某矿区农田土壤重金属分布特征与生态风险评价.pdf

2 0 2 1 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 3 ．0 1 5 某矿区农田土壤重金属分布特征与生态风险评价 李武江1 ’2 ，朱四喜1 ’2 1 ．贵州民族大学喀斯特湿地生态研究中心，贵阳5 5 0 0 2 5 ； 2 ．贵州民族大学生态环境工程学院，贵阳5 5 0 0 2 5 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C r 、N i 、C u 、P b 、Z n 和A s 含量，分析重金属空间分布特征，评价土壤重金属污染程 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 ．8 2 N i 2 ．5 2 Z n 2 ．4 6 P b 1 ．8 1 C r 1 ．5 1 A s 1 ．1 8 ，重金属分布显示矿 区煤矸石山和洗选厂周边的农田土壤重金属富集较为严重。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C u 、N i 、Z n 、P b 处于轻度污染，C r 、A s 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6 8 ．0 2 ，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P b 、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 种评价结果基本一致，矿区周 边农田土壤重金属处于重度污染，轻度危害程度，C 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X 5 3 ；X 8 2 5文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 0 3 - 0 0 9 3 一0 9 S p a t i a lD i s t r i b u t i o nC h a r a c t e r i s t i c sa n dE c o l o g i c a lR i s kA s s e s s m e n t o fH e a V yM e t a l si nF a m l a n dS o i lo faM i n i n gA r e a L IW u - j i a n 9 1 “，Z H US i x i l 2 1 ．1 n s t i t u t eo fK a r s tW e t l a n dE c o l o g y ，G u i z h o uM i n z uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a ； 2 ．C o l l e g eo fE c o - e n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ，G u i z h o uM i n z uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a A b s t r a c t T oe x p l o r ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dp o l l u t i o nd e g r e eo fh e a v ym e t a l si nf a r m l a n da r o u n da m i n i n ga r e ai nL i u p a n s h u i ，G u i z h o up r o v i n c e ， s u r f a c es o i lw a sc o l l e c t e dw i t hf a r m l a n da r o u n dm i n i n ga r e a a st h er e s e a r c ho b j e c t ．C o n t e n t so fC r ，N i ，C u ，P b ，Z na n dA sa r ea n a l y z e d ， a n dt h e i rs p a t i a l d i s t “b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，h e a v ym e t a l sp o l l u t i o na n dp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ka n dt h e i rs o u r c ei nt h e s t u d ya r e aw e r ea l s os t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts o i lh e a v ym e t a l se l e m e n tc o n t e n ti nt h es t u d ya r e aa r e h i g h e rt h a ns o i lb a c k g r o u n dv a l u e so fh e a v ym e t a l si nG u i z h o up r o v i n c e ， e X c e s s i v em u l t i p l e so fC u 5 ．8 2 N i 2 ．5 2 z i n c 2 ．4 6 P b 1 ．8 1 C r 1 ．5 1 A s 1 ．1 8 ．H e a v ym e t a ld i s t r i b u t i o ns h o w st h a t h e a v ym e t a l sa c c u m u l a t i o ni sm o r es e r i o u si nc o a lg a n g u em o u n t a i na n df a r m l a n ds o i la r o u n dt h ew a s h i n g 收稿日期2 0 2 0 0 8 1 8 基金项目贵州省科技计划项目 黔科合支撑[ 2 0 1 8 ] 2 8 0 7 ；国家自然科学基金资助项目 3 1 5 6 0 1 0 7 作者简介李武江 1 9 9 6 一 ，男，贵州威宁人，硕士研究生；通信作者朱四喜 1 9 7 2 一 ，男，江西贵溪人，博士，教授 万方数据 9 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 p l a n t ．M e a ns i n g l ep o l l u t i o ni n d e xt od i s p l a yl e v e lo fC ui ns e v e r ep o l l u t i o nl e v e l ， N ia n dZ nf o rl i g h t p o l l u t i o nl e v e l ， P b ，C ra n dA sf o rs l i g h tp o l l u t i o nl e v e l ，a n dc o m p r e h e n s i V ep o l l u t i o ns i t u a t i o ni si nt h e s e v e r ep 0 1 l u t i o n1 e v e l ．T h ee v a l u a t i o nr e s u l t so fg e o l o g i c a la c c u m u l a t i o ni n d e xm e t h o ds h o wt h a tC u ，N i ， Z na n dP ba r es l i g h t l yp o l I u t e d ，w h 订eC ra n dA sa r ec I e a n ．C o m p r e h e n s i v ep o t e n t i a Ie c o l o g i c a Ir i s ki n d e x o fh e a v ym e t a l si s6 8 ．0 2 ，w h i c hh a sr e a c h e dt h ed e g r e eo fm i l dh a r m ，a m o n gw h i c hC ua n dN ic o n t r i b u t e t h em o s tt oc o m p r e h e n s i v ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k R ，．T h er e s u l t so fm u l t i v a r i a t es t a t i s t i c a la n a l y s i s s h o wt h a tc o r r e l a t i o nb e t w e e nZ na n dP b ，Z nw i t hA sa n dC uw i t hP bi ss t r o n g ， i n d i c a t i n gt h a ts o u r c e so f Z n ，P b ， A sa n dC ua r es i m i l a r ．A st h ef i r s ts o u r c e ， t h e ya r em a i n l yf r o mt h r e ew a s t e sp r o d u c e db y m i n i n ga c t i v i t i e s ．N ia n dC ra r et h es e c o n da n dt h i r ds o u r c e sr e s p e c t i v e l y ．T h es e c o n dh e a v ym e t a l ss o u r c ei s r e l a t e dt oa u t o m o b i l ee x h a u s te m i s s i o na n dm e c h a n i c a ll o s s ．T h et h i r dh e a v ym e t a l ss o u r c ei sm a i n l y a f f e c t e db ys o i l p a r e n tm a t e r i a l ．T h er e s u l t so ff o u re v a l u a t i o n sa r eb a s i c a l l yc o n s i s t e n t ．F a r m l a n ds o i l a r o u n dm i n i n ga r e ai ss e v e r e I yp o l l u t e da n ds l i g h t l yd a m a g e d ．C ua n dN ia r et h em o s ts i g n i f i c a n te c o l o g i c a l r i s kf a c t o r sa f f e c t i n gs o i li nr e s e a r c ha r e a ， a n dh e a v ym e t a l sa r em a i n l yd e r i v e df r o mt h r e ew a s t e sf r o m m i n i n ga c t i v i t i e s ． K e yw o r d s c o a lm i n ea r e a ； f a r m l a n ds o i l ； h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ；s p a t i a ld i s t r i b u t i o n ； r i s ka s s e s s m e n t 煤矿资源的大量开采能助力当地社会的经济发 展[ 1 ] ，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[ 2 。3 j ，污染土壤、地下水等。由于重金 属污染较特殊[ 4 ⋯，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 中毒、致突变等危害[ 6 ] 。煤炭含多种元素，所含的镉、 氯、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[ 8 ] 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、社会效益巨大[ 9 ] 。贵州六盘水地 区素有“西南煤都”的美誉，是西南地区最大的产煤区 之一。目前，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 b 、 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 矿区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 研究区位于六盘水市西北部，距市中心区约2 0k m 。 矿井始建于2 0 世纪6 0 年代，矿井开采年限已有5 0 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5 0 余年。第二座矸石山位于矿区西偏南方向，已堆积 矸石2 0 余年。研究区海拔16 5 0 ～22 0 0m ，气温最 高3 0 ℃，最低一1 2 ℃，年平均气温1 2 ．5 ～1 3 ．1 ℃， 全年降雨量10 9 2 ．3 ～12 5 1 ．7m 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G B4 8 2 7 9 采样标准[ 1 ⋯，采集表层 o ～2 0c m 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1 0 2 个，土壤样品采样点见图l 。剔除土壤样品中的杂 物后分别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，风干后用玛瑙研钵研磨过1 0 0 “m 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H F H N O 。一H C l O 。法消煮采集的 土壤样品口卜1 2 ] ，测定各重金属元素的方法与赵斌 等[ 1 1 ] 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 G BW 0 7 4 0 1 控制测定精度，所测结果误差范围在 5 ％，精度符合研究要求。 万方数据 2 0 2 1 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 5 o ■ N 1 0 4 。4 7 ’2 0 ”1 0 4 0 4 8 ’0 ” 1 0 4 0 4 8 ’4 0 ’ 图1土壤样品采样点 F i g ．1S a m p l i n gs i t e so fs o i ls a m p l e s 1 ．3 评价方法 对土壤重金属污染评价的方法有多种‘”] ，在试 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 P 一C 。／S 。 1 公式参数含义参见文献[ 1 3 ] 。 内梅罗指数法计算公式为 如一√型盥哮型皿 2 式中， C ／S 。。。、 C 。／S 。。。分别表示在i 样点 中污染物单因子污染指数的均值与最大值，P 综为样 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 u l l e r 指数[ 1 妇计算公式为 J 。一l o g z C 。胆B 。 3 公式参数含义参见文献[ 1 0 ] ，评价结果分级见 表1 。 1 ．3 ．3 潜在生态风险评价法 H a k a n s o n 潜在生态风险指数法m 3 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。 E ； 单项重金属潜在生态危害系数 计算公式 E ；一T ； 4 I R ， 潜在生态风险指数 计算公式 R ，一∑E 5 式中，E ；为第i 种重金属环境风险指数；E 为 重金属i 毒性响应系数，由文献[ 1 6 ] 可知，Z n 一1 P b C r A s ，其中C u 、N i 和Z n 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 万方数据 9 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 体健康造成危害，应当引起的重视。 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[ 17 | 。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 、Z n 、P b 、A s 的含量服从偏正态分布， 其值分别集中分布在4 5 ～5 8 、3 5 ～7 8 、8 5 ～1 1 0 、 6 0 ～1 5 0 、7 0 ～1 1 8m g ／k g ，而N i 含量服从正态分 布，其值主要集中在6 0 ～8 0m g ／k g 。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0 ，说明基本呈现正态分布[ 18 | 。对 于N i 来说，两个参数都处于o ～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 。有较大的距离，则表明C r 、C u 、Z n 、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 T a b l e2 D e s c r i p t i o no fh e a v ym e t a l si nt h es t u d ya r e a 重金属 含量／ m g k 9 1 最小值最大值均值标准差燕偏度 峰度 允许最大值‘／背景值一／ m g k g 一1 m g k g 一1 C o N i C “ Z n P b A 5 注* 土壤环境质量标准 G B1 5 6 1 81 9 9 5 中的Ⅱ级标准值；* * 贵州土壤背景值 中国环境监测总站，1 9 9 0 6 0 5 0 4 0 篓s o 2 0 l O O 1 2 0 1 0 0 8 0 篓6 0 4 0 2 0 O d Z n 撬搦霆随 2 0 04 0 0 z n ／ “g ‘k g _ J 蕊翳【。 1 0 02 0 0 w P b ， m g ‘k 旷1 8 0 7 0 6 0 5 0 篓4 0 3 0 2 0 l O 01 一意霸霆L ． 图2 研究区土壤重金属元素含量频数分布 F i g ．2 D i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a le l e m e n tc O n t e n ti n s o i li nt h es t u d ya r e a 从图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 在整个矿区的富集偏高，在矸石 山、洗选厂周边的农田均有分布，且在矸石山二的局 部区域有严重累积现象。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。 4 2 6 6 1 6 8 3 2 8 3 1 O O O；姗∞m渤∞弱碍踮筠曲北嬲仉m 文置m 色 3 1 1 0 1 8 7 3 8 2 6 8 O O 1 l 2 1 O 8 7 4 l l 4 1 3 3 5 6 L L k L L L刚美毹跃钜孔 1 5 8 2 8 l 5 1 5 7 2 1们踮鹕舵他∞m 娩| 墨m 讯m ∞∞加∞舳∞∞加。 褂爨 万方数据 2 0 2 1 年第3 期 有色金属 冶炼部分 1 1 【l p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n ．9 7 ． ～一 了。 I 1 J _J 』出d i 鸶冒一厘 蓬 |L - 簟 - ■l鼹 L ■ ■一 Ⅻ目●]一_ - - |巨- 图3 研究区土壤重金属含量空间分布图 F i g 3 S p a t i a ld i s t r i b u t i o n so fh e a v ym e t a lc o n t e n ti ns ，i Ii nt h es t u d va r e a 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，各重金属单冈子污染指数均值大小依次 为C u N i Z n P b C r A s ，土壤只，、P H ，、，，、。为 1 ～2 ，显示为轻微污染；P 、，和P ，。为2 ～3 ，显示为轻度 污染；尸n ．高于3 ，达到了重度污染。内梅罗指数为 4 4 9 ，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m ，矿区周边农L E j 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 T a b l e3 A s s e s s m e n tr e s u l t so fs o iJ h e a V ym e t a Ip o l l u t i o n ，．。1 2 7 ．4 5 8 2 ．8 5l5 6 ．4 3 2 13 ．8 25 6 ．7 3 1 8 ．8 9 m g 妇。1 ‘。⋯⋯⋯～⋯⋯。 背景值／ ，，Ⅲ8 4 4 3 2 ．92 6 ．9 ‘m g 。k g1 单因子 污染指数 1 5 1 。 2 5 2 ～j 8 2 ⋯2 4 6 内梅罗 污染指数 4 49 ⋯ 注’表示轻度污染；* * 表示r f J 度污染；* * * 表示霞度污染 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C u o ．5 9 N i ．2 2 Z n ．2 1 P b O 0 8 C r 0 A s ～O ．1 。研究Ⅸ土壤C u 、 N i 、Z n 、P b 处于轻度污染程度， 、r 和A s 表现为清洁 水平。C u 、N i 、Z n 含量的累积较为明显，应重点关注。 1 - 2 l0 08 0 ．6 0 4 O2 。 0 0 2 0 4 0 6 0 8 一l0 、 nZ n P hA s 元素 图4 地质累积指数评价结果 F i g ．4G e o l o g i c a la c c u m u l a t i o ni n d e x e v a l u a t i O nr e s u J t s | | | | | | 7 ．_ ●●●r | 唧、■ _ l | | j 0 0 万方数据 9 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 2 ．3 ．3 生态风险评价法 表4 研究区土壤生态风险评价结果显示。单项 生态危害系数均值大小为C u 2 9 ．0 8 N i 1 2 ．5 9 A s 1 1 ．8 1 P b 9 ．0 6 C r 3 ．0 2 Z n 2 ．4 6 ，单 项生态危害系数变幅为2 ．4 6 ～2 9 ．0 8 ；综合潜在生 态风险指数为6 8 ．0 2 ，可知该矿区周边农田土壤重 金属污染已经达到了轻度危害程度，可能会对人体 健康造成威胁，应尽快对矿区农田土壤进行修复 治理。 表4 研究区土壤生态风险评价结果 T a b l e4S o i le c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t r e s u I t si nt h es t u d ya r e a 评价因子 C rN iC uZ nP bA s 浓度／ m g k g 一1 背景值／ m g k g 一1 单项重金属潜在 生态危害系数E 潜在生态 风险指数R J 2 ．4 土壤重金属多元统计分析 2 ．4 ．1 土壤重金属的相关分析 可通过P e a r s o n 相关系数衡量各变量之间的线 性关系分析矿区周边农田土壤重金属的共性来源， 判断各重金属之间存在的相似污染源或伴生污 染现象[ 19 。，以此来确定引起研究区农田土壤重金属 含量变化的主要影响因素。表5 为矿区周边农田土 壤重金属含量P e a r s o n 相关性分析结果。从表5 可 以看出，C r 与N i 、C u ，C u 与Z n 、P b ，Z n 与P b 、A s 以 及P b 与A s 均具有较好的相关性，表明这些重金属 间存在较高的同源性；而A s 与C r 、C u 的相关性较 差，说明A s 与C r 、C u 来源的途径可能不同；Z n 与 P b 、Z n 与A s 以及C u 与P b 的相关性较强，相关系 数分别为o ．5 2 8 、0 ．3 6 2 、o ．3 2 2 。Z n 、P b 、A s 、C u 间 的高相关性极大可能是人为采矿活动导致的。 表5 土壤重金属元素的相关性 T a b l e5C o r r e l a t i o na n a l y s i sa m O n g h e a v ym e t a l si n s O i l 元素C rN iC u Z nP b A s C r1 N i0 ．2 4 9 。1 C uO ．2 9 7 。O ．1 1 11 Z n一0 ．0 9 8O ．0 4 80 ．2 8 5 ’1 P bO ．0 8 0O ．0 7 6O ．3 2 2 ’O ．5 2 8 。1 As0 ．0 8 5 一n ．3 16 一0 ．0 1 1nR 6 2 *016 2 *1 注* 在O ．0 1 级别 双尾 ，相关性显著 2 ．4 ．2 土壤重金属的主成分分析 表6 为特征值及累积贡献率。从表6 可知，前 三个主成分的初始特征值高于1 ，且对应的累积方 差贡献率等于7 4 ．9 9 1 ％，因此根据这3 个主成分即 可获得研究区土壤重金属来源的主要信息。 表6 特征值及累计贡献率 T a b l e6C h a r a c t e r i s t i cv a l u ea n da c c u m u l a t i v ec o n t r i b u t i o n 成分 初始特征值提取载荷平方和旋转载荷平方和 总计 1 ．9 2 1 1 ．4 1 3 1 ．1 6 6 O ．6 2 2 O ．5 1 2 O ．3 6 6 贡献／％累积／％总计 贡献／％累积／％ 总计 贡献／％累积／％ 3 2 ．0 1 03 2 ．0 1 01 ．9 2 13 2 ．0 1 03 2 ．0 1 01 ．8 0 63 0 ．1 0 73 0 ．1 0 7 2 3 ．5 5 15 5 ．5 6 11 ．4 1 32 3 ．5 5 15 5 ．5 6 11 ．4 0 72 3 ．4 4 45 3 ．5 5 1 1 9 ．4 3 07 4 ．9 9 11 ．1 6 61 9 ．4 3 07 4 ．9 9 11 ．2 8 62 1 ．4 4 07 4 ．9 9 1 1 0 ．3 6 78 5 ．3 5 8 8 ．5 3 69 3 ．8 9 4 6 ．1 0 61 0 0 ．0 统计分析显示 表7 、图5 ，P b 、Z n 、C u 、A s 在第 一主成分具有较高的荷载量，第二主因子中具有高 的荷载量的是N i 、C r 、C u ，第三主成分C r 、N i 具有较 高的载荷量，分别是o ．8 6 1 、O ．1 6 7 ，说明二者的来源 是一致的。另外还发现，C u 在前两个主因子的荷载 都非常明显，说明整个矿区土壤中的C u 有着不同 的来源。 煤矿区的最大污染源是长期裸露堆放的矸石 山[ 2 ⋯，其次是洗选厂的装煤、运煤、洗煤等工艺产生 的大量粉尘以及煤泥水导致大量A s 、P b 和N i 等进 人农田土壤[ 3 ] 。有研究表明，工业区土壤重金属 C u 、N i 等的来源与汽车尾气排放、机械损耗有 关[ 2 1 | ，C r 主要来自土壤母质[ 22 | 。结合研究区实际 情况，第一主因子代表洗选厂选煤工艺产生的三废 及长期堆放的矸石经过风化、淋溶等产生的粉煤灰， 淋溶液经过沉降、迁移累积于土壤中；第二主因子代 万方数据 2 0 2 1 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 9 表汽车尾气的排放、汽车轮胎及机械损耗的污染；第 三主因子代表农业活动、土壤母质的影响。 表7 土壤重金属含量主成分分析的成分矩阵 T a b l e7 C o m p o s i t i o nm a t r i xo fp r i n c i p a l c O m p O n e n ta n a l y s i sO fs o i lh e a V y m e t a Ic o n t e n t 重金属 成分矩阵旋转后的成分矩阵8 C rO ．2 8O ．5 0 3O ．7 0 40 ．1 l0 ．2 7 3O ．8 6 l N iO ．0 7 1O ．8 4一O ．0 8 1O ．1 8 40 ．8 10 ．1 6 7 C u0 ．5 9 2O ．2 1 6一O ．6 0 4O ．4 3 2O ．2 8一O ．7 0 5 Z nO ．8 3O ．1 0 1O ．1 9 6O ．8 3 80 ．15 6 一O ．1 0 8 P bO ．7 4O ．3 4 2O ．2 0 8O ．8 3 8O ．0 7 9一O ．0 0 4 A s0 ．4 9 9一O ．5 3O ．4 6 5O ．4 1 2一O ．7 5 30 ．0 9 5 图5 重金属元素的三维空间荷载图 F i g ．5L o a d i n gp l o t so fh e a v ym e t a l si nt h e s p a c ed e f i n e db yt h r e ec o m p o n e n t s 3讨论 研究区重金属C u 、N i 和Z n 的超标较为严重， 杨艳等[ 1o ] 和刘品祯等[ 2 朝对贵州织金煤矿区周边土 壤重金属的研究结果显示，C d 和C u 超标情况比较 突出，与本研究C u 、N i 、Z n 等超标严重的结果相一 致。从重金属的分布情况来看，超标严重的C u 、C r 、 Z n 重金属元素的高值区主要集中于矸石山、洗选厂 周边的农田土壤，与仝双梅等[ 2 4 1 的研究结果一致， 很可能是长期堆放的矸石被雨水冲刷，淋溶液流到 农田地，重金属元素在土壤里迁移沉降才导致其重 金属含量的升高。洗选厂在运行过程中会产生较多 的煤泥水、粉煤灰，其周边农田土壤重金属含量的严 重富集很可能是部分煤泥水渗到其中以及粉煤灰的 长期沉降所导致[ 25 | 。其中，矸石山一的重金属污染 情况更为严重，可能是矸石山长时间堆放产生的淋 溶液及风化产生的煤粉尘对周边的农田土壤的污染 较大，且堆放的时间越长就会越严重[ 2 ⋯。 矿区周边农田土壤的C r 、N i 、C u 、Z n 、P b 、A s 含 量均高于背景值，且除N i 外，样本原始数据均呈偏 正态分布，表明研究区土壤重金属的富集受人为活 动影响较大。研究区农田土壤重金属的单因子指数 评价结果表明，土壤C r 、P b 、A s 表现为轻微污染水 平；N i 和Z n 处于轻度污染水平，C u 达到了重度污 染级别；研究区重金属的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C u 、Z n 、P b 、N i 均达到了轻度污染级别，A s 、C r 处于清洁水平。潜 在生态风险评价结果同样显示C u 、N i 对综合潜在 生态风险 ．R I 的贡献最大，研究区土壤重金属处于 轻微危害程度。杨艳等[ 1 叩和贾亚琪等【z 7 ] 对贵州织 金县煤矿区周边农田土壤重金属的研究结果显示， C u 是污染较为严重的重金属元素之一，与本研究的 结果相一致。因此，研究区的C u 、N i 重金属应作为 优先修复治理的对象。结合现在的土壤重金属污染 修复技术与该矿区的实际情况，应选用适合的重金 属治理方法修复受重金属污染的农田土壤，并为防 止采矿活动对周边环境再污染，应更加重视环保措 施的完善，废液废渣统一收集处理达标后再排放，并 做好矿区煤粉尘防治措施[ 8 ] 。 4结论 本矿区周边农田土壤中所测的重金属元素均超 过贵州土壤重金属背景值，其中C u 、N i