典型露天煤礦區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)
——以黑岱溝露天煤礦為例*

王 貴，張 慶 輝, 段 麗 麗

(1.鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000;2.包頭師范學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀令人擔(dān)憂，最近公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國(guó)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，中重度污染耕地約五千萬(wàn)畝，大多不宜耕種[1]。表層土壤中無(wú)機(jī)污染物含量增加比較顯著，鎘、汞、砷、鉛4種重金屬含量呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)。其中鎘的含量在全國(guó)范圍內(nèi)普遍增加，西南地區(qū)和沿海地區(qū)增幅超過(guò)50%，華北、東北和西部地區(qū)增加10%-40%。

土壤污染影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，長(zhǎng)期食用受污染的農(nóng)產(chǎn)品嚴(yán)重危害身體健康。污染場(chǎng)地未經(jīng)治理直接開(kāi)發(fā)建設(shè)，會(huì)給有關(guān)人群造成長(zhǎng)期的危害。土壤中的污染物也可發(fā)生轉(zhuǎn)化和遷移，繼而進(jìn)入地表水、地下水和大氣環(huán)境，對(duì)飲用水源造成污染。和大氣污染、水污染相比，土壤污染具有隱蔽性、滯后性和不可逆性且難以治理。

1 研究方法

黑岱溝露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾煤田中部，面積55 km2。屬于晉、陜、蒙接壤黃土地區(qū)的一部分[2]，冬季漫長(zhǎng)，夏季短暫，春季干旱多風(fēng)，土壤類(lèi)型為栗鈣土[3]。

黑岱溝煤礦于1990年開(kāi)工建設(shè)，1999年正式生產(chǎn)。2011年原煤產(chǎn)量達(dá)3100萬(wàn)噸。已有的研究主要集中在礦區(qū)周邊水土流失，礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)綜合治理等方面[4-6]。但對(duì)煤炭資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)中, 土壤重金屬潛在生態(tài)危險(xiǎn)性影響的研究較少。

本研究區(qū)域?yàn)?北緯 39°44′54"—39°47′02"；東經(jīng)111°13′27"—111°16′44")。在采礦區(qū)周邊盡可能選取人為擾動(dòng)少的區(qū)域作為采樣點(diǎn)，采集0-20cm 表層土壤樣，每個(gè)樣點(diǎn)取樣1kg 左右，共采集11個(gè)樣品。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，過(guò)100目篩，放入干燥器備用。采樣點(diǎn)位置見(jiàn)表1。

稱取樣品0.2g，加少量水潤(rùn)濕后，加入4ml硝酸，消解70分鐘，冷卻，加入高氯酸0.2ml，氫氟酸4.0ml，置于200℃電熱板消化至高氯酸、氫氟酸完全蒸發(fā)，加4.0ml硝酸，并用超純水定容至50.0ml后待測(cè)。測(cè)試采用美國(guó)PE公司DRC-e電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)量樣品中Cr、Cu、Zn和Pb含量。

表1:黑岱溝露天煤礦區(qū)土壤樣品采集位置

2 土壤重金屬含量水平

通過(guò)ICP-MS對(duì)Cr、Cu、Zn和Pb總量進(jìn)行測(cè)定。并和全國(guó)栗鈣土元素平均含量對(duì)照。見(jiàn)表2.

表2:黑岱溝露天煤礦區(qū)土壤重金屬元素含量(mg/kg)

表2顯示，重金屬Cu的平均含量高于全國(guó)栗鈣土重金屬元素幾何平均值，重金屬Cr、Pb和Zn的平均含量接近全國(guó)栗鈣土重金屬元素幾何平均值。其中9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)樣品中重金屬元素Cu含量，均高出栗鈣土重金屬元素幾何平均值數(shù)倍。說(shuō)明長(zhǎng)期開(kāi)采和運(yùn)輸活動(dòng)造成了礦區(qū)周?chē)寥乐兄亟饘貱u含量超標(biāo)，引起重金屬污染。其他重金屬含量無(wú)明顯變化。

3 土壤重金屬潛在生態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

本文通過(guò)對(duì)黑岱溝露天煤礦區(qū)土壤重金屬空間分異性的研究，采用瑞典學(xué)者 Hakanson[8]的潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)礦區(qū)土壤重金屬的潛在生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)危害指數(shù)法(Risk index,RI),是瑞典學(xué)者Hakanson于1980年建立的,現(xiàn)已被普遍運(yùn)用于土壤重金屬的生態(tài)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為：

表 3 :土壤重金屬的潛在生態(tài)危險(xiǎn)系數(shù)和危害指數(shù)(RI)

表4:潛在生態(tài)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系

應(yīng)用潛在生態(tài)危害指數(shù)法將污染物與生物毒性、生態(tài)危害結(jié)合起來(lái)，并且考慮到不同重金屬的毒性差異及環(huán)境對(duì)重金屬污染的敏感程度, 能夠更準(zhǔn)確地表示重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

4 結(jié)論

綜上所述，研究區(qū)土壤存在不同程度的Cu富集，Zn、Pb和Cd含量與栗鈣土均值接近，沒(méi)有形成污染但作為大型露天煤礦，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，廢氣、廢水、廢渣產(chǎn)生量逐年增加，對(duì)土壤擾動(dòng)威脅始終存在。因此，采取切實(shí)有效措施減少三廢排放，防患于未然。

〔參考文獻(xiàn)〕

[1]國(guó)土部:全國(guó)中重度污染耕地約五千萬(wàn)畝.http://news.sina.com.cn/c/2013-12-30/122729119030.shtml.

[2]馬建軍,張樹(shù)禮,李青豐.黑岱溝露天煤礦復(fù)墾土地野生植物侵入規(guī)律及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,2006:19(5):101-106.

[3]伊克昭盟土壤普查辦公室.伊克昭盟土壤[M].呼和浩特：內(nèi)蒙古人民出版社，1989：14-405.

[4]劉志斌,陳建平,范軍富. 黑岱溝露天煤礦土地復(fù)墾中的凡個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(22):43-44.

[5]張 力,,格日樂(lè),孫保平,王 樹(shù),劉山林.黑岱溝露天礦水土流失防治對(duì)策[J].中國(guó)水土保持,2006(1):55-56.

[6]郭昭華,連愷.黑岱溝露天煤礦生態(tài)綜合整治工程初步研究與生態(tài)恢復(fù)進(jìn)展[J]. 露天采煤技術(shù),1996(增刊)：52-57.

[7]中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站. 中國(guó)土壤元素背景值[M]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 1990．

[8]Lars Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control, A sediment logical approach [J]. Water Research, 1980,14: 975-1001.