王映輝

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

土壤由巖石風(fēng)化而成的礦物質(zhì)、動(dòng)植物，微生物殘?bào)w腐解產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)、土壤生物以及水分、空氣氧化的腐殖質(zhì)等組成，是人們賴以生存的生產(chǎn)資料，與人類的生命健康密切相關(guān)，人類食物的生產(chǎn)，活動(dòng)和棲息都離不開土壤[1]。但是隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的高度發(fā)達(dá)，對(duì)礦產(chǎn)資源需求的增加，導(dǎo)致礦區(qū)周邊土壤重金屬污染嚴(yán)重。重金屬是一種持久性潛在有毒污染物，因?yàn)橹亟饘俨荒鼙煌寥乐械纳锝到猓L期留存在土壤當(dāng)中，不斷積累，危及人體及生態(tài)安全[2]。而人類活動(dòng)，對(duì)礦山的不斷開采以及礦渣的隨意堆放，對(duì)礦區(qū)周圍土壤造成重金屬污染，促使礦區(qū)周邊土壤重金屬污染問題已經(jīng)成為社會(huì)的重點(diǎn)問題之一。不僅影響著礦山自身的發(fā)展，更是影響著礦山周邊地區(qū)的群眾生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，本文提出的礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估這一課題對(duì)于礦區(qū)環(huán)境保護(hù)及指導(dǎo)礦區(qū)土壤修復(fù)都具有重要意義。

1 構(gòu)建評(píng)估模型

重金屬污染需要查看重金屬污染指數(shù)、污染程度、污染的重金屬元素、重金屬毒性、污染元素濃度等。為此設(shè)污染物為i，污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)為Pi，土壤中污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為Si，土壤中污染物i的實(shí)測濃度含量值為Ci，污染物i的污染指數(shù)最大值為Pimax，污染物i的污染指數(shù)平均值為Piave，則有 ：

（1）式中，k為系數(shù)，用于校正區(qū)域背景值差異，log2表示污染程度等級(jí)，可以得到礦區(qū)周邊污染土壤的具體重金屬污染物以及該污染物的濃度，對(duì)土壤環(huán)境污染指數(shù)，并計(jì)算出重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的最大值和平均值。當(dāng)Pi≤1.0時(shí)礦區(qū)周邊土壤無污染；當(dāng)Pi≥1.0時(shí)礦區(qū)周邊土壤已被污染，并且隨著環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的增大，污染物對(duì)土壤的污染程度越高。

為了研究礦區(qū)周邊土壤被污染程度的變化趨勢(shì)，為此設(shè)某點(diǎn)污染的負(fù)荷指數(shù)為Ipl，評(píng)價(jià)元素個(gè)數(shù)為n，污染物i的最高污染系數(shù)為Fi，則有：

通過（2）式可以計(jì)算出礦區(qū)周邊土壤某一點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)，那么某一區(qū)域的污染負(fù)荷指數(shù)為Iplzone，將（2）式帶入，則有：

經(jīng)過（1）（2）（3）式的計(jì)算，可以得到環(huán)境污染程度，以及最大污染負(fù)荷指數(shù)，但是，在重金屬的污染下，會(huì)產(chǎn)生潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，那么設(shè)重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為RI，污染物的毒性響應(yīng)系數(shù)為Ti，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)單項(xiàng)系數(shù)為Ei，則有：

將（1）（2）（3）（4）式帶入，構(gòu)建礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型H，則有：

（5）式即礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

2 通過評(píng)估模型評(píng)估重金屬污染特征

根據(jù)1中的評(píng)估模型，可知在一定的空間范圍內(nèi)，土壤重金屬存在一定的空間依賴性，根據(jù)（2）式計(jì)算，可以得出某一區(qū)域的污染負(fù)荷指數(shù)，判斷土壤重金屬之間的離散程度，為此可以根據(jù)（3）式，可以得出土壤中重金屬的變異系數(shù)等級(jí)，如表1所示。

表1 重金屬變異系數(shù)等級(jí)表

根據(jù)1評(píng)估模型中的(1)式，重金屬變異程度越高，礦區(qū)周邊土壤受到重金屬污染程度越高。當(dāng)重金屬k＜時(shí)，對(duì)礦區(qū)周邊土壤具有一定的潛在污染，但土壤表層和深層不存在重金屬污染現(xiàn)象；當(dāng)0.1≤k≤1，重金屬出現(xiàn)富集現(xiàn)象，礦區(qū)周邊土壤表層已經(jīng)遭受重金屬污染，人內(nèi)活動(dòng)對(duì)礦區(qū)周邊土壤影響不明顯，其重金屬含量隨研究區(qū)域變化都較為明顯，空間分布不均勻；當(dāng)k＞1時(shí)，重金屬已經(jīng)在礦區(qū)周邊土壤中高度富集，礦區(qū)周邊深層土壤已經(jīng)受到重金屬污染，受人類活動(dòng)影響明顯且重金屬含量與分布則主要是源于自然環(huán)境。

3 通過評(píng)估模型評(píng)估重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

采用1中的評(píng)估模型，針對(duì)礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí)，其等級(jí)表如表2所示。

表2 染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

根據(jù)評(píng)估模型中的（4）式，可以得出毒性水平和生物對(duì)重金屬毒性的敏感程度。經(jīng)過（4）式計(jì)算，重金屬污染物的毒性系數(shù)為x，而毒性系數(shù)與重金屬污染指數(shù)成正比，當(dāng)x≤0.7時(shí)，礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為5級(jí)無污染，對(duì)人體和作物沒有潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)0.7＜x≤1時(shí)，重金屬尚未達(dá)到警戒值，礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為4級(jí)輕微，作物和土壤尚未受到重金屬影響；當(dāng)1＜x≤2時(shí)，土壤中的重金屬已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)值，開始污染土壤和作物，礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為3級(jí)中等；當(dāng)2＜x≤3時(shí)，重金屬已經(jīng)危害到周邊作物的生長和土壤中生物的生存，礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為2級(jí)重度，土壤金屬化初顯；當(dāng)x＞3時(shí)，重金屬已經(jīng)超過土壤所存金屬最大值，礦區(qū)周邊土壤對(duì)人體具有危害，作物和生物已經(jīng)無法在這塊土壤生存，礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)為1級(jí)強(qiáng)烈，土壤已經(jīng)完全金屬化。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證本文研究的礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的有效性，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。采用相同地區(qū)的同一礦區(qū)周邊土壤環(huán)境作為實(shí)驗(yàn)評(píng)估對(duì)象，針對(duì)該礦區(qū)土壤表層土0～20cm進(jìn)行取樣，取樣時(shí)采取s形多點(diǎn)采樣，在每個(gè)中心采樣點(diǎn)采取5個(gè)～10個(gè)分樣，并將這些分樣混合，用分法反復(fù)取舍，最終只保留千克左右的樣品。采集土壤時(shí)記錄每個(gè)土壤樣品的編號(hào)、地點(diǎn)、經(jīng)度、諱度、土壤質(zhì)地、土地利用方式等。分別使用兩種評(píng)估方法評(píng)估取來的樣品的重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。在評(píng)估過程中做好實(shí)驗(yàn)總結(jié)和分析，同時(shí)記錄好數(shù)據(jù)以便對(duì)比兩種評(píng)估方法的準(zhǔn)確率。

對(duì)比礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)確率時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)分析通過樣本均值加減倍標(biāo)準(zhǔn)差來判別出特異值，特異值分別用最大值或者最小值替換。用SPSS16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性分析以，從而評(píng)估礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確率差異。

從圖1中可以看出，本文提出的礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，評(píng)估準(zhǔn)確率在90%～100%之間，在1、4次實(shí)驗(yàn)中的準(zhǔn)確率都達(dá)到了100%，2、3、5次實(shí)驗(yàn)中也都達(dá)到了90%，準(zhǔn)確率波動(dòng)差為0.1，波動(dòng)趨勢(shì)平穩(wěn)。然而傳統(tǒng)評(píng)估方法的評(píng)估準(zhǔn)確率卻在60%～80%之間，只有第4次實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確率高達(dá)80%，甚至有兩次實(shí)驗(yàn)中評(píng)估準(zhǔn)確率只達(dá)到了60%，準(zhǔn)確率波動(dòng)差為0.2，波動(dòng)趨勢(shì)不穩(wěn)定。

由此可見，本文提出的礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，可以準(zhǔn)確評(píng)估礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估結(jié)果穩(wěn)定，可以作為改善礦區(qū)周邊土壤環(huán)境的參考值。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)水平的提高，對(duì)礦產(chǎn)資源需求量加大的同時(shí)，也對(duì)礦區(qū)周邊土壤造成了重金屬污染，嚴(yán)重影響礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境，和礦山周邊地區(qū)的群眾生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此本文提出的礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估這一課題具有十分重要的意義。通過對(duì)礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征的評(píng)估，可以及時(shí)控制礦區(qū)周邊土壤重金屬污染，對(duì)礦區(qū)周邊土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可以及時(shí)分析出土壤重金屬污染擴(kuò)散情況，從而可以及時(shí)控制污染趨勢(shì)，避免土壤重金屬污染情況進(jìn)一步擴(kuò)散，危及當(dāng)?shù)厝罕娚詈娃r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是本文對(duì)礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究并不完全，對(duì)于評(píng)估出的重金屬污染結(jié)果，全面度有待提高，為此還需不斷深入研究礦區(qū)周邊土壤重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，可以全面準(zhǔn)確地評(píng)估出礦區(qū)周邊土壤的重金屬污染狀況。