黔西煤礦區(qū)周邊土壤重金屬形態(tài)特征、污染評價(jià)及富集植物篩選

吳先亮, 黃先飛, 全文選, 胡繼偉, 秦樊鑫, 唐鳳華

(貴州師范大學(xué) 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴州 貴陽 550001)

中國煤礦資源豐富，煤礦開采帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但采礦作業(yè)時(shí)對生態(tài)環(huán)境造成的危害引起了眾多學(xué)者的注意[1-2]。土壤重金屬污染是生態(tài)環(huán)境面臨的最嚴(yán)重的威脅之一，其具有毒性大、潛伏周期長，且沿食物鏈富集等特點(diǎn)[3]。

百里杜鵑國家森林公園景區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，煤質(zhì)佳，為無煙煤主產(chǎn)區(qū)。長期的煤礦開采給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成影響，其中重金屬污染在當(dāng)?shù)匾殉蔀橐粋€(gè)日益嚴(yán)峻的問題。國內(nèi)外對于土壤中重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法主要有單因子指數(shù)法、地累積指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等[4]。有學(xué)者針對當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴具M(jìn)行了評價(jià)。僮祥英等[5]采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法對百里杜鵑煤礦區(qū)周邊重金屬污染情況進(jìn)行了評價(jià)。乙引等[6]采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對百里杜鵑國家森林公園內(nèi)土壤重金屬評價(jià)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)將重點(diǎn)放于重金屬對環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)方面，考慮了不同重金屬具有不同的生物毒性，比較客觀的評價(jià)了重金屬對環(huán)境的影響，但有研究認(rèn)為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法僅能體現(xiàn)污染的程度而難反映污染的質(zhì)變特征[7]。此外，模糊評價(jià)法是一種研究和處理模糊現(xiàn)象的新型數(shù)學(xué)方法，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)評價(jià)方法模糊性和漸變性的不足。陳優(yōu)良等[8]研究表明模糊評價(jià)法引入聚類權(quán)法以確定重金屬的權(quán)重值，可以克服傳統(tǒng)方法的不足，可以更加有效評價(jià)重金屬復(fù)合污染特征。目前，關(guān)于百里杜鵑景區(qū)礦區(qū)周邊重金屬分布特征的研究較少，且均以總量分析，未發(fā)現(xiàn)有關(guān)形態(tài)分析。重金屬總量分析可得知土壤受污染的狀況，卻未能真實(shí)反映其潛在生態(tài)危害性。重金屬形態(tài)一般采用單獨(dú)提取法、BCR四步連續(xù)提取法及Tessier五步連續(xù)提取法等，其中Tessier法已廣泛用于土壤樣品重金屬形態(tài)分析。

國內(nèi)外皆有諸多關(guān)于土壤中重金屬污染修復(fù)的研究報(bào)道，如化學(xué)改良劑修復(fù)、有機(jī)質(zhì)改良、表面活性劑修復(fù)及植物修復(fù)技術(shù)等，其中植物修復(fù)是更符合環(huán)境保護(hù)要求且具有很好前景的一項(xiàng)技術(shù)[9]。國內(nèi)植物修復(fù)對重金屬污染篩選主要有野外采樣分析法和盆栽模擬法，其中野外采樣分析法簡便快捷，是國內(nèi)植物對重金屬污染修復(fù)篩選應(yīng)用較常用的方法[10]。但目前未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)對黔西煤礦區(qū)重金屬富集植物篩選的報(bào)道。因此，本研究擬通過對黔西煤礦區(qū)與非煤礦區(qū)土壤重金屬的對比分析，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、模糊數(shù)學(xué)法評價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)編碼法(RAC)對煤礦區(qū)與非煤礦區(qū)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行調(diào)查，并對黔西煤礦區(qū)重金屬富集植物進(jìn)行篩選，以期為當(dāng)?shù)氐闹亟饘傥廴痉乐翁峁┛茖W(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處貴州西北部黔西、大方兩縣交界處，地跨北緯27°10′—27°20′，東經(jīng)105°50′—106°5′，海拔為1 000～2 000 m。地貌為高原中山丘陵，屬中亞熱帶溫暖濕潤地勢較高，由于地勢較高，其氣候表現(xiàn)亞熱帶高原溫涼氣候，雨量充沛，濕度較大，多霧，常年氣候溫和，地表有國家原始森林自然保護(hù)區(qū)的百里杜鵑及方家坪畜牧大草場，地下埋藏著豐富的優(yōu)質(zhì)無煙煤及鐵礦。

1.2 樣品采集與處理

2016年11月在研究區(qū)采集表層(0—20 cm)土壤樣品8個(gè)(1—8號)，采用GPS進(jìn)行采樣點(diǎn)定位。每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置1.0 m×1.0 m的正方形采樣區(qū)，梅花法采集1 kg表層(0—20 cm)土壤，土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后經(jīng)風(fēng)干，剔除石塊、植物根莖等雜質(zhì)。研磨、過篩(200目)，保存?zhèn)溆?，樣點(diǎn)采集信息見表1。植物樣品采集后置于干燥箱干燥48 h，保存至自封袋備用。

表1 研究區(qū)樣點(diǎn)采集信息

1.3 樣品分析

1.3.1 土壤理化指標(biāo)測定 土壤pH值采用水位浸提電位法測定，水土比5∶1；土壤中有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀—油浴加熱法；土壤全氮采用凱氏定氮法測定；土壤全磷采用HClO4-H2SO4-鉬銻抗比色法；速效磷采用雙酸浸提(HCl-H2SO4)，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法；水解氮采用堿性擴(kuò)散法。土壤營養(yǎng)劃分采用全國第二次土壤普查分級標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 重金屬總量及形態(tài)測定 土壤中Hg和As采用王水消解。土壤Cd，Pb，Mn，Zn，Cr采用三酸(HNO3-HF-HClO4)消解。植物中Hg和As采用高壓密閉消解，消解體系為硝酸—雙氧水消解(3∶1)，置夜。植物中Cd，Pb，Mn，Zn，Cr采用濕式消解。采用ZEEnit700 P型石墨爐原子吸收光譜儀(德國耶拿分析儀器股份公司)測定Cd和Pb的含量。AFS-933型非色散原子熒光光譜儀(北京吉天儀器有限公司)測定Hg和As的含量。利用改進(jìn)Tessier五步連續(xù)提取法分析土壤重金屬形態(tài)[11]，稱取1 g。重金屬形態(tài)含量及其余重金屬總量測定均采用5 300 V型電感耦合等離子體—原子發(fā)射光譜儀(美國Perkin Elmer公司)。

1.3.3 質(zhì)量控制 在試樣的處理及測試過程中可能帶入污染，為保證方法的精密度，測定時(shí)均做空白對照，并進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)。分析過程中所用器皿均在5%(v/v)的硝酸溶液中浸泡48 h以上。

2 評價(jià)方法

2.1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法反映特定環(huán)境中每種污染物產(chǎn)生的影響，也反映了多種污染物之間的綜合影響。其計(jì)算公式如下：

fi=Ci/Ce

(1)

(2)

(3)

表和IR的分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2 模糊數(shù)學(xué)法

首先確定函數(shù)隸屬度，建立關(guān)系模糊矩陣。確定評價(jià)因子的集合(F)，F(xiàn)={As，Cd，Hg，Pb，Mn，Zn，Cr}；令評價(jià)指標(biāo)集合v={一級、二級、三級}；由隸屬度函數(shù)算出各評價(jià)指標(biāo)對各級別土壤重金屬污染狀況的隸屬度，得出的模糊矩陣為3×7，該矩陣即關(guān)系模糊矩陣。評價(jià)方法計(jì)算公式及算法均采用范明毅等[13]人研究。本研究標(biāo)準(zhǔn)值采用GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評估編碼法

風(fēng)險(xiǎn)評估編碼法(RAC)是基于土壤中重金屬的不同存在形態(tài)對其有不同的結(jié)合力而提出的，該方法有效部分是指可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)之和，重金屬在土壤中的有效性通過計(jì)算其占總量比高低來評價(jià)，該部分重金屬形態(tài)的有效性越高，對環(huán)境造成潛在的風(fēng)險(xiǎn)越大[14-15]。風(fēng)險(xiǎn)評估編碼法與重金屬賦存形態(tài)聯(lián)系密切，是比較適用于重金屬風(fēng)險(xiǎn)評估手段之一。風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)評估編碼法的等級標(biāo)準(zhǔn)

2.4 富集系數(shù)法

生物富集系數(shù)(BCF)是指植物某個(gè)部位重金屬濃度與其所在土壤中重金屬含量之比，在一定程度上反映了土壤重金屬向植物體內(nèi)遷移的難易程度[16]。公式為：

BCF=C植物體/C土壤

(4)

式中：C植物體——指植物某個(gè)部位重金屬濃度(mg/kg)；C土壤——指對應(yīng)土壤重金屬濃度(mg/kg)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤重金屬元素含量特征

煤礦區(qū)土壤偏酸性，pH值為5.28～7.69，平均值為6.43。有機(jī)質(zhì)含量在14.20～65.19 g/kg之間，平均值為42.19 g/kg。根據(jù)全國第二次土壤普查分級標(biāo)準(zhǔn)分級，有機(jī)質(zhì)含量處于一級水平。非煤礦區(qū)也為酸性土壤，pH值在3.91～4.60，均值為4.22。有機(jī)質(zhì)含量處于一級水平。重金屬背景值采用GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合圖1及表4所示，煤礦區(qū)Hg，Cd，As，Zn，Cr及Ni平均值含量分別是背景值的2.47，3.65，2.00，1.23，1.74，1.69倍，Pb在背景值范圍之內(nèi)。其中Cd超標(biāo)最嚴(yán)重，其最大超背景值數(shù)為4.55倍，其次為Hg及As。非煤礦區(qū)以As超標(biāo)最大，其均值含量是背景值的3.12，其次是Hg和Cd，其余重金屬均在背景值范圍內(nèi)。

圖1 黔西煤礦區(qū)及非煤礦區(qū)7種重金屬含量與背景值比較表4 黔西煤礦區(qū)及非煤礦區(qū)土壤理化指標(biāo)

研究分區(qū)指 標(biāo) 最小值最大值平均值中值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)/%土壤營養(yǎng)等級pH值5.287.696.436.3751.117.11全磷/(g·kg-1)0.450.870.572 50.4850.234.93三級速效磷/(mg·kg-1)0.112.100.620.1350.99159.68六級煤礦區(qū) 速效鉀/(mg·kg-1)29.1156.6943.80544.7112.1227.67五級全鉀/(g·kg-1)9.831.2820.087 519.6359.145.30三級水解氮/(mg·kg-1)6.9824.4912.587 59.448.2665.62六級有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)14.2065.1942.192 544.6922.0852.33一級pH值3.914.604.224.1850.296.87全磷/(g·kg-1)0.581.260.860.80.3237.21二級速效磷/(mg·kg-1)0.391.550.790.610.5265.82六級非煤礦區(qū)速效鉀/(mg·kg-1)38.4152.3146.50547.655.9312.75四級全鉀/(g·kg-1)2.437.774.934.762.8658.01六級水解氮/(mg·kg-1)42.9662.8852.4151.98.5216.26五級有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)152.83227.98202.705215.0135.217.37一級

結(jié)合表4及國第二次土壤普查分級標(biāo)準(zhǔn)可見，煤礦區(qū)全磷含量處于很高水平，而非煤礦區(qū)全磷則處于中下水平。煤礦區(qū)與非煤礦區(qū)有效磷含量均處于很低水平。對速效鉀而言，其含量在煤礦區(qū)與非煤礦區(qū)均處于低水平。煤礦區(qū)全鉀含量處于很低水平，非煤礦區(qū)則處于高水平。水解氮在煤礦區(qū)與非煤礦區(qū)含量分別處于低水平和很低水平。

3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果

由表5可見，非煤礦區(qū)As污染總體較煤礦區(qū)高，而Cd污染則是煤礦區(qū)較非煤礦區(qū)高。煤礦區(qū)Hg污染總體較非煤礦區(qū)高。

對Pb而言，非煤礦區(qū)和礦區(qū)污染指數(shù)Ei均值相差不大，但非煤礦區(qū)各采樣點(diǎn)Pb污染較煤礦區(qū)離散程度較大。Zn，Cr及Ni污染在煤礦區(qū)較非煤礦區(qū)嚴(yán)重。

在非煤礦區(qū)，從7種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)的均值來看，其潛在生態(tài)危害趨勢為：Hg>Cd>As>Pb>Ni>Cr>Zn。而煤礦區(qū)潛在生態(tài)危害趨勢為：Cd>Hg>As>Ni>Cr>Pb>Zn。

結(jié)合表2及表5，從均值來看，煤礦區(qū)多種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)(IR)污染級別為中等生態(tài)危害，而非煤礦區(qū)則為輕微生態(tài)危害。

表5 黔西煤礦區(qū)及非煤礦區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

3.3 模糊數(shù)學(xué)法評價(jià)結(jié)果

每個(gè)土樣選取7個(gè)參評因子，分別為As，Cd，Hg，Pb，Zn，Cr與Ni。求算出各個(gè)參評因子相應(yīng)隸屬度的數(shù)值，列出關(guān)系模糊矩陣；按照權(quán)重模糊公式計(jì)算，列出對應(yīng)關(guān)系模糊矩陣。由最大隸屬度可判斷出區(qū)域土壤重金屬的質(zhì)量級別。以1號土樣為例計(jì)算出關(guān)系模糊矩陣，矩陣如下：

(5)

由上述1號樣關(guān)系矩陣可見，As，Pb和Zn隸屬度為一級，污染最輕，其余重金屬可通過比較級別的隸屬度大小確定重金屬污染等級。按照上述方法計(jì)算出其余土樣關(guān)系模糊矩陣，再求出每個(gè)參評因子的權(quán)重，列出權(quán)重模糊矩陣。各土樣重金屬權(quán)重見圖2。由圖2可見，非煤礦區(qū)(1，2，3及4號)中As，Cd

及Hg這3種重金屬權(quán)重比例均較大，反映該種重金屬污染為較嚴(yán)重。而煤礦區(qū)(5，6，7及8號)則是As，Cd，Hg及Cr污染較為嚴(yán)重。

圖2 研究區(qū)各土樣重金屬權(quán)重

評價(jià)方法采用單因素決定模型和加權(quán)平均模型綜合評價(jià)，根據(jù)范明毅等[13]的計(jì)算公式及算法，并結(jié)合前面計(jì)算出的結(jié)果，求出評價(jià)分值。評價(jià)分值可直觀地判斷出環(huán)境質(zhì)量污染程度，增加了可比性。模糊數(shù)學(xué)法評價(jià)結(jié)果見表6。

表6 研究區(qū)基于模糊數(shù)學(xué)的兩種模型評價(jià)效果

由表6可見，兩種評價(jià)方法的最高分均是3號樣。單因素決定模型評價(jià)顯示，污染程度為:2號>4號>5號>6號>8號>1號>7號>3號，總體而言，非煤礦區(qū)污染大于煤礦區(qū)。由加權(quán)平均模型評價(jià)分值來看，污染程度為:8號>2號>6號>5號>4號>1號>7號>3號，可認(rèn)為煤礦區(qū)污染大于非煤礦區(qū)。兩種結(jié)果都表明3號土樣污染程度最清潔，在單因素決定模型中其污染的二級貢獻(xiàn)率為0.55，加權(quán)平均模型則為0.35，兩種評價(jià)結(jié)果一樣，但等級并不一樣。此外，4號和5號土樣，兩種評價(jià)方法結(jié)果的等級也不一樣。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)編碼評價(jià)結(jié)果

土壤中重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如圖3所示，煤礦區(qū)Cd，Cr，Cu，Mn，Ni，Pb，Zn潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為69.17%，7.97%，8.24%，40.10%，45.29%，53.70%及29.90%，非煤礦區(qū)Cd，Cr，Cu，Mn，Ni，Pb，Zn潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為16.40%，7.51%，1.71%，3.46%，33.96%，49.73%及7.40%。煤礦區(qū)中Cd潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)編碼評價(jià)，其處于極高風(fēng)險(xiǎn)，其次Pb也處于極高風(fēng)險(xiǎn)，Ni則處于高風(fēng)險(xiǎn)。非煤礦區(qū)中Pb潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，處于高風(fēng)險(xiǎn)，Ni和Cd分別為高風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 研究區(qū)土壤中重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

3.5 富集系數(shù)法評價(jià)結(jié)果

富集系數(shù)可體現(xiàn)出植物體內(nèi)富集重金屬的情況，某些富集重金屬系數(shù)較高的植物可用于礦區(qū)重金屬污染修復(fù)。富集系數(shù)大于1，表示植物僅僅可以保留，但不能富集重金屬，屬于規(guī)避型植物；富集系數(shù)大于1，表示植物可以富集重金屬，可視為富集型植物[17]。富集系數(shù)越大，則表示富集能力越強(qiáng)。由表7可見，對As而言，僅有蜈蚣草富集系數(shù)大于且遠(yuǎn)大于1。火棘、構(gòu)樹、鹽膚木、馬桑及金絲梅等煤礦區(qū)植物對Cd富集系數(shù)大于1，表示可對Cd進(jìn)行富集。白蒿及馬桑對Pb富集系數(shù)大于1，表明該種植物對Pb有富集能力。此外，均未發(fā)現(xiàn)煤礦區(qū)周邊植物有對Hg，Zn，Cr及Ni富集。

4 討論與結(jié)論

(1) 測定結(jié)果與GB 15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)相比較，煤礦區(qū)土壤已遭受重金屬污染且污染程度高于非煤礦區(qū)。煤礦區(qū)除Pb外，6種重金屬平均含量均超過背景值。非煤礦區(qū)遭受輕微程度Hg，Cd，As污染，非煤礦區(qū)重金屬污染可能是由于旅游活動(dòng)、燃煤及大氣沉降等人為因素，而煤礦區(qū)污染源可能主要來自采礦活動(dòng)向周邊排放的酸性礦山廢水及堆積的廢棄煤矸石。

土壤有機(jī)質(zhì)可影響土壤的物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)，可促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，有利于植物對土壤的養(yǎng)分吸收。煤礦區(qū)土樣有機(jī)質(zhì)含量較低，可能是由于上述樣點(diǎn)距離礦區(qū)較近，土壤所含有的重金屬與有機(jī)質(zhì)發(fā)生絡(luò)合與螯合作用，降低該區(qū)域的有機(jī)質(zhì)含量，而非煤礦區(qū)距離礦區(qū)較遠(yuǎn)的土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量則處于很高級別，表明有機(jī)質(zhì)分布與其地理位置有關(guān)。土壤酸堿度對土壤肥力及植物生長影響極大，煤礦區(qū)周邊土壤酸度較高可能是由于采礦活動(dòng)產(chǎn)生的大量酸性礦山廢水向礦區(qū)周邊排放，從而導(dǎo)致土壤pH值較低。

表7 黔西煤礦區(qū)周邊植物富集重金屬情況

注：“ND*”表示未檢出； BCF為富集系數(shù)。

非煤礦區(qū)也為酸性土壤，這是由于以上樣點(diǎn)處于杜鵑林，杜鵑林土壤一般呈酸性[6]。煤礦區(qū)全磷含量較為豐富，而非煤礦區(qū)全磷則處于中下水平，但王麗[18]的研究表明礦區(qū)全磷含量較低，產(chǎn)生的差異可能與人為活動(dòng)及地理位置有關(guān)。兩區(qū)域速效磷含量則處于很低水平，有研究認(rèn)為[19]速效磷含量與有機(jī)質(zhì)含量存在不顯著的負(fù)相關(guān)，且pH值越大，速效磷可能會越大，因而可能是由于有機(jī)質(zhì)含量較高與pH值較低造成該區(qū)域有效磷含量過低。杜鵑林(非煤礦區(qū))全鉀含量均高于非杜鵑林(煤礦區(qū))并處于高水平，這與乙引等[6]人研究結(jié)果相符。土壤中水解氮的含量可反映土壤供氮水平，兩區(qū)域水解氮含量均處于中下及以下水平，初步認(rèn)為研究區(qū)域土壤供氮能力較弱。綜上所述，初步認(rèn)為煤礦區(qū)土壤可能存在缺磷、缺鉀及缺氮問題，而非煤礦區(qū)土壤可能存在供磷、供氮不足。

(2) 潛在生態(tài)危害評價(jià)結(jié)果顯示，Cd，As及Hg均為非煤礦區(qū)及煤礦區(qū)較為嚴(yán)重的3種重金屬。由模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法計(jì)算出的權(quán)重值可得出，非煤礦區(qū)的Cd，As及Hg較為嚴(yán)重，而煤礦區(qū)則是Cd，As，Hg及Cr。兩者在非煤礦區(qū)評價(jià)結(jié)果一致，在煤礦區(qū)評價(jià)結(jié)果基本一致。此外，兩者對煤礦區(qū)重金屬評價(jià)，煤礦區(qū)存在重金屬污染并以Cd，As，Hg較為嚴(yán)重，其結(jié)果與僮祥英等人[5]研究結(jié)果相符。基于模糊數(shù)學(xué)法兩種評價(jià)方法的結(jié)果存在差異，其隸屬度也不完全一致。這是由于單因素評價(jià)模型只考慮最突出因素，弱化了其它因素，其出發(fā)點(diǎn)是期望體現(xiàn)單因素否決情況；加權(quán)平均模型在考慮最突出因素時(shí)，同時(shí)綜合考慮了其它參評因素，再加上重金屬權(quán)重對所有參評因素兼顧，加權(quán)平均模型更能體現(xiàn)各個(gè)參評因子對土壤環(huán)境質(zhì)量影響的情況[13]。潛在生態(tài)危害評價(jià)法及模糊數(shù)學(xué)法加權(quán)平均模型結(jié)果均顯示，煤礦區(qū)存在重金屬污染且污染程度顯著高于非煤礦區(qū)。而模糊數(shù)學(xué)法單因素決定模型評價(jià)結(jié)果表明非煤礦區(qū)重金屬污染程度高于煤礦區(qū)，與前人研究、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及加權(quán)平均模型結(jié)果不符。

總之，煤礦區(qū)存在重金屬污染，以Cd，As，Hg較為嚴(yán)重，且采用模糊數(shù)學(xué)法加權(quán)平均模型評價(jià)較單因素模型更為科學(xué)。

(3) 煤礦區(qū)以Cd及Pb潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，其偏高的原因可能來自采礦活動(dòng)向周邊土壤大量排放的酸性礦山廢水及堆積煤矸石，而Pb污染源還可能來自運(yùn)輸煤的車輛。此外，其余煤礦區(qū)重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也較高，如Mn與Zn污染需要重視。非煤礦區(qū)以Pb及Ni潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，其中Pb污染源可能由于旅游活動(dòng)、汽車尾氣等人為因素造成。上述方法與風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)評估編碼法結(jié)果存在較大差異，這可能是由于前者同時(shí)考慮了重金屬的總量及其毒性，具有主觀的加權(quán)性；后者通過重金屬形態(tài)來評價(jià)其生物有效性，未綜合考慮重金屬絕對含量，若其總量很低，則即使風(fēng)險(xiǎn)等級較高，同樣難以危害環(huán)境。故應(yīng)兼顧重金屬總量和形態(tài)兩方面來對土壤中重金屬進(jìn)行評價(jià)，既可關(guān)注重金屬總量很低但生物可利用性很高，又可兼顧重金屬總量高而生物可利用性很低造成嚴(yán)重污染的情況[20]。

煤礦區(qū)周邊土壤對環(huán)境構(gòu)成的潛在風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)椋篊d>Pb>Ni>Mn>Zn>Cu>Cr，而非煤礦區(qū)順序?yàn)椋篜b>Ni>Cd>Cr>Zn>Mn>Cu。由于Cd是活性較強(qiáng)、易釋放的重金屬元素，容易帶來二次污染，且易通過食物鏈富集傳遞危害體健康，Cd污染需得到相關(guān)部門重視。

(4) 一般認(rèn)為重金屬超富集植物需同時(shí)滿足一下3個(gè)條件，即該植物地上部重金屬含量是同一介質(zhì)中非超富集植物地上部重金屬含量100倍以上；地上部重金屬含量大于根部；植物生長未受明顯影響。此外，理想的超富集植物還有具有生長期短、適應(yīng)能力強(qiáng)、能夠富集2種或多種重金屬等特點(diǎn)。對As而言，僅有蜈蚣草富集系數(shù)大于且遠(yuǎn)大于1，這是由于蜈蚣草為As的超富集植物，其具有較強(qiáng)耐砷及富集砷的能力，并兼具生長速度快，生物量大，適應(yīng)性比較強(qiáng)，分布廣等特點(diǎn)[21]?；鸺?gòu)樹、鹽膚木、馬桑、鳳尾蕨及金絲梅等可對Cd進(jìn)行富集。其中葛緒廣等[22]人研究認(rèn)為鳳尾蕨可對Cd進(jìn)行富集，鄒春萍等[23]人的研究也證實(shí)了鳳尾蕨對Cd具有富集能力，而鳳尾蕨具有較耐寒特點(diǎn)，并廣泛分布于中國各省地，所以可將其作為潛在富集Cd植物。此外，柏方敏[24]的研究認(rèn)為青岡對Cd具有富集能力，本研究未發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，且其對氣候條件反應(yīng)敏感，并喜生于微堿性、中性及酸性土壤的石灰?guī)r土壤上，限制了其在修復(fù)Cd污染的應(yīng)用。馬桑及白蒿對Pb有富集作用，僅發(fā)現(xiàn)有蘇煥珍等[25]對馬桑富集Pb的相關(guān)研究，且認(rèn)為馬?？蓪b進(jìn)行富集，馬桑具有很強(qiáng)的適應(yīng)，對土壤條件的要求較低，可生長在干旱的丘陵和瘠薄的山地，廣泛分布于云南、貴州、四川、湖北、陜西、甘肅、西藏等省份，因此馬?？勺鳛镻b污染治理的潛在植物。其余植物均未見報(bào)道，其富集情況仍需進(jìn)一步研究。

本研究雖僅發(fā)現(xiàn)蜈蚣草為超富集植物(已被報(bào)道)，但對當(dāng)?shù)孛旱V區(qū)周邊土壤重金屬修復(fù)應(yīng)以本地植物為主。因此，對當(dāng)?shù)囟?，蜈蚣草可作為煤礦區(qū)周邊As污染的先行植物，鳳尾蕨可作為修復(fù)Cd污染的先行植物，馬?？勺鳛樾迯?fù)Pb污染的先行植物。所調(diào)查的煤礦區(qū)周邊植物均未發(fā)現(xiàn)有對Hg，Zn，Cr及Ni有富集作用的植物。同時(shí)，相關(guān)部門應(yīng)重視其它方式對當(dāng)?shù)孛旱V區(qū)周邊重金屬污染治理，為旅游景區(qū)創(chuàng)建良好生態(tài)環(huán)境。