準(zhǔn)東露天煤田周邊土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

劉芳，塔西甫拉提·特依拜，依力亞斯江·努爾麥麥提，高宇瀟，阿不都艾尼，夏楠，楊春

1. 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院//綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046 2. 新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林系，新疆 奎屯 833200

準(zhǔn)東露天煤田周邊土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

劉芳1,2，塔西甫拉提·特依拜1*，依力亞斯江·努爾麥麥提1，高宇瀟1，阿不都艾尼1，夏楠1，楊春1

1. 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院//綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046 2. 新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林系，新疆 奎屯 833200

通過(guò)采集準(zhǔn)東露天煤田周邊土壤樣品，測(cè)定了各樣品中的Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As 6種重金屬含量，采用多元統(tǒng)計(jì)分析、地積累指數(shù)法及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分析了研究區(qū)4個(gè)方向（西北、東北、西南和東南）土壤重金屬的污染特征、土壤重金屬的污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為該區(qū)域土壤重金屬污染研究提供完善和補(bǔ)充，并為礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供依據(jù)。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤中6種重金屬的平均含量均未超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB15618─1995），但Cr、Hg和As的平均值分別是新疆土壤元素背景值的1.729、3.706、2.844倍。重金屬的來(lái)源可分為3類(lèi)，Pb在因子3中的荷載量為0.945，可能來(lái)源于地質(zhì)背景；Cr與Hg在因子2中的荷載量為0.729與0.885，可能來(lái)源于人為污染；Zn、Cu和As在因子1中的荷載量為0.867、0.892和0.477，來(lái)源可能是人類(lèi)活動(dòng)和自然背景的復(fù)合。Zn、Cu和Pb在每個(gè)方向上的平均含量均小于0，處于無(wú)污染程度；Cr的平均值為0.208，屬于“輕度-中等污染”；Hg在東北、西南和東南3個(gè)方向上的值超過(guò)1，在西北方向上的值為0.442，平均值為1.116，達(dá)到“中等污染”程度；As在東北方向上的值為1.103，在其他3個(gè)方向上的值大于0小于1，平均值為0.919，屬于“輕度-中等污染”。研究區(qū)4個(gè)方向的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的順序?yàn)闁|南>東北>西南>西北，平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為176.122，屬于“強(qiáng)烈生態(tài)危害”程度。研究表明：研究區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)加強(qiáng)污染預(yù)防和治理；研究區(qū)已受到了Cr、Hg和As的污染，其中Hg的污染程度最高，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和防治。

土壤；重金屬污染；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；新疆準(zhǔn)東煤田

與井工煤礦相比，露天煤礦有著安全高效、生產(chǎn)能力大、回采率高等優(yōu)點(diǎn)（張峰偉等，2014；王韶輝等，2014；高雅等，2014）。但是，露天煤礦開(kāi)采對(duì)開(kāi)采區(qū)生態(tài)環(huán)境的改變很大，不僅破壞礦區(qū)原有地形、地貌、植被等自然景觀，而且將不同深度巖層中的重金屬元素由地下轉(zhuǎn)至地表，改變了它們遷移的地球化學(xué)條件，致使礦區(qū)及周邊土壤、空氣、水源受到重金屬污染（白潤(rùn)才等，2013）。因此，深入研究煤田及其周邊土壤重金屬污染特征是非常必要的。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果表明潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是了解研究區(qū)土壤重金屬污染狀況的一個(gè)重要手段。例如，馬建華等（2011）對(duì)城市幼兒園地表灰塵重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究；石占飛等（2013）對(duì)神木礦區(qū)土壤重金屬的含量特征及潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究評(píng)價(jià)；Md Saiful Islam et al.（2015）對(duì)孟加拉國(guó)不同城市用地中有害元素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；海米提·依米提等（2014）對(duì)焉耆盆地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；韓平等（2015）對(duì)北京順義區(qū)土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

近年來(lái)，關(guān)于新疆準(zhǔn)東露天煤田（以下簡(jiǎn)稱(chēng)準(zhǔn)東煤田）土壤重金屬污染的研究大多僅限于五彩灣礦區(qū)土壤中Zn、Cu、Ni、Cr 4種重金屬元素的來(lái)源及空間分布特征，而對(duì)礦區(qū)周邊土壤中Hg、As、Pb等重金屬的污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究目前還未見(jiàn)報(bào)道。例如，姚峰等（2013）對(duì)準(zhǔn)東煤田土壤重金屬來(lái)源與污染評(píng)價(jià)；李長(zhǎng)春等（2014）對(duì)新疆準(zhǔn)東煤田五彩灣露天礦區(qū)土壤重金屬污染評(píng)估與分析。因此本文選取準(zhǔn)東煤田及周邊為研究區(qū)，測(cè)量土壤樣品中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As 6種元素的含量，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法、地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法，分析以上6種重金屬元素的污染來(lái)源、積累特征和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為完善該區(qū)域土壤重金屬污染評(píng)價(jià)提供補(bǔ)充，并為礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)東煤田地處準(zhǔn)噶爾盆地東部，卡拉麥里山南麓，位于吉木薩爾、奇臺(tái)和木壘三縣境內(nèi)，北緯44°30′至45°00′之間，東經(jīng)89°00′至90°20′之間，海拔300～600 m，總面積約11213 km2；屬典型的極端干旱沙漠氣候區(qū)，多年平均降水量183.5 mm；晝夜溫差大，多年平均氣溫7.0 ℃；全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，多風(fēng)沙，平均風(fēng)速2.0 m·s-1；土壤貧瘠，有機(jī)質(zhì)含量低，屬于堿性土壤；天然植被多為荒漠植被，矮小且稀疏，區(qū)域內(nèi)沒(méi)有林地和農(nóng)田，草地面積很小。

2 材料與方法

2.1 樣本采集

準(zhǔn)東煤田包括5大礦區(qū)，其中位于煤田西部的五彩灣礦區(qū)開(kāi)采時(shí)間較早。在綜合考慮研究區(qū)地貌、土壤、風(fēng)向、開(kāi)采情況和交通網(wǎng)絡(luò)等因素的基礎(chǔ)上，確定以開(kāi)采較早的五彩灣礦區(qū)為中心，分 4個(gè)方向（西北、東北、西南、東南）由近及遠(yuǎn)呈輻射狀取周邊土樣，樣點(diǎn)遍及5個(gè)礦區(qū)（圖1）。共設(shè)52個(gè)采樣點(diǎn)。于2014年7月進(jìn)行土壤樣品采集，每個(gè)取樣點(diǎn)以GPS精確定位，用不銹鋼鏟采集0～30 cm的表層土壤。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 1 Map of sampling sites of study area

2.2 樣品處理與重金屬含量測(cè)定

剔除土壤樣品雜質(zhì)，置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，用木質(zhì)工具磨碎，過(guò)0.2 mm孔徑篩，密封保存。稱(chēng)取土壤樣品0.5000 g，置于聚四氟乙烯坩堝中，用王水—?dú)浞帷呗人峤M成的混合酸體系進(jìn)行消解，蒸至近干后，用體積分?jǐn)?shù)為10%硝酸加熱溶解，直至土壤消解至灰白色，消解液透明澄清為止，冷卻后再用高純水定容至20 mL。Hg和As采用原子熒光法檢測(cè)，Cu、Cr、Pb、Zn采用火焰原子吸收法檢測(cè)，每個(gè)樣品做3次重復(fù)測(cè)定，取平均值。重測(cè)定過(guò)程采用國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSBZ 50012─88）進(jìn)行質(zhì)量控制。

2.3 污染評(píng)價(jià)方法

2.3.1 地積累指數(shù)法

該方法由德國(guó)科學(xué)家M?ller（1969）提出，可以定量評(píng)價(jià)沉積物中的重金屬污染的程度（柴世偉等，2006；彭景等，2007）。采用Forstner et al.（1981）對(duì)重金屬污染程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)（表 1），以評(píng)價(jià)土壤中重金屬的污染程度及分級(jí)情況。地積累指數(shù)表達(dá)公式如下（郭笑笑等，2011）：

表1 地積累指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for index of geo-accumulation

式中，Igeo為地積累指數(shù)；Ci為元素i在土壤中的含量實(shí)測(cè)值；Ci為元素i的土壤背景值，本文采n用中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站（2011）公布的新疆土壤元素背景值。

2.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

該方法由瑞典科學(xué)家H?kanson（1980）提出，可以定量評(píng)估土壤或者沉積物中的各種重金屬的聯(lián)合潛在生態(tài)危害，也可以反映單個(gè)元素的污染水平（呂建樹(shù)等，2012）。采用馬建華等（1981）對(duì)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表 2）判別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。其計(jì)算公式如下（郭笑笑等，2011）：

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for potential ecological risk index

式中，RI為土壤重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ei為重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；Ti為重金屬ir r的毒性響應(yīng)系數(shù)，Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As的毒性系數(shù)分別為1，5，2，5，40，10（徐爭(zhēng)啟等，2008）；C ri為重金屬i相對(duì)于沉積物背景值的污染系數(shù)；Ci為重金屬i的實(shí)測(cè)含量； Cni為重金屬i的背景值，取新疆土壤元素背景值。

2.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2003、Spss 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，運(yùn)用相關(guān)分析和因子分析分析東煤田土壤中 6種重金屬的賦存特征和來(lái)源。采用Matlab 7.0軟件計(jì)算地積累指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，評(píng)價(jià)準(zhǔn)重金屬污染狀況。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)

由描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表 3）可知，6種重金屬含量的平均值均未超過(guò)土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)（GB15618─1995）；Zn、Cu、Pb的平均值未超過(guò)新疆背景值，但 Cr、Hg、As的平均值分別達(dá)到82.253、0.063和31.853 mg·kg-1，高于新疆土壤元素背景值49.300、0.017和11.200 mg·kg-1，表明研究區(qū)可能受到了不同程度的污染；Cr、Hg、As的最大值超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別達(dá)到234.19、0.74、244.35 mg·kg-1，表明研究區(qū)局部地區(qū)受到了較重污染；As的平均值和最大值均超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明研究區(qū)局部范圍受到了嚴(yán)重污染。根據(jù) Wilding對(duì)變異程度的分類(lèi)（汪東華，2010），Zn的變異系數(shù)為28.3%，屬于中等變異（15%36%），其中Hg的變異系數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)其他元素，說(shuō)明這種元素分布較不均勻，可能受人為影響。與姚峰等（2013）對(duì)準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)土壤重金屬含量研究結(jié)果不同的是，本研究中Cu變異系數(shù)較大，Zn的平均含量未超過(guò)新疆土壤元素背景值，可能是因?yàn)楸狙芯繀^(qū)域并不僅限于五彩灣礦區(qū)，Zn和Cu含量在不同距離范圍內(nèi)總體呈現(xiàn)較大波動(dòng)；不過(guò)Zn具有較高程度的變異，Cu的平均含量未超過(guò)新疆壤元素背景值，Cr的平均含量超過(guò)新疆土壤元素背景值，與姚峰等（2013）的分析結(jié)果較為一致。

表3 研究區(qū)土壤重金屬含量描述性統(tǒng)計(jì)Table 3 Descriptive statistics of heavy metal concentrations in soils of the studied areas

3.2 土壤重金屬判源分析

根據(jù)6種元素之間的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果可知（表4），Zn、Cu和As之間存在顯著相關(guān)性（P=0.000），表明可能有相同的來(lái)源；Hg與Cr之間在顯著相關(guān)性（P=0.000），與其它4種元素之間呈負(fù)相關(guān)，可能來(lái)源相同；Pb與Hg、Cr呈負(fù)相關(guān)，與其他Zn、Cu和As的相關(guān)性均較弱。為了更精確判別6種元素之間的來(lái)源和聯(lián)系，可以通過(guò)進(jìn)一步的因子分析。

表4 土壤重金屬元素兩兩之間的相關(guān)系數(shù)Table 4 correlation coefficients of heavy metal contents in soils of study area

表5 因子分析總方差解釋Table 5 Total variance explanation of factor analysis

研究數(shù)據(jù)經(jīng)Bartlett球體檢驗(yàn)，相伴概率為0，小于顯著性水平0.05，且KMO檢驗(yàn)值為0.565，適合作因子分析（汪東華，2010）。通過(guò)對(duì)Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As共6個(gè)變量的因子分析（表5）可知，3個(gè)公因子可以解釋其 72.971%的信息，而且旋轉(zhuǎn)前后總的方差累積貢獻(xiàn)率沒(méi)有發(fā)生變化，滿(mǎn)足因子分析的原則。

研究區(qū)處于干旱荒漠區(qū)，受外界影響因素較少，重金屬主要來(lái)源于土壤母質(zhì)等自然因子、露天煤礦開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)娜藶橐蜃?，以及自然因子和人為因子組合而成的復(fù)合因子。由因子荷載矩陣（表6）可以看出，Pb在因子3中的荷載量為0.945，明顯高于在其它2個(gè)因子中的荷載量，與其他元素的相關(guān)性較低，且變異性小，區(qū)域濃度變化較為穩(wěn)定，與人類(lèi)活動(dòng)關(guān)系不密切，說(shuō)明其來(lái)源主要受土壤母質(zhì)控制，主要來(lái)源于自然因子；Cr和Hg在因子2中的荷載量較高，相關(guān)性較強(qiáng)，變異系數(shù)較大，且在煤礦區(qū)域附近明顯富集，主要來(lái)源于人為因子；Cu、Zn和As在因子1中的荷載量分別為0.867、0.892和0.477，均高于其他2個(gè)因子的荷載量，表明其來(lái)源比較復(fù)雜，可能受到人為因子和自然因子的復(fù)合影響。

表6 因子荷載矩陣Table 6 Component matrixes

由于準(zhǔn)東煤田主要可采煤層分布于內(nèi)陸湖相沉積的西山窯組中，As主要以硫化物、粘土礦物和碎屑礦物形式存在于煤中，平均含量低于 2 mg·kg-1，最大含量為5.6 mg·kg-1，均小于新疆土壤元素背景值和國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（莊新國(guó)，2013；陳新蔚等，2013），并且As在因子3中的也有較高的荷載量，表明影響As來(lái)源的復(fù)合因子中，人為因子影響較少，自然因子影響較多。

3.3 土壤重金屬地積累指數(shù)評(píng)價(jià)

地積累指數(shù)分析結(jié)果（表7）表明，Zn、Cu和Pb在4個(gè)方向（西北、東北、西南、東南）上的地積累指數(shù)均小于0，污染級(jí)別為0級(jí)，處于無(wú)污染程度；Cr的平均值為0.208，污染級(jí)別為1級(jí)，屬于“輕度-中等污染”，Zn、Cu和Cr的污染程度與李長(zhǎng)春等（2014）對(duì)準(zhǔn)東五彩灣煤礦土壤重金屬的地積累指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果相一致；Hg在東北、西南和東南3個(gè)方向上的值超過(guò)1，在西北方向上位0.442，平均值為1.116，污染級(jí)別為2級(jí)，達(dá)到“中等污染”程度；As在東北方向上的值為1.103，在其他3個(gè)方向上的值大于0小于1，平均值為0.919，污染級(jí)別為1級(jí)，屬于“輕度-中等污染”。Zn、Cu、Pb和Cr在4個(gè)方向上的污染程度一致，Hg和As的污染程度在不同方向上呈現(xiàn)多級(jí)別化，可能與煤礦開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程中煤塵降落以及常年主導(dǎo)風(fēng)向等氣象因素有關(guān)。

表7 土壤重金屬地積累指數(shù)Table 7 Igeoof heavy metals in soils of study area

3.4 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果（表 8）表明，4個(gè)方向上的Zn、Cu、Cr、Pb和As的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均低于40.000，表明5種重金屬在4個(gè)方向上的潛在生態(tài)危害程度都較低，屬于“輕微生態(tài)危害”；Hg的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在西北、東北、西南方向上超過(guò)80.000，屬于“強(qiáng)烈生態(tài)危害”，在東南方向上超過(guò) 160.000，屬于“很強(qiáng)烈生態(tài)危害”。4個(gè)方向的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）順序?yàn)闁|南>東北>西南>西北，其中西北為“中等生態(tài)危害”，東南、東北、西南為“強(qiáng)烈生態(tài)危害”。研究區(qū)平均潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為176.122，屬于“強(qiáng)烈生態(tài)危害”程度，高于同為西北地區(qū)的陜西神木煤礦周?chē)寥乐亟饘倨骄鶟撛谏鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（石占飛等，2013）。

表8 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（Ei）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)（RI）Table 8 Potential ecological risk coefficients and risk indices of heavy metals in soil of study area

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

對(duì)開(kāi)采期一定范圍內(nèi)的土壤環(huán)境開(kāi)展重金屬污染監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)于了解和掌握荒漠露天煤礦開(kāi)采造成的土壤污染情況十分重要。目前準(zhǔn)東煤田土壤中關(guān)于Zn、Cu、Cr 3種重金屬污染的研究較多，從重金屬的來(lái)源和污染程度來(lái)看，研究一致認(rèn)為Cr的來(lái)源主要受煤礦開(kāi)采時(shí)煤塵和人為因素的影響，有一定程度的污染。但在Zn和Cu的變異程度上各研究結(jié)論有所不同，主要原因可能是受到研究區(qū)范圍大小和采樣點(diǎn)位置的影響，但較為一致的是Zn、Cu的來(lái)源主要是土壤母質(zhì)，沒(méi)有造成污染。本文研究表明Hg與Cr的來(lái)源類(lèi)似，但Hg污染程度更強(qiáng)，這兩種重金屬對(duì)人體危害均十分嚴(yán)重，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中必須加強(qiáng)預(yù)防和治理。

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，本研究中Hg的污染程度為“中等污染”，而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)卻屬于屬于“強(qiáng)烈生態(tài)危害”。重金屬的污染程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)存在差異的主要原因是兩種方法評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)不同，地積累指數(shù)法主要是在地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)某種重金屬污染的程度，而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不僅考慮了重金屬的性質(zhì)、在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，還引入了毒性響應(yīng)，除了能為改善環(huán)境提供依據(jù)還能為人們的健康生活提供參考，使得評(píng)價(jià)更側(cè)重于毒理方面，Hg的毒性很強(qiáng)，則潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)烈。

從不同方向上來(lái)看，Hg、As和Cr在西南、東南、東北3個(gè)方向的污染程度均為Hg>As>Cr，而在西北方向上卻是 As>Hg>Cr，這可能與該地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)為西北風(fēng)有關(guān)，煤塵隨風(fēng)向從西北部擴(kuò)散到其他3個(gè)方向，從而造成土壤重金屬污染。As含量在西北方向上高于Hg和Cr，可能和As來(lái)源有關(guān)，一方面來(lái)源于煤礦開(kāi)采，另一方由于該地區(qū)土壤背景中As含量本身較高。

盡管目前針對(duì)準(zhǔn)東土壤重金屬在研究對(duì)象、研究方法和研究結(jié)論上有所不同，但不可否認(rèn)準(zhǔn)東露天煤礦開(kāi)采已經(jīng)造成部分重金屬對(duì)周邊土壤一定程度的污染，如果不及時(shí)采取措施，可導(dǎo)致與土壤緊密相關(guān)植物退化、大氣污染乃至在此居住、工作的人類(lèi)健康。因此，在后續(xù)研究中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)區(qū)域土壤重金屬的積累規(guī)律和本土植物對(duì)重金屬富集性的研究，為該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與修復(fù)提供依據(jù)。

4.2 結(jié)論

（1）研究區(qū)土壤中6種重金屬的平均含量均未超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB15618─1995），但Cr、Hg和As的平均含量均超過(guò)新疆土壤元素背景值。

（2）綜合相關(guān)性分析和因子分析，可以將重金屬的來(lái)源可分為 3類(lèi)。Pb可能來(lái)源于地質(zhì)背景；Cr與Hg可能來(lái)源于人為污染；Zn、Cu和As來(lái)源可能是人類(lèi)活動(dòng)和自然背景的復(fù)合。

（3）Zn、Cu和Pb在每個(gè)方向上均處于無(wú)污染程度；Cr和As屬于“輕度-中等污染”程度；Hg達(dá)到“中等污染”程度。表明研究區(qū)已受到了Cr、Hg和As的污染，其中Hg的污染程度最高，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和防治。

（4）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，研究區(qū)4個(gè)方向的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）順序?yàn)闁|南>東北>西南>西北，平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為 176.122，屬于“強(qiáng)烈生態(tài)危害”程度，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染預(yù)防和治理。

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Pollution and Potential Ecological Risk of Soil Heavy Metals Around the Coalfield of East Junggar Basin

LIU Fang1,2, TASHPOLAT Tiyip1*, ILYAS Nurmamat1, GAO Yuxiao1, ABDUHENI1, XIA Nan1, YANG Chun1
1. College of Resources and Environment Science; Ministry of Education Key Laboratory of Oasis Ecology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China 2. Department of Landscaping and Gardens, Xinjiang Applicational Vocational and Technical College, Kuitun 833200, China

Soil samples were collected around the opencast coalfield of Junggar, six types of heavy metal content of each sample such as, Zn, Cu, Cr, Pb, Hg, As was measured, a multivariate statistical analysis, geo-accumulation (Igeo) index and ecological risk index (RI) was adopted in order to evaluate the pollution characteristics, pollution degree and potential ecological risks of the heavy metals in 4 different directions (northwest, northeast, southwest and southeast), aiming to provide supplement and perfection for regional Heavy Metal pollution of soil and offer a reference for ecological environment restoration of mining areas.The results indicated that the average contents of these six selected heavy metals of soil samples were all less than the Environmental Quality Standards of China (GB15618─1995), however the contents of Cr, Hg and As were 1.729, 3.706 and 2.844 times of soil element background values of Xinjiang. The sources of these heavy metals could be divided into three categories, the third component matrix of Pb was 0.945, might be originated from geological background. The second component matrix of Cd and Hg were 0.729 and 0.885 respectively, might be come from anthropogenic pollution. The first component matrix of Zn, Cu and As were 0.867, 0.892, 0.477, the source might be from a composite of human activities and natural background. The average content of Zn, Cu and Pb in each direction were less than zero, belongs to a degree of no pollution. The average value of Cr was 0.208, which is a “slightly-moderate”pollution. Hg values in three directions (northeast, southwest and southeast) were the above one, only in the northwest direction was 0.442, with an average value of 1.116, which indicates “moderate pollution” level. The value of As in the northeast direction was 1.103, in the other three directions was greater than 0 and less than 1, with average value of 0.919, which suggested“slightly-moderate” pollution. The order of potential ecological risk index (RI) of the four directions was SE > NE> SW > NW, the average ecological risk index was 176.122, which indicated a extent of “strong ecological hazard” .Studies showed that: potential ecological risk of heavy metals in the study area was relatively high, hence it is vital that one should strengthen the prevention and control measures of pollution; the study area has been contaminated by the heavy metals including, Cr, Hg, and As, among them the pollution degree of Hg was the highest, therefore we should focus our attention on prevention and treatment of it.

soil; heavy metal pollution; potential ecological risk; coalfield of East Junggar

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.08.020

X53

A

1674-5906（2015）08-1388-06

劉芳，塔西甫拉提·特依拜，依力亞斯江·努爾麥麥提，高宇瀟，阿不都艾尼，夏楠，楊春. 準(zhǔn)東露天煤田周邊土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(8): 1388-1393.

LIU Fang, TASHPOLAT Tiyip, ILYAS Nurmamat, GAO Yuxiao, ABDUHENI, XIA Nan, YANG Chun. Pollution and Potential Ecological Risk of Soil Heavy Metals Around the Coalfield of East Junggar Basin [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(8): 1388-1393.

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAC15B01）；教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（IRT1180）

劉芳（1982年生），女，講師，工程師，博士研究生，主要從事生態(tài)規(guī)劃與管理研究。E-mail: liufang821210@163.com *通信作者：塔西甫拉提·特依拜（1958年生），男（維吾爾族），教授。E-mail: tash@xju.edu.cn

2015-05-25