吉林省白山市江源區(qū)煤礦區(qū)環(huán)境Hg地球化學(xué)分布特征

趙浩任，閆秋實(shí)，黃藝，馬中建，陳昌煒(成都理工大學(xué)，四川 成都 610051)

0 引言

汞是神經(jīng)毒性極強(qiáng)的重金屬污染物，已被我國環(huán)保部、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、世界衛(wèi)生組織、歐盟及美國環(huán)保署等機(jī)構(gòu)列為優(yōu)先控制污染物[1]。環(huán)境中存在的毒性較弱的無機(jī)汞在一定條件下都可以轉(zhuǎn)化成甲基汞[2]。甲基汞在食物鏈中通過生物累積和生物放大作用能夠?qū)θ梭w健康產(chǎn)生很嚴(yán)重的危害。工業(yè)煤礦區(qū)作業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量的化工廢水，廢水中含大量的汞，經(jīng)過地表徑流擴(kuò)散后可能對(duì)當(dāng)?shù)赝寥涝斐蓢?yán)重的汞污染。而土壤汞污染比其他介質(zhì)汞污染更具潛伏性和深遠(yuǎn)性。土壤中的汞會(huì)再度遷移擴(kuò)散，參與到水體和大氣環(huán)境的循環(huán)中，擴(kuò)大污染范圍[3]。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江源區(qū)行政管轄隸屬于吉林省白山市，地理坐標(biāo)位為：東經(jīng) 126°23′～127°11′，北緯 41°48′～42°13′。長期以來的煤礦開采選冶活動(dòng)，大量固體廢棄物的長期堆積，以及居民長期生活用煤等，給江源區(qū)土壤環(huán)境造成非常嚴(yán)重的汞污染。本次研究對(duì)煤礦活動(dòng)更為頻繁的區(qū)域—石人區(qū)域進(jìn)行采樣分析研究。大石人鎮(zhèn)位于江源區(qū)西南部，東西長12.3 km，南北寬17.2 km，面積 67.2 km2。

1.2 樣品采集

本次采樣時(shí)間為2018年4月，由于采樣區(qū)域面積較大，地勢(shì)相對(duì)平坦，且土壤污染程度不均勻，因此采用方格網(wǎng)采樣的布點(diǎn)方法，按1:50 000的比例尺采集表層土壤。參照我國目前采用的土壤地球化學(xué)勘查的采樣規(guī)范的要求，采樣單元為0.25 km2，每個(gè)采樣單元的樣點(diǎn)數(shù)為3～6個(gè)，每平方公里樣點(diǎn)數(shù)為12～24個(gè)。

1.3 樣品處理

采用硝酸-氫氟酸-高氯酸三酸消解法[4]對(duì)制備好的樣品進(jìn)行處理，然后用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定重金屬含量。每個(gè)土壤樣品均平行測(cè)量三次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用平均值來表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 相關(guān)性分析

重金屬元素之間的關(guān)系可以為重金屬來源提供重要的信息，一般而言，重金屬元素含量之間的顯著相關(guān)性，能夠反映出各元素具有相同的來源或地球化學(xué)過程。石人礦區(qū)Hg與其他重金屬元素的相關(guān)性如表1所示。

表1 石人礦區(qū)土壤Hg與其他重金屬元素相關(guān)系數(shù)

由表1可以知道，石人礦區(qū)土壤中，Hg與Zn、As在0.05水平上呈中度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.387、0.423。劉碩[5]對(duì)龍口煤礦區(qū)土壤重金屬空間分布特征進(jìn)行分析，認(rèn)為As在煤礦中大量賦存，在煤礦開采中產(chǎn)生的大量礦井水、洗煤水以及選冶產(chǎn)生的廢水中都大量存在說明石人礦區(qū)土壤中Hg污染來源與Zn、As的來源相同或相近，但相關(guān)性較弱。

2.2 空間分布特征分析

對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行成圖分析，運(yùn)用surfer軟件繪制出對(duì)應(yīng)的采樣區(qū)域土壤中Hg的地球化學(xué)分布圖，并與遙感影像圖相結(jié)合對(duì)比分析。由圖1可知，石人礦區(qū)土壤Hg污染較嚴(yán)重地區(qū)主要有三處，分別分布在北部、西南部以及南部地區(qū)，Hg含量可達(dá)0.15 mg/kg，均呈點(diǎn)狀分布，石人礦區(qū)土壤Hg含量高值區(qū)主要分布在東北和西南地區(qū)，且峰的坡度都相對(duì)比較平緩，向周圍遞減的變化率較小。Hg含量由東北和西南向中部遞減，主要可能跟土地的利用類型有關(guān)，區(qū)域內(nèi)東北和西南地區(qū)主要是居民生活區(qū)域以及煤礦開采利用區(qū)域，中部地區(qū)主要為農(nóng)田、林地等。

圖1 石人礦區(qū)土壤Hg地球化學(xué)分布圖(mg/kg)

綜上，推測(cè)石人礦區(qū)土壤中Hg污染的來源主要可能是生活燃煤和化工廢水的排放。在研究區(qū)域內(nèi)地表水系不明顯，地勢(shì)較平坦，Hg主要可能由大氣揚(yáng)塵和氣候因素影響而產(chǎn)生遷移。

2.3 單項(xiàng)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)Hg污染

選用中華人民共和國GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。污染指數(shù)以三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)值是土壤中重金屬污染物的最高允許量，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要適用林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產(chǎn)附近等地的農(nóng)田土壤(蔬菜地除外)。

表2 土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值 單位：mg/kg

單項(xiàng)污染指數(shù)是評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)方法，能全面反應(yīng)單元素的污染程度，用單項(xiàng)因子表示污染程度或土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)的單項(xiàng)污染指數(shù)(Pi)。計(jì)算公式如下：

式中：Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為土壤污染物實(shí)測(cè)濃度；Si為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值或參考值。Pi≤1，表示無污染；1＜Pi≤2，表示輕微污染；2＜Pi≤3，表示輕度污染；3＜Pi≤5，表示中度污染；Pi＞5，表示重度污染。

根據(jù)公式(1)計(jì)算出石人礦區(qū)土壤中Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi=2.18，總體處于輕度污染。對(duì)研究礦區(qū)所有樣品單項(xiàng)污染指數(shù)數(shù)據(jù)作污染分區(qū)圖并分析。

由圖2可知，石人礦區(qū)土壤中Hg污染在區(qū)域北部、西部以及南部地區(qū)主要為中度污染，北部、東北部污染地區(qū)主要為居民居住區(qū)，西部、南部污染地區(qū)主要為煤場(chǎng)、化工廢水排放的地區(qū)；中部農(nóng)田、林地基本呈輕微污染，東部和西南角呈輕度污染。

圖2 石人礦區(qū)土壤Hg污染分區(qū)圖

3 結(jié)語

石人礦區(qū)土壤中Hg的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi=2.18，土壤中Hg的污染程度總體處于輕度污染；對(duì)土壤Hg的相關(guān)性分析和空間分布特征分析表明，石人礦區(qū)土壤中Hg污染的來源可能是生活燃煤和化工廢水，土壤Hg含量由東北和西南向中部遞減，可能跟研究區(qū)域內(nèi)土地的利用類型、大氣揚(yáng)塵作用以及氣候因素影響有關(guān)。綜上，白山市江源區(qū)石人區(qū)煤礦土壤環(huán)境Hg輕微污染，這說明江源區(qū)煤礦區(qū)不合理的開采利用和化工廢水的長期排放，給當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境造成了比較嚴(yán)重的破壞，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳顜砹司薮蟮娘L(fēng)險(xiǎn)。有關(guān)部門應(yīng)該給予當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染問題高度的重視。