方月梅 張曉玲 劉娟 何明禮

摘要 [目的]掌握銅綠山礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中重金屬含量、污染程度及分布特征。[方法]對礦區(qū)周邊農(nóng)業(yè)土壤重金屬進行實地采樣，并對Cu、Pb、Cd、Zn含量進行分析。采用地累積指數(shù)法及潛在生態(tài)風險指數(shù)法，評價土壤中的重金屬污染程度和風險。[結(jié)果]礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤受到重金屬不同程度的污染，重金屬的污染程度從大到小依次為Cu、Zn、Pb、Cd；重金屬區(qū)域污染差異較大，局部區(qū)域污染嚴重；礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中Cu、Pb、Zn和Cd 4種重金屬綜合的潛在危害程度均為“輕微”，Cu是潛在生態(tài)危害最大的因子。重金屬潛在危害程度從大到小依次為Cu、Pb、Zn、Cd；Pb和Zn有很大相關(guān)性，說明Pb和Zn可能屬于同源污染物。[結(jié)論]該研究可為礦區(qū)農(nóng)業(yè)用地重金屬污染防治提供科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)土壤；重金屬；生態(tài)風險評價

Heavy Metal Pollution and Ecological Risk Assessment of Agricultural Soil in Tonglüshan Mine

FANG Yue-mei1，2， Zhang Xiao-ling1， Liu Juan1 et al

（1. College of Environmental Science and Engineering， Hubei Polytechnic University， Huangshi， Hubei 435003；2. Hubei Key Laboratory of Mine Environmental Pollution Control and Remediation， Huangshi， Hubei 435003）

Abstract [Objective]To master the content， pollution degree and distribution characteristics of heavy metals in the agricultural soils in Tonglüshan mining area. [Method]Field sampling of heavy metals in the agricultural soil around the mining area was carried out， and the contents of Cu， Pb， Cd and Zn were analyzed. The degree and risk of heavy metal pollution in soil were evaluated by land accumulation index method and potential ecological risk index method. [Result]The agricultural soils in the mining area were polluted by heavy metals in varying degrees. The pollution degree of heavy metals ranged from large to small， followed by Cu， Zn， Pb and Cd. Regional pollution of heavy metals was different， pollution in local areas was serious. The potential damage degree of Cu， Pb， Zn and Cd in the agricultural soil of the mining area was all slight， and Cu was the most potential ecological hazard factor. The potential damage degree of heavy metals ranged from large to small， followed by Cu， Pb， Zn and Cd. Pb and Zn had a great correlation， indicating that Pb and Zn might belong to homologous pollutants. [Conclusion]The study can provide scientific basis for the prevention and control of heavy metal pollution in agricultural land.

Key words Agricultural soil；Heavy metal；Ecological risk assessment

隨著工業(yè)發(fā)展、廢棄物排放及農(nóng)業(yè)化肥施用量的增加，土壤重金屬污染已經(jīng)成為一個世界性環(huán)境問題。土壤中的重金屬具有殘留時間長、隱蔽性強、毒性大等特點，并且可經(jīng)作物吸收后進入食物鏈，或通過某些遷移進入地下水和大氣，從而威脅人類的健康和其他動物的繁衍生息。因此成為研究的熱點[1-9]。銅綠山礦區(qū)是大冶市典型的銅鐵礦區(qū)，經(jīng)過多年的開采和冶煉，礦區(qū)周邊土壤的重金屬污染嚴重，已威脅到礦區(qū)周邊區(qū)域的生態(tài)安全[10-12]。筆者以銅綠山礦區(qū)周邊的菜地、橘園和林地等農(nóng)業(yè)土壤為研究對象，測定各采樣點的Cu、Pb、Cr、Zn 4種重金屬的含量，分析礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中重金屬的分布特征，并采用地累積指數(shù)法及潛在生態(tài)風險指數(shù)法對土壤中的重金屬污染程度進行評估，以期為礦區(qū)農(nóng)業(yè)用地重金屬污染防治，合理布局礦區(qū)農(nóng)業(yè)等提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

2016年3月在銅綠山礦區(qū)周邊菜地、橘園及林地進行采樣，共采集13個土壤樣品。

菜地樣品采深為0～20 cm，橘園及林地采深為0～60 cm，用鏟采集土樣裝入聚乙烯保鮮（密封）袋內(nèi)，同時去除動植物殘體及礫石，采集后盡快放置于陰涼、清潔的房間內(nèi)陰干。經(jīng)自然風干后，研磨并過100目尼龍篩，過篩樣品用聚乙烯密封袋保存，備用。

1.2 試驗方法

用AA-240FS 型原子吸收分光光度計測定重金屬含量。

該試驗嚴格按照實驗室質(zhì)量控制進行，所用數(shù)據(jù)為3個平行樣品平均值，相對標準偏差在10%以內(nèi)，分析結(jié)果均以干重計。數(shù)據(jù)用SPASS 19進行分析。

1.3 評價方法

1.3.1 土壤綜合污染指數(shù)（P綜）。

采用土壤單項污染指數(shù)（Pi）、P綜評價土壤重金屬污染等級。

Pi=Ci/Si

P綜=[（P2max+P2x ）/2]1/2

式中，Ci為調(diào)查土壤中污染物的實測濃度；Si為污染物的評價標準值或參考值；Pmax為單項污染指數(shù)最大值；Px為單項污染指數(shù)的算術(shù)平均值。

03.0，表示土壤受到相當嚴重的污染。

1.3.2 地積累指數(shù)評價法。

地積累指數(shù)法考慮了人為污染因素、環(huán)境地球化學背景值和由于自然成巖作用可能會引起背景值變動的因素，能直觀反映土壤中重金屬富集程度[13-14]。其計算式為

Igeo=log2[Cn/（KBn）]

式中，Cn為元素n在土壤中的含量；Bn為當?shù)啬纲|(zhì)巖中該元素的地球化學背景值；K為考慮各地巖石差異可能會引起背景值的變動而取的系數(shù)（取1.5）。Igeo與污染程度分級見表1。

1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)評價法。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法不僅考慮土壤重金屬含量，還將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學聯(lián)系在一起，反映了某一特定環(huán)境中各種污染物對環(huán)境的影響及多種污染物的綜合效應(yīng)，而且用定量的方法劃分出了潛在生態(tài)風險的程度，是沉積物質(zhì)量評價中應(yīng)用最廣泛的方法之一[15-18]。該評價方法表達式：

RI=Eir=（Tir×Cif）=∑[（Tir×Ci）/Cin]

式中，RI為多種重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)；Cif為某一重金屬的污染參數(shù)，Cif=Ci/Cin；Ci為重金屬的實測值；Cin為參比值，該研究以大冶湖底泥自然背景值為參考；Eir為某一重金屬潛在生態(tài)風險參數(shù)；Tir為單個污染物的毒性響應(yīng)系數(shù)（Pb、Cd、Cu、Zn的Tir分別取5、30、5、1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染狀況

由表3可知，土壤中Cd的平均含量均低于當?shù)乇尘爸岛秃笔⊥寥辣尘爸?，Pb、Cu、Zn均超過背景值，其中超標最嚴重的是Cu。這是由于銅綠山礦區(qū)盛產(chǎn)Cu，多年的開采和冶煉及尾礦庫雨水淋溶，使周邊土壤銅污染加劇。各重金屬含量變化幅度較大，說明礦區(qū)重金屬區(qū)域污染差異較大。

由表4可知，Cu的Pi全部大于1.00，1.23～26.26，其中樣點T11污染最重；Cd的Pi全部小于1.00，Pb的超標率為46.15%，Zn的超標率為61.54%。由于Cu的Pi較大，使得P綜也較大，使各點位表現(xiàn)出不同程度的污染，即T1和T2為輕度污染，其余各點均為重污染。重金屬的污染程度從大到小依次為Cu、Zn、Pb、Cd。

2.2 礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量的空間分布特征

從圖1可以看出，從空間分布看，各采樣點重金屬分布差異較大，同一采樣點各重金屬含量不同。其中，Pb含量最高點在T10（55.11 mg/kg），最低點在T8（6.66 mg/kg）；Zn含量最高點

在T10（179.98 mg/kg），最低點在T8（44.71 mg/kg）。可見，Pb和Zn的最高含量和最低含量點位一致，這說明Pb和Zn

之間存在一定的伴生關(guān)系，可能屬于同源污染物。Cu含量最高點在T11（806.21 mg/kg），最低點在T2（37.90 mg/kg）；Cd含量最高點在T4（0.017 6 mg/kg），最低點在T12和T13（均為0.006 0 mg/kg）。T1點各重金屬含量均較低，這是由于該采樣點離礦區(qū)最遠；T10點各重金屬含量均較高，這是由于該采樣點離礦區(qū)最近；T12、T13點Cu含量均很高，這是由于二者靠近古銅礦遺址，多年的開采，Cu累計污染較重。

2.3 礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤的地累積指數(shù)法評價

由表5可知，

土壤中Pb的污染極別為1～2級，表明Pb污染不嚴重。

土壤中Cu的污染程度大多為“極強”，僅在T1、T2分別為“中”和“無～中”，T9為“強”，T12為“強～極強”，表明Cu污染很嚴重。

土壤中Zn污染程度為“無～中”到“中”，表明Zn污染不嚴重。

土壤中Cd污染程度最輕，均為“無～中”。

根據(jù)各樣點重金屬的Igeo大小，重金屬污染程度從大到小依次為Cu、Zn、Pb、Cd。

2.4 土壤中重金屬的生態(tài)危害評價

采用當?shù)乇尘爸礫14]和現(xiàn)代工業(yè)化以前正常顆粒金屬的最高背景值作為參比值，參比值見表6，RI、潛在生態(tài)危害系數(shù)（Ei）值與生態(tài)危害分級見表7。

綜上可知，Cu在2種評價結(jié)果中都是潛在生態(tài)危害最大的因子，其他3種重金屬的危害輕微，且各重金屬元素的綜合危害程度輕微。重金屬潛在危害程度從大到小依次為Cu、Pb、Zn、Cd。T11點因靠礦區(qū)最近，因而Cu的污染最嚴重，潛在危害也最大，應(yīng)引起關(guān)注。

2.5 土壤重金屬總量相關(guān)性

為了解礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬Pb、Cu、Cd和Zn的污染特征，運用SPASS軟件，對土壤中各重金屬總量進行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表9。由表9可知，各重金屬之間存在不同程度的相關(guān)性，Pb和Zn之間相關(guān)系數(shù)為0.588，達到顯著相關(guān)水平，可見Pb和Zn之間存在一定的伴生關(guān)系，可能屬于同源污染物。

3 結(jié)論

（1）礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中Cd的平均含量均低于當?shù)乇尘爸岛秃笔⊥寥辣尘爸?，而且全部達到土壤環(huán)境質(zhì)量II級標準；Pb、Cu、Zn都超過背景值，所有測點Cu全部超過II級標準，Pb的超標率為46.15%，Zn的超標率為61.54%，超標最嚴重的是Cu。

（2）礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中重金屬區(qū)域污染差異較大，有些監(jiān)測點污染較重，應(yīng)引起關(guān)注。

（3）土壤重金屬累積性評價結(jié)果表明，Pb、Cd、Cu、Zn在不同農(nóng)業(yè)用地已形成不同程度的累積，Pb、Zn的污染程度為“無～中”到“中”，Cd的污染程度均為“無～中”，Cu的污染程度大多為“極強”，重金屬污染程度從大到小依次為Cu、Zn、Pb、Cd。

（4）Cu是潛在生態(tài)危害最大的因子，其他3種重金屬的危害輕微；各監(jiān)測點的重金屬元素綜合的潛在危害程度均為“輕微”，表明銅綠山礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤Cu、Pb、Zn和Cd污染較輕。重金屬潛在危害程度從大到小依次為Cu、Pb、Zn、Cd。

（5）礦區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中Pb和Zn達到顯著相關(guān)水平，說明Pb和Zn之間存在一定的伴生關(guān)系，可能屬于同源污染物。

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