微山县煤矿区土壤重金属现状调查与分析

摘要：分析了微山县工矿区周边土壤中重金属含量,指出了了解其重金属污染的状况是保护当地土壤环境、改善环境生态和实现经济可持续发展的前提。为预防微山县煤矿区周边土壤对环境和人体健康产生的潜在污染危害提供参考。

关键词：煤矿区;土壤重金属;调查与分析

收稿日期：20120309

作者简介：盛芹（1972—），女，山东微山人,工程师，主要从事环境管理与监测工作。中图分类号：X82文献标识码：A文章编号：16749944(2012)05019803

1引言

通过对相关资料的收集、调研和总结,选择欢城镇和付村镇具有代表性的可疑污染区周边农田土壤及农作物作为研究对象。主要污染源以煤矿区排放的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等废气为主,重点开展如下研究内容:系统开展区域环境背景调查,制定监测方案,划定2个监测单元,并布设监测点,采集具有代表性的20个土壤样品。对土样的铅、镉、汞、砷、铜、铬、锌、pH值等指标进行检测;以国家土壤环境质量标准二级标准为基准,通过单因子指数评价法和内梅罗综合污染指数法对调查区的土壤中重金属含量现状进行评价分析。

2研究方法

微山县位于山东省南部,东经117°13′,北纬34°82′,全县总面积1 780km2,人口约66.56万人,辖5镇10乡。地处湖区,以湖为界,湖东接泰沂山区,湖西为鲁西平原东端。地势北高南低,东西相间,中间为湖泊,平均海拔36.5m。境内地貌以湖泊、平原、山地丘陵3种类型为主。地下矿藏资源以煤、稀土为主。本县属暖温带季风型大陆性气候。年均气温13.70C,极端最高气温40.50C,最低气温-22.30C,年均降水量797mm,无霜期年均205d。

2010年,微山县经济总量继续攀升,三大产业全面发展。2010年全县地区生产总值达到243.7亿元,增长14.1%,三大产业结构比例由2009年 11.7∶51.4∶37.0调整为11.4∶50.5∶38.1,第三产业占比较2009年提高11%。三大产业对GDP增长的贡献率分别为11%、50.9%、48.0%;分别拉动GDP增长0.2%、7.2%、6.7%。经济发展方式逐步转变,产业结构进一步优化。微山县主要种植作物为小麦、玉米、水稻、大豆、地瓜。

2.1样品采集与预处理

2.1.1监测点位布设

根据实地调查情况,监测点位主要设在煤矿企业较多的欢城镇和付村镇,布设原则一般为6.7hm2左右布设1个监测点。受煤矿企业区影响大的应多布设监测点,影响小的可少量布,布设监测点位20个。

污水灌溉的农田土壤,采用对角线法;面积较小、地势平坦、土壤物质和受污染程度均匀的地块,采用梅花点法;中等面积、地势平坦、土壤不够均匀的地块,采用棋盘式法;面积较大、土壤不够均匀且地势不平坦的地块,采用蛇形法。种植一般农作物每个分点处采0~20cm耕作层土壤,种植果林类农作物每个分点处采0~60cm耕作层土壤,取1kg,多余部分用四分法弃去。采样同时填写土壤标签、采样记录、样品登记表,并汇总存档。

2.1.2样品的制备与保存

在晾干室将湿样放置晾样盘,摊成2cm后的薄层,不间断地压碎、翻拌、拣出杂质并用四分法分取压碎样,全部过20目尼龙筛。过筛后的样品全部置于无色聚乙烯薄膜上,充分混合直至均匀。经粗磨后的样品用四分法分成两份,一份交样品库存放,另一份做样品的细磨用。用于细磨的样品用四分法进行第二次缩分成两份,一份留备用,一份研磨至100目尼龙筛,过100目用于土壤元素全量分析。经研磨混匀后的样品,分装于样品袋。填写土壤标签一式两份,袋内放一份,外贴一份。

2.2实验分析方法

2.2.1样品检测指标

土壤样品的检测指标为铅、镉、汞、砷、铜、铬、锌、pH值。

2.2.2实验分析方法

土壤样品检测方法及使用仪器见表1。

表1各监测项目的分析方法及使用仪器

监测

项目分析方法、依据方法检出限

/(mg/kg)仪器名称、型号铅石墨炉原子吸收法,GB/T17141-1997《土壤质量 铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》0.1ICE3500原子吸收分光光度计镉石墨炉原子吸收法,GB/T17141-1997《土壤质量 铅、镉的测定 石墨炉原子吸收分光光度法》0.01汞氢化物发生原子荧光法,GBT22105.1-2008《土壤质量 土壤中总汞的测定》0.005AFS-9230原子荧光光度计砷氢化物发生原子荧光法,GBT22105.2-2008《土壤质量 土壤中总砷的测定》0.2铜火焰原子吸收法,GB/T17138-1997《土壤质量 铜、锌的测定 火焰原子吸收分光光度法》1.0WFX-120原子吸收分光光度计铬火焰原子吸收法,GB/T17137-1997《土壤质量 总铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》5.0锌火焰原子吸收法,GB/T17138-1997《土壤质量 铜、锌的测定 火焰原子吸收分光光度法》0.5pH值玻璃电极法,NY/T1121.2-2006《土壤检测 第2部分:土壤pH的测定》pHS-3C型酸度计

2.3实验质量控制

2.3.1采样及样品制备质量控制

土壤样品需测定重金属,用竹铲直接采取样品,所采土样装入塑料袋内,外套布袋。填写土壤标签一式两份,一份放入袋内,一份扎在袋口。采样结束在现场逐项逐个检查,如采样记录表、样品登记表、样袋标签、土壤样品、采样点位图标记等,如有缺项、漏项和错误处,应及时补齐和修正后撤离现场。

样品制备设风干室、磨样室,房间通风、整洁、无扬尘、无易挥发化学物质,避免阳光直射土样。土壤晾干用白色搪瓷盘,磨样用木棒、木棰、无色聚乙烯薄膜,过筛用尼龙筛,规格为20~100目,用特制牛皮纸袋分装。

2.3.2实验室内部质量控制

分析土壤样品时做10%平行样品,由分析者自行编入明码平行样,平行双样测定结果的误差在允许范围之内者为合格,每批带测质控平行双样,在测定精密度合格的前提下,质控样测定值必须落在质控样保证值范围之内,否则本批结果无效,重新分析测定。

用去离子水代替试样,采用相同的步骤和试剂,制备全程序空白溶液。

3结果与分析

3.1重金属在研究区土壤中的含量

经测定,农田土壤重金属含量见表2。

表2各监测点土壤重金属含量mg/kg

编号CuCrZnPbCdAsHgpH值119.1551.0153.2317.690.096 98.220.033 87.24234.0264.1373.1220.490.086 29.760.039 97.18333.0360.1371.9921.680.075 98.950.029 87.21432.4260.3971.0822.060.076 611.870.021 07.16532.9955.4578.2032.890.084 410.530.039 97.14631.5754.8975.5932.080.078 511.580.044 76.99731.8052.8473.6233.350.076 611.200.026 97.05830.5154.7595.1579.230.220 39.470.059 37.13927.8352.1464.1879.080.200 87.120.052 46.621026.6652.0965.5682.270.206 710.650.076 06.991122.6155.5470.1326.500.133 710.660.032 26.981222.0851.7568.0526.430.093 26.420.069 07.081324.4356.5474.9432.250.131 210.430.042 77.031423.4557.2474.4431.360.119 711.690.042 57.091522.4656.1771.6530.600.124 210.600.044 47.241635.6860.31108.4153.660.101 311.650.023 66.981735.6861.66107.4553.530.109 47.440.033 37.311835.5762.58107.1356.970.113 810.410.024 47.221925.3962.0571.2626.090.098 08.550.026 87.782025.0357.1570.5426.680.078 88.180.053 97.45

3.2重金属在研究区土壤中的分布特征及分析

根据中华人民共和国国家土壤环境质量标准(GB15618－1995)规定,按照土壤应用功能和保护目标,将土壤划分为3级,其中第Ⅱ级主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤,土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。因此采用土壤环境质量标准Ⅱ级标准进行评价。第Ⅱ级土壤环境质量执行二级标准,土壤环境质量标准见表3。利用Excel 2003统计计算,监测单元的农田土壤重金属含量统计见表4。表3土壤环境质量标准mg/kg

重金属元素Ⅰ级

自然背景pH值

pH值6.5~7.5pH值>7.5Ⅲ级

pH值>6.5Cd≤0.200.300.300.601.0Hg≤0.150.300.501.01.5As水田≤1530252030As旱地≤1540302540Cu农田等≤3550100100400Cu果园≤-150200200400Pb≤35250300350500Cr水田≤90250300350400Cr旱地≤90150200250300Zn≤100200250300500Ni≤40405060200

表4各监测点土壤重金属含量统计表

监测指标CuCrZnPbCdAsHgpH值标准差5.153.9037.3920.190.04351.610.01480.22变异系数0.180.070.440.510.380.160.360.03标准值1002002503000.30300.50-超标数0000000-超标率%0000000-

由表4分析发现,20个监测点中,各监测点重金属含量均未超出《土壤环境质量标准》二级标准。各重金属的变异系数在7%~51%之间。其中变异系数最高的Pb为51%,其次是Zn为44%,Cd为38%,Hg为36%,较低的是Cr为7%。这说明在监测区域,污染源对环境中的Pb含量贡献最大。

4土壤重金属污染评价

4.1评价方法和标准

4.1.1单项污染指数法

单因子指数法是国内通用的一种重金属污染评价的方法,是国内评价土壤、水、大气和河流沉积物重金属污染的常用方法［2］,其计算公式为:

Pip=Ci/Sip。

式中,Pip为土壤中污染物i的单项污染指数;Ci为调查点位土壤中污染物i的实测浓度;Sip为污染物i的评价标准值或参考值。根据Pip的大小,可将土壤污染程度划分为五级,见表5。

表5土壤环境质量分级评价标准

等级Pip值大小污染评价ⅠPip≤1无污染Ⅱ1

4.1.2综合污染指数法

各类土壤一般为多种重金属所污染,因而土壤污染评价多应用综合指数法进行污染综合评价。综合指数的算法有多种,根据本研究的实际情况,采用内梅罗指数法计算综合指数。内梅罗指数反映了各污染物对土壤的作用,同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响,可按内梅罗污染指数划定污染等级。内梅罗指数评价标准见表6。

表6土壤内梅罗污染指数评价标准

等级内梅罗污染指数污染等级ⅠPN≤0.7清洁(安全)Ⅱ0.7

其计算公式为:

PN={［(PI2均)+(PI2最大)］/2}1/2。

式中:PN为内梅罗污染指数;PI2最大为土壤中各污染因子污染指数的最大值;PI2均为土壤中各单因子污染指数的平均值［3］。

4.2评价结果与分析

4.2.1统计结果

各监测点耕地土壤重金属污染指数统计见表7。

表7各监测点土壤重金属污染指数的基本统计结果

编号单项污染指数PipCuCrZnPbCdAsHg[9]综合指数10.190.260.210.060.320.270.070.5520.340.320.290.070.290.330.080.6530.330.300.290.070.250.300.060.6340.320.300.280.070.260.400.040.6450.330.280.310.110.280.350.080.6360.320.270.300.110.260.390.090.6370.320.260.290.110.260.370.050.6280.310.270.380.260.730.320.120.7890.280.260.260.260.670.240.100.74100.270.260.260.270.690.350.150.77110.230.280.280.090.450.360.060.59120.220.260.270.090.310.210.140.51130.240.280.300.110.440.350.090.60140.230.290.300.100.400.390.090.61150.220.280.290.100.410.350.090.59160.360.300.430.180.340.390.050.71170.360.310.430.180.360.250.070.67180.360.310.430.190.380.350.050.72190.250.310.290.090.330.290.050.60200.250.290.280.090.260.270.110.59平均值0.290.280.310.130.380.330.080.65

4.2.2重金属污染评价

由表7分析可以看出,监测区域内耕地土壤中重金属元素的单项污染指数均未超过1,未出现污染。重金属污染单项平均污染指数由高到低依次排序为Cd>As>Zn>Cu>Cr>Pb>Hg。该地区综合污染指数小于0.7的占75%。

2012年5月绿色科技第5期5结语

(1)采用《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)进行系统评价,重金属污染由高到低排序结果为Cd> As>Zn> Cu>Cr>Pb>Hg,微山县煤矿企业周边地区的耕地土壤综合污染指数总平均为0.61,土壤污染等级总体为清洁。

(2)据污染源调查和背景值多元分析土壤重金属来源,得出农业生产活动中长期使用含镉磷肥、含铜农药造成镉、铜元素在耕地土壤中的积累,是耕地土壤中镉、铜浓度较高的主要因素。

参考文献：

［1］ 王学锋,朱桂芬.重金属污染研究新进展［J］.环境科学与技术,2003,26(1):54~56.

［2］ 徐燕,李淑芹.土壤重金属污染评价方法的比较［J］.安徽农业科学,2008,36(11):4 615~4 617.

［3］ 陆书玉.环境影响评价［M］.北京:高等教育出版社,2002:163~164.