2021年第3期有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)• 93 •
d o i： 10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2021. 03. 015
李武江K2，朱四喜l i2
(1.贵州民族大学喀斯特湿地生态研究中心，贵阳550025;
2•贵州民族大学生态环境工程学院，贵阳550025)
摘要：为探明贵州六盘水某矿区周边农田土壤重金属的分布特征及污染程度.以矿区周边农田为研究对 象•采集表层土壤测定0、％工11、？1)、211和八；；含||：，分析重金属空间分布特征，评价土壤1金属污染程
度及潜在生态风险，并探究其来源。结果显示，6种重金属元素含量均高于贵州省土壤重金属背景值，
超标倍数依次为 C u(5. 82)>Ni(2. 52)>Zn(2. 46)>P b(1.81)C r(1.51)>A s(l_ 18)，重金属分布显示矿
区煤矸石山和洗选厂周边的农田土壤*金属富集较为严重。单项污染指数均值显示C u处于重度污染
水平，N i、Z n为轻度污染水平.P b、C r、A s为轻微污染水平；综合污染处于重度污染级别。地质累积指数
法评价结果显示：(：11、化、211、？1)处于轻度污染，0、八8表现为尚未污染水平。研究区重金属的综合潜在
生态风险指数为68. 02，已经达到轻度危害程度，其中C u、N i对综合潜在生态风险（R D的贡献最大。多
元统计分析结果显示，Z n与A s以及C u与P b的相关性较强，表明Z n、P b、A S、C u的来源较相
似，为第一类来源，主要源于采矿活动产生的三废；N i、C r分别为第二、三类来源，第二类重金属来源与
汽车尾气的排放、机械损耗有关；第三类重金属主要受土壤母质影响。4种i f价结果基本一致，矿区周
边农田土壤t金属处于重度污染，轻度危害程度X U、N i是研究区土壤影响最显著的生态风险因子，重
金属主要源于采矿活动产生的三废。
关键词：煤矿区；农田土壤；重金属污染；空间分布；风险评价
中图分类号：X53;X825 文献标志码：A文章编号：1007-7545(2021 )03-0093-09
Spatial Distribution Characteristics and Ecological Risk Assessment
of Heavy Metals in Farmland Soil of a Mining Area
L I W u-j i a n g1.2，Z H U S i-x i1.2
(1. In s titu te o f K a rs t W e tlan d E co lo g y, G uizhou M in z u U n iv e rs ity, G u iya n g550025, C h in a；
2. C ollege o f E co-e n viro n m e n t E n g in ee rin g, G u izh o u M in z u U n iv e rs ity, G u iy a n g550025，C hin a)
Abstract ：T o e x p l o r e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d p o l l u t i o n d e g r e e o f h e a v y m e t a l s in f a r m l a n d a r o u n d a m i n i n g a re a in L i u p a n s h u i,G u i z h o u p r o v i n c e,s u r f a c e soil w a s c o ll e c te d w i t h f a r m l a n d a r o u n d m i n i n g a r e a a s t h e r e s e a r c h o b j e c t.C o n t e n t s of C r，N i，C u，P b，Z n a n d A s a r e a n a l y z e d，a n d t h e i r s p a t ia l d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s,h e a v y m e t a l s p o ll u ti o n a n d p o t e n t i a l e c o lo g ic a l r i s k a n d t h e i r s o u r c e in t h e s t u d y a r e a w e r e a ls
o s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t soil h e a v y m e t a l s e l e m e n t c o n t e n t in th e s t u d y a r e a a r e h i g h e r th a n soil b a c k g ro u n d values of heavy m etals in G uizh o u p ro v in c e,excessive m u ltip les of C u(5. 82)〉 N i(2. 52)>z i n c(2.46)〉P b(1.81)C r(1.51)〉A s(1.18).H e a v y m e t a l d i s t r i b u t i o n s h o w s t h a t h e a v y m e t a l s a c c u m u l a t i o n is m o r e s e r io u s in c o al g a n g u e m o u n t a i n a n d f a r m l a n d soil a r o u n d t h e w a s h i n g
收稿日期：2020-08-18
基金项目：贵州省科技计划项目（黔科合支撑[2018]2807)；国家自然科学基金资助项目（31560107)
作者简介：李武江（1996-)，男，贵州威宁人，硕士研究生；通信作者：朱四喜（1972-)，男，江西贵溪人，博士，教授
• 94•有金属（冶炼部分）（ysyl. bgrimm. cn)2021年第3期
plant. Mean single pollution index to display level of Cu in severe pollution level, Ni and Zn for light pollution level，P b，C'r and As for slight pollution level, and comprehensive pollution situation is in the severe pollution level. T h e evaluation results of geological accumulation index m ethod show that C u, N i，Zn and Pb are slightly polluted, while C'r and As are clean. Com prehensive potential e
cological risk index of heavy metals is 68. 02, which has reached the degree of mild h arm, among which Cu and Ni contribute the most to com prehensive potential ecological risk (R1). T he results of m ultivariate statistical analysis show that correlation between Zn and P b, Zn with As and Cu with Pb is stro n g, indicating that sources of Z n，Pl)，As and Cu are similar. As the first source»they are mainly from three wastes produced by mining activities. Ni and Cr are the second and third sources respectively. T h e second heavy metals source is related to autom obile exhaust emission and mechanical loss. T h e third heavy metals source is mainly affected by soil parent material. T h e results of four evaluations are basically consistent. Farm land soil around mining area is severely polluted and slightly damaged. Cu and Ni are the most significant ecological risk factors affecting soil in research a re a，and heavy metals are mainly derived from three wastes from mining activities.
Key words：coai mine a r e a；farmland so il；heavy metal pollu tio n；spatial d istrib u tio n；risk assessment
煤矿资源的大量开采能助力当地社会的经济发 展 '同时.煤矿开采会产生大量的废水、矸石等废液 废渣.如果对其处理未达标就排放到环境中会使重金 属在土壤中累积>3.污染土壤、地下水等。由于重金 属污染较特殊1，农田土壤被重金属污染后很难恢复.重金属会通过食物链对人体的组织和细胞等造成 结构和功能上的损害，严重的会导致人体致癌、慢性 中毐、致突变等危害〜。煤炭含多种元素.所含
的镉、氣、汞、锰、镍、铅、砷、铬、铜、钼、硼、钡和锌等元素都会对环境会产生较大的影响7:。王兴明等〜对某煤 矿周边农田土壤重金属的研究表明.煤矿区土壤存在 一定的生态毒性。因此.对大型煤矿区周边农田土壤 重金属的研究不仅可维护农田土壤安全和区域民众 健康，其生态、经济、社会效益丨（大％。贵州六盘水地 K素有“西南煤都”的美誉，是两南地区最大的产煤区 之一。H前，有关六盘水煤矿区周边农田土壤重金属 污染现状的研究和评价报道较少。本研究通过采集 煤矿区周边农田表层土壤样品，测定C'r、N i、C u、P h、Z n和A s的含量，分析其分布特征，运用多种评价方 法共同评价所测重金属的污染程度、生态危害程度. 采用多元统计分析探究重金属的主要来源.旨在为该 矿K农田土壤重金属的治理修复提供科学依据。
1材料与方法
1.1研究区概况
研究K位于六盘水市西北部.距市中心区约20 km。矿井始建于20世纪60年代，矿井开采年限已有50 余年，矿区储煤极其丰富，属于特大型矿井，是西南 地区极具代表性的大型煤矿之一。矿区内有两座矸 石山.第一座位于矿区东偏北方向，已堆积矸石50 余年。第二座矸石山位于矿区西偏南方向，已堆积 矸石20余年。研究区海拔1 650〜2 200 m，气温最 高30 °C，最低一 12 °C，年平均气温123〜13. 1°C，全年降雨量1 092. 3〜1 251. 7 m m.四季凉爽，雨量 集中，干湿季节明显，属北亚热带湿润气候区，土壤 类型以黄壤为主。
1.2样品采集与测定
对研究区进行实地考察后，按照GB 482—79 采样标准W，采集表层（〇〜20 cm)土壤样品，每个 采样点按照3个平行样进行采集，共采集土样102 个，土壤样品采样点见图1。剔除土壤样品中的杂物后分別放人已编号的自封袋密封，同时用G P S记 录位置。土壤样品带回实验室，铺在牛皮纸上自然风干，风干后用玛瑙研体研磨过100 尼龙筛，以备测试分析。在测定样品过程中首先要选择合适的 设备和方法，采用HF-H N a-HClQ，法消煮采集的 土壤样品1112…测定各重金属元素的方法与赵斌等:n1所使用的方法相同。实验中使用的试剂都是优级纯。每个样品重复测试3次，使用国标土样(GB W07401)控制测定精度，所测结果误差范围在±5%，精度符合研究要求。
202]年第3期有金属（冶炼部分）（h ttp://ysyl. bgrimm. cn)
• 95 •
I 04°47,20,'
104〇48,0〃
公式参数含义参见文献[13]。内梅罗指数法计算公式为：
r _ ^[ccJs,)L, + (C,ls,)L
(2)
式中.（C /s ,)_、（c ,/s ,)_分别表示在，样点
中污染物单因子污染指数的均值与最大值，为样
点的综合污染指数。评价结果分级标准见表1。
1.3. 2
地质累积指数法
M uller 指数14计算公式为：
U = log 2(C ,,/H 3…)
(3)
公式参数含义参见文献[10]，评价结果分级见
表1。1.3. 3
潜在生态风险评价法
Hakanson 潜在生态风险指数法[15]已较多地应
用于环境风险评价中.能够较为准确地描述综合污 染程度。
耵（单项重金属潜在生态危害系数）计算公式：
表丨土壤重金属污染等级划分标准
Table 1
Criteria of pollution grade of soil heavy metals
地质累积指数
内梅罗指数
潜在生态危害指数
等级
J g e o
污染等级P ,
污染等级污染等级单污染物环境
风险程度R I
潜在生态危害 程度
1<0清洁<1无污染<0. 7清洁<40生态危害轻微<150生态危害轻微20〜1轻度污染1〜2轻微污染0. 7 〜1
膂成线40 〜80生态危害中等150〜300生态危害中等31〜2偏中度污染2〜3轻度污染1〜2轻度污染80 〜160生态危害高300〜600生态危害高42〜3中度污染3〜5重度污染2〜3中度污染160〜320生态危害较高>600
生态危害较高
53〜4偏1度污染>5
极强污染
>3
重度污染
>320
生态危害极高
64〜5重度污染7
>5
极重污染
2 结果与分析
2.1农田土壤重金属含量
表2为研究区土壤C r 、N i 、C u 、Zn 、P b 、A S 的具 体含量，6种重金属元素的含量均值分别为（m g/kg):
Cr 127.45、Ni 82. 85、Cu 156.43、Zn 213.82、
Pb 56. 73、A s l 8. 89。6种重金属元素的含量都大
于贵州土壤重金属背景值.依次是背景值的1.51、2. 52、5. 82、2. 46、1.81、1. 18 倍，超标倍数排序为:
Cu >Ni >Zn >Pb >Cr >A s ，其中 Cu、Ni 和 Zn 的超
标情况比较严重。结果表明，研究区的这6种重金 属污染情况明显，有可能对当地的农业生产以及人
验过程中可能受到多种因素的影响，无法保证最终 评价结果的绝对正确。考虑各方面因素的影响，本
研究采用多种重金属污染评价方法，并将不同评价 方法得到的结果进行对比分析，以期得到更精准的 评价结果。
1.3.1单因子指数法和内梅罗指数法
单因子污染指数法13，其计算公式为：尸,=C ,/S ,
⑴
E'r = T 'r ^-
(4)
(潜在生态风险指数）计算公式：/?/ = 2 £；.
(5)索拉非尼
式中.E ；为第/种重金属环境风险指数；C 为 重金属：毒性响应系数，由文献[16]可知，Zn =l <
Cr =2<C u = P b =N i = 5<A s =10。C ，和 S ，为第!•
种重金属元素的实测值和背景值，评价结果的分级 标准见表1。
阁例
•采样点▲矸石山洗选厂接道
47*20"
104〇48,0〃
图1 土壤样品采样点
Fig. 1
Sampling sites of soil samples
评价方法
对土壤重金属污染评价的方法有多种[13，在y 5C
<N
:0s
09<
:
«n «o J 09C
S
• 96 •有金属（冶炼部分）（4叫://>^1.丨)#丨111111.(：11)2021年第3期
体健康造成危害，应当引起的®视。
2.2农田土壤重金属含量频数分布及空间分布特征
根据样本数据的分布情况可判断人为活动对土壤重金属的影响情况〜。根据图2和单样本柯 尔莫戈洛夫斯米诺夫检验，所测研究区土壤重金属C r、C'u、Zn、P h、A s的舍量服从偏正态分布. 其值分别集中分布在45〜58、35〜78、85〜110、60~150、70〜11811招/1^，而>^含量服从正态分布，其值主要集中在60〜80 mg/kg。此外，偏度和峰度也可以反映重金属含量分布特征，根据偏度、峰度的值可以判断是否是正态分布，如果二 者的值越靠近〇，说明基本呈现正态分布18:。对 于N i来说.两个参数都处于0〜1(表2)服从正 态分布，而其他5种元素对应的偏度和峰值均与〇有较大的距离.则表明C r、C
u、Zn、P b、A s服从 偏正态分布。因此，能够判断出这5种重金属的累积主要是人为活动所导致的，矿区环保措施有待完善。
表2研究区重金属描述性分析
Table 2 Description of heavy metals in the study area
i：金属含量/(mg* kg丨）
标准差
变异
系数/%
偏度峰度
允许最大值V
(m g •kg 1 )
背景值…/
(m g •kg1 )
最小值最大值均值
Cr31289127. 4551. 040. 400. 730. 1820084. 4 N i3413182. 8515. 230. 180. 310. 865032. 9
C u56387156. 4358. 660. 37 1. 81 3. 7510026. 9
Z n60572213.8272. 250. 34 1. 20 3. 2925086. 9 Ph8. 224556. 7328. 720. 51 2. 6110. 428031. 3
A s 6. 95718. 8911. 500. 61 1. 88 2. 882516.0注《土壤环境质量标准》(（;B丨56181995)中的丨丨级标准值：贵州土壤竹景值（中国环境监测总站.1990)
图2研究区土壤重金属元素含量频数分布
Fig. 2 Distribution of heavy metal element content in soil in the study area
从阁3研究区土壤重金属含量空间分布图可以 看出，C'r的高值区主要分布在矸石山一周边的农田 及洗选厂周边农田，在矸石山二周边农田的分布较轻。N i的高值区主要分布在矸石山一和矸石山二周边的农田，呈岛状分布，N i在洗选厂周边农田的分布相对较轻。C u在整个矿[X：的富集偏高，在矸石 山
、洗选厂周边的农田均有分布，且在矸石山二的局部K域有严重累积现象。Z n在整个矿区的富集也比较明显，其高值区主要分布在矸石山二与洗选厂周边的农田。P b在整个矿区的富集情况相对较为乐观，其高值区分布在洗选厂的下游和上游的农田。
A s的高值区分布集中在矸石山一周边的农田，并呈 岛状分布。整体而言，矿区的矸石山、洗选厂周边的 农田土壤重金属富集较为严重
。
2021年第3期有金属（冶炼部分）（ysyl. hgrimm. cn)
• 97 •
N
k g ')
105-120
口120〜150 口150~200 ■200-220 ■220-250 ■250-280 ■280-300 ■300 〜355
104〇47,20〃E
吕贝卡104°47*
40〃E
104〇48,0”E
104。48,
20"E
104〇48,
40"E 104°47'
20〃E
104°47'40〃E 104〇48,0"E 104°48'20"E 104。48,40〃E 104〇47,20〃E 104。47,40”E 104°48,0"E 104。48,20"E
104°48*
40"E
图3研究区土壤重金属含量空间分布图
Fig. 3 Spatial distributions of heavy metal content in soil in the study area
2.3农田土壤重金属污染评价2.
3.1单因子指数与内梅罗指数法
表3为土壤中重金属污单因子和综合污染指数。 由表3可知，各重金属单因子污染指数均值大小依次 为 Cu >Ni >Zn >Pb >Cr 〉As ，土壤 J °(r 、P P 1,、P A.，为 1〜2，显示为轻微污染；和Pz …为2〜3，显示为轻度 污染；
选点
高于3，达到了重度污染。内梅罗指数为
4. 49，由表1的污染等级划分标准可知.已处于重度 污染。由此可以看出.矿区周边农田土壤重金属污染 非常严重，应予以重视，并采取相应的治理修复措施。
表3
土壤中重金属污单因子和综合污染指数
Table 3
Assessment results of soil
heavy metal pollution
wwwki评价因子C r N i Cu Zn Pb A s 浓度/
127. 45
82. 85
156. 43
213.82
56. 73
18. 89
(m g • kg 1 )
背景值/
84. 432. 926. 986. 931. 3016. 0
(m g • kg 1)
单因子 1. 51 •
2. 52**
5. 82 —
2. 46"
1. 81 •
1. 18*
污染指数 内梅罗污染指数
4. 49
注：*表示轻度污染；**表示中度污染:
表示重度污染
2. 3. 2地质累积指数法
图4为地质累积指数评价结果。各重金属的指 数大小依次是:Cu (0. 59)>Ni (0. 22)>Zn (0. 21)>
Pb (0. 08)>Cr (0)>As (—0. 10)。研究区土壤 C u 、 Ni 、Zn 、P b 处于轻度污染程度，C r 和A s 表现为清洁
水平。Cu 、Ni 、Zri 含量的累积较为明显，应重点关注。
1.2 1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
-0.4
-0.6
-
0.8
-
1.0
Cn Zn Ph As
元素
图4
地质累积指数评价结果
Fig. 4
Geological accumulation index evaluation results
1〇4°47(
104°4T 104°48'丨04°48' 104°48(
104°47，丨04°47， 104°48( 104〇48,
104°48( 104〇47，丨
04°4"7，丨04°48， 104〇48, 104°48'
20"E 40"E 0〃E 20"E 40"E 20〃E 40〃E 0〃E
20〃E 40〃E 20〃E
40〃E 0〃E 20〃E 40〃E
N b s 寸 〇9C
三星e568N
b s
寸 093N b 、(N
寸
〇
9Z z b
寸f N
寸。
9f N N >b <N ,<N
寸
。
9(N F P
(N 寸
。
9rl
F 0
，
f N T t o 9(N F 0L <N -9f s F a (N 寸 09r g
?c 寸
，
f N
9(N z
、0L (N
寸
。
93
?03
寸。
93
洛阳伽蓝记校笺F o ^-z 寸。
9f s c
L (N -9f N N L p f N
寸
。
9r N
F 0
3*-<N
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09(N N b ,(N
9
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g
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