黃肖萌　劉詩敏　楊茗　邱增羽　高良敏

摘 要：為了了解塌陷區(qū)土壤中重金屬污染情況，本文通過采集淮南謝橋煤礦塌陷區(qū)七個表層土壤樣品，檢測其中重金屬濃度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cd，Ni，Zn的污染濃度均滿足土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)，而Hg，Cr，Cu，Pb的污染濃度均滿足土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一級標(biāo)準(zhǔn)，其中Cd，Ni，Zn，F(xiàn)e超出淮南市土壤環(huán)境背景值。相關(guān)性分析表明，Ni，Zn和Cu（p<0.05）分別呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，Zn與Pb，Ni相關(guān)性也較為顯著。同時總磷含量與Cd呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，總氮含量也與Cd和Fe呈負(fù)相關(guān)，土壤中速效鉀含量與Zn含量呈正相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)含量與重金屬含量相關(guān)性不明顯。最后通過利用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對土壤中的七種典型重金屬污染程度進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)謝橋塌陷區(qū)土壤重金屬污染水平為Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染較為突出，各采樣點(diǎn)污染程度為：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)梅羅指數(shù)法在本項(xiàng)研究中適用性較低。該研究結(jié)果可為塌陷水域土壤修復(fù)治理工作提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：塌陷區(qū)；土壤；重金屬；評價

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.119

1 背景概況

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各類含有重金屬的污染物通過各種渠道進(jìn)入土壤中，造成土壤中重金屬富集。土壤中重金屬會通過各種途徑進(jìn)入大氣，水體以及動植物，進(jìn)而在人體類富集，危害人類健康。隨著近年來多地出現(xiàn)重金屬污染影響人類健康事件的發(fā)生后，重金屬問題日益被人們重視。

淮南礦業(yè)謝橋煤礦位于安徽省潁上縣東北部，謝橋煤礦位于淮南煤田潘謝礦區(qū)西部，處于鳳臺、潁上兩縣交界，距潁上縣城約20公里。并且隸屬于安徽省淮南市礦業(yè)集團(tuán)的謝橋礦區(qū)共劃分為東一、東二、西一、西二四個采煤區(qū)，總面積大約為50km2[1]。

由于煤炭的過量開采，導(dǎo)致地面塌陷，從而出現(xiàn)采煤沉陷區(qū)這一環(huán)境問題。采煤沉陷區(qū)形成后，其巨大洼地在下雨積水后，形成了大面積的水域，并且隨著時間的推移，水底逐漸長出水草并且產(chǎn)生微生物，由于附近居民在沉陷水域中養(yǎng)殖魚類，使得之前的陸生環(huán)境完全演變?yōu)榱怂h(huán)境。謝橋礦區(qū)采煤塌陷水域周邊堆積的煤矸石礦山等給水體，給塌陷塘輸入了大量的持續(xù)性有機(jī)污染物、重金屬等[2]。隨著后期煤炭開采規(guī)模的不斷增加，沉陷區(qū)水域面積不斷擴(kuò)展，水體水質(zhì)受到嚴(yán)重影響，漁牧業(yè)等也會受到影響，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[3]。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于安徽省淮南市謝橋礦區(qū)，謝橋沉陷水域主要分為西北沉陷水域和東南沉陷水域。所選擇的土壤采樣點(diǎn)位于沉陷水域的兩側(cè)，塌陷水域北側(cè)依次分布5個采樣點(diǎn)，南側(cè)接近村莊和河流布設(shè)2個采樣點(diǎn)（如圖所示）。每個采樣點(diǎn)采取1個表層土壤樣品，土壤深度為0～20cm。

2.2 樣品分析測定

將土壤樣品烘干研磨過0.149mm尼龍篩，稱取0.5g樣品置于聚四氟乙烯坩堝中，用去離子水潤濕樣品，然后加入10ml 濃鹽酸；在電熱板上低溫消解蒸發(fā)至剩5ml左右，加入15ml 濃硝酸；接著加熱使液體蒸發(fā)至粘稠狀，然后加入10ml氫氟酸繼續(xù)加熱；坩堝中溶液快干時，加入5ml的高氯酸，繼續(xù)消解至冒白煙，殘?jiān)尸F(xiàn)均勻的淺色取下坩堝，加入1ml（1+1）硝酸，加熱溶解殘?jiān)?，至溶液完全澄清，轉(zhuǎn)入50ml容量瓶中，定容，過濾，上原子吸收分光光度計(jì)檢測。

2.3 污染評價方法

評價方法采用指數(shù)法，分別求出各重金屬離子的單因子指數(shù)和區(qū)域土壤重金屬的綜合污染指數(shù)，對謝橋區(qū)塌陷水域各采樣點(diǎn)的土壤中重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價分析。

（1）單因子指數(shù)法：國內(nèi)外常用的評價方法之一，是用區(qū)域某污染物的實(shí)測值與土壤背景值進(jìn)行相比，用比值表示該區(qū)域內(nèi)此項(xiàng)污染物受污染的程度。

Pi=Ci/Si

式中：Pi為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為土壤中污染物i的實(shí)測濃度（mg/kg）；Si為該區(qū)域土壤中污染物i的環(huán)境背景值（mg/kg）。

（2）綜合指數(shù)法：采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法計(jì)算其綜合污染指數(shù)

式中：PN 為內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)；maxPi為各項(xiàng)污染物中污染指數(shù)最大值；為各項(xiàng)污染物污染指數(shù)平均值。

根據(jù)單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，可以將土壤重金屬污染等級分為5個污染級別。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 土壤重金屬檢測結(jié)果

采樣點(diǎn)土壤中重金屬含量如下圖所示：

由表2可知，1號采樣點(diǎn)處各項(xiàng)理化性質(zhì)含量均較高，主要原因可能是因?yàn)槠渚嚯x河流較近，河流的匯入給塌陷區(qū)土壤帶來大量的污染物質(zhì)。由上面三個折線圖可知，Hg、Cu、Pb、Ni、Zn和Fe在各點(diǎn)位土壤中分布較為均勻；Cd、Cr在各點(diǎn)位土壤中分布變化較大；4號采樣點(diǎn)出Cd含量比其他點(diǎn)位高，可能與該處點(diǎn)源污染有關(guān)。謝橋區(qū)土壤中不同重金屬平均污染程度為：Cd

3.2 謝橋塌陷區(qū)土壤重金屬污染評價

參照1997年楊曉勇等人對淮南市土壤重金屬背景值的研究結(jié)果，分別計(jì)算淮南謝橋塌陷區(qū)土壤重金屬單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)[6]。

從單因子指數(shù)結(jié)果可知，研究地區(qū)土壤的重金屬污染以Zn最為突出，7個采樣點(diǎn)處污染以達(dá)到嚴(yán)重污染；4號采樣點(diǎn)土壤中Cd也達(dá)到嚴(yán)重污染，5號點(diǎn)土壤中Cd指數(shù)也大于2，屬于中度污染；并且大部分采樣點(diǎn)中的Ni污染均達(dá)到輕度污染，其他點(diǎn)屬未污染。所有采樣點(diǎn)處Cr和Cu的污染指數(shù)都小于1，屬于未污染，說明塌陷水域附近基本無Cr污染；Hg除了6號點(diǎn)超過1，其他采樣點(diǎn)處均未污染；1號點(diǎn)處Pb指數(shù)超過1，其他點(diǎn)處土壤均未污染。總結(jié)為，謝橋塌陷區(qū)土壤重金屬污染水平為Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr。

從內(nèi)梅羅綜合指數(shù)結(jié)果可以看出，謝橋塌陷區(qū)土壤各采樣點(diǎn)污染程度為：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006。各點(diǎn)處的綜合污染指數(shù)均大于3，屬于嚴(yán)重污染。因?yàn)閮?nèi)梅羅指數(shù)法中最大污染因子Zn值較大，故綜合指數(shù)法夸大了重金屬Zn值對土壤的污染。由于內(nèi)梅羅指數(shù)法突出了污染指數(shù)最大的污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響和作用，此種計(jì)算方法對所得結(jié)果的影響很大，有些時候可能會存在人為夸大了一些因子的影響作用的情況，同時根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算出來的綜合污染指數(shù)，只能在一定程度上反映污染的程度而難以反映出污染的質(zhì)變特征[1]。因此研究中，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法存在一定的局限性。

4 結(jié)論

（1）謝橋區(qū)土壤中不同重金屬平均污染程度為：Cd

（2）根據(jù)單因子指數(shù)法，謝橋塌陷區(qū)土壤重金屬污染水平為Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染較為突出。內(nèi)梅羅指數(shù)法顯示，謝橋塌陷區(qū)土壤各采樣點(diǎn)污染程度為：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且內(nèi)梅羅指數(shù)法在本項(xiàng)研究中適用性較低。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇桂榮.淮南潘謝礦區(qū)底泥與土壤中重金屬豎向分布規(guī)律研究[D].安徽理工大學(xué)，2012.

[2]蘇桂榮，姚多喜，李守勤等.基于ARCGIS的塌陷塘水質(zhì)特征研究及評價——以淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦為例[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32（01）：39-42.

[3]淮南市環(huán)境保護(hù)局.淮南市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告[R].淮南：淮南市環(huán)境保護(hù)局出版，2001.

[4]郭偉，孫文惠，趙仁鑫等.呼和浩特市不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征及評價[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（04）：1561-1567.

[5]土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995.

[6]楊曉勇，孫立廣，張兆峰等.淮南市土壤元素背景值與土壤環(huán)境質(zhì)量評估[J].土壤學(xué)報(bào)，1997（03）：344-347.

[7]方濤，劉劍彤，張曉華等.2002.河湖沉積物中酸揮發(fā)性硫化物對重金屬吸附及釋放的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，22（03）：324-329.

[8]王嘉.銅陵礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀評價與風(fēng)險(xiǎn)評估：[合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文][D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

作者簡介：黃肖萌（1991-），女，安徽安慶人，碩士研究生，主要從事水文水資源與水污染控制研究。