江西于都某钨矿区土壤重金属特征及生态风险评价

郭俊刚, 赵恒勤, 卞孝东, 孙晓艳. 江西于都某钨矿区土壤重金属特征及生态风险评价[J]. 地质通报, 2021, 40(7): 1195-1202.
引用本文: 郭俊刚, 赵恒勤, 卞孝东, 孙晓艳. 江西于都某钨矿区土壤重金属特征及生态风险评价[J]. 地质通报, 2021, 40(7): 1195-1202.
GUO Jungang, ZHAO Hengqin, BIAN Xiaodong, SUN Xiaoyan. Characteristics and ecological risk of soil heavy metals of a Tungsten mine in Yudu, Jiangxi Province[J]. Geological Bulletin of China, 2021, 40(7): 1195-1202.
Citation: GUO Jungang, ZHAO Hengqin, BIAN Xiaodong, SUN Xiaoyan. Characteristics and ecological risk of soil heavy metals of a Tungsten mine in Yudu, Jiangxi Province[J]. Geological Bulletin of China, 2021, 40(7): 1195-1202.

江西于都某钨矿区土壤重金属特征及生态风险评价

  • 基金项目:
    中国地质调查局项目《江西于都地区钨等矿产绿色利用调查评价》(编号:DD20190625)、河南省科技攻关项目《胡敏酸诱导富集植物吸收Pb修复重金属污染土壤方法及微观机理研究》(编号:202102310593)、开封市科技攻关项目《典型污灌区农田土壤重金属高效功能菌群原位矿化修复技术研究》(编号:2002003)
详细信息
    作者简介: 郭俊刚(1980-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事矿山地质环境调查及研究。E-mail: gjg801@163.com
  • 中图分类号: P618.67;X14

Characteristics and ecological risk of soil heavy metals of a Tungsten mine in Yudu, Jiangxi Province

  • 金属矿产资源的持续开发活动通常会导致矿区土壤重金属含量累积,厘清土壤重金属环境污染特征并评价其生态风险,可为监测土壤环境质量和预防土壤污染提供依据。选择江西于都某百年开采钨矿山,采用单因子污染指数法、内梅罗综合指数法和Hakanson潜在生态风险指数法,对其周边土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As、Hg污染特征及潜在生态风险进行调查评价。评价结果表明,研究区土壤受到Cu、Zn、Cd、Pb、As等重金属的污染,单因子污染指数分别为6.74、3.72、45.1、3.36、8.88;综合污染评价表明,Cd是主要污染贡献因子,其次为As、Cu、Pb、Zn;土壤综合潜在生态风险指数平均值高达2065,属很强生态风险;强生态风险及以上区域主要分布在矿山周边及矿山下游河道附近,分布面积约占研究区总面积的43.89%;研究区土壤重金属相关性分析表明,Cu、Zn、Cd、Pb之间具有显著的相关性。综合研究结果可知,该区域土壤Cd具有一定的潜在生态风险,应引起充分重视,矿山开发利用可能是导致Cu、Zn、Cd、Pb污染的主要原因。

  • 加载中
  • 图 1  研究区土壤采样点分布图

    Figure 1. 

    图 2  研究区土壤中重金属单因子指数评价图

    Figure 2. 

    图 3  研究区土壤重金属综合污染

    Figure 3. 

    图 4  研究区土壤重金属综合污染评价

    Figure 4. 

    图 5  研究区土壤重金属潜在生态危害风险评价图

    Figure 5. 

    表 1  土壤重金属污染风险筛选值

    Table 1.  Pollution risk screening values of soil heavy metals  mg/kg

    风险筛选值 重金属元素
    Cr Ni Cu Zn Cd Pb As Hg
    pH≤5.5 250 60 50 200 0.3 80 30 0.5
    5.5<pH≤6.5 250 70 50 200 0.4 100 30 0.5
    6.5<pH≤7.5 300 100 100 250 0.6 140 25 0.6
    7.5<pH 350 190 100 300 0.8 240 20 1
    下载: 导出CSV

    表 2  土壤重金属单因子污染指数评价标准

    Table 2.  Single-factor pollution index evaluation levels of soil heavy metals

    污染等级 安全 警戒限 轻污染 中污染 重污染
    单因子指数 Pi≤0.7 0.7<Pi≤1.0 1.0<Pi≤2.0 2.0<Pi≤3.0 Pi>3
    下载: 导出CSV

    表 3  土壤重金属内梅罗综合污染指数评价标准

    Table 3.  Nemerow composite pollution index evaluation levels of soil heavy metals

    污染等级 安全 警戒限 轻度污染 中度污染 重度污染
    综合污染指数 PN≤0.7 0.7<PN≤1 1<PN≤2 2<PN≤3 3<PN
    下载: 导出CSV

    表 4  土壤重金属潜在生态风险程度分级标准

    Table 4.  Classification levels of potential ecological risk of soil heavy metals

    等级
    Eri Eri < 40 40≤ Eri < 80 80≤ Eri < 160 160≤ Eri < 320 320≤ Eri
    RI RI < 150 150≤RI < 300 300≤RI < 600 600≤RI
    风险程度 轻微 中等 很强 极强
    下载: 导出CSV

    表 5  研究区土壤重金属含量统计结果

    Table 5.  Statistical results of soil heavy metals contents  mg/kg

    项目 Cr Ni Cu Zn Cd Pb As Hg
    最小值 36.35 11.83 13.75 39.66 0.05 23.49 8.71 0.036
    最大值 85.50 31.20 456.00 975.00 42.20 352.00 206.28 0.241
    平均值 53.61 21.72 152.32 237.41 7.47 117.77 72.05 0.108
    标准离差 13.7 5.0 118.1 194.4 9.6 75.7 49.4 0.048
    富集系数 1.2 1.5 8.0 4.4 61.7 3.7 8.5 1.4
    变异系数 0.3 0.2 0.8 0.8 1.3 0.6 0.7 0.5
    土壤背景值 43.7 14.1 19.1 53.7 0.121 32.0 8.47 0.078
    注:富集系数、变异系数无量纲;土壤背景值参考《江西省赣州市于都县1:5万土壤地球化学调查成果》
    下载: 导出CSV

    表 6  研究区土壤重金属潜在生态危害评价结果

    Table 6.  Evaluation results of soil heavy metals potential ecological risk

    项目 Eri RI
    Cr Ni Cu Zn Cd Pb As Hg
    最大值 4.0 11.1 119.4 18.2 10462.8 55.0 243.5 123.6 10749.9
    最小值 1.7 4.2 3.6 0.7 13.5 3.7 10.3 18.4 100.9
    平均值 2.5 7.7 39.9 4.4 1851.3 18.4 85.1 55.4 2064.7
    标准差 0.6 1.7 30.3 3.6 2324.4 11.6 57.2 24.2 2365.4
    注:Eri为第i种重金属的潜在生态危害系数;RI为土壤中多种重金属潜在生态、危害指数
    下载: 导出CSV

    表 7  研究区土壤重金属浓度之间相关关系

    Table 7.  Correlation coefficient of soil heavy metals

    元素 Cr Ni Cu Zn Cd Pb As Hg
    Cr 1
    Ni 0.577** 1
    Cu -0.440* 0.318 1
    Zn -0.502** 0.238 0.769** 1
    Cd -0.499** 0.206 0.666** 0.973** 1
    Pb -0.430* 0.25 0.905** 0.627** 0.547** 1
    As 0.086 0.127 0.243 0.119 0.114 0.273 1
    Hg 0.042 0.145 0.302 0.143 0.12 0.32 0.536** 1
    注:数据采用SPSS19双变量Pearson相关分析,进行了双边显著性检验,**为极显著性差异(P < 0.01),*为显著性差异(P < 0.05)
    下载: 导出CSV
  • [1]

    周建军, 周桔, 冯仁国. 我国土壤重金属污染现状及治理战略[J]. 中国科学院院刊, 2014, 29(3): 315-320, 350, 封312. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYYX201403008.htm

    [2]

    王斐, 金姝兰, 李季, 等. 江西钨矿周边土壤重金属生态风险评价: 不同评价方法的比较[J]. 环境化学, 2015, 34(2): 225-233. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJHX201502004.htm

    [3]

    刘瑞平, 徐友宁, 张江华. 青藏高原典型金属矿山河流重金属污染对比[J]. 地质通报, 2018, 37(12): 2154-2168. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20181205&flag=1

    [4]

    刘敬勇. 矿区土壤重金属污染及生态修复[J]. 中国矿业, 2006, 15(12): 66-69. doi: 10.3969/j.issn.1004-4051.2006.12.021

    [5]

    Demková Lenka, Július árvay, Lenka Bobulská, et al. Accumulation and environmental risk assessment of heavy metals in soil and plants of four different ecosystems in a former polymetallic ores mining and smelting area (Slovakia)[J]. Journal of Environmental Ence & Health Part A Toxic/hazardous Substances & Environmental Engineering, 2017, 52(5): 479-490. http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10934529.2016.1274169

    [6]

    Xu D M, Yan B, Chen T, et al. Contaminant characteristics and environmental risk assessment of heavy metals in the paddy soils from lead (Pb)-zinc (Zn) mining areas in Guangdong Province, South China[J]. Environmental Ence & Pollution Research, 2017, 24(31): 24387-24399. http://europepmc.org/abstract/MED/28891003

    [7]

    Qin F X, Wei C F, Zhong S Q, et al. Soil heavy metal(loid)s and risk assessment in vicinity of a coal mining area from southwest Guizhou, China[J]. Journal of Central South University, 2016, 23(9): 2205-2213. doi: 10.1007/s11771-016-3278-7

    [8]

    王菲, 吴泉源, 吕建树, 等. 山东省典型金矿区土壤重金属空间特征分析与环境风险评估[J]. 环境科学, 2016, 37(8): 3144-3150. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ201608046.htm

    [9]

    康宏宇, 康日峰, 张乃明, 等. 迪庆某铜矿土壤重金属污染潜在生态风险评价[J]. 环境科学导刊, 2016, 35(1): 75-81. doi: 10.3969/j.issn.1673-9655.2016.01.017

    [10]

    Jowett D. Populations of Agnostics spp. tolerant of heavy metals[J]. Nature. 1958, 182: 816-817. doi: 10.1038/182816a0

    [11]

    徐繁昌. 赣南钨矿类型划分及其成矿流体特征[J]. 地质与资源, 2016, 25(4): 339-344. doi: 10.3969/j.issn.1671-1947.2016.04.006

    [12]

    阮瑜瑜, 温珍海. 赣南钨矿区域地质特征及找矿标志[J]. 江西建材, 2015, (23): 219-219. doi: 10.3969/j.issn.1006-2890.2015.23.193

    [13]

    赵庆龄, 张乃弟, 路文如. 土壤重金属污染研究回顾与展望Ⅱ——基于三大学科的研究热点与前沿分析[J]. 环境科学与技术, 2010, 33(7): 102-106. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FJKS201007024.htm

    [14]

    龙新宪, 杨肖娥, 倪吾钟. 重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望[J]. 应用生态学报, 2002, 13(6): 757-762. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2002.06.028

    [15]

    Surkan P, Zhang A, Trachtenberg F, et al. Neuropsychological Function in Children With Blood Lead Levels[J]. Epidemiology. 2007, 18(Suppl): S55-S56.

    [16]

    Aelion C M, Davis H T, Lawson A B, et al. Associations of estimated residential soil arsenic and lead concentrations and community-level environmental measures with mother-child health conditions in South Carolina[J]. Health & Place, 2012, 18(4): 774-781.

    [17]

    Zhao Q H, Wang Y, Cao Y, et al. Potential health risks of heavy metals in cultivated topsoil and grain, including correlations with human primary liver, lung and gastric cancer, in Anhui province, Eastern China[J]. Science of the Total Environment, 2014, 470/471(FEB. 1): 340-347. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969713011248

    [18]

    Cho J, Hyun S, Han J H, et al. Historical trend in heavy metal pollution in core sediments from the Masan Bay, Korea[J]. Marine Pollution Bulletin, 2015, 95(1): 427-432. doi: 10.1016/j.marpolbul.2015.03.034

    [19]

    Salem Z B, Capelli N, Laffray X, et al. Seasonal variation of heavy metals in water, sediment and roach tissues in a landfill draining system pond (Etueffont, France)[J]. Ecological Engineering, 2014, 69: 25-37. doi: 10.1016/j.ecoleng.2014.03.072

    [20]

    张菊, 陈明文, 鲁长娟, 等. 东平湖表层沉积物重金属形态分布特征及环境风险评价[J]. 生态环境学报, 2017, 296(5): 850-856. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRYJ201705017.htm

    [21]

    代杰瑞, 庞绪贵, 宋建华, 等. 山东淄博城市和近郊土壤元素地球化学特征及生态风险研究[J]. 中国地质, 2018, 45(3): 617-627. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DIZI201803015.htm

    [22]

    顾继光, 周启星, 王新. 土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J]. 应用基础与工程科学学报, 2003, 11(2): 31-39. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YJGX200302005.htm

    [23]

    高健翁, 龚晶晶, 杨剑洲, 等. 海南岛琼中黎母山-湾岭地区土壤重金属元素分布特征及生态风险评价[J]. 地质通报, 2021, 40(5): 807-816. http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20210515&flag=1

    [24]

    GB 15618-2018. 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准[S]. 北京: 中国环境出版集团, 2019.

    [25]

    高军侠, 党宏斌, 郑敏, 等. 郑州市郊农田土壤重金属污染评价[J]. 中国农学通报, 2013, 29(21): 116-120. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.2012-3539

    [26]

    Lars Hakanson. An ecological risk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach[J]. Water Research, 1980, 14(8): 975-1001. doi: 10.1016/0043-1354(80)90143-8

    [27]

    范拴喜, 甘卓亭, 李美娟, 等. 土壤重金属污染评价方法进展[J]. 中国农学通报, 2010, 26(17): 310-315. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNTB201017070.htm

    [28]

    宋恒飞, 吴克宁, 刘霈珈. 土壤重金属污染评价方法研究进展[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(15): 11-14. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSNY201715005.htm

    [29]

    徐争启, 倪师军, 庹先国, 等. 潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算[J]. 环境科学与技术, 2008, 31(2): 112-115. doi: 10.3969/j.issn.1003-6504.2008.02.030

    [30]

    赵永红, 张静, 周丹, 等. 赣南某钨矿区土壤重金属污染状况研究[J]. 中国环境科学, 2015, 35(8): 2477-2484. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2015.08.028

    [31]

    张铁婵, 常庆瑞, 刘京. 土壤养分元素空间分布不同插值方法研究——以榆林市榆阳区为例[J]. 干旱地区农业研究, 2010, 28(2): 177-182. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ201002037.htm

    [32]

    吕建树, 张祖陆, 刘洋, 等. 日照市土壤重金属来源解析及环境风险评价[J]. 地理学报, 2012, 67(7): 971-984. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDE201606007.htm

    [33]

    刘丹, 赵永红, 周丹, 等. 赣南某钨矿区土壤重金属污染生态风险评价[J]. 环境化学, 2017, 36(7): 1557-1567. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJHX201707014.htm

    [34]

    郭鹏然, 雷永乾, 周巧丽, 等. 电镀厂周边环境中重金属分布特征及人体健康暴露风险评价[J]. 环境科学, 2015, 36(9): 3447-3456. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJKZ201509047.htm

    [35]

    余璇, 宋柳霆, 滕彦国. 湖南省某铅锌矿土壤重金属污染分析与风险评价[J]. 华中农业大学学报, 2016, 35(5): 27-32. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HZNY201605004.htm

    [36]

    赵曦. 大型垃圾焚烧厂周边土壤重金属含量水平、空间分布、来源及潜在生态风险评价[J]. 生态环境学报, 2015, (6): 1013-1021. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRYJ201506016.htm

  • 加载中

(5)

(7)

计量
  • 文章访问数:  722
  • PDF下载数:  9
  • 施引文献:  0
出版历程
收稿日期:  2020-10-09
修回日期:  2021-03-24
刊出日期:  2021-07-15

目录