?，2014；吳迪等，2013）、云南?。ɡ罹磦サ龋?014；陸泗進(jìn)等，2014）、廣東?。ㄖ炖^保等，2005；陳家棟等，2012）、湖南省（蘭砥中等，2014；周耀渝等，2012；袁藝寧等，2014）、安徽省（池源，2013）、遼寧?。ǘ牌?，2007）等，上述文獻(xiàn)均在礦山開采多年甚至是重金屬污染較為嚴(yán)重的情況下開展相關(guān)研究，而對擬開采或即將開采的鉛鋅礦周邊土壤重金屬水平和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究較少。本文研究對象為廣東省豐順縣尖筆崠鉛鋅礦，為一即將開采的鉛鋅礦，從礦山生命周期 4個(gè)階段中勘測階段即開始調(diào)查研究其周邊各類土壤的重金屬污染水平和生態(tài)安全，為系統(tǒng)了解由礦山開采所帶來的重金屬污染提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有重要的科學(xué)意義。

目前常用的對土壤重金屬水平或污染特征的評價(jià)方法包括單因子污染指數(shù)法、綜合指數(shù)法、地積累指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法等，更進(jìn)一步的還有：改性灰色聚類法、改進(jìn)層次分析法、結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論發(fā)展的模糊綜合評價(jià)法、人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法和基于GIS技術(shù)的評價(jià)方法等，各種方法具有不同的特點(diǎn)。本文擬采用單因子指數(shù)評價(jià)（奚旦立和孫裕生，2010）、綜合指數(shù)法評價(jià)（奚旦立和孫裕生，2010）、Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（Hakanson，1980）和健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（USEPA，1989）等方法對該鉛鋅礦周邊土壤中重金屬水平進(jìn)行分析評價(jià)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

該鉛鋅礦為廣東省豐順縣尖筆崠鉛鋅礦，位于豐順縣潘田鎮(zhèn)境內(nèi)。研究區(qū)域地貌為丘陵山地，土壤以紅壤為主，擬建采礦作業(yè)場地及選礦廠附近林地現(xiàn)狀植被群落類型為馬尾松+五列木-桃金娘-芒萁群落，馬尾松、五列木針闊混交林群落，樹高約4～6 m，胸徑7～10 cm，樹齡約5年，林下植被主要是桃金娘、芒萁，植物種類較少，各水稻田片區(qū)大部分年種植水稻一茬，小部分梯田荒廢。土壤樣品采集時(shí)，采用GPS定位系統(tǒng)對采樣點(diǎn)進(jìn)行定位，布點(diǎn)方法依據(jù)HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》“5.2”中的簡單隨機(jī)法進(jìn)行土壤采樣布點(diǎn)。對擬建的采礦作業(yè)場地、選礦廠和尾礦庫周邊4個(gè)片區(qū)進(jìn)行土壤采樣，樣點(diǎn)分布圖及詳細(xì)情況見圖 1、表1。每個(gè)樣點(diǎn)選取10 m×10 m樣方，在樣方內(nèi)采用梅花形五點(diǎn)取樣法取0～20 cm表層土樣，并將5點(diǎn)樣品進(jìn)行四分法混縮后密封袋裝0.5 kg，貼好標(biāo)簽。現(xiàn)場采樣于2014年7月完成，共采得測試用土壤樣品49個(gè)。

圖1 土壤采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Soil sampling distribution

表1 采樣點(diǎn)土壤名稱及數(shù)量Table 1 Name and quantity of soil sampling point

式中，Pi為土壤中第i種重金屬污染指數(shù)；Ci為土壤中第 i種重金屬的實(shí)測平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（mg·kg-1）；Co為第i種重金屬的參比值（mg·kg-1）或稱為污染起始值，對比GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)（pH<6.5）和廣東省土壤重金屬平均背景值（國家環(huán)境保護(hù)局，1993P13），本文采用廣東省土壤中對應(yīng)重金屬的平均背景值作為參比值。具體數(shù)值見表 2。污染等級按汪雅各（1991）進(jìn)行劃分（表3）。

綜合污染指數(shù)是在單項(xiàng)污染指數(shù)評級的基礎(chǔ)上，兼顧單項(xiàng)污染指數(shù)平均值和最大值的一種綜合評價(jià)方法，能夠全面反映各污染物對土壤的不同作用，同時(shí)又突出高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，因而可以用來評價(jià)每一個(gè)測試點(diǎn)的樣品重金屬綜合污染水平。其計(jì)算公式為：

1.2 樣品處理與分析

將采集到的土壤樣品參照HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》“8.3”中“制樣程序”規(guī)定進(jìn)行處理，即經(jīng)過風(fēng)干、除雜、粉碎過篩，細(xì)土樣品（<100目）保存在密封袋中并放至于干燥器中待用。樣品袋上貼上標(biāo)簽，注明樣號、采樣地點(diǎn)、深度、篩孔等細(xì)目。

稱取土壤試樣2.0 g放置于100 mL錐形瓶中，加入25 mL混合酸（V(硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1，即硝酸20 mL，高氯酸5 mL），加蓋浸泡過夜（8～12 h），然后在電爐上加熱消解，當(dāng)有大量棕色氣體產(chǎn)生時(shí)，減少火力，并保持微沸狀態(tài)，直至棕色氣體消失，溶液變清并冒白煙為止，否則應(yīng)補(bǔ)加5 mL硝酸繼續(xù)消煮至溶液變清，冷卻，用滴定管將試樣消解液吸入或?yàn)V入（視消解后試樣的鹽分而定）25 mL容量瓶中，用純水少量多次洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶并用水定容至刻度，混勻備用；同時(shí)作試劑空白實(shí)驗(yàn)（所有玻璃儀器均經(jīng)硝酸（10%）浸泡24 h以上）。及時(shí)釆用原子吸收光譜儀（AAS Z-2000）測定重金屬Pb、Zn、Cu、Cd、Cr含量，采用原子熒光光度計(jì)（AFS-920）測定As含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

本研究數(shù)據(jù)處理采用 Microsoft Office Excel 2007軟件進(jìn)行處理，圖形采用 Adobe Photoshop 8.0.1軟件進(jìn)行繪制。

1.3.1 土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

單因子指數(shù)法和綜合指數(shù)法是我國現(xiàn)階段用于評價(jià)土壤重金屬污染的常用方法，單因子指數(shù)法計(jì)算公式如下：

表2 廣東省土壤重金屬平均背景值及GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)限值Table 2 Guangdong province soil average background values of heavy metals and the soil environment quality standard (GB 15618—1995) secondary standard limit mg·kg-1

表3 土壤單因子指數(shù)、綜合指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Soil single factor index and comprehensive index evaluation standards

1.3.2 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

應(yīng)用 Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法定量劃分礦區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)危害的程度，該方法綜合考慮了重金屬的毒性、生態(tài)效應(yīng)與環(huán)境效應(yīng)，并采用具有可比的、等價(jià)屬性指數(shù)分級法進(jìn)行評價(jià)，定量區(qū)分出潛在生態(tài)危害程度，已成為目前重金屬污染評價(jià)中應(yīng)用廣泛的一種方法。所得指數(shù)不僅能反映某一特定環(huán)境中的每種污染物的影響，而且也能反映多種污染物的綜合影響。土壤中重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)和潛在生態(tài)危害指數(shù)法的計(jì)算公式如下：

式中，Ei為第 i種重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)；Ti為 Hakanson制定的某種重金屬的毒性響應(yīng)參數(shù)，Pb、Zn、Cu、Cd、Cr和As的毒性響應(yīng)參數(shù)分別為：5、1、5、30、2和10（Hakanson，1980）；RI為土壤重金屬綜合污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度具體劃分等級（Hakanson，1980）見表4。

表4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果等級劃分Table 4 Potential ecological risk assessment results of classification

1.3.3 土壤環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

根據(jù)EPA綜合風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)庫（IRIS）和國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）的相關(guān)研究成果，一般認(rèn)為，只要土壤中有微量的致癌風(fēng)險(xiǎn)物存在，就會(huì)對人體健康產(chǎn)生危害。土壤重金屬主要通過3種途徑進(jìn)入體內(nèi)：經(jīng)口直接攝入、呼吸途徑攝入和皮膚直接接觸。相關(guān)計(jì)算公式（Usepa，1992；Lai等，2010；Wu和Zhang，2014）如下：

式中，CDI口腔、CDI吸入和CDI皮膚分別為口腔、吸入和皮膚接觸途徑的日均暴露量（mg·kg-1·d-1）。由于我國在暴露參數(shù)研究方面缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，在健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中一般引用美國的暴露參數(shù)，公式中各參數(shù)名稱及取值可參考表 5（FERREIRA-BAPTISTA L和DE MIGUEL E，2005；谷蕾等，2012）。

表5 健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法各參數(shù)名稱及取值Table 5 Health risk index name and values of the parameters

（1）非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)：非致癌風(fēng)險(xiǎn)常用非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)HQ表示（表6），即HQ=CDI/RfD，RfD為污染物日攝入?yún)⒖紕┝浚╩g·kg-1·d-1）。對于多污染物暴露途徑情形，總非致癌風(fēng)險(xiǎn)可表示為HI=ΣHQ，若HQ或HI<1，則風(fēng)險(xiǎn)較小或可以忽略；若HQ或HI>1，則認(rèn)為存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)。

（2）致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)：本研究確定的6種目標(biāo)污染物中，Cd、As具有致癌效應(yīng)，致癌風(fēng)險(xiǎn)用致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) CR表示，計(jì)算公式：CR=CDI×SF，SF為各途徑（口腔、吸入、皮膚）的致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率系數(shù)（kg·d·mg-1）。每種途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)等于所有致癌污染物通過該途徑產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)之和，對個(gè)體總風(fēng)險(xiǎn)則為所有途徑產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)之和?？山邮艿闹掳╋L(fēng)險(xiǎn)范圍為 10-6～10-4，小于 10-6表示風(fēng)險(xiǎn)不顯著，10-6～10-4表示有風(fēng)險(xiǎn)，超過10-4表示有較顯著風(fēng)險(xiǎn)（Ferreira-Baptista L和DE MIGUEL E，2005；Bosco等，2005）。

表6 土壤重金屬不同暴露途徑的RfD和SFTable 6 Heavy metals in the soil of different exposure pathways of RfD and SF

2 結(jié)果與討論

2.1 礦區(qū)土壤重金屬含量特征

該鉛鋅礦周圍土壤的 pH值和 Pb、Zn、Cu、Cd、Cr和As的平均含量見表7。由表7可知，土壤 pH值范圍為：4.05～5.87，土壤整體呈酸性。4個(gè)片區(qū)中，除了Cd在4個(gè)片區(qū)部分樣品超高，其它重金屬含量均值都沒有超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）二級標(biāo)準(zhǔn)限值。但與廣東省土壤重金屬平均背景值相比，擬建選礦廠附近林地土壤和礦坑涌水流經(jīng)的老虎隔水稻田土壤，除Cr、As外，Pb、Zn、Cu、Cd含量均超過該背景值；礦坑涌水流經(jīng)的上吉村水稻田土壤除Zn、Cu、Cr、As外，Pb、Cd平均含量均超過該背景值；尾礦庫下游的君子塘水稻田土壤除Cr外，其他5種重金屬平均含量均超過廣東省背景值；從4個(gè)片區(qū)各重金屬含量平均值來看，Pb、Cd超標(biāo)較為嚴(yán)重，Zn也有所超標(biāo)，Cr、As平均含量未超標(biāo)，但在部分片區(qū)（君子塘水稻田）存在As異常富集現(xiàn)象。對比4個(gè)片區(qū)，老虎隔水稻田土壤中重金屬平均含量除As外，其他重金屬平均含量均高于其他3個(gè)片區(qū)，尤其是 Pb平均含量，這與該片區(qū)離礦體最近，背景值含量較高有關(guān)，同時(shí)也與其灌溉用水取自礦區(qū)地表徑流及含礦坑涌水匯聚成的溪流有關(guān)。對比開采多年的鉛鋅礦區(qū)土壤重金屬研究結(jié)果，如李靜等（2008）對某開采 150多年的鉛鋅礦周邊表層土壤進(jìn)行研究，其Pb、Zn、Cd和Cu的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別高達(dá)12552、839、6.6和151 mg·kg-1；雷鳴等（2008）對湖南省 9個(gè)縣市采礦區(qū)和冶煉區(qū)附近的水稻土中重金屬進(jìn)行研究，衡陽水口山鉛鋅礦區(qū)水稻田土壤重金屬Zn和Pb污染最為嚴(yán)重，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到3478.89和4731.44 mg·kg-1。本文研究對象是尚未開采的鉛鋅礦，上述結(jié)果有力說明了不合理的采礦、洗選活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致周邊農(nóng)業(yè)土壤中重金屬的累積，加劇礦區(qū)周邊土壤的重金屬污染。

表7 研究的鉛鋅礦區(qū)周邊土壤重金屬含量Table 7 Lead-zinc mining of surrounding soil heavy metal content

表8 研究的鉛鋅礦區(qū)周邊土壤重金屬污染指數(shù)Table 8 Lead-zinc mining of surrounding soil heavy metal pollution index

2.2 礦區(qū)土壤重金屬污染評價(jià)

2.2.1 土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

根據(jù)土壤中重金屬含量及污染物參比值和公式（1）、（2），可得出土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr和As的單因子污染指數(shù)值和綜合污染指數(shù)（表8）。由表8可知，所研究區(qū)域4個(gè)片區(qū)土壤均有一定程度的重金屬污染，主要以Pb、Cd、Zn污染為主，君子塘水稻田片區(qū)土壤樣品中As異常富集，可能與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)活動(dòng)所施用畜禽糞便肥料等因素有關(guān)（樊霆等，2013；魯洪娟等，2014）。老虎隔水稻田、君子塘水稻田片區(qū)Cu略高于廣東省土壤背景值。在6種重金屬中，Pb的污染指數(shù)范圍為1.94～5.01，重度污染樣品個(gè)數(shù)占總數(shù)的28.57%；Zn的污染指數(shù)范圍為 0.55～1.78，輕度污染樣品個(gè)數(shù)占總數(shù)的61.22%；Cu的污染指數(shù)范圍為0.57～1.29，輕度污染樣品個(gè)數(shù)占總數(shù)的38.78%；Cd的污染指數(shù)范圍為 1.60～4.36，中度及以上污染樣品個(gè)數(shù)占總數(shù)的85.71%；Cr的污染指數(shù)范圍為 0.41～0.62，所有土壤樣品均未受有 Cr污染；As的污染指數(shù)范圍為0.14～1.03，輕度污染樣品個(gè)數(shù)占總數(shù)的16.33%。在四個(gè)調(diào)查片區(qū)中，綜合考慮單項(xiàng)污染指數(shù)平均值及單項(xiàng)污染指數(shù)最大值后，所研究區(qū)域土壤均有重金屬復(fù)合污染現(xiàn)象，尤以中污染級為主。老虎隔水稻田的綜合污染指數(shù)達(dá)到3.47，其Pb、Cd復(fù)合污染相對較為嚴(yán)重。綜合指數(shù)法評價(jià)計(jì)算相對較為簡單，但顯然過于突出極大值對污染的影響，從而使綜合污染指數(shù)值較高（谷朝君等，2002）。

2.2.2 土壤潛在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

根據(jù)公式（3）和（4），得出的研究區(qū)域土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr和As的潛在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果如表9所示。表9表明，土壤中Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)最高（Ei=89.36），這與其毒性響應(yīng)系數(shù)較高有關(guān)（Ti=30），其次是 Pb的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Ei=22.85），這與Pb在土壤中含量較高有一定的關(guān)系，其中在部分土壤樣品中 Pb最高含量達(dá)到廣東省背景值的4.57倍。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)較低的重金屬為Zn、Cr，且Cr在土壤中含量較低，Zn相對Cr較高，但其毒性響應(yīng)系數(shù)較?。═i=1）。在4個(gè)調(diào)查片區(qū)，土壤中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)大體次序?yàn)镃d>Pb>As>Cu>Zn>Cr。

表9 研究的鉛鋅礦區(qū)周邊土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)Table 9 The potential ecological risk assessment of heavy metals in the study of lead-zinc mining area surrounding soil

調(diào)查的 4個(gè)片區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均未超過150，平均值為 110.67，可見目前該礦區(qū) 4個(gè)調(diào)查片區(qū)土壤受到重金屬潛在危害程度較低，這與其尚未開采，受人類活動(dòng)影響較小有關(guān)。焦作煤業(yè)集團(tuán)中馬村礦區(qū)某煤礦（馬守臣，2012）已開采約 60年，農(nóng)田土壤及植物中Zn、Cr、Cd、Cu和Pb等重金屬均有不同程度富集現(xiàn)象，同時(shí)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在礦區(qū)洗煤廢水排放口處農(nóng)田土壤中達(dá)到239.60，為中等污染水平；云南會(huì)澤某鉛鋅礦（陸泗進(jìn)等，2014）開采、冶煉歷史較長，廢棄廠址周邊土壤中Pb、As、Cd環(huán)境生態(tài)污染較嚴(yán)重，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為 58.2～1839.2，而且有61.9%的采樣點(diǎn)處于強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度及以上，其研究區(qū)域農(nóng)田土壤存在很高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。上述結(jié)果進(jìn)一步表明：礦區(qū)土壤重金屬隨著人類活動(dòng)的增加，極有可能引起不同程度的重金屬污染，從而增加重金屬的潛在生態(tài)危害，因而有必要在礦產(chǎn)開發(fā)利用過程中，采取有效措施，減緩和預(yù)防礦區(qū)土壤重金屬污染。

該鉛鋅礦周邊土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、As在潛在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的貢獻(xiàn)率如圖2所示。在上述6種重金屬中，Cd在每個(gè)片區(qū)的貢獻(xiàn)率均最大，占73.65%～79.67%，其次是Pb。

圖2 土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、As在潛在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的貢獻(xiàn)率Fig. 2 Contribution percentage of Pb, Zn, Cu, Cd, Cr and As to EI in soils

2.2.3 土壤環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

根據(jù)公式（5）、（6）、（7）并結(jié)合非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、表5和表6中參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出的非致癌暴露及致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值見表10，由表10可知，4個(gè)研究片區(qū)非致癌風(fēng)險(xiǎn)值及總重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)值之和均小于 1，表明不存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，目前的存在水平尚不會(huì)對人體造成健康危害。3種暴露途徑體現(xiàn)出口腔攝入>皮膚攝入>呼吸攝入。4個(gè)片區(qū)，均以Pb、As非致癌風(fēng)險(xiǎn)值為最大，非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大小順序?yàn)?Pb>As>Cu>Zn>Cd>Cr。致癌風(fēng)險(xiǎn)值顯示As有一定的致癌風(fēng)險(xiǎn)，但是在可接受范圍之內(nèi)，而Cd致癌風(fēng)險(xiǎn)值則低于致癌風(fēng)險(xiǎn)閾值范圍10-6～10-4，表明其致癌風(fēng)險(xiǎn)較低。

表10 非致癌暴露及致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值Table 10 Non carcinogenic exposure and carcinogenic exposure value

3 結(jié)論

（1）尖筆崠鉛鋅礦周邊4個(gè)片區(qū)大部分土壤樣品Pb、Zn、Cu、Cd含量均超過廣東省土壤重金屬平均背景值，除Cd在部分土壤樣品中超標(biāo)外其他5種重金屬含量均值都未超過（GB 15618—1995）的二級標(biāo)準(zhǔn)含量限值（pH<6.5），所研究區(qū)域，Pb、Cd平均含量超標(biāo)較為嚴(yán)重，Zn也有所超標(biāo)，Cr、As平均含量未超標(biāo)，但在部分片區(qū)（君子塘水稻田）存在異常富集現(xiàn)象應(yīng)引起關(guān)注。

（2）單因子評價(jià)結(jié)果表明，對比廣東省土壤重金屬平均背景值，礦區(qū)周邊4個(gè)片區(qū)土壤均受有一定程度的重金屬污染，主要以Pb、Cd、Zn污染為主。綜合指數(shù)法評價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)域土壤大部分處于中度污染級，部分片區(qū)處于重污染級。潛在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)域土壤受到重金屬潛在危害程度較低，土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害性順序大體為Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr，其中Cd、Pb是主要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子。健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)表明，研究區(qū)域重金屬非致癌、致癌風(fēng)險(xiǎn)均較小，6種重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)值大小順序?yàn)镻b>As>Cu> Zn>Cd>Cr，并注意密切關(guān)注As的致癌風(fēng)險(xiǎn)。

（3）該鉛鋅礦即將開采，目前重金屬潛在危害程度較低，非致癌和致癌暴露風(fēng)險(xiǎn)值較低，尚不會(huì)對人體造成健康危害，但由于重金屬在土壤中的累積性，結(jié)合已有開采多年鉛鋅礦周邊土壤中重金屬污染程度的研究文獻(xiàn)，該鉛鋅礦在后續(xù)的開采、選礦活動(dòng)中，須高度重視重金屬污染防治，防止加劇周邊土壤的重金屬累積。

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Heavy Metals Pollution and Eco-security Evaluation in the Surrounding Soil of An Untapped Lead-zinc Mining

ZHANG Guangsheng, XU Wenbin*, LI Junxiang, WEI Jinlian
Faculty of Environmental Science and Engineering, GuangDong University of Technology, Guangzhou 510006, China

In order to comprehand the content and potential ecological risk of haavy metals in the surrounding soil of Jianbidong lead-zinc mining in Fengshun Guangdong, adopting the methods of field sampling and laboratory analysis test, regarding four different surface soil areas as analyzing case studies, the heavy metal contents (Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、As) of the surrounding surface soil from the lead-zinc mining were determined.The analyzing methodologies include single factor evaluation, Nemerow comprehensive index method, evaluation of Hakanson potential ecological risk assessment and health risk assessment so that to assess the level and potential ecological risk of heavy metals from the soil. The result shows that: under the undeveloped situation of this lead-zinc mining, the soil around the mining area has occourred somewhat pollution of heavy metals, and most of the soil samples with Pb(average of 106.77 mg·kg-1), Cd(average of 0.27 mg·kg-1), Zn(average 55.75 mg·kg-1) from the four research areas were over the background value of Guangdong Province;The polluted index shows Pb(maximum value of 4.57), Cd(maximum value of 2.98), Zn(maximum value of 1.41) pollutions are the most common; Comprehensive index shows polluted degree of the soil of Laohuge paddy field area is the most serious and the value is accounting 3.47. Meanwhile, the number of the soil samples which have medium degree of pollution is equal 51.02% of the number of the whole;While the Hakanson potential ecological risk assessment indicated that the mining potential ecological risk at low level, the four area of potential ecological risk index (RI) was less than 150, the average value was 110.67, probably due to the fact that the mine area were still undeveloped, and influence of human activities is relatively weak,the potential ecological harm order of six kinds of heavy metals in the soil roughly was Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr, Cd (the contribution rate of 73.65%～79.67%) and Pb (the contribution rate of 10.24%～18.83%) were the main contribution of ecological risk factors; Health risk assessment of heavy metals also show that the non cancer, cancer risk is acceptable, four research area of non carcinogenic risk value and total heavy metal non carcinogenic risk and value are all less than 1, six kinds of heavy metals in three routes of exposure are embodied in the oral intake of > the skin intake of > the breath intake of, non carcinogenic risk value the size of the order of Pb>As>Cu>Zn>Cd>Cr. In summary, the fitting soil around the mining areas is sufferred from heavymetals pollution. The potential ecological risk is at a low level. The health risk is within the acceptable range, which is not similar to other recent lead-zinc mining area. In the following function of that area, research and prevention of heavy metal pollution should be paid more attention, and reasonable measures should be taken in order to prevent the intensification of the surrounding soil accumulation of heavy metals.

lead zinc mining; soil; heavy metals; evaluation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.03.024

X53

A

1674-5906（2015）03-0522-07

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國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40073034）

張廣勝(1983年生)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傥廴九c修復(fù)。E-mail：185899318@qq.com *通訊作者：E-mail：xuwenbin@gdut.edu.cn

2014-12-01