昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤重金屬有效態(tài)分析與評(píng)價(jià)

鄭芳芳，袁建平，吳 丹，余天虹

(海南師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，海南 ?？?571158)

昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤重金屬有效態(tài)分析與評(píng)價(jià)

鄭芳芳，袁建平*，吳 丹，余天虹

(海南師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，海南 海口 571158)

【目的】為了昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤重金屬有效態(tài)污染特征?！痉椒ā吭诓U鋅礦廢棄地的3個(gè)研究區(qū)(尾礦區(qū)、復(fù)墾區(qū)和外圍區(qū))內(nèi)共采集56個(gè)表層土壤樣品，以Pb、Zn、Cu、Cd等典型重金屬的全量與有效態(tài)含量為基礎(chǔ)，分析全量與有效態(tài)含量的相關(guān)性，運(yùn)用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)羅梅綜合指數(shù)法、地累積指數(shù)法及潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法相結(jié)合的方法對(duì)土壤重金屬有效態(tài)污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)?！窘Y(jié)果】①?gòu)难芯繀^(qū)來(lái)看，表層土壤不同程度地受到Pb、Zn、Cu、Cd 的污染，這4種重金屬含量總體趨勢(shì)為：Pb>Zn>Cu>Cd，土壤中重金屬元素全量和有效態(tài)含量其平均超標(biāo)倍數(shù)為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)，其污染程度為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)；②總體上，全量Pb、Zn、Cu、Cd 和有效態(tài)Pb、Zn、Cu、Cd呈顯著線(xiàn)性相關(guān)，但是各研究區(qū)全量與有效態(tài)含量并非呈相關(guān)性；③從評(píng)價(jià)來(lái)看，研究區(qū)的污染程度為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)，重金屬Pb、Cd污染程度較嚴(yán)重，特別是Cd達(dá)到重度污染程度，Zn、Cu的污染程度均較輕。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)者主要為Cd、Pb以及Cu，其中Cd貢獻(xiàn)率達(dá)到90 %以上，為主要污染源?！窘Y(jié)論】研究結(jié)果不僅揭示了昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤重金屬有效態(tài)的污染狀況，為該區(qū)域土地的合理利用和修復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。

鉛鋅礦；重金屬；有效態(tài)；分析與評(píng)價(jià)

【研究意義】近年來(lái)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)礦產(chǎn)資源的掠奪與開(kāi)采也日益嚴(yán)重。鉛鋅礦作為重要的礦產(chǎn)資源之一，具有開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)、覆蓋范圍廣、污染面積大的特點(diǎn)，昌化鉛鋅礦作為海南省鉛鋅礦最富鉛鋅的典型礦床之一，具有開(kāi)采時(shí)間早、品位程度高、伴生多種重金屬元素等特點(diǎn)[1]，由于歷史上開(kāi)采能力比較落后，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有采用專(zhuān)業(yè)的方法進(jìn)行冶煉，在冶煉過(guò)程中，重金屬以氣態(tài)或煙塵等形式排放到大氣中，通過(guò)大氣沉降、降雨等方式進(jìn)入土壤；同時(shí)，鉛鋅礦的廢石、廢渣和廢水等沒(méi)有進(jìn)行回收，導(dǎo)致土壤中重金屬污染物不斷累積和富集，對(duì)表層土壤造成污染，對(duì)污染區(qū)域內(nèi)的動(dòng)植物均產(chǎn)生強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[2]。重金屬是具有潛在危害的重要污染物，它引起特別關(guān)注之處在于它具有環(huán)境危害持久性、地球化學(xué)循環(huán)性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性等特點(diǎn)[3]，由于重金屬-土壤-生物間存在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)相互作用，能夠被生物吸收利用的一部分土壤重金屬叫做有效態(tài)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】但前人眾多的研究成果大多數(shù)都是假設(shè)土壤重金屬全量可被生物吸收利用，這難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)；而在重金屬污染的土壤中，有效態(tài)比全量更能反映污染物對(duì)作物的危害程度[4]，且有效態(tài)是重金屬在土壤中比較活躍的形態(tài)，決定了其生物有效性及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度，是評(píng)估土壤污染風(fēng)險(xiǎn)的重要手段[5-7]。通過(guò)研究重金屬的全量與有效態(tài)的相關(guān)性和污染程度，為掌握該研究區(qū)重金屬的污染程度和潛在生態(tài)危害，展開(kāi)土壤修復(fù)提供一定的借鑒意義?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本文以昌化鉛鋅礦廢棄地周邊表層土壤為研究對(duì)象，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了土壤有效態(tài) Pb、Zn、Cu、Cd的相關(guān)性以及評(píng)價(jià)方法。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為該區(qū)域土地的合理利用和修復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域位于海南省昌江黎族自治縣昌化鎮(zhèn)西北部鉛鋅礦及周邊廢棄污染地，周邊土壤主要以沙地和裸地為主，目前暫無(wú)可用于耕作的土壤，植被以灌木為主，喬木零星分散于廢棄地中，該區(qū)域是海南省鉛鋅成礦區(qū)的富鉛鋅礦床的典型代表之一，于1943年開(kāi)始開(kāi)采，1991年因礦源枯竭閉坑，煉鋅歷史較長(zhǎng)，致使該地區(qū)土壤嚴(yán)重污染(圖1)。

該地區(qū)地形以平原為主，地勢(shì)西北高，東南低，面積約19 km2；屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，每年5-11月為臺(tái)風(fēng)雨季，12月至翌年4月為旱季。年平均氣溫24.3 ℃，年降水量 902～1805 mm[8]；區(qū)內(nèi)有一條河流位于礦區(qū)與省道下方向，由于鉛鋅礦廢棄地尾礦渣隨意丟棄，河流經(jīng)常出現(xiàn)斷流，在雨水沖刷及人為活動(dòng)等原因下導(dǎo)致廢礦渣進(jìn)入農(nóng)田，周邊農(nóng)田已經(jīng)受到重金屬?lài)?yán)重污染，現(xiàn)已不再種植任何作物。

2 材料與方法

2.1 樣品采集測(cè)定

本次樣品于2013年6-8月對(duì)廢棄地進(jìn)行采集，為確保所采集樣品的均勻性和代表性，采用梅花采樣法進(jìn)行樣點(diǎn)布設(shè)，取樣深度為0～20 cm表層土壤，共采集56個(gè)土壤樣品；其中，尾礦區(qū)采集土壤樣品15個(gè)，復(fù)墾區(qū)13個(gè)，外圍區(qū)28個(gè)。采集后放入聚乙烯塑料袋中密封保存并對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，采集的土壤樣品置于陰涼干燥處風(fēng)干后，剔除石塊、生物殘骸與植物碎片，研磨，并過(guò)100目尼龍篩后備用。重金屬全量Pb、Zn、Cu和Cd 先用HNO3-HF-HClO4法測(cè)定消解，然后采用ICP-MS電感耦合等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定。重金屬有效態(tài)Pb、Zn、Cu和Cd采用 DTPA 浸提，ICP-AES測(cè)定[9]。

圖1 采樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of sample points

2.2 數(shù)據(jù)分析

重金屬元素有效態(tài)含量與全量相關(guān)性分析和評(píng)價(jià)方法分析采用SPSS12.0和Excel完成，圖形采用CorelDRAW 10進(jìn)行繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 表層土壤中重金屬元素全量和有效態(tài)含量

如表1所示，重金屬元素Pb、Zn、Cu、Cd的全量范圍分別為89.96～16176.72、120.65～10225.56、1.53～824.26、1.28～85，除了復(fù)墾區(qū)Zn沒(méi)有完全超標(biāo)外，其余樣品均全部超標(biāo)，尾礦區(qū)、復(fù)墾區(qū)和外圍區(qū)Pb、Zn、Cu、Cd平均超標(biāo)倍數(shù)范圍為26.08～214.3、12.73～83.03、6.45～50.3、136.01～496.78；重金屬元素Pb、Zn、Cu、Cd的有效態(tài)含量范圍分別為4.68～2668.6、2.07～419.84、0.05～109.68、0.04～14.58，僅有尾礦區(qū)和外圍區(qū)中Cd的超標(biāo)率為100 %，復(fù)墾區(qū)Pb、Zn、Cu、Cd和尾礦區(qū)及外圍區(qū)的Pb、Zn、Cu均未完全超標(biāo)，但是其平均超標(biāo)倍數(shù)均大于1。表明：昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤重金屬的全量只有復(fù)墾區(qū)2個(gè)樣本不超過(guò)海南土壤背景值，其余的樣本均不同程度地超標(biāo)，特別是伴生元素Cd，總量范圍為1.28～85 mg·kg-1，遠(yuǎn)高于海南土壤中Cd含量的0.05 mg·kg-1背景值水平，其平均超標(biāo)倍數(shù)最大可達(dá)459.76，嚴(yán)重超標(biāo)；昌化鉛鋅礦廢棄地土壤中重金屬Pb、Zn、Cu、Cd有效態(tài)含量在3個(gè)研究區(qū)范圍相較于重金屬全量而言，有效態(tài)Pb、Zn、Cu、Cd含量占全量的平均百分比不高于20 %，盡管有效態(tài)所占全量的比例較低，但是有效態(tài)是重金屬在土壤中較活躍的形態(tài)，因而其含量決定了生物有效性及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度，這比重金屬全量更能反映污染物對(duì)動(dòng)植物的危害程度。

從研究區(qū)來(lái)看，土壤中重金屬元素全量和有效態(tài)含量其平均超標(biāo)倍數(shù)為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)，這說(shuō)明土壤中重金屬元素全量和有效態(tài)含量污染程度具有一定的規(guī)律性，其污染程度為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)，重金屬有效態(tài)含量受重金屬全量控制，但是全量和有效態(tài)含量的高低并非完全一一對(duì)應(yīng)，全量的高低并不能完全決定重金屬的污染。3個(gè)研究區(qū)4種重金屬有效態(tài)含量極值出現(xiàn)點(diǎn)與全量極值出現(xiàn)點(diǎn)不完全一樣，重金屬Cd有效態(tài)含量極值出現(xiàn)點(diǎn)同全量極值，重金屬Cd有效態(tài)極小值出現(xiàn)在復(fù)墾區(qū)，極大值出現(xiàn)在外圍區(qū)；重金屬Pb有效態(tài)含量極小值出現(xiàn)點(diǎn)同全量極小值，出現(xiàn)在復(fù)墾區(qū)，而有效態(tài)極大值和全量極大值出現(xiàn)在外圍區(qū)不同點(diǎn)；重金屬Zn有效態(tài)含量極值出現(xiàn)點(diǎn)與全量極值出現(xiàn)點(diǎn)完全不一樣；重金屬Cu有效態(tài)含量極小值出現(xiàn)點(diǎn)同全量極小值，出現(xiàn)在復(fù)墾區(qū)，而有效態(tài)極大值和全量極大值出現(xiàn)在外圍區(qū)不同點(diǎn)。

從變異系數(shù)來(lái)看，4種重金屬全量在3個(gè)研究區(qū)的變異系數(shù)范圍為41.36 %～82.37 %、87.79 %～166.64 %、87.92 %～108.67 %，有效態(tài)在3個(gè)研究區(qū)的變異系數(shù)范圍56.22 %～89.05 %、26.78 %～150 %、93.55～121.61 %；有效態(tài)含量變異系數(shù)相對(duì)于全量而言，除了尾礦區(qū)Cu、Cd和復(fù)墾區(qū)Cu的變異系數(shù)小于全量的變異系數(shù)外，其余的有效態(tài)含量變異系數(shù)均大于全量變異系數(shù)。結(jié)果表明：3個(gè)研究區(qū)重金屬全量與有效態(tài)含量變異系數(shù)大小均為復(fù)墾區(qū)>外圍區(qū)>尾礦區(qū)，復(fù)墾區(qū)和外圍區(qū)變異系數(shù)均屬高等變異強(qiáng)度，空間分布差異很大；尾礦區(qū)屬中等變異強(qiáng)度，空間分布差異較大；除了尾礦區(qū)Zn、Cu和復(fù)墾區(qū)Cu的有效態(tài)含量的變異系數(shù)比全量變異系數(shù)小，Pb、Zn、Cu、Cd有效態(tài)含量的變異系數(shù)基本上比相應(yīng)的Pb、Zn、Cu、Cd全量的變異系數(shù)大。Pb、Zn、Cu、Cd有效態(tài)含量的較大變異系數(shù)可能表明：生物有效態(tài)Pb、Zn、Cu、Cd在各不同賦存形態(tài)(可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)態(tài)結(jié)合態(tài))中的含量和組成比例是不同的，重金屬在土壤溶液中主要以簡(jiǎn)單離子、有機(jī)或無(wú)機(jī)絡(luò)離子的形式存在，海南良好的水熱條件有利于土壤腐質(zhì)酸的形成，腐質(zhì)酸中分子量較低的化學(xué)活性較強(qiáng)的富里酸易于與重金屬Pb、Zn、Cu、Cd元素結(jié)合，本身又易于被氧化分解[10]，而釋放出游離的Pb、Zn、Cu、Cd離子又容易被生物利用；海南土壤中較高含量的鐵錳氧化物表面吸附了土壤溶液中大量的生物有效性活潑的可交換態(tài)和離子態(tài)的Pb、Zn、Cu、Cd離子；因此鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和松散有機(jī)結(jié)合態(tài)含量的變化對(duì)土壤中重金屬Pb、Zn、Cu、Cd的變異性影響程度也最為明顯。正是由于Pb、Zn、Cu、Cd元素的各不同賦存形態(tài)在每個(gè)土樣中有較大的變化，才導(dǎo)致了土壤樣品中的Pb、Zn、Cu、Cd的有效態(tài)含量的變異系數(shù)比總量的要大[10]。

表1 56個(gè)土壤樣品中的重金屬全量與有效態(tài)含量

注：尾礦區(qū)樣本n1=15，復(fù)墾區(qū)樣本n2=13，外圍區(qū)樣本n3=28。超標(biāo)率及超標(biāo)倍數(shù)的計(jì)算以海南土壤重金屬全量背景值為參考標(biāo)準(zhǔn)。

Note: The sample of the tail area isn1= 15, the sample of rereclamation area isn2=13, and the sample of peripheral area isn3= 28. The calculation of the overshoot rate and the superscalar multiple use the total background value of soil heavy metal in Hainan for the reference standard.

3.2 表層土壤重金屬有效態(tài)和全量相關(guān)性分析

海南昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤不同區(qū)域之間的 Pearson 相關(guān)系數(shù)(表2)，尾礦區(qū)土壤中重金屬Pb、Zn、Cu、Cd全量與有效態(tài)含量相關(guān)性不顯著，這可能與尾礦區(qū)大面積遭受洗礦酸液侵染有關(guān)，酸液侵染土壤造成表層土壤具有強(qiáng)酸性，影響到土壤中植物營(yíng)養(yǎng)元素的有效性及污染元素的活性；復(fù)墾區(qū)土壤中重金屬Zn、Cd全量與有效態(tài)含量呈極顯著的相關(guān)性(P<0.01)，Pb、Cu全量與有效態(tài)含量相關(guān)性不顯著，這是因?yàn)閺?fù)墾區(qū)種植飄拂草、茅草、后藤、單葉蔓荊、小葉桉和木麻黃等富集重金屬含量的植物，各優(yōu)勢(shì)植物對(duì)Zn、Cd的富集量較高，其中Zn最高富集量的植物為小葉桉，平均達(dá)到596 mg/kg，Cd最高富集量植物為單葉蔓荊，平均達(dá)到25 mg/kg；Pb、Cu的富集量較低，其中Pb最高富集量植物為茅草，平均為71.13 mg/kg，Cu最高富集量植物為后藤，平均為16.8 mg/kg[11]。外圍區(qū)土壤中重金屬Pb、Zn、Cu、Cd全量與有效態(tài)含量呈極顯著的相關(guān)性，這主要是因?yàn)殂U鋅礦廢棄地尾礦渣隨意丟棄，而外圍區(qū)地勢(shì)相對(duì)于尾礦區(qū)而言較低，在雨水的沖刷下，容易把尾礦渣搬運(yùn)到外圍區(qū)，造成河流經(jīng)常斷流，且重金屬在雨水沖刷下，極易活化、淋出。表明土壤中重金屬含量雖然不能準(zhǔn)確地評(píng)估土壤的重金屬環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)有效性，但總體而言，昌化鉛鋅礦廢棄地表層重金屬全量與有效態(tài)含量之間存在著極顯著正相關(guān)關(guān)系。這與有關(guān)研究的結(jié)果[12-13](即有效態(tài)與全量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系不太一致)。雖然土壤重金屬有效態(tài)含量在很大程度上受土壤重金屬全量的控制，土壤重金屬總量在一定程度上也能夠反應(yīng)土壤有效態(tài)含量，但是土壤重金屬全量與有效態(tài)并不是完全呈顯著相關(guān)性。因此研究土壤重金屬有效態(tài)的污染狀況必須要與土壤重金屬總量相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)性分析評(píng)價(jià)。

4 表層土壤重金屬元素污染評(píng)價(jià)

4.1 昌化鉛鋅礦的開(kāi)采時(shí)間、自然條件狀況、現(xiàn)有土壤活力和植被生長(zhǎng)能力

本文首先采用單因子污染指數(shù)法對(duì)各采樣點(diǎn)的含量進(jìn)行污染程度分析；接著運(yùn)用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)鉛鋅礦區(qū)的綜合污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)[14]，并根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級(jí)劃分污染程度；然后采用地質(zhì)累積污染指數(shù)對(duì)因受自然成巖作用和人為活動(dòng)而造成的污染進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)地質(zhì)累積指數(shù)劃分污染程度；最后采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)該區(qū)域進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。重金屬是潛在的重要危害污染物，只有對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)，才能對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取相應(yīng)的合理的管理及有效的技術(shù)措施進(jìn)行土壤環(huán)境治理和修復(fù)[15-22]。

表2 土壤重金屬元素有效態(tài)和重金屬全量之間的相關(guān)系數(shù)

注：*代表在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。 **在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

Note: * represents the significant correlation at 0.05 level (bilateral). ** represent the very significant correlation with 0.01 level (bilateral).

4.2 單因子污染指數(shù)與內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

如表3所示，從單因子污染指數(shù)(Pi)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，污染物指數(shù)從大到小為：Cd>Pb>Cu>Zn，且污染水平都達(dá)到重度污染，但是從各個(gè)研究來(lái)看，尾礦區(qū)和外圍區(qū)Pb、Zn、Cu、Cd均達(dá)到重度污染，復(fù)墾區(qū)只有Cd、Pb達(dá)到重度，Zn、Cu達(dá)到輕污染；3個(gè)研究區(qū)相比較而言，尾礦區(qū)和外圍區(qū)污染程度比較嚴(yán)重，而復(fù)墾區(qū)污染程度較輕。從內(nèi)羅梅綜合污染指數(shù)(PN)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，尾礦區(qū)、復(fù)墾區(qū)和外圍區(qū)均達(dá)到重污染程度，且尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)。從復(fù)墾區(qū)的污染程度來(lái)看，說(shuō)明對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行復(fù)墾能夠有利于減輕其污染程度，有利于礦區(qū)廢棄地土壤的修復(fù)，但是目前復(fù)墾區(qū)仍然還是存在不同程度的污染，因此還不能種植農(nóng)作物，以免重金屬通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體健康造成危害。

4.3 地質(zhì)累積污染指數(shù)評(píng)價(jià)

地質(zhì)累積指數(shù)是主要用于評(píng)價(jià)沉積物中重金屬污染程度，同時(shí)也適用于當(dāng)代土壤中重金屬污染的評(píng)價(jià)，由于昌化鉛鋅礦開(kāi)采至今時(shí)間較久，因此有必要對(duì)昌化鉛鋅礦重金屬進(jìn)行地質(zhì)累積指數(shù)評(píng)價(jià)。昌化鉛鋅礦廢棄地土壤重金屬地質(zhì)累積污染指數(shù)評(píng)價(jià)。如表4所示，從研究區(qū)來(lái)看，其污染程度為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)；從總的重金屬污染程度來(lái)看，其污染重度大小為Cd>Pb>Zn>Cu，Zn、Cu的污染程度均為輕-中度污染，但是尾礦區(qū)和外圍區(qū)Zn、Cu的污染程度均為中度污染，復(fù)墾區(qū)Zn、Cu均沒(méi)有受到污染，這表明：重金屬Pb、Zn、Cu、Cd 4種元素中Pb、Cd污染程度較嚴(yán)重，為土壤中主要的污染物，對(duì)重金屬進(jìn)行總體評(píng)價(jià)并不能真實(shí)反映各個(gè)研究區(qū)的污染情況，因此要對(duì)各個(gè)研究區(qū)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，才能制定合理的土壤修復(fù)措施。

表3 土壤單因子、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算分類(lèi)

表4 土壤地質(zhì)累積污染指數(shù)評(píng)價(jià)

表5 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

4.4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)

重金屬具有潛在危害的重要污染物，進(jìn)入自然環(huán)境中的重金屬不容易被溶解，它能通過(guò)自然和人為等多種途徑進(jìn)入動(dòng)植物體內(nèi)，最終可能進(jìn)入人體不斷累積、富集，并對(duì)人體健康造成危害。因此，要對(duì)土壤中的重金屬污染狀況進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，就要利用重金屬的毒性系數(shù)以定量的方法劃分出重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。由表5可知，3個(gè)研究區(qū)土壤中重金屬元素的總體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)順序?yàn)椋篊d>Pb>Cu>Zn。其中，尾礦區(qū)重金屬Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值為2488.2，超過(guò)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)程度閾值320，污染程度達(dá)到嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；重金屬Pb潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為151.95，污染程度達(dá)到較重污染等級(jí)；而重金屬Zn、Cu潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，屬于輕度污染。復(fù)墾區(qū)重金屬Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值為406.28，超過(guò)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)程度閾值320，污染程度達(dá)到嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；而重金屬Pb、Zn、Cu潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均低于40，均為輕微污染。外圍區(qū)重金屬Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值為2218.85，超過(guò)嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)程度閾值320，污染程度達(dá)到嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；重金屬Pb潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為121.35，污染程度達(dá)到較重污染程度，而重金屬Zn、Cu潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，屬于輕度污染。這4種重金屬在3個(gè)研究區(qū)潛對(duì)復(fù)合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的貢獻(xiàn)率分別為：尾礦區(qū)(5.67 %、0.18 %、1.35 %、92.80 %)、復(fù)墾區(qū)(3.73 %、0.46 %、1.29 %、94.52 %)；外圍區(qū)(5.47 %、0.30 %、1.17 %、93.06 %)。由此可見(jiàn)，昌化鉛鋅礦廢棄地重金屬Pb潛在生態(tài)污染較嚴(yán)重，Cd潛在生態(tài)污染嚴(yán)重；而生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)者主要為Cd、Pb以及Cu。其中Cd貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到90 %以上，因此Cd為主要污染源。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)昌化鉛鋅礦廢棄地土壤表層重金屬Pb、Zn、Cu、Cd的全量與有效態(tài)含量分析、相關(guān)性分析以及污染評(píng)價(jià)的研究，得到以下幾方面的結(jié)論。

(1)表層土壤重金屬污染總體情況。昌化鉛鋅礦廢棄地尾礦區(qū)、復(fù)墾區(qū)、外圍區(qū)不同程度地受到Pb、Zn、Cu、Cd的污染，從研究區(qū)來(lái)看，土壤中重金屬元素全量和有效態(tài)含量其平均超標(biāo)倍數(shù)為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)，其污染程度為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)；與海南土壤背景值相比，污染程度最嚴(yán)重的是Cd，其次是Pb、Zn，Cu污染最輕。

(2)表層土壤重金屬全量與有效態(tài)含量的相關(guān)性。相關(guān)分析顯示，總體上，昌化鉛鋅礦廢棄地表層土壤重金屬Pb、Zn、Cu、Cd全量與有效態(tài)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，但是3個(gè)研究區(qū)并非都是全量與有效態(tài)呈正相關(guān)關(guān)系。全量雖然是有效態(tài)含量的主要控制因子，但是全量與有效態(tài)間并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

(3)表層土壤重金屬污染評(píng)價(jià)。通過(guò)單因子指數(shù)法、內(nèi)羅梅指數(shù)法、地累積指數(shù)法和潛在風(fēng)險(xiǎn)對(duì)昌化鉛鋅礦廢棄地的表層土壤重金屬污染評(píng)價(jià)對(duì)比得出，研究區(qū)的污染程度為尾礦區(qū)>外圍區(qū)>復(fù)墾區(qū)，重金屬元素污染程度為Cd>Pb>Cu>Zn，且重金屬Pb、Cd污染程度較嚴(yán)重，特別是Cd達(dá)到重度污染程度；Zn、Cu的污染程度均較輕。由潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可知，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)者主要為Cd、Pb以及Cu。其中Cd貢獻(xiàn)率達(dá)到90 %以上，為主要污染源。

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AvailableContentAnalysisandPollutionEvaluationofSoilHeavyMetalsinLead-zincAbandonedMineinChanghua,HainanProvince

ZHENG Fang-fang, YUAN Jian-ping*, WU Dan, YU Tian-hong

(College of Geography and Environment, Hainan Normal University, Hainan Haikou 571158 China)

【Objective】The research was conducted to study characteristics of bioavailable concentrations pollution of heavy metal in the surface soil of Changhua lead and zinc mine. 【Method】56 surface samples in 3 study zones(peripheral zone, reclamation zone and tailing zone) were collected from wasteland soils located at Changhua lead-zine mine, based on total and available heavy metal(Pb, Zn, Cu and Cd )in soils, their correlation of total content with available content was analyzed, and their pollution characteristics by methods of single factor pollution index, Nemerow pollution index, geological accumulation index and potential ecological risk index were assessed. 【Result】(i)The surface soils were polluted by Pb, Zn, Cu, Cd in different degrees, the four heavy metal of overall trend was in order of Cd>Pb>Zn>Cu, average excess multiple of heavy metal of total and available content were peripheral zone>tailing zone>reclamation zone in soils, and their pollution degrees were peripheral zone>tailing zone>reclamation zone from the study zone; (ii) In general Pb, Zn, Cu, Cd of total content and available showed a significant linear correlation, but total and available contents were not a correlation every study zone; (iii)Pollution degrees of study zone were peripheral zone>tailing zone>reclamation zone, the pollutions of heavy metals Pb and Cd were more serious, especially the Cd reached high levels of pollution degree, and the pollution degrees of Zn, Cu were lighter. Contributors of ecological risk were mainly for Cd, Pb and Cu, especially, the contribution of Cd achieved more than 90 %, which was a main source of pollution. 【Conclusion】The results not only reveal the pollution status of heavy metal in the surface soil of the abandoned coal mine, but also could provide scientific guidance for reasonable utilization and ecological recovery.

Lead-zinc mine; Heavy metal; Available content; Analysis and assessment

1001-4829(2017)12-2732-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.12.020

2016-09-20

海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(411102)；海南師范大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目(Hsyx2015-33)

鄭芳芳(1989-)，女，在讀碩士生，主要研究方向?yàn)闊釒Шu地表過(guò)程與環(huán)境評(píng)價(jià)，E-mail：1163483225@qq.com，*為通訊作者：袁建平(1973-)，男，博士，副教授，E-mail：20601564@qq.com。

S153.6

A

(責(zé)任編輯陳 虹)