多金屬礦區(qū)土壤重金屬垂向污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

曾珍英

（江西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江西 南昌 330029）

在多金屬礦區(qū)中，隨著土壤中重金屬不斷遷移，很可能對(duì)地下水產(chǎn)生較大污染。對(duì)此，應(yīng)充分了解重金屬在剖面上的遷移特點(diǎn)，綜合分析多元素協(xié)同作用下，對(duì)重金屬污染敏感性產(chǎn)生的影響，從而有針對(duì)性的采取預(yù)防措施，這對(duì)解決生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域

本文以A市為調(diào)查地，該地為多金屬礦區(qū)，平均氣溫在17.1℃～18.0℃之間，年降雨量在1532.7mm～2470.1mm之間，3月～9月為多雨季節(jié)。該地礦產(chǎn)資源豐富，以鐵、銅、鋅、鎢、石灰石等為主，由于早期開(kāi)發(fā)中忽視重金屬污染問(wèn)題，導(dǎo)致尾礦庫(kù)存在嚴(yán)重的重金屬污染，在尾礦庫(kù)中設(shè)置剖面，深度為100cm，共分為三層，上層為0cm～30cm，中層為30cm～60cm，下層為60cm～100cm，分別開(kāi)展采樣分析。

1.2 樣品分析

將土壤樣品自然風(fēng)干處理后，過(guò)40目篩，部分進(jìn)行理化性質(zhì)分析，另一部分用于元素含量與形態(tài)分析，根據(jù)水土25：1的比例對(duì)土壤樣品的PH值進(jìn)行測(cè)定。在重金屬分析方面，利用原子吸收分光光度計(jì)，對(duì)消解液中的重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，并精確的選取2mm尼龍篩，將風(fēng)干處理后的土壤取1.0g，放入100ml的離心管中，利用Tessier連續(xù)提取法進(jìn)行金屬形態(tài)分析，將獲取清液中多種形態(tài)鉛、鋅含量利用光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定[1]。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本文按照生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法檢測(cè)土壤污染情況，并對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。此種方式可將多種元素結(jié)合起來(lái)，對(duì)毒性水平、元素協(xié)同、污染濃度、環(huán)境等多因素敏感性進(jìn)行綜合分析，充分適用于大面積的土壤評(píng)價(jià)中，計(jì)算公式為：

在本次調(diào)查研究中，為了便于結(jié)果對(duì)比，可引入土壤最高背景值，對(duì)潛在的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分，分為單項(xiàng)潛在風(fēng)險(xiǎn)與綜合風(fēng)險(xiǎn)，在前者的評(píng)估中，以E來(lái)表示，當(dāng)E的數(shù)值不超過(guò)40時(shí)，為輕微風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)E處于40～80之間時(shí)，為中等風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)E處于80～160時(shí)，為較強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)E處于160～320之間時(shí)，為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)E超過(guò)320時(shí)，為極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)；在后者評(píng)估中，以RI來(lái)表示，當(dāng)RI的數(shù)值不超過(guò)150時(shí)，為輕微風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)RI處于150～300之間時(shí)，為中等風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)RI處于300～600時(shí)，為強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)RI處于600～1200之間時(shí)，為很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)RI超過(guò)1200時(shí)，為極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬污染情況

針對(duì)調(diào)查地土壤中的三層土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分析，選取土壤中的Cu、Pb、Zn與Ni總量進(jìn)行測(cè)定，主要測(cè)量不同金屬的有機(jī)質(zhì)、PH值與凈產(chǎn)酸量，結(jié)果如下。在土壤理化性質(zhì)方面，上層土壤中，PH值為4.26，有機(jī)質(zhì)為3.1%，凈產(chǎn)酸量為40.70mg/kg；中層土壤中，PH值為4.39，有機(jī)質(zhì)為1.4%，凈產(chǎn)酸量為36.24mg/kg；下層土壤中，PH值為4.68，有機(jī)質(zhì)為1.1%，凈產(chǎn)酸量為31.15mg/kg。在重金屬污染評(píng)價(jià)方面，上層土壤中，Cu污染指數(shù)為3.97，Pb污染指數(shù)為4.14，Zn污染指數(shù)為4.19，Ni污染指數(shù)為3.89；中層土壤中，Cu污染指數(shù)為3.22，Pb污染指數(shù)為3.25，Zn污染指數(shù)為3.41，Ni污染指數(shù)為3.84；在下層土壤中，Cu污染指數(shù)為2.38，Pb污染指數(shù)為2.99，Zn污染指數(shù)為3.07，Ni污染指數(shù)為2.81。

在上述重金屬中，不同層次的鉛與鋅已經(jīng)達(dá)到重度污染，在上中層土壤中，銅和鎳的污染度已經(jīng)為重度污染，在下層土壤中，銅與鎳均為重度污染，在不同層次中，鋅均達(dá)到中度污染等級(jí)。在整個(gè)調(diào)查范圍內(nèi)，重金屬的土壤污染情況十分顯著，污染深度較大，上層與中層均達(dá)到重度污染，下層的污染也逐漸接近中度污染等級(jí)。從重金屬含量可知，在尾礦區(qū)中不同深度土壤中金屬含量也不盡相同，以鉛、鋅、銅為例，土壤含量由上至下為遞減趨勢(shì)，上層與中層的土壤含量相似，與下層相比較多；鎳含量方面中層超過(guò)上層和下層。

2.2 垂向分布特點(diǎn)

在本文調(diào)查采樣的區(qū)域中，各層次土壤污染程度不盡相同，在100cm以上的范圍內(nèi)，對(duì)土壤污染產(chǎn)生較大影響是重金屬以鉛、鋅為主，要想對(duì)污染特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，需要對(duì)該地土壤中的鉛和鋅在形態(tài)方面進(jìn)行分析，在三層土壤中，鉛的主要形態(tài)與分配系數(shù)為可交換態(tài)（2.64%～3.34%）、碳酸鹽態(tài)（10.09%～19.25%）、有機(jī)態(tài)（24.19%～30.35%）、殘?jiān)鼞B(tài)（41.45%～51.02%）；鋅的主要形態(tài)與分配系數(shù)為可交換態(tài)（3.35%～4.04%）、碳酸鹽態(tài)（11.45%～16.12%）、鐵錳氧化態(tài)（15.26%～26.34%）、有機(jī)態(tài)（5.26%～9.65%）、殘?jiān)鼞B(tài)（52.02%～62.25%）。

由此可見(jiàn)，在土壤中鉛與鋅大多以殘?jiān)鼞B(tài)存在，其次為鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽態(tài)，含量最低為有機(jī)態(tài)。在各個(gè)形態(tài)的豎向分布方面，土壤中可交換態(tài)鉛含量順序由高至低依次為上層、中層、下層，且中下層的含量比例相近；碳酸鹽態(tài)鉛含量由高至低依次為上層、中層、下層，且下降幅度較大，下層含量?jī)H為上層的37.56%；鐵錳氧化態(tài)含量從高至低為上層、下層、中層，且下層含量與中層相近；有機(jī)態(tài)含量為上、中、下，三者的遞減趨勢(shì)較為明顯，與碳酸鹽態(tài)相近，尤其是上層與中層的變化更加顯著，究其原因，可能與土層深度相關(guān)；在殘?jiān)鼞B(tài)方面，三層的含量變化不夠明顯，但仍具有由上至下遞減的特點(diǎn)[3]。

在鋅含量方面，三層的可交換態(tài)含量幾乎相同，沒(méi)有明顯的差別。在碳酸鹽態(tài)含量中，上層與中層相近，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)下層的含量；在鐵錳氧化態(tài)方面，上層遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中下兩層，且下層含量要高于中層；在有機(jī)態(tài)方面，三層呈現(xiàn)出依次遞減的態(tài)勢(shì)，且上層與中層的下降趨勢(shì)十分顯著；在殘?jiān)鼞B(tài)方面，三層的含量相差較小，同樣具有從上至下遞減的特征。

2.3 污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

對(duì)于多種重金屬與深度來(lái)說(shuō)，在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)方面也不盡相同。在本文研究的尾礦區(qū)中，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在3.07～77.1范圍內(nèi)，綜合潛在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上層最高、下層最低，上中兩層的土壤為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，下層風(fēng)險(xiǎn)近似中等程度，其中上層綜合風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值為188.29，中層為181.26，下層為134.42。在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)方面，上層土壤中，Cu的指數(shù)為59.55，Pb的指數(shù)為20.70，Zn的指數(shù)為4.19，Ni的指數(shù)為19.45；在中層土壤中，Cu的指數(shù)為48.30，Pb的指數(shù)為16.25，Zn的指數(shù)為3.41，Ni的指數(shù)為19.20；在下層土壤中，Cu的指數(shù)為35.65，Pb的指數(shù)為14.95，Zn的指數(shù)為3.07，Ni的指數(shù)為14.05。對(duì)于上層土壤來(lái)說(shuō)，在重金屬修復(fù)方面應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注Cu與Pb的影響力。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在多金屬礦區(qū)中土壤中重金屬不斷遷移，很可能對(duì)地下水產(chǎn)生污染。通過(guò)本文研究可知，該地重金屬對(duì)土壤產(chǎn)生較大污染，上層與中層均達(dá)到重度污染狀態(tài)，下層為中度污染；在鉛與鋅形態(tài)方面，以殘?jiān)鼞B(tài)為主，且與土壤深度為正比關(guān)系，有機(jī)態(tài)比例與土壤深度為反比關(guān)系，其余無(wú)明顯規(guī)律；在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為3.07～77.1之間，應(yīng)注重Cu與Pb對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響力，并做好針對(duì)性重金屬防治工作。