＊鄭恒 郭方磊 黃裕濤 胡紫燕 劉少敏

（安徽理工大學 地球與環(huán)境學院 安徽 232001）

引言

煤矸石中含有多種有害或潛在有害的微量元素，在天然雨水淋溶下會析出多種重金屬元素[1]，煤矸石山中析出的重金屬通過矸石孔隙下滲進入土壤，通過地表徑流進入周圍環(huán)境[2]，造成周邊土壤累積性污染[3]，重金屬通過土壤進入周邊植物體內，最終危害人類健康[4-5]，所以需要采用科學的方法對矸石山附近土壤進行污染等級劃分，辨別出關鍵的污染因子，進而對污染區(qū)域土壤進行檢測、修復。

1.材料與方法

(1)研究區(qū)域概況

創(chuàng)大生態(tài)園位于淮南潘集區(qū)潘集鎮(zhèn)和田集街道之間，在其修復之前，由于30年煤炭高強度開采，該區(qū)域由曾經的良田演變成一片采煤塌陷塘，土壤理化性質較差，土壤養(yǎng)分流失嚴重，失去了土壤的耕性，自2007年開始，淮南市政府開始對該塌陷區(qū)域進行土地治理，通過煤矸石回填后進行覆土恢復生產。復墾區(qū)年平均降水量926mm，常年主導風向為東風，年平均氣溫為15.3℃。

(2)樣品采集與處理

如圖1，于創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)山頂、山腰和山腳設置采樣點共16個，樣點間隔10m，每個采樣點按照對角線采樣法采集五個樣品，土樣采集0～20cm土層的土壤，然后充分混合。

圖1 采樣點布置圖Fig.1 Layout sampling point

土壤帶回實驗室后，去除雜草、石塊，用四分法去除多余土壤，保留約500g，風干后碾碎，分別過100目、200目篩網(wǎng)。

2.重金屬風險評價

(1)單因子指數(shù)法[6]

其計算公式為：I=Ci/C0

式中，I為土壤中單項污染指數(shù)；Ci為某項因子的實測含量；C0為某項因子標準值。

(2)內梅羅污染指數(shù)法[6-7]

式中，Pn為單點土壤重金屬綜合污染指數(shù)；I為同一樣品中各單項I的平均值；Imax為同一樣品中單項I的最大值。

(3)區(qū)域綜合污染負荷指數(shù)

該指數(shù)由評價區(qū)域所包含的多種重金屬成分共同構成，能直觀地反映各個取樣點對區(qū)域總污染的貢獻程度。其評價公式為[2]：

式中：Pzone為流域污染負荷指數(shù)；n為評價點的個數(shù)。

3.結果分析

(1)土壤重金屬含量及分擔率

實驗檢測所有樣品均檢測出Cu、Pb、Cd、Zn、Cr、Ni、As、Hg八種重金屬元素，檢出率為100%。

土壤污染物分擔率是指土壤單項指標的污染指數(shù)占土壤各項指標污染指數(shù)和的百分數(shù)，可以確定研究區(qū)域土壤的主要污染物。由表1可以看出，創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)土壤重金屬污染主次順序為：Cd＞Cu＞Pb＞Zn＞Cr＞As＞Ni＞Hg，其主要重金屬污染物是Cd、Cu、Pb。

表1 單因子指數(shù)法污染程度分級標準Tab.1 Pollution degree classification by single factor index

表2 內梅羅污染指數(shù)分級標準Tab.2 Pollution degree classification by Nemero

表3 創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)土壤重金屬含量及分擔率Tab.3 Heavy metal content and share rate of Chuangda reclamation area

(2)生態(tài)園山頂土壤污染評價

對生態(tài)園山頂土壤各重金屬進行單項污染指數(shù)評價，根據(jù)計算結果作出相應的箱線圖，由圖2可以看出各重金屬單項污染指數(shù)均值都小于1，未對土壤造成污染。其中Pb、Zn、As在個別樣點處單項污染指數(shù)大于1，屬于輕度污染。根據(jù)Nemerow公式計算出山頂各點重金屬綜合污染指數(shù)取平均值0.7＜0.865＜1，可知山頂區(qū)域重金屬污染為尚清潔水平。

圖2 山頂土壤重金屬單項污染指數(shù)箱線圖Fig.2 Individual pollution index of soil heavy metals at hilltop

(3)生態(tài)園山腰鴨場附近土壤污染評價

對生態(tài)園山腰鴨場附近土壤各重金屬進行單項污染指數(shù)評價，根據(jù)計算結果作出相應的箱線圖，由圖3可以看出該區(qū)域Cd、Pb污染相對較高，其單項污染指數(shù)集中在1～2，Pb個別樣品污染指數(shù)＜1，屬于輕度污染；Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg單項污染指數(shù)集中在0～1，未對該區(qū)域土壤造成污染。根據(jù)Nemerow公式計算出山頂各點重金屬綜合污染指數(shù)并取平均值為1＜1.188＜2，說明該區(qū)域土壤重金屬為輕度污染。

圖3 山腰土壤重金屬單項污染指數(shù)箱線圖Fig.3 Individual pollution index of soil heavy metals at hillside

(4)生態(tài)園山腳田地土壤污染評價

對生態(tài)園山腰鴨場附近土壤進行各重金屬單項污染指數(shù)評價，根據(jù)計算結果作出相應的箱線圖，由圖4可以看出該區(qū)域Cu、Pb、Cd、Zn、As污染相對較高，其單項污染指數(shù)集中在1～2，個別樣品＜1，屬于輕度污染；Cr、Ni、Hg相對污染指數(shù)集中在0～1，個別樣品＞1，對該區(qū)域土壤幾乎沒有污染。根據(jù)Nemerow公式計算出山頂各點重金屬綜合污染指數(shù)并取平均值為1＜1.476＜2，說明該區(qū)域土壤重金屬為輕度污染。

圖4 山腳土壤重金屬單項污染指數(shù)箱線圖Fig.4 Individual pollution index of soil heavy metals at the foot hill

(5)創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)土壤重金屬污染空間特征

單因子指數(shù)法和內梅羅指數(shù)法是對一個采樣點中單一金屬污染程度和多種金屬污染程度進行評價和劃分，綜合污染指數(shù)法可以計算整個采樣區(qū)域土壤重金屬污染的綜合指數(shù)，通過每個區(qū)域的綜合污染指數(shù)進而描繪創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)的重金屬污染空間特征。

表4 點污染評價指數(shù)Pn和區(qū)域綜合污染負荷指數(shù)PzoneTab.4 Point pollution evaluation index Pn and Regional comprehensive pollution load index Pzone

通過計算山頂、山腰和山底三個區(qū)域各采樣點的點污染評價指數(shù)，可以看出各區(qū)域所有采樣點的點污染評價指數(shù)以及均值大小都為山頂＜山腰＜山腳；對三個區(qū)域進行綜合污染評價，可以看出各區(qū)域綜合污染負荷指數(shù)Pzone大小為山頂＜山腰＜山腳，說明創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)土壤重金屬污染從山頂?shù)缴降字饾u加重，這是因為堆積的煤矸石在雨水淋溶下析出重金屬，并通過橫向擴散至外層覆土，且同時在重力作用下向下遷移，不斷下滲并在山腳逐漸累積[8]。

4.結論

創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)土壤重金屬污染總體較輕，其中山頂和山腰區(qū)域重金屬污染水平為尚清潔，在警戒線以下，山腳污染程度為輕度污染；

用單因子指數(shù)法對土壤單項重金屬污染程度進行評價，可知創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)土壤主要重金屬污染元素為Cd、Cu、Pb，所以需要重點監(jiān)測這三種重金屬，并做好修復工作。

通過計算創(chuàng)大生態(tài)園復墾區(qū)三個區(qū)域綜合污染負荷指數(shù)并比較其空間污染特征，可知復墾區(qū)土壤重金屬污染狀況從山頂?shù)缴侥_依次加重，所以需要加強對煤矸石山底土壤重金屬的監(jiān)測，防止重金屬在山腳土壤累積，通過土壤轉移到植物體內，最終危害人類身體健康。