貴州萬山汞礦周邊土壤重金屬污染特征及風險評價

胡國成，張麗娟，齊劍英，楊劍，于云江*，鄭海,，陳鳳，陳棉彪，王程程，黎華壽

1. 環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東 廣州，510655；2. 華南農(nóng)業(yè)大學熱帶亞熱帶生態(tài)研究所，廣東 廣州，510640；3. 貴州省環(huán)境科學研究設計院，貴州 貴陽，550002

貴州萬山汞礦周邊土壤重金屬污染特征及風險評價

胡國成1，張麗娟1，齊劍英1，楊劍1，于云江1*，鄭海1,2，陳鳳3，陳棉彪1，王程程3，黎華壽2

1. 環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東 廣州，510655；2. 華南農(nóng)業(yè)大學熱帶亞熱帶生態(tài)研究所，廣東 廣州，510640；3. 貴州省環(huán)境科學研究設計院，貴州 貴陽，550002

貴州礦產(chǎn)資源豐富，伴隨著礦山的開采、冶煉等人為活動，礦區(qū)周邊重金屬污染問題非常突出。為了掌握貴州萬山汞礦政策性關停后對周邊環(huán)境的產(chǎn)生的不利影響，以貴州萬山汞礦周邊主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為研究區(qū)域，利用隨機布點的方法在汞礦周邊6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)采集30個土壤樣品，通過濕法消解的前處理方法，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和原子熒光儀測定所有土壤樣品中的Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg。以貴州省土壤環(huán)境背景值作為參照標準，采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對貴州萬山汞礦周邊土壤中重金屬污染特征及其生態(tài)風險進行評價。結(jié)果表明，貴州萬山汞礦周邊土壤中Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As和Hg的平均含量水平分別為353.22、33.58、41.45、0.87、59.30、14.34、14.15 mg·kg-1，其中Hg污染最嚴重，最高超標倍數(shù)為135倍。地積累指數(shù)評價結(jié)果表明，Cr的地積累指數(shù)為1～2之間，屬于偏中度污染范疇；Hg的地累積指數(shù)為4～10之間，處于嚴重～極重污染范疇；潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)（RI）評價結(jié)果顯示：萬山汞礦周邊土壤中重金屬污染處于較強的生態(tài)風險程度，其中汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)（Eir）最高。主成分分析結(jié)果顯示：該區(qū)域土壤中的Cr、Ni、Cu的來源可能與土壤背景值有關；Cd、Pb、As、Hg的來源與大氣沉降、汞礦采選冶煉等外源性污染因素有關。

汞礦區(qū)；土壤；重金屬；污染特征；風險評價

土壤是人類賴以生存的自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著工業(yè)排放及農(nóng)業(yè)面源污染的加劇，土壤重金屬污染日益嚴重。土壤重金屬污染已經(jīng)成為當前人類面臨的重要環(huán)境問題之一（劉春早等，2012；李強等，2013；李瑞琴等，2013）。我國土壤重金屬污染來源包括礦山采選冶煉、大氣沉降、污水灌溉、固體廢棄物堆存與處置、交通運輸?shù)龋ü鶄サ龋?011；陳濤等，2012）。進入農(nóng)田土壤中的重金屬可通過食物鏈富集、遷移轉(zhuǎn)化，最終危害人體健康。貴州是我國著名的礦產(chǎn)資源大省，其中萬山是國內(nèi)最大的汞工業(yè)生產(chǎn)基地，曾因汞資源的儲量和汞產(chǎn)品產(chǎn)量分別列亞洲之首和世界第三而被譽為中國“汞都”。自20世紀50年代起開始大規(guī)模正規(guī)化開采；20世紀80年代末，隨著汞礦資源逐漸枯竭，汞礦生產(chǎn)日益萎縮；2002年5月，貴州汞礦實施政策性關閉。在汞礦開采過程中，“三廢”幾乎全部直接排放于自然環(huán)境中，在雨水沖刷、風化侵蝕的作用下，日積月累，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的損壞，而且呈逐年加劇之勢。不同學者對貴州萬山汞礦的研究主要集中在汞污染方面，從土壤中汞的形態(tài)特征、土壤及動植物中汞的含量水平到人體生物材料中負荷水平均有研究（王美林等，1983；丁振華等，2004；李玉鋒等，2004；王小燕，2010；包正鐸等，2011；仇廣樂等，2006）。為了解貴州萬山汞礦政策性關停后周邊環(huán)境質(zhì)量狀況，掌握汞礦采選冶煉過程中汞及其他伴生金屬對土壤的污染情況，本文以貴州萬山汞礦周邊土壤中7種重金屬（Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg）為研究對象，利用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法對土壤重金屬的污染特征及生態(tài)風險進行評價；同時利用主成分分析方法，解析貴州萬山汞礦周邊土壤中重金屬的主要來源，揭示采礦活動對土壤污染的影響，為該區(qū)域土壤重金屬污染防治提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

貴州萬山地處云貴高原東部邊緣，東西寬 26 km，南北長22 km；全區(qū)總面積842 km2，礦區(qū)面積45 km2，境內(nèi)山巒起伏，地形切割破碎，為典型的喀斯特地形地貌。境內(nèi)平均海拔850 m，地勢東部低，西部高，中部隆起，自中部向北、東、南三面傾斜，氣候溫差大，夏季濕潤多雨，年降水量為1200～1400 mm，年平均氣溫 15 ℃左右，無霜期為270 d左右。萬山區(qū)境內(nèi)主要河流包括敖寨河、下溪河、黃道河、高樓坪河，屬于長江水系。

貴州萬山是國內(nèi)最大的汞工業(yè)基地，曾因汞資源儲量和汞產(chǎn)量分別列亞洲之首和世界第三，被譽為中國的“汞都”。萬山境內(nèi)的汞資源開采始于秦朝，大規(guī)模開采冶煉歷史長達600多年，汞產(chǎn)量占全國70%。隨著汞資源的逐漸枯竭，汞礦生產(chǎn)規(guī)模日趨縮小，2002年5月實施政策性關閉。汞礦的廢水、廢氣和廢渣幾乎全部直接排放于自然環(huán)境中，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的損壞。據(jù)統(tǒng)計，貴州汞礦自1950年建成投產(chǎn)至1995年45年間，11個生產(chǎn)單位共排放含汞煙塵廢氣 202×108m3，含汞廢水5.192×107t，煉汞爐渣9.47×106t，采礦廢石2.63×106t。礦區(qū)內(nèi)煉汞爐渣和坑道廢石堆積如山，且點多面廣，自然堆棄于礦區(qū)內(nèi)河流源頭的溝谷間。在雨水沖刷的作用下，大量的含汞廢水、爐渣、廢石進入河道，污染農(nóng)田和水源。

1.2 樣品采集與處理

依據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T166─2004），綜合考慮汞礦周邊人口分布情況，于 2013年6月在萬山汞礦周邊6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（黃道鄉(xiāng)、萬山鎮(zhèn)、下溪鄉(xiāng)、敖寨鄉(xiāng)、大坪鄉(xiāng)、高樓坪鄉(xiāng)）農(nóng)田中采集0～20 cm土壤樣品30份。每個土壤樣品由3～5個分樣組成，各分樣混合后用用四分法取1 kg土壤裝袋帶回實驗室。將采集的土壤樣品置于陰涼通風處自然風干，剔除樣品中的有機殘渣、植物根系及其他雜物，用研缽研磨土壤樣品，然后過100目篩備用。采樣點示意圖如圖1所示。

圖1 貴州萬山汞礦周邊區(qū)域土壤樣品采樣示意圖Fig. 1 Sampling sites of soil samples around Wanshan mercury mine area, Guizhou Province

1.3 樣品前處理

準確稱取0.3000 g樣品置于Teflon燒杯中，加20 mL HNO3，蓋上表面皿，放置過夜消解至近干，冷卻后加2 mL HClO4消解至近干，再加5 mL HNO3兩次至近干，冷卻后用體積分數(shù)1%硝酸定容至100 mL比色管中。鉛、鎘、鉻、鎳和銅的測定采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國 Perkin Elmer），多元素混合標準儲備液（100 mg·L-1）由美國Perkin Elmer公司提供；砷和汞的測定采用原子熒光法。消解所用試劑均為優(yōu)級純，水為超純水。本實驗所用器皿均用體積分數(shù) 15%硝酸浸泡過夜后，超純水沖洗3～5次，晾干備用。質(zhì)量保證采取每間隔 8～10個樣品設置平行雙樣，同時用國家土壤標準物質(zhì)（GBW07305和GBW07302，中國地質(zhì)科學院廊坊地球物理地球化學勘查研究所提供）進行質(zhì)量控制。各元素的加標回收率在84.76%～101.63%，符合實驗室質(zhì)量控制措施評價要求。土壤pH按照國家標準（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2007），用pH計（PHS-3C型）測定。

1.4 評價方法

為了能夠定量反映該區(qū)域土壤重金屬污染情況，本研究采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法進行評價。

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法計算公式如下：

式中：Pi為重金屬i的單項污染指數(shù)，具體反映某污染物超標倍數(shù)和程度；Ci為樣品中重會屬 i含量實測值（mg·kg-1）；Si為重金屬 i的標準值（mg·kg-1）。

當Pi≤1時，表示樣品未受污染；當Pi>1時，表示樣品已被污染。Pi的值越大，說明樣品受污染越嚴重。評價標準見表1所示。

1.4.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法又稱內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，能夠反映多種污染物對土壤的污染，計算公式如下：

式中：PI均和PI最大分別是平均單項污染指數(shù)和最大單項污染指數(shù)。內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價標準如表1所示。

表1 土壤重金屬單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)分級標準Table 1 Grade standards of single factor pollution index method and comprehensive pollution index of heavy metals in soils

1.4.3 地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)法（Muller，1969）是德國科學家Muller于1969年提出，是20世紀60年代晚期在歐洲發(fā)展起來的廣泛用于研究沉積物及其它物質(zhì)中重金屬污染程度的定量指標，其計算公式如下：

式中Cn是元素n在沉積物中的含量；Bn為沉積物中該元素的地球化學背景值。本文采用貴州省土壤環(huán)境背景值作為參照標準（國家環(huán)境保護局，1990）；1.5用于校正區(qū)域背景值差異。按Igeo數(shù)值可將重金屬污染劃分為 7個等級，主要包括（0）清潔（Igeo<0）、（1）輕度（05）（Santos等，2002）。

1.4.4 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

瑞典科學家Hakanson（1980）提出的生態(tài)危害指數(shù)法是根據(jù)重金屬性質(zhì)及環(huán)境行為特點，對土壤或沉積物中重金屬污染風險進行評價的方法。該方法不僅考慮土壤重金屬含量，而且將重金屬的生態(tài)效應、環(huán)境效應與毒理學聯(lián)系在一起，采取潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）進行分級評價。其表達式為：

式中：RI為土壤中多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)；Ci為單一元素實測值； Cni為單一元素參比值，采用貴州省土壤環(huán)境背景值作為參照標準（國家環(huán)境保護局，1990）， Tri為第 i種重金屬元素的毒性系數(shù)； Ei為第 i種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)。

r Hakanson（1980）指出了幾種重金屬毒性系數(shù)：Cu為5，Pb為5，Zn為1，Ni為2，Cr為2，Cd為30，As為10。依據(jù)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)（ Eri）可將土壤中重金屬污染狀況劃分為5個等級；依據(jù)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）可將土壤中重金屬污染程度劃分為4個等級。重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)評價標準如表2所示。

表2 重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)( Eri)、危害指數(shù)(RI)與危害程度分級的關系Table 2 Relationship between potential ecological risk coefficients ( Er i), risk indices（RI）of heavy metals and pollution degree

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS15.0軟件，利用Pearson相關分析重金屬元素之間的相關性；利用主成分分析土壤重金屬污染的關鍵因子，顯著水平為0.05，極顯著水平為0.01。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬含量水平

不同采樣點土壤中重金屬含量水平如表 3所示。在貴州萬山汞礦區(qū)周圍土壤 pH范圍是4.85～7.15，以弱酸性為主。本研究土壤中Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg的平均含量水平分別為353.22、33.58、41.45、0.87、59.30、14.24、14.15 mg·kg-1，除了Ni和As外，其他5種重金屬平均含量均超過貴州省土壤背景值，分別為貴州土壤背景值的3.2～3.9、0.8～1.8、0.4～3.4、0.7～7.2、0.7～617.1倍。利用《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618─1995）二級標準進行評價，結(jié)果顯示As和Hg超標，其中Hg超標嚴重，最高超標倍數(shù)為135倍。與2004年的研究結(jié)果比較，萬山汞礦周邊區(qū)域土壤中汞含量（24.31～347.52 mg·kg-1）有降低的趨勢（丁振華等，2004），這可能與汞礦政策性關閉、“三廢”排放減少有關系。土壤中7種重金屬的變異系數(shù)從大到小的順序依次為：Hg>Pb>As>Cd>Ni>Cu>Cr，其中Hg、Pb、As、Cd的變異系數(shù)較大；Hg的變異系數(shù)最大（137），說明受到人為活動的干擾作用非常明顯，局部地區(qū)汞污染嚴重。

2.2 土壤重金屬污染評價

2.2.1 綜合污染指數(shù)法

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618─1995）二級標準，對貴州萬山汞礦周邊土壤中7種元素計算單因子污染指數(shù)，結(jié)果如表4所示。所有土壤樣品中Ni、Cu、Pb和As的單因子污染指數(shù)均小于1，說明上述4種金屬元素對土壤的污染程度不重，處于清潔狀態(tài)；Cr、Cd和Hg的單因子污染指數(shù)范圍分別為：1.54～1.89、0.86～7.38和 0.15～135.77。從污染程度上看，所有土壤中 Cr的污染程度處于輕度污染；萬山鎮(zhèn)和大坪鄉(xiāng)土壤中Cd處于重度污染；除了大坪鄉(xiāng)外，其他5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤樣品中Hg均處于重度污染。綜合污染指數(shù)反映了7種重金屬元素的綜合污染狀況，PN的范圍是2.51～70.93，總的污染程度顯示：大坪鄉(xiāng)土壤處于中度污染，而其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)（黃道鄉(xiāng)、萬山鎮(zhèn)、下溪鄉(xiāng)、敖寨鄉(xiāng)、高樓坪鄉(xiāng)）的土壤處于重度污染，這可能與歷史汞礦開采活動有密切關系。

表3 貴州萬山汞礦周邊土壤中pH及重金屬含量水平Table 3 The pH and the concentrations of heavy metals in soils form Wanshan mercury mine area, Guizhou Province mg·kg-1

表4 貴州萬山汞礦土壤重金屬污染指數(shù)及污染程度Table 4 Pollution indices and classification of heavy metals in soils from Wanshan mercury mine area, Guizhou Province

2.2.2 地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)常用于評價沉積物中重金屬的污染情況，同時也用于評價土壤中重金屬污染程度。本文中利用貴州省土壤背景值，根據(jù)公式計算不同采樣點的平均地積累指數(shù)（Igeo），如表5所示。從表5可以看出，貴州萬山礦區(qū)周邊土壤中Ni、Cu、Cd、Pb和As按照地積累指數(shù)分級，均為0，屬于無污染范疇；Cr的地積累指數(shù)為1～2之間，屬于偏中度污染范疇；除了大坪鄉(xiāng)以外，其余5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中Hg的地積累指數(shù)為4～10之間，處于嚴重-極重污染范疇。本文利用地積累指數(shù)評價萬山汞礦周邊5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中Hg的污染等級與單因子指數(shù)法評價結(jié)果基本一致，說明該區(qū)域土壤中汞污染非常嚴重。

2.2.3 潛在生態(tài)風險指數(shù)法

表5 貴州萬山汞礦土壤中重金屬地累積指數(shù)和劃分等級Table 5 Index of geoaccumulation and classification of heavy metals pollution of the soils from Wanshan mercury mine area, Guizhou Province

表6 貴州萬山汞礦土壤中重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)( Eri)和危害指數(shù)(RI)Table 6 Potential ecological risk coefficients ( Eri), risk indices (RI) of heavy metals in soils from Wanshan mercury mine area, Guizhou Province

貴州萬山礦區(qū)周邊土壤中重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)（ Eri）和潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)（RI）如表6所示。在所有土壤樣品中Cr、Ni、Cu、Pb、As的生態(tài)危害系數(shù)（ Eri）均小于40，處于輕微的生態(tài)危害程度；50%土壤樣品中 Cd的潛在生態(tài)危害系數(shù)（ Eri）超過40，小于80，處于中等生態(tài)危害程度；所有土壤樣品中Hg生態(tài)危害系數(shù)（ Eri）大于80，處于強的生態(tài)危害程度，其中黃道鄉(xiāng)、萬山鎮(zhèn)、下溪鄉(xiāng)、敖寨鄉(xiāng)和高樓坪鄉(xiāng)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)采集的土壤樣品中Hg的 Eri均超過320，處于極強的生態(tài)危害程度。萬山鎮(zhèn)土壤中Hg的 Eri最高（18044），說明萬山鎮(zhèn)周邊土壤中受汞污染最嚴重。由上述 7種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)的均值來看，其潛在生態(tài)危害程度由強到弱的順序依次為：Hg>Cd>Cr> As>Pb>Cu>Ni。多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風險指數(shù)（RI）的范圍為208.23～18044.01。30%的采樣點處于中等生態(tài)風險程度，70%的采樣點的RI均超出600，處于很強的生態(tài)風險程度。在本研究中，所有土壤樣品中Hg對綜合潛在生態(tài)風險貢獻最大。不同釆樣點土壤樣品中 Hg的潛在生態(tài)危害系數(shù)（Eri）與相應的 RI具有較好的一致性，這可能主要與Hg的潛在生態(tài)危害較大有關。

2.2.4 評價結(jié)果比較與分析

對某個區(qū)域的重金屬污染評價，需要用多種方法進行比較評價，以保證結(jié)果的準確性與科學性。地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風險指數(shù)法都是通過測定重金屬含量與背景值相比，但是兩種方法各有側(cè)重。地積累指數(shù)法主要反映外源重金屬的富集程度，而潛在生態(tài)風險指數(shù)法側(cè)重考慮不同重金屬的生物毒性。本研究利用綜合污染指數(shù)法、地積累指數(shù)法及潛在生態(tài)風險指數(shù)法系統(tǒng)評價了貴州萬山汞礦周邊6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤中重金屬的污染情況及生態(tài)風險，重金屬污染程度及生態(tài)風險結(jié)果基本一致。Hg的單因子污染指數(shù)最大，地累積指數(shù)最高，潛在生態(tài)危害系數(shù)最高，對潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)貢獻最大，污染最嚴重。

2.3 主成分分析

主成分分析是一種掌握主要矛盾的統(tǒng)計分析方法，通過簡化數(shù)據(jù)來反映原來多變量的大部分信息。本研究利用SPSS統(tǒng)計軟件對萬山汞礦周邊6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤樣品中7種重金屬（Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg）的含量水平進行主成分分析，如表7所示。從表7可以看出，本研究所有土壤樣品中7種重金屬的全部信息可以由 3個主成分（Principal Component, PC）反映74.65%，即對前3個主成分進行分析已經(jīng)能夠反映全部數(shù)據(jù)的大部分信息。PC1的方差貢獻率為32.97%，Cr、Ni、Cu在PC1上有較大的載荷，且Cr和Ni、Cu和Ni具有較強相關性（P<0.05）。Boruvka等（2005）和 Sajn等（2011）發(fā)現(xiàn)這些元素（Cr、Ni、Cu）受地質(zhì)背景的控制，因此把PC1作為“自然源因子”，可能與當?shù)赝寥辣镜字涤嘘P系。PC2的方差貢獻率為25.22%，Cd、Pb、As在PC2上有較高的載荷水平，Cd的平均含量水平超出背景值，Cd和Pb具有較強的相關性（P<0.05），因此PC2主要受人類活動控制，被認為是“外源性因子”。研究資料表明Hg與Pb等元素的地球化學性質(zhì)相似，且在成礦過程中共消共長，密切伴生，在貴州-湖南的汞礦帶存在鉛鋅礦（馮學仕，1995）。因此，本文土壤中的Cd、Pb和As很可能是汞礦開采過程中伴生而來。PC3的方差貢獻率為16.45%，Hg在PC3上的正載荷最大（0.927），其平均含量高于背景值，這與當?shù)毓V采選冶煉活動有關。土壤中的汞與大氣沉降有關系，大氣中的汞會附著在顆粒物表面，隨著大氣顆粒物的不斷沉降，進入周邊土壤中，從而導致土壤中Hg的含量顯著升高（仇廣樂，2005）

表7 貴州萬山汞礦土壤中重金屬主成分分析Table 7 principal component analysis (PCA) of heavy metals in soils from Wanshan mercury mine area, Guizhou Province

3 結(jié)論

（1）貴州萬山汞礦周邊土壤重金屬Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg的平均含量水平分別為353.22、33.58、41.45、0.87、59.30、14.34、14.15 mg·kg-1。利用《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準進行評價，結(jié)果顯示Hg超標最嚴重，最高超標倍數(shù)為135倍。

（2）重金屬地積累指數(shù)評價結(jié)果表明，Cr的地積累指數(shù)為 1～2之間，屬于偏中度污染范疇；Hg的地累積指數(shù)為4～10之間，處于嚴重～極重污染范疇；潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)（RI）評價結(jié)果顯示：萬山汞礦周邊土壤中重金屬污染處于較強的生態(tài)風險程度，其中汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)（ Ei）最r高。

（3）主成分分析表明：萬山汞礦周邊土壤中 7種屬元素識別為3個主成分，PC1為自然源因子，Cr、Ni、Cu在PC1上有較大載荷；PC2和PC3為人為源因子，Cd、Pb、As在PC2上有較大載荷；Hg在PC3上有較大載荷，主要與當?shù)卮髿獬两?、汞礦采選等有關。

BORUVKA L, VACEK O, JEHLICKA J. 2005. Principal component analysis as a tool to indicate the origin of potentially toxic elements in soils [J]. Geoderma, 128(4): 189-300.

HAKANSON L. 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control-A sediment ecological approach [J]. Water Research, 14(1): 975-1000.

MULLER G. 1969. Index of geoaccumulation in sediment s of the Rhine River [J]. Geojournal, 2(3): 108-118.

SAJN R, HALAMIC J, PEH Z, et al. 2011. Assessment of natural and anthropogenic sources of chemical elements in alluvialsoils from the Drava River using multivariate statistical methods [J]. Journal of Geochemical Exploration, 110(6): 278-289.

SANTOS B J C, BELTRAN R, GOMEZ A J L. 2002. Spatial variations of heavy metals contamination in sediments from Odiel River (Southwest Spain) [J]. Environmental International, 29(1): 69-77.

包正鐸, 王建旭, 馮新斌, 等. 2011. 貴州萬山汞礦區(qū)污染土壤中汞的形態(tài)分布特征[J]. 生態(tài)學雜志, 29(05): 907-913.

陳濤, 常慶瑞, 劉京, 等. 2012. 長期污灌農(nóng)田土壤重金屬污染及潛在環(huán)境風險評價[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 31(11): 2152-2159.

仇廣樂, 馮新斌, 王少鋒, 等. 2006. 貴州汞礦礦區(qū)不同位置土壤中總汞和甲基汞污染特征的研究[J]. 環(huán)境科學, 30(3): 3550-3555.

仇廣樂. 2005. 貴州省典型汞礦地區(qū)汞的環(huán)境地球化學研究[D]. 貴州貴陽: 中國科學院地球化學研究所: 57-58.

丁振華, 王文華, 瞿麗雅, 等. 2004. 貴州萬山汞礦區(qū)汞的環(huán)境污染及對生態(tài)系統(tǒng)的影響[J]. 環(huán)境科學, 25(2): 111-114.

馮學仕. 1995. 大硐喇汞礦田中尋找(鉛)鋅礦的可能性探討[J]. 貴州地質(zhì), 12(3): 204-207.

郭偉, 趙仁鑫, 張君, 等. 2011. 內(nèi)蒙古包頭鐵礦區(qū)土壤重金屬污染特征及其評價[J]. 環(huán)境科學, 35(10): 3099-3105.

國家環(huán)境保護局. 1990. 中國土壤環(huán)境背景值[M]. 北京: 中國環(huán)境科學出版社: 330-369.

李強, 郭飛, 莫測輝, 等. 2013. 貴州省環(huán)境中汞污染現(xiàn)狀與分布特征[J].生態(tài)科學, 32(2): 235-240.

李瑞琴, 于安芬, 白濱, 等. 2013.甘肅中部高原露地菜田土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風險分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 32(1): 103-110.

李玉鋒, 陳春英, 邢麗. 等. 2004. 貴州萬山汞礦地區(qū)人發(fā)中汞的含量及其賦存狀態(tài)的XAFS原位研究[J]. 核技術, 27(12): 899-903.

劉春早, 黃益宗, 雷鳴, 等. 2012. 湘江流域土壤重金屬污染及其生態(tài)環(huán)境風險評價[J]. 環(huán)境科學, 36(1): 260-265.

王美林, 孔令韶, 胡肄慧, 等. 1983. 貴州萬山汞礦地區(qū)的植物及植物積累汞的研究[J]. 植物生態(tài)學與地植物學從刊, 7(1): 20-30.

王小燕. 2010. 貴州省萬山汞礦地區(qū)食物、人群重金屬暴露及其對人體健康損傷研究[D]. 四川成都: 四川師范大學: 36-38.

中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. 2007. NY/T 1377-2007, 土壤pH的測定[S]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社: 1-2.

Contaminant Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Soils from Wanshan Mercury Mine Area, Guizhou Province

HU Guocheng1, ZHANG Lijuan1, QI Jianying1, YANG Jian1, YU Yunjiang1*, ZHENG Hai1,2, CHEN Feng3, CHEN Mianbiao1, WANG Chengcheng3, LI Huashou2
1. South China Institutes of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou, 510655, China; 2. Institute of Tropical and Subtropical Ecology, South China Agricultural University, Guangzhou, 510640, China; 3. Guizhou Academy of Environmental Science and Designing, Guiyang 550002, China

Mineral resources are abundant in Guizhou Province, China. With the development of anthropogenic activity for mine exploiting and smelting, the problem of heavy metal pollution was becoming more and more obvious. In order to investigate the adverse effects on environment quality, thirty soil samples were collected randomly from Wanshan mercury mine area after its shut down. Heavy metals (Cr, Ni, Cu, Cd, Pb, As and Hg) in all soil samples were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry and atomic fluorescence spectrophotometer after pretreatment of wet digestion method. Pollution characteristics of heavy metals in soils were observed on the basis of background values of single factor pollution index method and comprehensive pollution index method. Potential ecological risk assessment was evaluated by using the geoaccumulation index (Igeo) and potential ecological risk index (RI). The results indicated that the soil samples around mercury mining area had been seriously contaminated by mercury. The average concentrations of Cr, Ni, Cu, Cd, Pb, As and Hg were 353.22, 33.58, 41.45, 0.87, 59.30, 14.34 and 14.15 mg·kg-1, respectively. According to Environmental Quality Standard for Soil, the concentration of Hg was highest, more than 135 times. According to the geoaccumulation index, the pollution degree of Cr was middle degree with Igeosof Cr for 1 and 2, and Hg ranged from high to light degree with Igeosof Hg for 4 and 10. The potential ecological risk index indicated that the heavy metals in the soils from Wanshan mercury mine area were at the moderate ecological hazard level. The rate of contribution for Hg was highest to potential ecological risk index. Principle component analysis (PCA) showed that Cr, Ni and Cu in soils of Wanshan mercury mine area were possibly from environmental background value; and the sources of Cd, Pb, As, and Hg were relate to anthropogenic factors, such as atmospheric deposition, exploitation and smelting of mercury mine and so on.

mercury mining area; soils; heavy metals; contaminant characteristics; risk assessment

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.024

X53

A

1674-5906（2015）05-0879-07

胡國成，張麗娟，齊劍英，楊劍，于云江，鄭海，陳鳳，陳棉彪，王程程，黎華壽. 貴州萬山汞礦周邊土壤重金屬污染特征及風險評價[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(5): 879-885.

HU Guocheng, ZHANG Lijuan, QI Jianying, YANG Jian, YU Yunjiang, ZHENG Hai, CHEN Feng, CHEN Mianbiao, WANG Chengcheng, LI Huashou. Contaminant Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metals in Soils from Wanshan Mercury Mine Area, Guizhou Province [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 879-885.

2013年國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項項目（201309049；201309047；201409022）

胡國成（1978年生），男，高級工程師，博士，主要從事環(huán)境毒理學及環(huán)境健康研究。E-mail：huguocheng@scies.org *通信作者：于云江（1964年生），男，研究員，博士。E-mail：yuyunjiang@scies.org

2014-10-10