某铀尾矿库下游农田土壤重金属污染程度及其风险评价

魏浩, 薛清泼, 张国瑞, 李霄, 汪敬忠, 刘卓. 某铀尾矿库下游农田土壤重金属污染程度及其风险评价[J]. 矿产保护与利用, 2018, (6): 132-139. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.034
引用本文: 魏浩, 薛清泼, 张国瑞, 李霄, 汪敬忠, 刘卓. 某铀尾矿库下游农田土壤重金属污染程度及其风险评价[J]. 矿产保护与利用, 2018, (6): 132-139. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.034
WEI Hao, XUE Qingpo, ZHANG Guorui, LI Xiao, WANG Jingzhong, LIU Zhuo. Heavy Metal Pollution Degree and Its Risk Assessment of Farmland Soil in the Downstream of a Uranium Tailings Pond[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, (6): 132-139. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.034
Citation: WEI Hao, XUE Qingpo, ZHANG Guorui, LI Xiao, WANG Jingzhong, LIU Zhuo. Heavy Metal Pollution Degree and Its Risk Assessment of Farmland Soil in the Downstream of a Uranium Tailings Pond[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, (6): 132-139. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.06.034

某铀尾矿库下游农田土壤重金属污染程度及其风险评价

  • 基金项目:
    河北省科技厅重点研发计划项目(16234204D-11); 河北地质大学博士启动基金(BQ201614); 河北省水利科技计划项目(2018-68)
详细信息
    作者简介: 魏浩(1981-), 男, 河北石家庄人, 博士后, 助理研究员, 主要从事矿山生态修复研究, E-mail:ronghaiwei@163.com
    通讯作者: 张国瑞(1979-), 男, 山西运城人, 博士后, 助理研究员, 主要从事矿业工程研究, E-mail:zgr0819@126.com
  • 中图分类号: X825

Heavy Metal Pollution Degree and Its Risk Assessment of Farmland Soil in the Downstream of a Uranium Tailings Pond

More Information
  • 为了解某铀尾矿下游农田土壤重金属污染程度及其潜在生态风险,选取地积累指数法及潜在生态危害指数法来对尾矿库周边下游农田土壤重金属污染状况及其对生态的潜在危害进行综合评价。数据显示:研究区土壤中Cd和U均超出国家背景值,均值分别为国家背景值的6.89倍和3.16倍。同时,Cd和U也高于当地背景值,均值为当地背景值的4.96倍和2.5倍。铀尾矿下游农田9个样品中Cd和U地累积指数值分别介于1.90~2.82之间和0.81~1.46之间。对于Cd,9个样品中有1个样品为轻度污染,8个样品为中度污染。对于U元素,9个样品中有4个样品为轻微污染,5个样品为轻度污染。铀尾矿下游农田综合潜在生态风险程度多为中。总体来看,该农田潜在生态风险较高,主要是Cd和U所带来的潜在生态风险。

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  • 图 1  尾矿库下游农田土壤样品采样示意图

    Figure 1. 

    图 2  样品Cd、U污染等级分布特征

    Figure 2. 

    图 3  综合潜在生态危害级别

    Figure 3. 

    表 1  土壤中重金属元素含量

    Table 1.  Content of heavy metal elements in soil

    样品号 重金属含量/(mg·kg-1)
    Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb U
    1 37.35 6.49 14.33 12.10 48.49 0.44 22.60 7.15
    2 28.47 5.44 11.65 9.87 47.29 0.84 23.69 11.25
    3 66.40 11.34 28.88 51.48 85.99 0.53 26.38 8.82
    4 46.78 6.92 16.05 20.90 53.22 0.51 25.26 8.05
    5 35.98 6.74 15.39 17.05 49.76 0.52 24.97 8.69
    6 27.52 4.92 10.62 11.68 40.99 0.53 21.98 8.76
    7 33.44 6.60 15.80 12.80 48.94 0.51 23.81 8.34
    8 39.48 6.82 15.75 15.87 46.66 0.51 23.11 8.12
    9 34.83 6.31 14.31 14.48 43.86 0.51 21.25 8.15
    国家背景值/(mg·kg-1) 57.30 11.60 24.90 20.70 68.00 0.08 23.50 2.72
    最大值/(mg·kg-1) 66.40 11.34 28.88 51.48 85.99 0.84 26.38 11.25
    最小值/(mg·kg-1) 27.52 4.92 10.62 9.87 40.99 0.44 21.25 7.15
    算术均值/(mg·kg-1) 38.92 6.84 15.87 18.47 51.69 0.54 23.67 8.59
    标准差 11.13 1.71 4.94 12.08 12.57 0.11 1.56 1.06
    变异系数 0.29 0.25 0.31 0.65 0.24 0.20 0.07 0.12
    均值与国家背景值比 0.68 0.59 0.64 0.89 0.76 6.89 1.01 3.16
    均值与当地背景值(表 3)比 1.08 0.87 0.86 0.88 1.00 4.96 0.98 2.53
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    表 2  土壤重金属元素相关性

    Table 2.  Correlation of heavy metal elements in soil

    元素 Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb U
    Cr 1 0.963** 0.957** 0.954** 0.936** -0.287 0.724* -0.218
    Co 0.963** 1 0.998** 0.966** 0.968** -0.235 0.711* -0.141
    Ni 0.957** 0.998** 1 0.967** 0.967** -0.237 0.711* -0.136
    Cu 0.954** 0.966** 0.967** 1 0.973** -0.165 0.709* -0.040
    Zn 0.936** 0.968** 0.967** 0.973** 1 -0.066 0.771* 0.035
    Cd -0.287 -0.235 -0.237 -0.165 -0.066 1 0.065 0.964**
    Pb 0.724* 0.711* 0.711* 0.709* 0.771* 0.065 1 0.167
    U -0.218 -0.141 -0.136 -0.040 0.035 0.964** 0.167 1
    **”在0.01水平(双侧)上显著相关, “*”在0.05水平(双侧)上显著相关。
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    表 3  距离矿区30 km以外农田土壤重金属元素含量

    Table 3.  Heavy metal elements in farmland soil 30 kilometers away from mining area

    样品号 重金属含量/(mg·kg-1)
    Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb U
    10 40.13 6.12 20.12 22.15 50.12 0.12 23.01 3.10
    11 22.25 7.24 24.13 24.22 60.12 0.11 25.01 2.90
    12 50.14 6.15 22.10 23.12 58.12 0.10 24.13 4.13
    13 42.12 5.17 15.26 20.15 40.15 0.11 24.04 3.85
    14 25.01 6.12 18.26 20.99 49.76 0.11 25.01 2.98
    当地背景值均值 35.93 7.90 18.37 21.01 51.66 0.11 24.24 3.39
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    表 4  地积累指数评价重金属污染等级

    Table 4.  Heavy metal pollution levels evaluated by geological accumulation index

    等级 Igeo 重金属污染程度评价
    1 Igeo≤0 无污染
    2 0<Igeo≤1 轻微污染
    3 1<Igeo≤2 轻度污染
    4 2<Igeo≤3 中度污染
    5 3<Igeo≤4 偏重污染
    6 4<Igeo≤5 重度污染
    7 Igeo>5 极重污染
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    表 5  样品重金属元素地积累指数值

    Table 5.  Geological accumulation indexes of heavy metal elements in samples

    样品号 Igeo
    Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb U
    1 -1.20 -1.42 -1.38 -1.36 -1.07 1.90 -0.64 0.81
    2 -1.59 -1.68 -1.68 -1.65 -1.11 2.82 -0.57 1.46
    3 -0.37 -0.62 -0.37 0.73 -0.25 2.16 -0.42 1.11
    4 -0.88 -1.33 -1.22 -0.57 -0.94 2.10 -0.48 0.98
    5 -1.26 -1.37 -1.28 -0.87 -1.04 2.13 -0.50 1.09
    6 -1.64 -1.82 -1.81 -1.41 -1.32 2.15 -0.68 1.10
    7 -1.36 -1.40 -1.24 -1.28 -1.06 2.12 -0.57 1.03
    8 -1.12 -1.35 -1.25 -0.97 -1.13 2.10 -0.61 0.99
    9 -1.30 -1.46 -1.39 -1.10 -1.22 2.12 -0.73 1.00
    最大 -0.37 -0.62 -0.37 0.73 -0.25 2.82 -0.42 1.46
    最小 -1.64 -1.82 -1.81 -1.65 -1.32 1.90 -0.73 0.81
    平均 -1.19 -1.38 -1.29 -0.94 -1.01 2.18 -0.58 1.07
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    表 6  重金属污染潜在生态危害等级划分

    Table 6.  Classification of potential ecological hazards of heavy metal pollution

    Eri 单因子潜在
    生态危害程度
    RI 综合潜在
    生态风险程度
    Eri<40 RI<150
    40≤Eri≤80 150≤RI<300
    80≤Eri≤160 较重 300≤RI<600
    160≤Eri≤320 600≤RI 严重
    320≤Eri 严重
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    表 7  重金属的金属毒性响应系数[14]

    Table 7.  Metal toxicity response coefficient of heavy metals

    元素 Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb U
    毒性系数 2 5 5 5 1 30 5 20
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    表 8  各金属元素单项系数及综合潜在生态危害指数

    Table 8.  Unidirectional coefficients of various metal elements and comprehensive potential ecological hazard indexes

    样品号 Eri RI
    Cr Co Ni Cu Zn Cd Pb U
    1 1.30 2.80 2.88 2.92 0.71 168.46 4.81 52.55 236.44
    2 0.99 2.34 2.34 2.38 0.70 318.08 5.04 82.75 414.62
    3 2.32 4.89 5.80 12.43 1.27 201.14 5.61 64.82 298.28
    4 1.63 2.98 3.22 5.05 0.78 192.47 5.38 59.16 270.67
    5 1.26 2.91 3.09 4.12 0.73 196.29 5.31 63.92 277.63
    6 0.96 2.12 2.13 2.82 0.60 200.23 4.68 64.43 277.97
    7 1.17 2.84 3.17 3.09 0.72 195.22 5.07 61.35 272.63
    8 1.38 2.94 3.16 3.83 0.69 193.06 4.92 59.73 269.71
    9 1.22 2.72 2.87 3.50 0.65 195.15 4.52 59.94 270.56
    均值 1.36 2.95 3.19 4.46 0.76 206.68 5.04 63.18 287.61
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出版历程
收稿日期:  2018-09-25
刊出日期:  2018-12-25

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