六盘水某矿区农田土壤重金属污染评价

以六盘水某矿区农田为研究区，一共采集了70个表层土壤样品，对砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）和汞（Hg）这8种重金属含量进行测定。使用美国伊诺斯Delta DS-4050便携重金属仪直接测定出这8种重金属的含量，结合单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法以及潜在生态风险评价等方法，对这8种重金属对土壤污染程度进行了探索分析。结果表明土壤样品中8种重金属富集现象严重，以国家土壤环境质量二级标准以及贵州省土壤背景值，结果表明，样本中重金属含量均值除了铬（Cr）和铅（Pb）为超标外，砷（As）、镉（Cd）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）和汞（Hg）6种重金属都超过国家二级标准，分别为背景值的0.17，14.5，0.83，1.56，0.9和15倍；且这8种重金属含量均值全部超过贵州省土壤背景值，含量倍数分别为0.53，6.05，0.06，4.70，5.96，1.43，1.37和71.73倍。通过单因子污染程度评价显示，其重金属污染程度由高到低依次为：汞（Hg）＞镉（Cd）＞铜（Cu）＞锌（Zn）＞镍（Ni）＞铅（Pb）＞砷（As）＞铬（Cr）；综合污染程度评价显示，该矿区土壤重金属污染程度为83.97，该结果显示为处在重度污染水平。通过潜在生态风险评价结果显示，该研究区域单个土壤重金属因子潜在风险从高到低依次为：汞（Hg）＞镉（Cd）＞铜（Cu）＞砷（As）＞铅（Pb）＞镍（Ni）＞锌（Zn）＞铬（Cr）。其中汞（Hg）的数值高达4727.27，属于极强生态危害水平。且该矿区综合生态风险指数RI的值处在1598.45～5755.03之间，其数值已经远远超过了600，结果表明了该矿区整体上是处于极强的生态危害水平。
土壤是人类赖以生存发展的主要生产资源之一，是人类社会最基本、最重要的自然资源之一，也是形成生态环境的重要组成部分之一，与人类的生存发展及健康生活密切相联[1]。煤矿资源的大规模开采开发，有助于国家和当地经济的发展，但大量的开采造成了周边生态环境的破坏，并且随着矿石的冶炼，导致了大气、水体和土壤都受到一定的污染[2]。在已知的所有土壤污染物中，重金属污染是对人体产生最大危害的污染物，重金属是具备潜在危害的重要污染物，是具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特性[3]。土壤中的重金属不易随水流失，而且很难被微生物降解，且只有部分能被植物吸收，因而容易在土壤中富集，从而导致土壤质量下降，生态系统退化等影响[4]。重金属可以被植物不同程度的吸收并累积到植物体的各个部位，重金属的含量超过一定的限值后就会影响到植物的正常生长、发育以及繁殖等生理活动。并且如果土壤中的重金属

达到超标状况，会经由食物链的传递会对人体健康造成危害[5]。重金属超标也会致使人体产生慢性中毒、基因突变、癌症等影响。
贵州省是中国西南部矿产资源的大省，拥有着矿种丰富，但是随着对矿产资源的不断开发，在开发、冶炼的过程中，矿山尾矿、矿渣的不严格堆放以及填埋等，导致多种重金属元素渗透到周边的土壤，以致众多危害，如土壤中的重金属会产生富集作用，以致土壤的肥力大幅度下降，农作物的产量和品质都会下降，甚至通过食物链的作用影响到人体的健康 [6]。本次研究通过对该矿区周边农田土壤中砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）和汞（Hg）这8种重金属含量测定分析，并进一步对其重金属污染评价。应用单因子污染指数法，内梅罗综合污染指数法，以及潜在生态风险评价等对该矿区周边农田土壤重金属含量特点进行评估。这对重金属在土壤中迁移特点及污染防治工作以及对安全利用国土资源、保障周边居民环境安全等具有重要的现实意义，并且以期为该矿区区域农田土壤重金属的污染治理和生态修复提供数据参考支持[7]。
铅锌矿是贵州重要有色金属矿产之一，开采与加工历史悠久。近年来，有关铅锌矿的开采、加工引起周围土壤环境污染已有报道，研究表明，铅锌矿区土壤几乎都受到Pb、Zn和Cd重金属污染[8] [9] [10] [11]。
本次研究内容主要是通过对该矿区周边农田土壤中重金属含量的测定，结合单因子污染指数法、潜在生态危害指数法及内梅罗指数法等进行污染评价。
2018年10～11月，遵循着代表性、均一性和突出重点的原则，在六盘水某矿区周边几种典型的农田地进行采样。选择该矿区周边具有代表性的农田地（白菜地、葱地、菠菜地、萝卜地、辣椒地、茄子地和高粱地）进行采集。共采集土样70个，其中每一种土地都采集10个样点。采用“梅花形法”采样，采样深度为0～20cm，取2kg土样混合。
将采回的土壤样品剔除其中的杂物，然后让其经室内自然风干。风干后将其研碎，并过100目尼龙筛，最后取一定量的土壤存于自封袋中。土壤样品中的砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）和汞（Hg）8中重金属元素含量直接使用美国伊诺斯Delta DS-4050便携重金属仪直接测定。
本次评价采用《土壤环境质量标准》（GB15618─1995）的二级标准值（表1）及贵州省土壤环境背景值（表3）为评价标准。土壤污染程度研究采用单因子指数法、内梅罗综合指数法及潜在生态风险评价进行评价分析。
采用单因子污染指数法进行污染评价[12]，单因子污染指数法是目

前研究土壤重金属普遍采用的对土壤中某一污染物的污染程度进行评价的方法之一，通过单因子评价，可以确定主要的重金属污染物及其危害程度，以污染指数来表示，使污染程度量化，其计算公式为：
P_i=C_i/S_i (1)
式中：Pi为土壤中污染物的环境质量指数；Ci为污染物i的实测质量分数（mg?kg-1）；Si为污染物i的评价标准（mg?kg-1）。
内梅罗综合污染指数法可全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，也突出了污染最严重的污染物给环境造成的危害[13]，内梅罗综合指数能反映场地土壤中每种重金属的污染程度，突出了重金属极值浓度对土壤环境质量的影响。其计算公式为：
P_综=√((〖〖（C_i?S_i ）〗^2〗_max+〖〖（C_i?S_i ）〗^2〗_ave)/2) (2)
式中：P综为监测样点的内梅罗综合污染指数；（Ci/Si）max为i监测样点污染物单因子污染指数中的最大值；（Ci/Si）ave为i监测样点所有污染物单因子污染指数平均值。
根据单因子污染指数和内梅罗综合污染指数土壤重金属污染评价等级见表2。
采用 Hakanson 潜在生态风险指数法[14]对重金属污染进行生态风险评价。潜在生态危害指数法是 Hakanson 从沉积学角度，根据重金属性质及环境行为特点，建立的一套评价重金属潜在生态危害的方法[15]。单个重金属潜在生态风险因子E_r^i的计算公式如下：
C_f^i=C^i/(C_n^i ) (3)
E_r^i=T_r^i*C_f^i (4)
式中，C_f^i为单项重金属污染指数；C^i为重金属i的实测值；C_n^i为背景参考值；E_r^i为第i种重金属环境风险指数；T_r^i为重金属i毒性响应系数。本次研究采用贵州省土壤背景值为标准（表3），以及Hakanson研究的结果来设定这8种土壤重金属毒性响应系数做为参照（表3），他主要反映重金属的毒性水平及土壤对重金属污染的敏感程度。
重金属综合潜在生态危害指数RI是各种重金属E_r^i的总和，其公式为：
RI=∑_(i=1)^m?E_r^i (5)
表4为重金属污染指数和生态危害系数指标分级标准。
该煤矿地区样地土壤重金属含量如表3所示，从表中可以看出各种重金属的含量分别为：砷（As）4～57mg?kg-1，镉（Cd）2.6～6.7 mg?kg-1，铬（Cr）52～152 mg?kg-1，铜（Cu）129～236 mg?kg-1，锌（Zn）141～1245 mg?kg-1，镍（Ni）59～131 mg?kg-1，铅（Pb）23～133 mg?kg-1，汞（Hg）3～13 mg?kg-1。每一种重金属含量的平均值分别为：30.5 mg?kg-1，4.65 mg?kg-1，102 mg?kg-1，182.5 mg?kg-1，639 mg?kg-1，95 mg?kg-1，83.5 mg?kg-1和8 mg?kg-1，其中金属的含量由低到高依次为：镉（Cd）＜汞（Hg）＜砷（As）＜铅（Pb）＜镍（Ni）＜铬（Cr）