國內(nèi)外礦區(qū)城市土壤微量元素的研究現(xiàn)狀

夏成斌

（淮南礦業(yè)集團(tuán)西淝河堤坎工程管理部，安徽 淮南232001）

1 引言

城市化的發(fā)展過程中，往往伴隨著工業(yè)“三廢”、汽車尾氣、居民生活垃圾等污染物的大量排放，這些污染物中含有一定的微量元素，處理過程中污染物中的微量元素直接或者間接進(jìn)入城市土壤，從而導(dǎo)致城市土壤的微量元素污染［1，2］。土壤中的微量元素在地表徑流以及地表下滲的作用下進(jìn)入地表水和地下水，造成地表水和地下水污染，同時(shí)，土壤中的微量元素伴隨著揚(yáng)塵進(jìn)入大氣，增加大氣中微量元素的含量，從而影響著人類健康。了解城市土壤中微量元素的來源、評(píng)價(jià)微量元素的污染情況是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性研究。

2 土壤微量元素的來源研究

土壤微量元素的來源非常廣泛，人類從事各類工農(nóng)業(yè)活動(dòng)是產(chǎn)生微量元素污染的主要原因，土壤成土母質(zhì)中也含有少量的微量元素。土壤微量元素的來源主要包括人為來源和自然來源，其中自然來源主要包括成土母質(zhì)、植物落葉殘?bào)w、大氣沉降等；人為來源主要有化肥農(nóng)藥的使用、污水灌溉、工業(yè)廢水廢氣的排放，在現(xiàn)實(shí)生活中生活垃圾的亂堆放也是土壤微量元素污染的重要來源，包括以下幾個(gè)方面。①工礦業(yè)活動(dòng)：采礦、冶煉、化工、電力等是城市土壤微量元素的主要來源之一［3］。②汽車尾氣的排放、燃油的燃燒以及車輪胎的摩擦都會(huì)釋放出大量的微量元素，比如：Pb、Cd、Cu、Zn等，這些微量元素在各種地球化學(xué)作用下同樣沉降到城市土壤中，是城市土壤微量元素污染的又一個(gè)重要原因［4］。③煤炭的燃燒，煤炭中含有 Hg、As、Pb、Cd、Ti、Se等多種微量元素，火力發(fā)電以及以往的燃煤取暖等燃煤釋放到大氣中的微量元素沉降到城市土壤中，工業(yè)三廢未經(jīng)處理任意排放，釋放的微量元素直接進(jìn)入土壤造成土壤的微量元素污染［5］。④礦業(yè)開采廢棄物的隨意堆積，煤礦的開采產(chǎn)生大量的煤矸石，這些廢棄物和煤矸石在風(fēng)化和雨水的淋溶作用下釋放到土壤，從而影響城市土壤中微量元素的含量［6］。⑤大氣是城市土壤微量元素含量的影響因素之一，釋放到空氣中的微量元素以氣溶膠的形式進(jìn)入土壤，同時(shí)城市上空的浮塵沉降到地表也會(huì)加重城市土壤的微量元素污染［7］。

3 礦區(qū)城市不同功能區(qū)土壤微量元素的分布

土壤中微量元素性質(zhì)穩(wěn)定，遷移能力弱，易被土壤顆粒吸附，不易被土壤微生物降解，易被植物富集，通過食物鏈危害人類健康，同時(shí)會(huì)降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和性質(zhì)等特點(diǎn)［8］。

按照城市土地不同的功能區(qū)劃分方式，可以分為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、居民區(qū)、風(fēng)景區(qū)、交通區(qū)等功能區(qū)［9］。每個(gè)功能區(qū)內(nèi)區(qū)域土壤特征各不相同，加之人類從事各類不同的活動(dòng)導(dǎo)致城市表層土壤微量元素含量在分布上有很明顯的差異性［10］。每個(gè)城市土壤微量元素的污染情況各不相同，通常來說，城市工業(yè)區(qū)土壤微量元素含量最高，商業(yè)區(qū)次之，人類活動(dòng)越頻繁，土壤中微量元素污染越嚴(yán)重［11］。城市公園中土壤微量元素的含量明顯低于城市道路兩旁土壤，遠(yuǎn)郊農(nóng)田土壤微量元素含量最低［7］。

4 土壤微量元素的污染評(píng)價(jià)方法

選擇恰當(dāng)?shù)姆椒▉碓u(píng)價(jià)場地微量元素的污染情況尤為重要，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)土壤中微量元素的污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法趨于精確化和多樣化，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法有指數(shù)評(píng)價(jià)法：單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、富集因子法、生態(tài)危害指數(shù)法、地累積指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法等。

（1）指數(shù)法就是將實(shí)驗(yàn)實(shí)際測得的微量元素濃度代入相應(yīng)的計(jì)算公式中，利用計(jì)算機(jī)軟件求得相應(yīng)的污染指數(shù)，把計(jì)算求得的污染指數(shù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較后得到相應(yīng)的污染等級(jí)。

（2）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法［12］一直被學(xué)者廣泛應(yīng)用于微量元素的污染評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)時(shí)首先用單因子指數(shù)法求得各采樣點(diǎn)污染指數(shù)，再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該評(píng)價(jià)方法可以較為全面地反映土壤微量元素的污染情況，特別突出高濃度污染元素對(duì)土壤污染的影響，但是這種方法會(huì)過分夸大或者縮小污染因子的影響，因此，在某些情況下，利用此方法進(jìn)行土壤微量元素的污染評(píng)價(jià)不能夠取得較好的效果。

（3）地積累指數(shù)法［13］可以用來定量評(píng)價(jià)土壤中微量元素的污染程度，綜合考慮了人為因素、當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值等，能夠較好地反映土壤環(huán)境背景值對(duì)土壤微量元素污染造成的影響、土壤特性、污染來源變化。

（4）潛在生態(tài)危害指數(shù)法［14］結(jié)合環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境化學(xué)、毒理學(xué)，對(duì)土壤進(jìn)行微量元素污染評(píng)價(jià)，能夠較好地反映土壤中各種微量元素對(duì)環(huán)境的污染情況，定量地評(píng)價(jià)微量元素污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度，反映各污染元素的綜合污染效應(yīng)。但是潛在生態(tài)危害指數(shù)法側(cè)重點(diǎn)偏向生物毒理學(xué)方面，往往微量元素之間的加權(quán)或者拮抗作用得不到體現(xiàn)，具有一定的主觀性。

（5）污染負(fù)荷指數(shù)法［15］由Tomlinson提出，廣泛用于土壤微量元素的污染評(píng)價(jià)，集合了土壤評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)各微量元素的污染指數(shù)，進(jìn)行求積統(tǒng)計(jì)，能較好地體現(xiàn)出污染最嚴(yán)重的微量元素對(duì)該區(qū)域環(huán)境污染的貢獻(xiàn)度，但是該方法不能體現(xiàn)不同污染元素的污染源差別。

（6）模糊數(shù)學(xué)法［14］一開始應(yīng)用于電子和計(jì)算工程領(lǐng)域，該方法通過隸屬度評(píng)價(jià)土壤微量元素污染情況的模糊性，其評(píng)價(jià)結(jié)果精確可靠，但是該方法需要注意權(quán)重的確立，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)計(jì)算較為復(fù)雜。

此外，還有綜合評(píng)價(jià)法同時(shí)可以利用單因子指數(shù)法與Hakanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法相結(jié)合、地積累指數(shù)法與富集因子法相結(jié)合、內(nèi)梅羅指數(shù)法與潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法相結(jié)合、潛在生態(tài)危害指數(shù)法與污染負(fù)荷指數(shù)法相結(jié)合、指數(shù)法、體外模擬法與數(shù)學(xué)模型法相結(jié)合、指數(shù)法與克里金插值法相結(jié)合等來評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)微量元素的污染與富集情況。

5 結(jié)語

礦區(qū)微量元素的污染與采礦活動(dòng)有著密切的聯(lián)系，采礦活動(dòng)將礦物質(zhì)從地底采集到地面，是對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的徹底改變，必將改變微量元素遷移的地球化學(xué)環(huán)境，在地面上重新分布，富集到一定程度造成污染，危害人類健康。因此，關(guān)注礦業(yè)城市土壤微量元素污染與采礦活動(dòng)的聯(lián)系有其必要性，并且通過土壤污染評(píng)價(jià)方法，結(jié)合城市功能區(qū)區(qū)劃，使礦業(yè)城市在能源經(jīng)濟(jì)的支撐發(fā)展下，又不會(huì)危害當(dāng)?shù)厝藗內(nèi)罕姷恼Ｉ睢?/p>

［1］Li X，Poon C，Liu P S.Heavy metal contamination of urban soils and street dusts in Hong Kong［J］.Applied Geochemistry，2001，16（11）：1361～1368.

［2］Chen J.Rapid urbanization in China：A real challenge to soil protection and food security［J］.Catena，2007，69（1）：1～15.

［3］徐東慧，陳志賓，蔡固平.硫酸錳廢渣特性及綜合利用研究［J］.湖南有色金屬，2005，21（1）：32～35.

［4］郭廣慧，雷 梅，陳同斌，等.交通活動(dòng)對(duì)公路兩側(cè)土壤和灰塵中重金屬含量的影響［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（10）：1 937～1 945.

［5］王起超，沈文國.中國燃煤汞排放量估算［J］.中國環(huán)境科學(xué)，1999，19（4）：318～321.

［6］管 永.淮南礦區(qū)環(huán)境修復(fù)區(qū)土壤中重金屬分布特征研究［D］.淮南：安徽理工大學(xué)，2011.

［7］張 輝，馬東升.南京地區(qū)土壤沉積物中重金屬形態(tài)研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17（3）：346～351

［8］黃 勇，郭慶榮，任 海，等.城市土壤重金屬污染研究綜述［J］.熱帶地理，2005，25（1）：14～18.

［9］陳秀瑞.中國城市土壤微量元素空間分布與污染研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（12）：60～65.

［10］陳同斌，黃銘洪，黃煥忠.香港土壤中的重金屬含量及其污染現(xiàn)狀［J］.地理學(xué)報(bào)，1997，52（3）：228～236.

［11］劉寶慶.南寧市城區(qū)土壤重金屬污染狀況研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，2004.

［12］孫賢斌.淮南市土壤重金屬污染生態(tài)研究［D］.蕪湖：安徽師范大學(xué)，2003.

［13］范拴喜，甘卓亭，李美娟.土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法進(jìn)展［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（17）：310～315.

［14］劉廷良，高 松，武次郎.日本城市土壤的重金屬污染研究［J］.Research of Environmental Sciences，2012，9（2）：47～51.

［15］陳懷滿，鄭春榮.土壤 ｛—｝植物系統(tǒng)中的重金屬污染［M］.北京：科學(xué)出版社，1996.