江西某煤礦區(qū)修復(fù)成效評(píng)估與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

摘要：為探究礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程對(duì)土壤污染源頭防控工作的成效，本研究對(duì)江西某礦區(qū)煤矸石、礦區(qū)新覆土壤、礦區(qū)下游農(nóng)用地土壤、灌溉水及底泥進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，并對(duì)樣品Cd含量進(jìn)行分析測(cè)試。采用莫蘭指數(shù)、地累積指數(shù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)礦區(qū)及周邊表生環(huán)境中Cd的源匯關(guān)系、污染程度、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示礦區(qū)周邊土壤受煤矸石和礦區(qū)新覆土壤以及自然本底的多重影響，Cd含量（0.33 mg·kg-1）介于煤矸石與新覆土壤之間，污染程度（Igeo為-2.03～0.37）介于輕微污染-中度污染之間，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（Er 為11～58）介于低風(fēng)險(xiǎn)-中度風(fēng)險(xiǎn)之間。研究表明礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作對(duì)下游農(nóng)田保護(hù)效果顯著，周邊農(nóng)田土壤Cd元素含量、污染程度、風(fēng)險(xiǎn)水平相較于煤矸石均顯著降低。但在土地開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，需注意土壤酸化問(wèn)題，及時(shí)避免由于酸化而引起的大量重金屬的釋放。

關(guān)鍵詞：煤礦；鎘；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)價(jià)；江西

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2024）11-2565-10 doi：10.11654/jaes.2024-0898

鎘（Cd）作為有毒的人體非必需元素，在土壤中具有長(zhǎng)期性、積累性、不可降解性等多種潛在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境和人體具有嚴(yán)重威脅[1-3]。在煤礦開(kāi)發(fā)區(qū)，快速的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和有效措施的缺乏曾被認(rèn)為是土壤Cd污染最為主要的原因[4-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的煤炭消費(fèi)量從1971年的6 000萬(wàn)t上升到2015年的19.2億t，并可能在2050年達(dá)到峰值[6-7]。在煤炭開(kāi)采和選礦過(guò)程中產(chǎn)生的煤矸石，其比例占到煤炭總產(chǎn)量的10%～15%，并以每年2 億t 堆積量的速度增長(zhǎng)[8-9]。已有研究表明，截至2006年，中國(guó)煤矸石的累計(jì)產(chǎn)量已超過(guò)45億t，占用土地面積超過(guò)1.5萬(wàn)km2[10]。重度堆積的煤矸石暴露地表，通過(guò)長(zhǎng)期的自然風(fēng)化和雨水淋濾，會(huì)釋放出大量具有毒性、蓄積性和持久性的重金屬元素，對(duì)周邊的水體、土壤造成污染，威脅植物生長(zhǎng)和人類健康[5]。

相較于發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)初就開(kāi)始的采石場(chǎng)生態(tài)修復(fù)工作，中國(guó)的起步工作則相對(duì)較晚。原國(guó)土資源部在《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2008—2015年）》中明確提出，為解決歷史遺留的礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，需要通過(guò)多種渠道籌集資金以實(shí)施恢復(fù)治理工作。該規(guī)劃設(shè)定的目標(biāo)是：到2015年，礦山地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理率應(yīng)達(dá)到35% 以上，歷史遺留礦山廢棄土地的復(fù)墾率應(yīng)超過(guò)30%。此外，至2020年，這一目標(biāo)需進(jìn)一步提升，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)治理率達(dá)到40%以上[11]。在《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016—2020年）》中，原國(guó)土資源部進(jìn)一步提出建設(shè)一批國(guó)家級(jí)綠色礦山和綠色礦業(yè)發(fā)展示范區(qū)建設(shè)重大工程[12]。萍鄉(xiāng)自2022年被生態(tài)環(huán)境部正式列為“十四五”全國(guó)13個(gè)土壤污染防治先行區(qū)以來(lái)，高度重視土壤污染防治工作，通過(guò)實(shí)施一批重大項(xiàng)目加強(qiáng)了耕地土壤污染源頭防控，為深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展形成有力支撐。伴隨著修復(fù)政策的落實(shí)，相關(guān)的工程措施、化學(xué)治理、微生物修復(fù)等方法被推廣使用，但修復(fù)效果的評(píng)價(jià)工作仍較為缺乏。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)、重金屬污染評(píng)估方法以及污染控制策略進(jìn)行了廣泛研究。修復(fù)技術(shù)主要包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)及其組合技術(shù)[13-14]，而重金屬污染評(píng)估則多采用地累積指數(shù)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等方法[15-19]，這些研究為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)提供了技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。

盡管礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作已經(jīng)取得了一定成效，但對(duì)修復(fù)效果的全面評(píng)估和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)仍顯不足。本研究旨在通過(guò)系統(tǒng)地調(diào)查江西某礦區(qū)煤矸石、礦區(qū)新覆土壤、下游農(nóng)用地土壤、灌溉水及底泥的環(huán)境質(zhì)量，特別是Cd 元素的污染狀況，采用莫蘭指數(shù)、地累積指數(shù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等方法，全面評(píng)估礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工程的成效及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本研究將明確礦區(qū)土壤Cd污染的源匯關(guān)系、污染程度及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，并為其他礦產(chǎn)資源豐富地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

思古塘礦區(qū)位于江西省萍鄉(xiāng)市蘆溪縣北部邊陲（中心點(diǎn)坐標(biāo)：27.695 9°N，114.047 1°E），距離蘆溪縣約7 km。區(qū)內(nèi)交通較為便利，滬昆線高速鐵路及公路東西向橫亙蘆溪縣，礦區(qū)南北兩側(cè)與公路及鐵路相近。礦區(qū)地處羅霄山脈東段北麓，屬侵蝕溶蝕低丘崗地地形，地勢(shì)東西兩側(cè)高，中間為平坦的水田及村莊。其周邊屬贛江水系，地表無(wú)大河流，區(qū)內(nèi)發(fā)育有多條沖溝，分布有多個(gè)水庫(kù)、水塘，用于農(nóng)業(yè)灌溉。較為典型的石塘水庫(kù)和東風(fēng)水庫(kù)的蓄水量分別達(dá)到5.4×104m3和7.9×106 m3，水能資源豐富，為苗木灌溉提供了豐富的水資源條件。針對(duì)于思古塘礦區(qū)，治理對(duì)象主要為宏發(fā)煤礦、海源煤礦、利發(fā)煤礦3座政策性關(guān)閉的廢棄礦山，以及周邊早期的民采、私采礦點(diǎn)破壞區(qū)。受長(zhǎng)期采礦影響，礦區(qū)未修復(fù)前地表植被大部分被破壞，土地裸露，碎石廢渣、煤矸石大量堆積，水土流失現(xiàn)象較嚴(yán)重。

2018 年，研究區(qū)開(kāi)始實(shí)施廢棄礦山生態(tài)修復(fù)工作，對(duì)礦區(qū)采用“廢渣清運(yùn)+地形整治+土壤改良+種植經(jīng)濟(jì)樹(shù)種”等綜合防治措施。清運(yùn)煤矸石至周邊磚瓦廠利用，并將礦區(qū)地形改造為多級(jí)寬平臺(tái)與緩坡。采用種植土覆蓋及有機(jī)肥施用等方法進(jìn)行土壤改良，確保適宜臍橙等經(jīng)濟(jì)樹(shù)種的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)與土地再利用。這些措施不僅改善了礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境，更提升了廢棄礦區(qū)的土地利用價(jià)值。

1.2 樣品采集與測(cè)試

本研究采用木制鏟采集表層土壤樣品。在取樣前，將不銹鋼鏟和木鏟分別套上一次性塑料封袋。每個(gè)點(diǎn)位樣品采集完畢后，立即更換塑料封袋，確保取樣工具的清潔，并防止不同土壤樣品之間的交叉污染。如圖1所示，表層土壤樣品既包括了礦區(qū)覆土，亦包括了周邊農(nóng)田土壤，以實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)土壤的質(zhì)量評(píng)價(jià)以及修復(fù)工程對(duì)周邊農(nóng)田土壤所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)。本次研究在礦區(qū)內(nèi)部采集覆蓋土壤樣品6件，礦區(qū)周邊采集農(nóng)用地土壤樣品45件，測(cè)試土壤Cd全量。

進(jìn)行土壤剖面采樣時(shí)，使用專用的土鉆等采樣工具進(jìn)行單點(diǎn)采集。采樣過(guò)程中遇到碎石較多的情況時(shí)，則選擇在附近進(jìn)行額外的挖掘采樣。樣品從規(guī)定的起始深度以下，連續(xù)采集2 m長(zhǎng)的土柱，并且每20cm分裝一個(gè)樣品。在采集過(guò)程中，避免獲取基巖風(fēng)化層的樣品。如果符合要求的土層太薄或未達(dá)到規(guī)定的深度，則于同一位置進(jìn)行多次采樣，確保土壤樣品總量不少于1 000 g。土壤樣品依據(jù)GB/T 17141—1997標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定，主要測(cè)定Cd全量。

灌溉水和底泥采集嚴(yán)格按照《地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ91.2—2022）和《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ 494—2009）等相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的要求進(jìn)行。裝樣前，容器先用井水蕩洗2～3次，除pH、水溫現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定外，其余項(xiàng)目按要求使用不同的容器裝水樣，加入保護(hù)劑，密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室上機(jī)測(cè)定。地表水樣品的保存參照《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》（HJ 493—2009）和項(xiàng)目分析標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。水樣加硝酸酸化至pH為1～2后，采用原子吸收分光光度法測(cè)定Cd含量；底泥樣品依據(jù)GB/T 17141—1997標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定Cd含量。

煤矸石樣品采集嚴(yán)格按照《場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.2—2014）和《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 20—1998）等相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的要求進(jìn)行，主要采用簡(jiǎn)單隨機(jī)采樣法與分層采樣法。根據(jù)HJ 781—2016的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行樣品的制備與測(cè)試。本次研究于礦區(qū)內(nèi)部及周邊采集煤矸石樣品5件，測(cè)定煤矸石中Cd含量以及水浸出液中Cd含量。

為確保嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行采樣和測(cè)試，所有采樣人員均接受了相關(guān)培訓(xùn)，熟悉采樣流程和注意事項(xiàng)。采樣過(guò)程中詳細(xì)記錄采樣點(diǎn)位、時(shí)間、環(huán)境條件等關(guān)鍵信息。測(cè)試過(guò)程中使用校準(zhǔn)后的儀器，并記錄校準(zhǔn)證書編號(hào)和有效期。所有測(cè)試數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)復(fù)核，確保準(zhǔn)確無(wú)誤。

1.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

1.3.1 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)法可估算重金屬分布的自然變化，并識(shí)別人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，用于定量評(píng)價(jià)土壤中各元素的累積程度[15]，計(jì)算公式為：

1.3.3 莫蘭指數(shù)法

空間自相關(guān)是指地理相鄰的要素在特征或?qū)傩陨险宫F(xiàn)出相似性或一致性的現(xiàn)象，該現(xiàn)象常通過(guò)空間自相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行定量分析。目前常用的空間自相關(guān)指數(shù)有多種，其中莫蘭指數(shù)（Moran′s I）應(yīng)用最為廣泛[17]。莫蘭指數(shù)分為全局莫蘭指數(shù)和局部莫蘭指數(shù)兩類。全局莫蘭指數(shù)用于判斷特定區(qū)域內(nèi)屬性值的分布模式，包括聚集、離散或隨機(jī)分布。而局部莫蘭指數(shù)的高值則表明具有相似變量值的區(qū)域單元在空間上呈現(xiàn)出聚集的趨勢(shì)，反之，低值則反映出不同的變量值的區(qū)域單元在空間上的聚集分布。具體的計(jì)算方法為：

2 結(jié)果與分析

2.1 煤矸石與礦區(qū)覆土中Cd含量特征

2.1.1 煤矸石樣品

煤矸石中Cd含量特征如表2所示，Cd元素的全量范圍為0.50～1.10 mg·kg-1，中位值為0.90 mg·kg-1，平均值（0.84 mg·kg-1）略小于中位值，表明思古塘煤矸石中Cd含量無(wú)明顯極大值，數(shù)據(jù)分布不存在偏態(tài)現(xiàn)象。煤矸石中Cd的變異系數(shù)為25.64%，屬于中等變異性，說(shuō)明在不同空間位置的煤矸石中，Cd元素的含量分布相對(duì)均勻。依據(jù)《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)（試行）》（GB 15618—2018）對(duì)煤矸石中的Cd進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，所有煤矸石樣品的Cd含量均超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的篩選值，低于管制值，是篩選值的1.67～3.67倍，具有一定的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

煤矸石的水浸結(jié)果顯示各類重金屬元素的提取含量接近檢出限，均低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）中對(duì)應(yīng)限值。

2.1.2 礦區(qū)土壤樣品

礦區(qū)土壤中Cd元素全量如表3所示，Cd的含量范圍介于0.18～0.43 mg·kg-1，平均值（0.28 mg·kg-1）與中位值（0.24 mg·kg-1）相當(dāng)，表明客土中Cd含量的分布具有穩(wěn)健性，空間上不存在明顯的極值點(diǎn)。Cd元素在礦區(qū)土壤中的變異系數(shù)為34.67%，呈現(xiàn)中等變異性，覆蓋客土中Cd的含量在空間分布上相對(duì)集中，可以反映區(qū)域的基本特征。

對(duì)應(yīng)《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)（試行）》（GB 15618—2018），礦區(qū)2處土壤點(diǎn)位Cd含量超出篩選值（圖2），是篩選值的1.27～1.43倍，未超出土壤管控值。相較于煤矸石，礦區(qū)土壤的Cd含量和污染程度均顯著下降，表現(xiàn)出良好的修復(fù)效果。需要注意的是，礦區(qū)客土pH呈現(xiàn)酸性，變化范圍為3.78～6.00，該條件有利于重金屬元素的釋放，在后續(xù)的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中需進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。

2.2 灌溉水及底泥中Cd含量特征

土壤中重金屬元素的含量除了受地質(zhì)背景等內(nèi)在因素影響之外，還受到人為因素等外在物質(zhì)輸入的干擾。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的灌溉水也會(huì)對(duì)土壤有一定程度的影響，是農(nóng)用地中重金屬元素輸入的重要途徑。水樣采樣點(diǎn)分布在水渠各處，水樣源自河流、水庫(kù)等不同類型的源頭，基本代表了礦區(qū)周邊的灌溉水類型。

貫穿思古塘礦區(qū)的2條灌溉溝渠流向均為由西北至東南，沿渠采集的10件灌溉水樣品的pH值范圍為6.5～7.2，Cd含量均低于檢出限，也低于《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）的規(guī)定限值，從灌溉輸入的角度分析風(fēng)險(xiǎn)較低。

于灌溉水樣品同點(diǎn)位采集底泥樣品10件，測(cè)定Cd 全量。結(jié)果如表4 所示，底泥pH 值范圍為6.41～8.09，呈中偏堿性，Cd含量范圍為0.17～0.55 mg·kg-1，平均值為0.37 mg·kg-1，中位值偏大，為0.43 mg·kg-1，說(shuō)明底泥樣品中Cd含量存在極低值。底泥物源受礦區(qū)及沿河耕地土壤影響，相對(duì)于礦區(qū)覆土，底泥Cd含量偏高但仍屬于同一水平。但底泥處于堿性環(huán)境，理化性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，不利于Cd的活化，風(fēng)險(xiǎn)較低。參比《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)（試行）》（GB 15618—2018），底泥中有4 件樣品Cd 含量超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值，是篩選值的1.37～1.83倍，無(wú)超出管控值樣品。

2.3 周邊土壤Cd污染特征

農(nóng)用地土壤Cd 含量測(cè)試結(jié)果如表5 所示，周邊農(nóng)田土壤pH 值波動(dòng)較大，變化范圍為4.25～8.03，土壤分布由酸性跨到堿性。Cd 的含量范圍為0.11～0.58 mg·kg-1，中位值（0.31 mg·kg-1）與平均值（0.33mg·kg-1）相當(dāng)，說(shuō)明周邊土壤中Cd的含量不存在偏態(tài)分布，變異系數(shù)亦處于中等水平。參比《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)（試行）》（GB 15618—2018），Cd 超篩選值點(diǎn)位比例為28.89%（圖3），是篩選值的1.03～1.93倍，可見(jiàn)由煤矸石到客土再到下游土壤，超篩選值的樣點(diǎn)占比處于持續(xù)下降的趨勢(shì)。13件超篩選值土樣的酸化問(wèn)題較為突出，為下一步礦區(qū)土壤風(fēng)險(xiǎn)防控提供了方向。

2.4 農(nóng)田土壤Cd剖面垂向變化

土壤剖面樣品的采集是為了解土壤的成壤過(guò)程、沉積過(guò)程及其引起的含量特征的變化趨勢(shì)，揭示沉積歷史和環(huán)境變化。此次在礦區(qū)下游灌渠旁采集了4條土壤剖面，編號(hào)TRPM01和TRPM03為靠近礦區(qū)的2 條剖面，TRPM02 和TRPM04 為對(duì)應(yīng)的離礦區(qū)較遠(yuǎn)的剖面（圖4）。在剖面上，Cd元素在頂層土壤中的含量均高于底層土壤，頂層土壤中Cd含量為底層土壤的1.61倍，存在明顯的外源輸入特征，表明人為擾動(dòng)已經(jīng)促進(jìn)了表生環(huán)境中元素的富集，引發(fā)了一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。Cd自土壤深部至地表波動(dòng)幅度較大，對(duì)應(yīng)了礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中的天然風(fēng)化、污染（煤矸石）輸入、客土修復(fù)等多種過(guò)程的交織。Cd含量在深部（150～200 cm）變化較為穩(wěn)定，處于低水平，說(shuō)明該深度主要以天然風(fēng)化作用為主。中深層土壤出現(xiàn)了不同程度的波動(dòng)，即在風(fēng)化基礎(chǔ)上摻雜了人為的擾動(dòng)，如上游煤矸石的淋溶輸入，所有剖面樣品的最高值均出現(xiàn)在該層位。表層土壤相對(duì)于中深層土壤，Cd含量降低，但是仍出現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明客土修復(fù)對(duì)下游土壤重金屬的累積起到了緩沖作用，有效緩解了環(huán)境壓力，但也表明對(duì)于耕地等人為活動(dòng)較為強(qiáng)烈的地區(qū)，還需進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，以防危及作物質(zhì)量及人體健康。

3 討論

3.1 源匯關(guān)系分析

由研究結(jié)果可知，思古塘礦區(qū)周邊土壤重金屬Cd污染狀況不甚樂(lè)觀，為進(jìn)一步分析煤矸石開(kāi)采對(duì)礦區(qū)周邊土壤重金屬Cd含量的影響，基于研究區(qū)域內(nèi)45個(gè)土壤重金屬樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)，采用空間分析方法對(duì)土壤Cd含量與土壤點(diǎn)位距礦區(qū)的距離進(jìn)行空間相關(guān)性分析。使用ArcGIS 計(jì)算全局莫蘭指數(shù)，并通過(guò)GeoDa計(jì)算雙變量局部莫蘭指數(shù)，以期明確污染源與土壤中Cd含量在空間分布上的相互關(guān)系和協(xié)同特征[17]。

計(jì)算得知，Cd元素全局莫蘭指數(shù)為0.419 6，空間相關(guān)性在Plt;0.001水平下顯著，表明Cd元素在空間上呈聚集性分布的結(jié)果。為進(jìn)一步分析礦區(qū)污染對(duì)土壤重金屬Cd含量的影響，采用雙變量局部莫蘭指數(shù)（Bivariate Local Moran′s I）方法對(duì)土壤重金屬Cd 含量及其與礦區(qū)距離的空間相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果以聚類圖（圖5）的形式呈現(xiàn)，將區(qū)域分為5 個(gè)類別：高Cd含量與遠(yuǎn)離礦區(qū)的高距離聚類（H-H）、低Cd含量與近礦區(qū)的低距離聚類（L-L）、低Cd含量與遠(yuǎn)離礦區(qū)的高距離聚類（L-H）、高Cd含量與近礦區(qū)的低距離聚類（H-L）以及無(wú)顯著聚類。分析結(jié)果顯示，土壤Cd含量與距礦區(qū)距離之間呈現(xiàn)出明顯的低-高和高-低的聚類趨勢(shì)，而高-高和低-低的聚類分布相對(duì)較少。其中高-低聚類主要分布在研究區(qū)中北部，即礦區(qū)周邊地區(qū)，說(shuō)明礦區(qū)附近地區(qū)土壤重金屬含量較高，環(huán)境污染比較嚴(yán)重，其可能與礦區(qū)的重金屬淋溶有關(guān)。聚類結(jié)果為低-高類型的區(qū)域在礦區(qū)最下游即遠(yuǎn)離礦區(qū)的地方大量存在，該區(qū)域重金屬污染較輕，距礦區(qū)距離也較遠(yuǎn)。位于研究區(qū)最南側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)位呈現(xiàn)出了高-高聚類的情況，其可能屬于高背景區(qū)。在礦區(qū)上游，以及緊鄰礦區(qū)的下游點(diǎn)位呈現(xiàn)了低-低聚類，說(shuō)明其未受到礦區(qū)煤矸石所淋溶的滲濾液的污染，成因還需進(jìn)一步確認(rèn)。通過(guò)莫蘭指數(shù)分析，充分證明了歷史上礦區(qū)開(kāi)采活動(dòng)對(duì)周邊農(nóng)用地土壤造成了明顯的污染。

3.2 地累積指數(shù)

地累積指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表6所示。煤矸石中的Cd 含量最高，平均地累積指數(shù)為0.85，呈現(xiàn)中度污染。礦區(qū)覆土Cd含量最低，地累積指數(shù)為負(fù)值，表明目前礦區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量較高。底泥中的Cd含量受到上游煤矸石、礦區(qū)土壤的綜合影響，介于煤矸石與礦區(qū)土壤之間，平均地累積指數(shù)為負(fù)值，表明修復(fù)效果較為可觀。礦區(qū)周邊的農(nóng)用地土壤中部分點(diǎn)位呈現(xiàn)輕微污染，其比例占到22.22%，這部分樣品在酸、中、堿性土壤中均有分布，表明該現(xiàn)象并非是客土修復(fù)引起的，而是前期受到煤矸石淋溶輸入的干擾，尚累積有較高的Cd含量，呈現(xiàn)出一定的風(fēng)險(xiǎn)。

在修復(fù)工程實(shí)施前，上游煤矸石暴露于地表，在風(fēng)化淋濾作用下，還原狀態(tài)的Cd被大量釋放，隨水體遷移至下游，在水動(dòng)力條件較弱的時(shí)段沉積形成底泥。底泥雖然多數(shù)條件下較為穩(wěn)定，但是也有在水動(dòng)力條件較強(qiáng)的時(shí)候引發(fā)二次污染的可能。修復(fù)工程不但從源頭清理了煤矸石，并進(jìn)行了低Cd含量的客土覆蓋，使得下游土壤環(huán)境得到了極大改善。研究表明，與江西處于同一氣候條件帶的黔西北、渝西等煤礦周邊土壤Cd污染達(dá)到中度及以上水平[15，18]，說(shuō)明在近似風(fēng)化淋濾程度的對(duì)比下，經(jīng)過(guò)礦區(qū)修復(fù)，下游的農(nóng)田土壤Cd含量相對(duì)于我國(guó)其他煤礦區(qū)土壤，處于相對(duì)優(yōu)質(zhì)的水平。

3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

作為常見(jiàn)的評(píng)價(jià)指數(shù)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)中引入了重金屬毒性系數(shù)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)重金屬的環(huán)境評(píng)價(jià)具有重要的參考價(jià)值。本文以土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值作為依據(jù)，在評(píng)估污染程度的基礎(chǔ)上，結(jié)合Cd對(duì)生態(tài)環(huán)境所帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cd風(fēng)險(xiǎn)的雙重評(píng)價(jià)。對(duì)礦區(qū)不同樣品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果如表7所示，由表7可知，廢棄物煤矸石的Cd生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于較高水平，而修復(fù)客土生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)則最低。受二者綜合影響，周邊農(nóng)田土壤及底泥中的Cd總體上呈現(xiàn)低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，周邊農(nóng)田土壤中有33.33%的點(diǎn)位呈中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這一比例高于地累積指數(shù)中的污染占比，說(shuō)明未污染的點(diǎn)位在考慮生態(tài)效應(yīng)時(shí)并非是絕對(duì)安全的，因此在進(jìn)行作物生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，需充分考慮重金屬毒性效應(yīng)。這意味著，雖然下游環(huán)境污染程度較低，但考慮到Cd毒性效應(yīng)較強(qiáng)，Cd還是對(duì)周邊土壤和水體環(huán)境造成了一定的威脅。

對(duì)比其他煤礦區(qū)Cd 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（表7），在貴州[15，18]、江西西部[16]、濟(jì)寧[20]、江安[21]等煤礦區(qū)均出現(xiàn)了不同程度的高風(fēng)險(xiǎn)甚至極高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位。而本研究區(qū)則不存在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，表明修復(fù)工程的生態(tài)效果是十分顯著的，但是部分農(nóng)田土壤和底泥中仍存在著中風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位，也說(shuō)明客土修復(fù)雖然起到了顯著的效果，但是歷史開(kāi)采已產(chǎn)生了較嚴(yán)重污染，后續(xù)需要針對(duì)性地治理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防控。

3.4 研究啟示

煤礦開(kāi)采活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，成為全球范圍內(nèi)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題之一[4-5，22]。盡管不同地區(qū)礦區(qū)的地理氣候條件各異，但在煤礦污染的主體修復(fù)策略上，卻呈現(xiàn)出高度的相似性[14]。其中客土修復(fù)技術(shù)作為一種有效的治理手段，通過(guò)引入未受污染的土壤覆蓋或替換污染土壤，顯著降低了污染源的直接暴露，從而在一定程度上遏制了污染形勢(shì)惡化[23]。在礦區(qū)生態(tài)修復(fù)工作中，雖然客土修復(fù)技術(shù)已展現(xiàn)出明顯成效，但僅憑單一方法難以全面優(yōu)化礦區(qū)及周邊土壤環(huán)境。因此，未來(lái)需積極探索包括原位鈍化、深翻耕、優(yōu)化施肥等在內(nèi)的綜合修復(fù)措施，力求修復(fù)效果的最大化。同時(shí)，必須高度重視土壤酸化問(wèn)題，因其可能加劇重金屬的釋放與遷移，增加環(huán)境隱患。在礦區(qū)修復(fù)及后續(xù)土地利用中，應(yīng)采取施用石灰、有機(jī)肥等有效措施預(yù)防土壤酸化，降低重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到礦區(qū)土壤污染的長(zhǎng)期性與復(fù)雜性，加強(qiáng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與評(píng)估工作至關(guān)重要，需建立完善的監(jiān)測(cè)體系，實(shí)時(shí)追蹤土壤污染動(dòng)態(tài)，為修復(fù)與管理提供科學(xué)支撐。此外，還應(yīng)大力推動(dòng)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，借助科技力量不斷研發(fā)新技術(shù)，并促進(jìn)其在實(shí)際修復(fù)中的廣泛應(yīng)用，以提升修復(fù)工作的整體效率與成效。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

（1）以平均值計(jì)，煤矸石中Cd含量?jī)?chǔ)備最高，修復(fù)客土Cd含量最低，下游土壤和底泥Cd含量介于二者之間，在部分酸性土壤中，Cd含量超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018）中的篩選值。地累積指數(shù)評(píng)價(jià)顯示，農(nóng)田土壤平均污染程度表現(xiàn)為未污染，部分點(diǎn)位（22.22%）前期受煤矸石影響較大，表現(xiàn)為中度污染。

（2）Cd 毒性系數(shù)較高，煤矸石中的Cd 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到了較高水平，礦區(qū)土壤、農(nóng)田土壤及底泥的平均生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均為低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，反映了客土修復(fù)的顯著效果。但是仍有部分農(nóng)田土壤存在中等風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)這部分重點(diǎn)區(qū)應(yīng)進(jìn)行后續(xù)的防控和治理。

（3）礦物灌溉水水質(zhì)良好，不存在外源輸入的風(fēng)險(xiǎn)，但是底泥中的Cd 含量（0.37 mg·kg-1）、污染程度（未污染-中度污染）以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（低風(fēng)險(xiǎn)-中等風(fēng)險(xiǎn)）仍需要注意，以防止水體擾動(dòng)、水動(dòng)力條件較強(qiáng)時(shí)引發(fā)二次污染，尤其上游土壤酸化較為嚴(yán)重。

4.2 建議

本研究對(duì)礦區(qū)修復(fù)工程的短期效果進(jìn)行了評(píng)估，但礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。未來(lái)的研究應(yīng)加強(qiáng)對(duì)修復(fù)區(qū)域長(zhǎng)期環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)，包括土壤理化性質(zhì)的持續(xù)演變、重金屬元素在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程、生物多樣性的恢復(fù)情況。通過(guò)設(shè)立長(zhǎng)期觀測(cè)站點(diǎn)定期采集和分析數(shù)據(jù)，可以更全面地了解修復(fù)工程的長(zhǎng)期效果，為礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

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