李多杰，孫厚云, ，衛(wèi)曉鋒，黃行凱，陳自然，李健，郭穎超

（1.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100012；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083；3.承德華勘五一四地礦測(cè)試研究有限公司，承德 067000）

0 引言

在生態(tài)文明建設(shè)和綠色礦山建設(shè)背景下，礦產(chǎn)資源集約利用區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查相繼開展（張會(huì)瓊等,2017;孫厚云等,2019a,2019b;王京彬等,2020），基于礦山環(huán)境本底調(diào)查和礦山生命周期理論的礦山環(huán)境監(jiān)管模式（王晨昇等,2019;柴星等,2020）也在綠色礦山建設(shè)中推進(jìn)實(shí)踐。礦山環(huán)境影響評(píng)價(jià)是礦產(chǎn)資源基地資源-環(huán)境-技術(shù)經(jīng)濟(jì)“三位一體”調(diào)查評(píng)價(jià)的重要組成部分，是礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)本底調(diào)查的主要內(nèi)容，而土壤環(huán)境重金屬污染具有隱蔽性、持久性、累積性和循環(huán)性的特點(diǎn)，是影響礦山環(huán)境的重要因素（鮑麗然等,2020）。礦山采選冶活動(dòng)過程中的水、大氣等自然流體是重金屬遷移的主要驅(qū)動(dòng)因子，工業(yè)廢棄物排放、尾礦庫(kù)揚(yáng)塵干濕沉降、礦石及圍巖風(fēng)化淋濾是土壤重金屬污染的重要來源（甘鳳偉和王菁菁,2018），是礦山生態(tài)環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素（Krishna et al.,2013;Li et al.,2014）?；谥亟饘偕鷳B(tài)環(huán)境效應(yīng)與毒理特性的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（孫厚云等,2019c），可以綜合反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境影響，為礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警和修復(fù)治理，服務(wù)有色金屬基地綠色礦業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

大興安嶺中南段地處內(nèi)蒙古東部，屬于中亞造山帶與環(huán)太平洋構(gòu)造域的疊加復(fù)合部位，成就了眾多大型-超大型錫鉛鋅銀有色金屬礦床（趙青,2020;蔣斌斌等,2020;呂新彪等,2020），是我國(guó)重要的有色金屬礦產(chǎn)基地。與此同時(shí)，大興安嶺中南段地區(qū)于2020年10月被生態(tài)環(huán)境部命名為第四批“綠水青山就是金山銀山”實(shí)踐創(chuàng)新基地，綠色礦業(yè)發(fā)展勢(shì)在必行。然而，區(qū)域部分礦山開采活動(dòng)進(jìn)行較早，礦山閉坑后，廢棄尾礦庫(kù)、選廠和堆放廢石等對(duì)周邊土壤環(huán)境仍存在潛在影響，是人類活動(dòng)中重金屬元素的主要輸出源頭，重金屬污染成為周邊環(huán)境的“化學(xué)定時(shí)炸彈”（陳建信等,2018），成為周邊生態(tài)環(huán)境及生活人群健康風(fēng)險(xiǎn)的重大隱患（Antoniadis and Alloway,2020;李婷等,2020），查明礦區(qū)土壤環(huán)境重金屬空間分布特征和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)潛在影響，對(duì)礦山環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理具有重要意義。

選取大興安嶺中南段農(nóng)牧交錯(cuò)帶一廢棄鉛鋅礦為研究區(qū)，采集礦區(qū)主要建筑物周圍表層土壤，尾礦庫(kù)周邊不同方位以及下風(fēng)向不同深度土壤樣品，綜合運(yùn)用描述性統(tǒng)計(jì)、主成分分析、系統(tǒng)聚類等多種統(tǒng)計(jì)方法，結(jié)合典型剖面深、淺層土壤重金屬含量對(duì)比分析，闡述了礦區(qū)重金屬的空間分布特征，運(yùn)用地累積指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)了礦區(qū)重金屬累積程度和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)重金屬來源和遷移轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行了剖析，為生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)土壤環(huán)境保護(hù)和修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部興安盟境內(nèi)，地處大興安嶺中南段向松嫩平原過渡帶，大地構(gòu)造隸屬內(nèi)蒙古東部大興安嶺隆起帶與松遼沉降帶接壤部位。該廢棄銀鉛鋅多金屬礦床所在小流域地形總體西北高，東南低，海拔為273～ 432 m，地貌類型屬山前丘陵洪積臺(tái)地，區(qū)內(nèi)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量約300 mm，多集中于6—8月，流域內(nèi)地表水系發(fā)育，東南側(cè)為一水庫(kù)。區(qū)內(nèi)主要出露地層為二疊紀(jì)砂巖和侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)的一套酸性火山巖、火山碎屑巖，礦區(qū)中部出露黑云母斜長(zhǎng)花崗巖，外圍分布白云母二長(zhǎng)花崗巖。研究區(qū)屬農(nóng)牧交錯(cuò)帶，為半干旱半濕潤(rùn)草原景觀區(qū)，土壤類型主要為栗鈣土、暗棕壤和草甸土，以礦區(qū)為界，東北側(cè)土地利用類型以草地和林地為主，西南側(cè)分布少量農(nóng)用地。

1.2 樣品采集與檢測(cè)

本次研究共采集土壤樣品88件，其中表層土壤69件，深層土壤樣品13件，尾礦砂樣品6件。表層樣品采集深度為0～20 cm，主要沿礦區(qū)所在小流域，礦山主要構(gòu)筑物尾礦庫(kù)、廢石堆場(chǎng)、廢棄選廠周邊采集樣品。由于礦區(qū)尾礦庫(kù)閉庫(kù)后土地復(fù)墾和生態(tài)植被恢復(fù)工程相對(duì)滯后，尾礦砂受風(fēng)力影響向尾礦庫(kù)下風(fēng)向形成了長(zhǎng)寬近1000 m的沉積沙帶。為查明尾礦周邊土壤重金屬潛在影響，沿礦區(qū)主尾礦庫(kù)4個(gè)不同方位（NE、SE、SW、NW）和不同距離（0 m、5 m、10 m、20 m、50 m、100 m、200 m、500 m、1000 m、2000 m）呈放射狀布設(shè)4條土壤樣品采集剖面，采集表層樣品；尾礦庫(kù)下風(fēng)向SE方向上表層樣品同一位置同時(shí)采集深層樣品（60～80 cm），樣品具體分布位置見圖1。

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T166-2004）①，樣品采集采用“S”或“X”形采集組合3～5個(gè)子樣點(diǎn)進(jìn)行混合，樣重大于1000 g，經(jīng)清潔棉布樣袋編碼保存，送樣時(shí)去除碎石、雜物、植物殘?bào)w后自然風(fēng)干過10目篩經(jīng)聚乙烯自封袋封裝送樣。土壤樣品檢測(cè)指標(biāo)包括pH；重金屬元素Cd、Pb、Zn、Cu、Ni、Cr、Hg；類重金屬元素As。As含量使用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法（HG-AFS），檢出限0.05 mg·kg-1；Hg采用冷蒸汽原子熒光光譜法（CVAFS），檢出限0.001 mg·kg-1。其它元素含量使用高分辨等等離子體質(zhì)譜儀（HR-ICP-MS，X series 2/ SN01831C）測(cè)定，Cd 檢出限0.001 mg·kg-1，Pb、Zn和Cr檢出限0.1 mg·kg-1，Cu和Ni檢出限0.05 mg·kg-1。樣品分析方法準(zhǔn)確度和精密度采用國(guó)家一級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07349）控制，各重金屬的加標(biāo)回收率均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)的允許范圍內(nèi)。

1.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本次研究土壤重金屬污染累積程度和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分別采用地累積指數(shù)法（Igeo，Index of Geo-accumulation）（Müller,1969）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法（RI,The Potential Ecological Risk Index）（Hakanson,1980）進(jìn)行。

地積累指數(shù)由德國(guó)科學(xué)家Müller于1969年提出，引入了考慮巖石差異導(dǎo)致的背景值變動(dòng)差異的校正系數(shù)，能夠較好地考慮地質(zhì)背景所帶來的影響，其計(jì)算方法為：

式（1）中，Igeo為地累積指數(shù)；Cn為沉積物中第n種元素的實(shí)測(cè)含量，單位為：mg·kg-1；Bn為第n種元素的背景值，mg·kg-1；常數(shù)k為考慮到成土母巖差異可能引起的背景值變動(dòng)系數(shù)，本次取值為1.5。根據(jù)Igeo的計(jì)算結(jié)果，重金屬的累積程度共分為7 級(jí)（表1）（孫厚云等,2019d;賈鳳超等,2020）。

表1 地累積指數(shù)分級(jí)

（2）潛在生態(tài)危害指數(shù)

潛在生態(tài)危害指數(shù)法針對(duì)不同重金屬元素引入毒性響應(yīng)系數(shù)，一定程度上消除了區(qū)域差異影響，是綜合反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境影響潛力的指標(biāo)（Hakanson,1980），其計(jì)算方法為：

式（2）中，RI為重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)，為單一重金屬元素潛在生態(tài)危害系數(shù)，為各重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)，為土壤重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)，為土壤重金屬元素實(shí)際測(cè)定值，為土壤重金屬元素污染評(píng)價(jià)參比值。本次研究8種重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)分別定為Zn=1

表2 重金屬和RI分級(jí)表

表2 重金屬和RI分級(jí)表

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬總體分布特征

對(duì)69 組表層樣品測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，計(jì)算土壤樣品各元素檢測(cè)值的平均值、變異系數(shù)（Cv）和偏移峰值等參數(shù)，采用《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）②中旱地污染篩選值分土壤pH值區(qū)間評(píng)價(jià)土壤重金屬污染超標(biāo)情況，具體統(tǒng)計(jì)信息表見表3。研究區(qū)土壤樣品中8種重金屬均有檢出，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布特征。表層土壤中Cd、Zn、Pb和As元素含量總體相對(duì)較高，均有不同程度超標(biāo)。表層土壤Cd元素含量超農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值比例為53.62%，超標(biāo)倍數(shù)為1.86～16.80；另有24處土壤樣品Cd元素含量超農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值標(biāo)準(zhǔn)，樣品占比為34.78%，超管控值倍數(shù)為1.10～5.55倍。表層土壤Zn、Pb和As元素含量超農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值比例分別為46.38%、44.93%和37.68；超風(fēng)險(xiǎn)篩選值倍數(shù)分別為1.21～9.47、1.02～13.40和1.21～3.78；另外，分別有6處樣品點(diǎn)As元素含量和4處樣品點(diǎn)Pb元素含量超農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值標(biāo)準(zhǔn)，分別占表層樣品總數(shù)的8.70%和5.80%。研究區(qū)表層土壤Cu、Cr、Ni和Hg元素含量總體均未超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。總體而言，表層土壤Cd、Zn、Pb、As、Cu和Hg元素含量變異系數(shù)（Cv）值大于100%，波動(dòng)性較大，空間分異特征較明顯，初步判斷Cd、Zn、Pb、As和Cu元素屬鉛鋅多金屬礦導(dǎo)致異常元素，成土母質(zhì)含量相對(duì)較高，屬高地質(zhì)背景元素，Hg元素可能受人為活動(dòng)影響，存在點(diǎn)源污染。

表3 興安盟研究區(qū)表層土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)/mg·kg-1

通過研究區(qū)表層土壤、深層土壤、尾礦砂樣品土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)箱線圖對(duì)比分析（圖2）可知，表層土壤、深層土壤、尾礦砂Cd、Zn、Pb、As和Cu元素含量差異明顯，總體呈現(xiàn)出尾礦砂>表層土壤>深層土壤關(guān)系。尾礦砂中Cd、Zn、Pb和As元素含量高出表層土壤約1個(gè)數(shù)量級(jí)，表明土壤中Cd、Zn、Pb和As元素主要來源于礦石采選等人為活動(dòng)，同時(shí)與鉛鋅礦高地質(zhì)背景密切相關(guān)（拉毛吉和張榕,2019）。表層土壤Cd、Zn、Pb和As元素含量總體高于深層土壤，重金屬元素對(duì)尾礦庫(kù)周邊土壤影響主要分布于表層土壤中。尾礦砂樣品、深層土壤、表層土壤Cr、Ni和Hg元素含量總體較為相近，其來源與鉛鋅礦相關(guān)關(guān)系較小。

圖2 興安盟礦區(qū)土壤重金屬含量箱線圖

2.2 重金屬地累積程度

以《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）②中旱地污染篩選值和土壤pH值范圍來計(jì)算研究區(qū)表層土壤與深層土壤8種元素的地累積指數(shù)，統(tǒng)計(jì)得到重金屬累積程度分級(jí)和地累積程度占比圖（圖3）。由箱線圖可知，研究區(qū)表層土壤重金屬元素的總體污染累積程度由強(qiáng)至弱依次為：Cd>Zn>Pb>As>Cu>Cr>Ni>Hg，表層土壤Cu、Cr、Ni和Hg元素地累積指數(shù)總體均小于0，總體屬無累積水平。Cd 元素地累積指數(shù)平均值（Igeo-ave）為1.11，達(dá)中度累積水平；Zn 元素Igeo-ave值為0.22，屬無-中度累積水平；Pb 和As 元素Igeo-ave值分別為-0.05和-0.32，在表層土壤中基本無累積。

圖3 興安盟礦區(qū)土壤重金屬Igeo分級(jí)統(tǒng)計(jì)和地累積程度占比

表層土壤Cd 元素地累積程度達(dá)中度以上累積水平樣品占比為53.62%，其中8.70%樣品屬中度累積，8.70%樣品屬中-強(qiáng)累積，21.74%樣品屬?gòu)?qiáng)累積，11.59%樣品屬?gòu)?qiáng)-極強(qiáng)累積，2.90%樣品（n=2）屬極強(qiáng)累積，極強(qiáng)累計(jì)樣品位于尾礦庫(kù)西南岸邊。42.03%表層土壤Zn 元素地累積程度屬中度以上累積水平，其中2.90%樣品屬中度累積，24.64%樣品屬中-強(qiáng)累積，14.49%樣品屬?gòu)?qiáng)累積。表層土壤Pb 和As 元素中度及以下累積水平樣品占比分別為79.71%和85.51%，Pb 元素屬中-強(qiáng)累積樣品占比14.49%，強(qiáng)累積樣品占比為4.35%；強(qiáng)-極強(qiáng)累積樣品點(diǎn)1 處，位于尾礦庫(kù)邊岸上部；As 元素屬中-強(qiáng)累積樣品占比13.04%，強(qiáng)累積樣品1處，占比1.45%。研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境累積程度總體較低，特征累積污染物為Cd、Zn、Pb 和As，均為銀鉛鋅多金屬礦礦致異常元素（陳建信等,2018;Liu et al.,2020）。

2.3 重金屬空間分布特征

2.3.1 重金屬總體空間分布特征

由于Cu、Cr、Ni和Hg元素含量均未超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值，本次僅對(duì)Cd、Zn、Pb和As空間分布進(jìn)行ArcGIS普通克里金插值，得到4種重金屬元素等值線圖（圖4），區(qū)內(nèi)表層土壤Cd、Zn、Pb和As元素空間分布總體較為一致，元素高值濃集帶總體呈向尾礦庫(kù)東南方向暈散，與尾礦庫(kù)尾礦砂隨受風(fēng)沙影響在尾礦庫(kù)下風(fēng)向形成了長(zhǎng)寬近1000 m的沉積沙帶有關(guān)。表層土壤Cd和Zn元素除在尾礦庫(kù)下風(fēng)向處有一處濃集中心外，于廢棄選廠、廢石堆場(chǎng)、豎井等礦山構(gòu)筑物周邊外還存在一處較好的濃集中心。表層土壤Cd、Zn、Pb和As元素的整體分布基本一致，尾礦庫(kù)周圍為礦山開采主要污染區(qū)域，尾礦庫(kù)和廢棄礦山構(gòu)筑物周圍重金屬具有集中分布和復(fù)合污染的特點(diǎn)（Hu et al.,2018;鄔光海等,2020）。

圖4 興安盟礦區(qū)表層土壤重金屬空間分布

2.3.2 典型剖面重金屬遷移特征分析

由東南方向土壤剖面淺層土壤和深層土壤重金屬元素含量隨水平距離變化對(duì)比圖（圖5）可以看出，淺層土壤Cd、Zn、Pb、As和Cu元素含量均明顯高于深層土壤，重金屬含量隨距離尾礦庫(kù)水平距離增大呈先升高后降低，最后趨于穩(wěn)定的變化特征。尾礦庫(kù)東南側(cè)0～200 m范圍內(nèi)，表層土壤Cd、Zn、Pb、As和Cu元素含量逐漸升高，至500 m處又迅速降低，至2000 m距離后重金屬含量總體趨于穩(wěn)定。表層土壤Cr、Ni和Hg元素含量在500 m范圍內(nèi)亦呈現(xiàn)含量先升高后降低趨勢(shì)，且表層土壤含量低于深層土壤特征；500～2000 m 之間深層土壤與淺層土壤Cr、Ni和Hg元素含量差異不明顯，波動(dòng)相對(duì)較小。礦區(qū)尾礦庫(kù)下風(fēng)向土壤類型以栗鈣土、暗棕壤和草甸土為主，且大氣降水相對(duì)較少，重金屬垂向遷移受粘土、亞砂土等截留、固定、吸附作用影響，遷移深度有限。

圖5 興安盟礦區(qū)不同深度土壤重金屬元素含量與尾礦庫(kù)水平距離關(guān)系圖

為識(shí)別尾礦庫(kù)周邊不同方向上重金屬遷移空間分布驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)尾礦庫(kù)不同方向上相同距離淺層土壤重金屬含量（圖6）進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，尾礦庫(kù)0～500 m范圍內(nèi)，西南方向上土壤重金屬含量較高，與尾礦庫(kù)西南方向上分布選廠、豎井、廢棄堆場(chǎng)和工業(yè)場(chǎng)地等礦山構(gòu)筑物有關(guān)。尾礦庫(kù)500～2000 m范圍內(nèi)，東南方向土壤重金屬含量較高，表明受風(fēng)力影響，尾礦砂揚(yáng)塵干濕沉降對(duì)其下風(fēng)向表層土壤重金屬累積具有重要影響，礦區(qū)重金屬遷移空間分布主要驅(qū)動(dòng)因子為尾礦砂隨風(fēng)力遷移，及廢棄礦山構(gòu)筑物淋濾水力作用驅(qū)動(dòng)。

圖6 興安盟礦區(qū)尾礦庫(kù)不同方位土壤重金屬元素含量變化

2.4 重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-2018）②中旱地污染篩選值分土壤pH范圍計(jì)算重金屬單項(xiàng)生態(tài)危害指數(shù)和各土壤樣品的重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）。表層土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）范圍為5.77～933.25，平均值為188.20，總體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平屬中度風(fēng)險(xiǎn)水平（圖7）。69件表層土壤樣品中，73.91%樣品綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬中等和輕度水平，其中低風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)占59.42%，中等風(fēng)險(xiǎn)水平占14.49%。18.84%樣品屬綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)水平，7.25%樣品綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬高風(fēng)險(xiǎn)水平，5處綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高點(diǎn)（RI>600）主要位于尾礦庫(kù)周邊、選廠附近和尾礦庫(kù)東南側(cè)2000 m處交通運(yùn)輸?shù)缆放浴?/p>

圖7 興安盟礦區(qū)淺層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖

表層土壤重金屬單項(xiàng)生態(tài)危害指數(shù)由強(qiáng)至弱依次為：Cd>As>Pb>Zn>Cu>Ni>Hg>Cr，其 中Zn、Cu、Ni、Hg和Cr元素單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)總體處于較低水平。8種重金屬元素中對(duì)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)貢獻(xiàn)較大的重金屬元素分別為Cd和As，以生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Eri）平均值計(jì)算，其分別占表層土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的74.97%和19.03%。表層土壤Cd單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為1.05～844.50，平均為141.10，其中14.49%樣品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬嚴(yán)重水平，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬很強(qiáng)和強(qiáng)水平土壤樣品占比則分別為8.70%和21.74%。表層土壤As單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為2.81～270.37，平均為35.82，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)很強(qiáng)和強(qiáng)土壤樣品占比分別為13.04%和1.45%。表層土壤Pb元素1處屬中風(fēng)險(xiǎn)外，其它元素均屬于輕度風(fēng)險(xiǎn)水平。

表層土壤重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布總體與Cd、Zn、Pb和As元素空間分布較為一致，與相對(duì)累積程度較高的鉛鋅礦硫化物礦物金屬元素毒性響應(yīng)系數(shù)相對(duì)較高有關(guān)（Pb為5，As為10，Cd為30）。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)很強(qiáng)點(diǎn)主要以點(diǎn)狀分布，極大值點(diǎn)位于尾礦庫(kù)東南側(cè)2000 m處交通運(yùn)輸?shù)缆放裕赡転榈V山交通運(yùn)輸、大氣干濕沉降、尾礦砂沿風(fēng)向遷移、暴雨徑流面源污染等原因復(fù)合影響所致?？傮w上，研究區(qū)鉛鋅礦位于流域下游段，降雨量較小，淺層土壤對(duì)重金屬存在一定截留、固定、吸附作用，導(dǎo)致重金屬平面遷移距離和垂向遷移深度有限，重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)總體屬中度風(fēng)險(xiǎn)水平。

2.5 重金屬污染溯源分析討論

為進(jìn)一步判斷重金屬元素與礦區(qū)高地質(zhì)背景元素相關(guān)關(guān)系，對(duì)表層土壤重金屬元素進(jìn)行主成分和系統(tǒng)聚類分析（孫厚云,2019c;張?jiān)葡嫉?2018），判斷土壤重金屬元素的相關(guān)程度，辨別重金屬污染來源（Sungur et al.,2020;Yang et al.,2020）

主成分分析可以通過降維方式把多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為用少數(shù)幾個(gè)主成分所表示的綜合指標(biāo)，為判斷各元素的來源提供重要依據(jù)。對(duì)研究區(qū)表層土壤8種重金屬元素進(jìn)行主成分分析，提取的2個(gè)主成分PC1和PC2特征值方差分別47.51%和18.88%，樣本對(duì)變量的解釋程度較高。由主成分因子載荷圖和系統(tǒng)聚類樹狀圖（圖8）可知，表層土壤Cd、Zn和As為第一組，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，Cd和Zn相關(guān)系數(shù)達(dá)0.989，Cd和As、Zn和As相關(guān)系數(shù)分別為0.859、0.891。Pb和Cu為第二組，與第一組元素呈較顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中Pb和Cu相關(guān)系數(shù)為0.905，Pb和Cd、Pb和Zn、Pb和As相關(guān)系數(shù)分別為0.613、0.625、0.623，Cu和Cd、Cu和Zn、Cu和As相關(guān)系數(shù)分別為0.539、0.570、0.694。Cr和Ni同屬鐵族元素，具有一定的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.506；Hg元素為一組，與其它元素相關(guān)關(guān)系不明顯。

圖8 興安盟礦區(qū)重金屬含量主成分分析載荷（a）與聚類分析結(jié)果樹狀（b）圖

大興安嶺中南段鉛鋅礦礦化以Zn-Pb和Zn-Cu礦化為主，礦石和賦礦圍巖主要金屬礦物為閃鋅礦（ZnS）、方鉛礦（PbS）和黃銅礦（CuS），同時(shí)伴生毒砂（FeAsS）、磁黃鐵礦（Fe1-xS）等次要礦物，在巖石風(fēng)化作用下，土壤中Pb、Zn和Cu元素呈較顯著的正相關(guān)關(guān)系。與此同時(shí)，Cd是鉛鋅礦和銅鉛鋅多金屬礦的伴生元素，尤其在淺色閃鋅礦中含量較高（李元杰等,2019;趙青,2020;Chen et al.,2020），如在礦區(qū)礦體中，淺色閃鋅礦中 Cd元素含量約0.45%，深色鉛鋅礦Cd元素含量平均為0.23%，棕色閃鋅礦中Cd元素含量平均為0.39 %，故區(qū)內(nèi)土壤Cd與Zn呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。礦石采選過程中，Pb和Zn被浮選提取后，伴生元素Cd、Cu等較多的殘留堆積于尾礦庫(kù)中，在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)和降雨水力驅(qū)動(dòng)作用下向尾礦庫(kù)、礦山主要構(gòu)筑物周邊遷移。鉛鋅礦礦床原生礦物重金屬元素主要以硫化物礦物形式存在，由于硫化物礦物的熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，較易氧化和水解，在降雨淋濾作用下易使得硫化物中固定的重金屬元素活化釋放，故一般條件下，降水淋濾強(qiáng)度是鉛鋅礦重金屬遷移的關(guān)鍵性驅(qū)動(dòng)因素（郭祥義等,2018;李婷等,2020;孫厚云等,2020）。研究區(qū)地處半干旱區(qū)，降雨量相對(duì)較小，水力區(qū)驅(qū)動(dòng)對(duì)重金屬遷移影響相對(duì)較小，由尾礦庫(kù)東南側(cè)表層土壤和深層土壤重金屬元素含量對(duì)比分析結(jié)果可知，重金屬遷移深度有限。研究區(qū)表層土壤重金屬元素空間分布污染物主要向尾礦庫(kù)下風(fēng)向東南方向暈散，重金屬元素空間分布和遷移主要驅(qū)動(dòng)因素為風(fēng)力驅(qū)動(dòng)，Cd、Zn、Pb、As和Cu元素分布特征歸因于成土母巖風(fēng)化和人為活動(dòng)共同作用，Cr、Ni和Hg元素受人為活動(dòng)影響相對(duì)較小。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)表層土壤特征累積污染元素為Cd、Zn、Pb和As，重金屬元素超農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)中旱地污染篩選值比例大小關(guān)系為Cd（53.62%）>Zn（46.38%）>Pb（44.93%）>Zn（37.68%）。

（2）重金屬元素的總體污染累積程度由強(qiáng)至弱依次為：Cd>Zn>Pb>As>Cu>Cr>Ni>Hg，表層土壤Cu、Cr、Ni和Hg元素地累積程度總體屬無累積水平，地累積程度達(dá)中等-強(qiáng)累積以上水平土壤Cd、Zn、Pb和As樣品占比分別為44.93%、39.13%、20.09%和14.96%。

（3）研究區(qū)表層土壤重金屬元素綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（RI）范圍為5.77～933.25，總體屬中度風(fēng)險(xiǎn)水平，對(duì)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)貢獻(xiàn)較大的重金屬元素為Cd和As，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水強(qiáng)和高風(fēng)險(xiǎn)水平樣品占比分別為8.84%和7.25%。

（4）礦區(qū)重金屬元素空間分布具有較好的濃集中心，高值區(qū)主要位于礦山構(gòu)筑物周邊和尾礦庫(kù)下風(fēng)向上，深層土壤重金屬元素含量明顯低于表層土壤，重金屬元素垂向遷移深度有限，其空間遷移主要受風(fēng)力作用驅(qū)動(dòng)。

注 釋

①《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T166-2004）

② 《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-2018)