高 彪

(忻州市生態(tài)環(huán)境局，山西 忻州 034000)

引 言

土壤作為人類賴以生存和活動(dòng)的環(huán)境基礎(chǔ)，環(huán)境質(zhì)量的好壞不僅關(guān)系著人類的生活質(zhì)量，還與人類的生命健康息息相關(guān)。工業(yè)化進(jìn)程的加快，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的土壤重金屬污染問題，重金屬元素首先會(huì)被作物吸收，人類食用含有重金屬的作物，就會(huì)威脅自身的健康，必須引起高度重視[1-3]。煤礦礦區(qū)的重金屬污染情況眾多，具有含量高、影響廣、殘留久等特點(diǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響較突出[4]。巖溶煤礦區(qū)存在較多的碳酸鹽，因年降雨量大，生態(tài)環(huán)境極易受到破壞，查閱大量資料發(fā)現(xiàn)，關(guān)于巖溶煤礦區(qū)土壤重金屬污染問題的研究甚少[5-6]。因此，筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，以某典型巖溶煤礦區(qū)為研究對(duì)象，檢測(cè)土壤重金屬元素的含量，分析土壤重金屬特性，完成污染等級(jí)評(píng)估，以期為巖溶煤礦區(qū)重金屬的污染防治提供理論指導(dǎo)。

1 巖溶煤礦區(qū)概況

某典型巖溶煤礦區(qū)位于西北部的山區(qū)，地貌特征為高原中山峽谷，四季變化明顯，潮濕多雨，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。礦區(qū)內(nèi)部沒有地表河流，存在多條季節(jié)性的泄洪溝渠，巖溶地貌較多并且存在數(shù)量不多的碎屑巖，巖溶裂隙內(nèi)部的水資源補(bǔ)給主要來源于大氣的降水。熔巖礦區(qū)外圍的低洼地段存在較多的沉積物，上坡位置積聚大量的煤巖石，農(nóng)田內(nèi)部存在少量的粉煤灰、煤渣等煤炭采掘產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)。該巖溶煤礦始建于20世紀(jì)90年代，開采時(shí)間久遠(yuǎn)，占用大量的耕地，一旦出現(xiàn)重金屬污染情況，將會(huì)導(dǎo)致周圍大片農(nóng)作物被污染，危及周圍居民的生命健康，有必要對(duì)礦區(qū)周圍重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，以便制定科學(xué)合理的預(yù)防措施，保護(hù)該區(qū)土壤不被污染。

2 取樣與檢測(cè)

2.1 取樣與處理

2020年3月～7月參考該礦區(qū)的地形和土地使用情況，在周圍農(nóng)田內(nèi)部設(shè)置了15個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)取3個(gè)土壤樣品。要求土壤樣品必須來自本區(qū)表層的原有土壤，采樣深度在0 mm～200 mm范圍內(nèi)。采集完成的3份土壤樣品進(jìn)行充分混合，獲得質(zhì)量約為1 kg的整體樣本，依此得到15份土壤樣品，進(jìn)行標(biāo)號(hào)并記錄采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度，用試樣袋包裝之后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干，同時(shí)去除土壤樣品中的植物根系、雜質(zhì)等，用天平稱取4份質(zhì)量為200 g的相同土壤樣品，分別置于瑪瑙研缽進(jìn)行研磨，之后將研磨完的土壤樣品置于樣品瓶。依次完成15份土壤樣品的稱量、研磨和分裝，以備后續(xù)檢測(cè)使用。

2.2 分析檢測(cè)

稱取質(zhì)量為0.3 g左右的土壤樣品放入Teflon試管，量取10 mL配比為4∶1的消解液，借助微波消解儀完成土壤樣品的消解處理，待其冷卻至室溫后移至比色管內(nèi)。土壤中Hg和As含量的檢測(cè)使用型號(hào)為AFS-933的原子熒光儀，Cd和Pb含量的檢測(cè)使用型號(hào)為ZEEnit700P的原子吸收光譜儀，Cu含量的檢測(cè)使用型號(hào)為WFX-210的火焰原子吸收光譜儀，設(shè)備操作及重金屬含量檢測(cè)均按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法完成，加入到化學(xué)物質(zhì)和試劑均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，回收率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 評(píng)價(jià)方法簡介

2.3.1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

2.3.2 地積累指數(shù)法

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 土壤重金屬含量

檢測(cè)15個(gè)土壤樣品的重金屬含量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。由表1數(shù)據(jù)可以看出，煤礦區(qū)土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cu的重金屬含量范圍分別為6.24～18.96、0.16～2.10、0.01～0.14、3.49～14.3、66.21～136.24，單位為mg/kg。含量的平均值分別為12.05、0.68、0.09、6.98、105.56，單位為mg/kg。相較于煤礦區(qū)重金屬含量的背景值，Pb、Hg和As均滿足要求，而Cd和Cu出現(xiàn)了超出背景值的情況，分別超出了約0.02倍和2.3倍。

3.2 污染等級(jí)評(píng)價(jià)

3.2.1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)

依據(jù)煤礦區(qū)重金屬含量檢測(cè)結(jié)果，運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)方法，計(jì)算得出煤礦區(qū)土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。由表2數(shù)據(jù)可以看出Pb、Cd、Hg、As、Cu五種元素的地積累指數(shù)的最小值為46.12，最大值為88.39，平均值為68.01，整體的土壤環(huán)境污染等級(jí)為Ⅰ級(jí)，屬于輕微污染。

表1 土壤重金屬含量

表2 土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.2 地積累指數(shù)評(píng)價(jià)

依據(jù)煤礦區(qū)重金屬含量檢測(cè)結(jié)果，運(yùn)用地積累指數(shù)方法，計(jì)算得出煤礦區(qū)土壤地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。由表3數(shù)據(jù)可以看出，煤礦區(qū)土壤重金屬元素的地積累指數(shù)大小依次是Cu>Hg>Cd>Pb>As，其中計(jì)算得到Cu的地累積指數(shù)范圍是0.49～1.52，平均值為1.12，污染等級(jí)為Ⅱ級(jí)，預(yù)示著礦區(qū)周圍土壤均受到了污染。其余的Pb、Cd、Hg、As重金屬元素的地積累指數(shù)平均值分別為-2.21、-0.95、-0.72、-2.22，均小于0，處于0級(jí)，屬于無污染情況。

表3 土壤地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 分析及討論

4.1 重金屬含量

煤礦區(qū)重金屬檢測(cè)結(jié)果顯示土壤內(nèi)Cd、Cu元素的平均含量均高于其背景值，而Pb、Hg、As元素未超標(biāo)。該礦區(qū)煤炭采掘年限較長、年產(chǎn)量巨大，坡度較為緩平的位置長期堆放煤巖等廢棄物，同時(shí)，煤炭采掘過程中的廢水渣存在亂排亂放的情況存在，這是出現(xiàn)礦區(qū)土壤重金屬污染的主要原因。與此同時(shí)，礦區(qū)巖溶地貌發(fā)達(dá)，其表層具有較強(qiáng)的重金屬吸附能力，也可能是產(chǎn)生土壤重金屬富集的主要因素。

4.2 污染等級(jí)評(píng)價(jià)

煤礦區(qū)土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的范圍是46.12～88.39，平均值為68.01，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)，屬于輕微污染。地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，礦區(qū)土壤中的Cu含量嚴(yán)重超標(biāo)，存在大范圍的土壤污染情況，Cd污染也要引起高度重視，都是土壤污染治理的重中之重。出現(xiàn)Cu污染的可能原因是礦區(qū)周圍居民生活及長期的煤炭采掘活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致重金屬干濕沉降、雨水淋溶導(dǎo)致的，當(dāng)前Pb、Hg、As重金屬元素均處于無污染等級(jí)。與此同時(shí)，造成礦區(qū)土壤中Cd、Hg重金屬元素污染的原因還可能是尾礦、煤巖石等長期風(fēng)吹日曬導(dǎo)致其中的重金屬元素滲出，隨雨水進(jìn)入周圍土壤及地下水，進(jìn)而污染礦區(qū)周圍的土壤。因此即使當(dāng)前大部分重金屬元素處于輕度污染情況，也應(yīng)進(jìn)行防范，保證周圍作物及人類的生命安全。

5 結(jié)論

1) 檢測(cè)煤礦區(qū)重金屬元素含量，得出Pb、Hg和As重金屬元素未超出背景值，而Cd和Cu出現(xiàn)了超出背景值的情況，分別超出了約0.02倍和2.3倍。

2) 運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)方法分析煤礦區(qū)重金屬對(duì)土壤的污染等級(jí)，得出Pb、Cd、Hg、As、Cu五種元素的地積累指數(shù)的最小值為46.12，最大值為88.39，平均值為68.01，整體的土壤環(huán)境污染等級(jí)為Ⅰ級(jí)，屬于輕微污染。

3) 運(yùn)用地積累指數(shù)方法分析煤礦區(qū)重金屬對(duì)土壤的污染等級(jí)，得出Pb、Cd、Hg、As重金屬土壤環(huán)境污染等級(jí)為0級(jí)，屬于輕微污染，Cu含量出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)情況，土壤環(huán)境污染等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬于中度污染，需要制定必要的防范措施。