（环境工程专业论文）铜陵矿区农田土壤及水稻的重金属污染现状研究.pdf

铜陵矿区农田土壤及水稻的重金属污染现状研究 摘要 重金属元素污染已成为破坏农田土壤环境的重要因素，并直接或闻接危害 到人体健康。安徽省铜陵市作为我国主要的矿业城市，环境污染较为严重。铜， 金等多金属矿床的开发和冶炼过程中产生的尾矿、矿渣和矿业酸性废水，已成 为铜陵矿区农田土壤环境重金属污染的重要来源。 本文是在土壤学、生态学、环境地球化学等学科基础上，通过细致的野外 工作和室内分析，系统分析了铜陵矿区农田表层和深层土壤中重金属含量和形 态的污染状况和空间分布特征，并对相应土壤农作物( 水稻) 中重金属含量进 行了研究。 首次运用m 列a b 软件模糊推理系统( f i s ) 对铜陵矿区农田表层土壤重金 属污染进行了评价。结果表明：该矿区农团表层土壤普遍受到了重金属不同程 度的污染，特别是在新桥河，顺安河和洋河沿岸，部分样品已呈现严重污染， 这从一方面证明了引用污水灌溉农田是该区土壤重金属污染的主要来源；不同 元素污染程度主要表现在c d 污染最严重，平均含量已达到其参考的土壤环境背 景值的2 0 2 1 倍，其次是c u ，也达到4 0 4 倍，其它各元素依次为p b a s z n h g 。 通过对铜陵矿区农田土壤垂直剖面重金属元素含量在垂直方向上的变化研 究表明：土壤中h g 、c d 、c u 和p b 元素在表层出现明显富集，各元素总量在不 同深度均明显高于土壤自然背景值，h 卧c d 、c u 、p b 和z n 在垂向上呈递减趋 势，且在横向上主要以洋河、顺安河和新桥河为中心向四周递减，而a 5 和c r 的变化主要体现在横向上；各元素在存在形态上，除c d 在0 - 9 0 e r a 以离子交换 态为主外，其它各元素在不同深度都以残渣态为主，且不同形态在总量中的百 分含量随深度变化明显不同。 对粳米和相应土壤中各重金属含量研究表明：粳米样品中主要超标元素为 c d ，且其污染点主要分布在新桥河、顺安河上游和洋河流域，与对应土壤污染 规律一致。部分样品中的p b 和a s 超标， i g 、c u 、z n 、c r 未对农作物( 水稻) 产生影响；粳米中重金属元素含量不仅与土壤中元素含量相关，还受土壤的p h 值、土壤中元素的形态、不同元素的分配关系以及其它理化性质的影响；土壤 中的z n 、c d 、c u 元素相对较易于被水稻籽实吸收，而p b 、c f 则不易被吸收。 评价区土壤重金属元素潜在生态危害大小顺序为：c d a s c t t p b h g c r z n 。高潜在生态危害区主要在新桥河流域( a t i 2 8 、a t i - 3 0 、a t i 一3 l 、 a t i i - 1 8 a n i - 2 5 ) ，与土壤污染评价结果基本一致。 通过对农田表层土壤各重金属总量之间以及总量与有效态之间的相关性分 析得出，多数重金属总量之间有较高的相关性，这种较高的相关性在一定程度 上反映了元素污染程度的相似性或污染元素有相似的来源，这种相似性在铜陵 矿区主要表现在污水灌溉。 关键词；铜陵农田土壤重金属污染元素形态污水灌溉评价 ac u r r e n tr e s e a r c ho nh e a v ym e t a lp o l l u t i o nt ot h es o i l a n dr i c ei nt h ef a r m l a n di nt o n g l i nm i n i n gd i s t r i c t a b s t r a c t t h eh e a v ym e t a le l e m e n t sp o l l u t i o nh a sb e c o m et h em a i nf a c t o r st h a td e s t r o y t h es o i le n v i r o n m e n to ff a r m l a n d s ，a n di ta l s oe n d a n g e r sh u m a nb o d i e sd i r e c t l yo r i n d i r e c t l y b e i n gt h em a i nm i n i n gc i t i e so fc h i n a , t h ec i t yo ft o n g l i ni na n h u i p r o v i n c eh a sb e e np o l l u t e db a d l yt h er a i l i n g s ，s l a ga n ds m e l t i n go f t h ep o l y m e t a l l i c d e p o s i t s ，s u c ha sc ua n da uh a sb e c o m ea ni m p o r t a n ts o u r o go ft h eh e a v ym e t a l p o l l u t i o nt ot h es o i lo f t h ef a r m l a n di nt o n # i nm i n i n gd i s t r i c t t h i sp a p e ri sb a s e do nm a n ys u b j e c t s ，s u c ha sp e d o l o g y , e c o l o g y , e n v i r o n m e n t a l g e o c h e m i s t r ya n d 0 1 1 t h r o u g hc a r e f u lf i e l dw o r ka n dl a b o r a t o r ya n a l y s i s w eg i v e a s y s t e m a t i ca n a l y s i si nt h ep a p e ro nt h e 饥t r r e n tc o n d i t i o n sa n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n f e a t u r e so ft h ec o n t e n ta n df o r mo ft h eh e a v ym e t a li nt o ps o i la n dd e 印s o i li nt h e f a r m l a n do f t o n g l i nm i l l i 】【l gd i s t r i c ta n dd or e s e a r c ht ot h ec o n t e n to f t h eh e a v ym e t a l i nc r o p s 伍c e ) t h a tg r o w i n gi nt h es o i l i nt h ep a p e r , iu $ et h ef i so ft h em a t l a bs o r w a r ef o r t h ef i r s tt i m et oe v a l u a t e t h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o nt 0t h et o ps o i lo ft h ef a r m l a n di nt o n g l i nm i n i n gd i s t r i c t t h er e s u l ts h o w st h a tt h et o ps o i lo ft h ef a r m l a n di nt h i sa r e ah a sb e e np o l l u t e db y h e a v ym e t a lf o rd i f f e r e n td e g r e e s ，a n di nt h ec o a s t so fx i n q i a or i v e r , s h u n a nr i v e r a n dy a n gr i v e r , s o m et o ps o i lh a sb e e np o l l u t e db a d l y t h i sp r o v e st h a tp o l l u t e d w a t e ri r r i g a t i o nh a sb e e nt h em a i nc a u s eo ft h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n t h i sa r e a d i f f e r e me l e m e n t sc a u s ed i f f e r e n td e g r e e so fp o l l u t i o n ：c dp o l l u t i o ni st h em o s t s e r i o u sa n di t sa v e r a g ec o n t e n th a sr e a c h e dt o2 0 2 1t i m e so fi t sb a c k g r o u n dv a l u e s f o rr e f e r e n c e ；t h en e x ti sc u , i ti sa l s ot i pt 04 0 4t i m e s a n dt h ep o l l u t i o nd e g r e e so f t h eo t h e rd e m e n t sa r ep b , a s ，z na n dh gi nt u r n s t h er e s e a r c h0 1 1t h ec h a n g e so ft h eh e a v ym e t a lc o n t e n to ft h es o i li nt h em i n i n g a r e ai nt h ev e r t i c a ld i r e c t i o ns h o w st h a tt h ee l e m e n t so fh g ，c d ，c u , a n dp be m i e h e v i d e n t l yi nt h et o ps o i la n dt h et o t a lc o n t e n t so fa l lt h ee l e m e n t si nd i f f e r e n td e p t h s a r ea l la b o v et h en a t u r a lb a c k g r o u n dv a l u e si ns o i l t h ec o n t e n t so fh g ，c d , c u ，p b a n dz ns h o wac l a wb a c kt r e n di nt h ev e r t i c a ld i r e c t i o n , a n di nl l a n s v e r s ed i r e c t i o n t h ec o n t e n t so ft h e s ee l e m e n t sa l s os h o wac l a wb a c kt r e n df r o mt h ey a n gr i v e r ， s h u n a nr i v e ra n dx i n q i a or i v e rt oa l ls i d e s t h ec h a n g e so ft h ec o n t e n t so fa sa n d c rm a i n l yr e f l e c ti nt h et r a n s v e r s ed i r e c t i o n a st ot h es p e c i a t i o nr e s i d u e so fe v e r y e l e m e n t s ，a l m o s ta l lt h ee l e m e n t se x i s ti nc a r b o n a t es p e c i e si na l ld e p t h s ，e x c e p tc d ， w h i c hm a i n l ye x i s ti ni o n - e x c h a n g ea b o v et h ed e p t ho f9 0c m a n dt h ep e r c e n t a g e s o f e v e r yp a t t e r nc h a n g ew i t l lt h ed e p t h i i 。h er e s e a r c ho nr i c ea n dt h eh e a v ym e t a lc o n t e n to f t h es o i ls h o w st h a tt h em a i n e x c e e d i n ge l e m e n ti nt h er i c es a m p l e si sc d , a n dt h em a i np o l l u t e dp l a c e sa r et h e v a l l e y so fx i n q i a or i v e r , s h u n a l lr i v e ra n dy a n gr i v e r i t i si d e n t i c a lt ot h e p o l l u t i n gr u l e so f t h ec o r r e s p o n d i n gs o i l p ba n da si ns o m es a m p l e se x c e e dq u o t a , b u th g ，c u , z na n dc rh a v e n ta f f e c t e dt h eg r o w i n go ft h ec r o p s ( r i c e ) t i l ln o w t h e c o n t e n to f t h eh e a v ym e t a li nr i c ei sn o to n l yr e l a t e dt ot h ec o n t e n _ c so f e a c he l e m e n t s i nt h es o i l ，b u ta l s oa f f e c t e db yt h ep ho ft h es o i l ，t h ef o r m so ft h ee l e m e n t si nt h e s o i l ，t h ed i s t r i b u t i o no fe a c he l e m e n t sa n do t h e rp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s c o m p a r a t i v e l ys p e a k i n g ，t h ee l e m e n t so f z n ，c da n dc u i nt h es o i la r cm o r e e a s i l yt o b e a b s o r b e d b y t h e r i c e s e e d ，t h ee l e m e n t s o f p ba n d c r a r e d i f f i c u l t t o b e a b s o r b e d t h et u r n so ft h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k so fe a c hh e a v ym e t a le l e m e n t si nt h e s o i lo f t h ee v a l u a t e d d i s t r i c t a r e ：c a ) a s ) c u ) p b ) h g ) c r ) z n t h eh i 功 p o t e n t i a ld i s t r i c t 、析t l le c o l o g i c a lr i s ki si nt h eb a s i no ft h ex i n q i a or i v e r ( a t i - 2 8 ， a t i - 3 0 ，a t i - 3 1 ，a t i i - 1 8 ，a t i i - 2 5 ) i ta g r e e sw i t ht h ee v a l u a t i o nr e s u l t so f t h es o i l p o l l u t i o n t h r o u g hc a r e f u la n a l y s i so nt h ec o r r e l a t i o no f t h ec o n t e n t so f e a c hh e a v ym e t a l i nt h e s o i lo f t h ef a r m l a n da n dc o r r e l a t i o nb o = w nt h et o t a lc o n t e n ta n da v a i l a b i l i t y ，w ec a l l i n f e rt h a tt h et o t a lc o n t e n t so f e a c hh e a v ym e t a la r er e l a t e di nh i g hd e g r e e s ，a n dt i f f s c o r r e l a t i o ns h o w st h es i m i l a r i t yo f t h ep o l l u t e dd e g r e e so f e a c he l e m e n t so rs h o w s t h a te v e r yp o l l u t i n ge l e m e n t sh a sas i m i l a rs o u r c e a n di nt o n g l i nm i n i n gd i s t r i c t , t h i ss o u r c em a i n l yr e f e r st op o l l u t e dw a t e ri r r i g a t i o n k e yw o r d s ：t o n g l i n ；f a r m l a n ds o i l s ；h e a v y m e t a lp o l l u t i o n ； s p e e i a t i o n so fe l e m e n t ；w a s t e w a t e ri r r i g a t i o n ；e v a l u a t e i v 表格清单 表1 1 主要有色金属矿采矿占地情况单位：万公顷3 表1 - 2 主要矿种渗滤酸性废水排放量单位：万吨3 表1 - 3 地累积指数与污染程度分级7 表1 - 4 潜在生态危害分级表8 表1 5 污染负荷指数与污染程度之间的关系 表l _ 6 论文完成工作量 表3 1 农田表层土壤中主要重金属含量统计结果2 9 表3 - 2 土壤中各重金属相关性( 1 l - 6 8 ) 表3 - 3 各形态重金属元素占总量的百分数的统计结果3 0 表3 4 土壤有效态含量与土壤重金属总量相关系数3 1 表3 5 土壤环境质量标准值( m g k g 1 ) 及铜陵市土壤背景值3 l 表3 - 6 地累积指数及其分级( i 线) 3 7 表3 7 地累积指数及其分级( 线) 3 8 表3 8 土壤重金属污染分级标准( m g k g 1 ) 4 1 表3 - 9 模糊综合评价结果 表3 1 0 铜陵各水系不同区段综合污染指数4 6 表3 - 1 1 铜陵水系沉积物中重金属含量( w ( b ) m g k g 1 ) 4 6 表4 - 1 铜陵市深层土壤重金属与区域背景值对比一览表( m g k g ) 4 8 表4 之不同深度的各形态重金属元素占总量的百分比5 8 表4 - 3 对比剖面各层元素含量及形态对比6 1 表5 1 食品中污染物限量( m g k g ；h g ：g g k g 1 ) 6 4 表5 2 农作物质量分级标准一6 4 表5 3i 线粳米中微量元素含量及其评价结果统计表( r a g k g ；h g ：p g k 9 4 ) 6 5 表5 _ 4n 线粳米中微量元素含量及其评价结果统计表( m g k g “；h g ：p g k 9 4 ) 6 6 表5 5 上海郊县糙米中金属元素含量( r a g k g 1 ) 6 6 表5 _ 6 铜陵评价剖面粳米中评价元素含量参数( r a g k g - 1 ；h g ：l a g k g 1 ) 6 7 表5 - 7 评价元素的有效性系数6 7 表5 - 8 重金属的有效性系数的相关性分析( 样本数：n = 5 6 ) 6 7 表5 - 9 粳米与对应根际土重金属及相应有效态重金属相关性分析7 0 表6 1 重金属的参照值( c m g k 9 4 ) 和毒性系数( f ) 7 1 表6 - 2 各土壤点生态危害系数和生态危害指数7 2 v i i i 插图清单 图2 - 1铜陵市交通位置图( 比例尺：1 ：2 0 0 0 0 0 0 ) 。2 1 图3 1采样点布局图2 7 图3 - 2采样点详图2 8 图3 3各形态重金属元素占总量平均百分比3 0 图3 - 4 i 线h g 元素界定图3 2 图3 5 i i 线h g 元素界定图3 3 图3 - 6i 线c a 元素界定图3 3 图3 - 7i i 线c a 元素界定图3 3 图3 8i 线舡元素界定图3 3 图3 - 9i i 线a s 元素界定图3 4 图3 - l oi 线c u 元素界定图。3 4 图3 - 1 1 线c u 元素界定图3 4 图3 1 2i 线p b 元素界定图3 4 图3 - 1 3 线p b 元素界定图。3 5 图3 1 4i 线z n 元素界定图3 5 图3 1 5 线z n 元素界定图3 5 图3 1 6i 线c r 元素界定图3 5 图3 1 7i i 线c r 元素界定图3 6 图3 1 8 模糊推理系统编辑器3 9 图3 1 9 元素含量的隶属度函数4 0 图3 - 2 0 六种重金属元素含量的隶属度函数4 1 图3 2 1 规则观测器4 2 图4 - 1h g 元素含量垂向变化趋势图。4 9 图4 2a s 元素含量垂向变化趋势图5 0 图4 3c d 元素含量垂向变化趋势图。5 1 图4 - 4c r 元素含量垂向变化趋势图。5 1 图4 5c u 元素含量垂向变化趋势图5 2 图4 - 6p b 元素含量垂向变化趋势图5 2 图4 7z n 元素含量垂向变化趋势图5 3 图4 8 h g 第一条剖面等值线图5 4 图4 - 9a s 第一条剖面等值线图。5 4 图4 1 0c d 第一条剖面等值线图5 4 图4 1 1c r 第一条剖面等值线图5 4 图4 1 2c u 第一条剖面等值线图5 5 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 - 1 6 图4 1 7 图4 1 8 图4 1 9 图4 2 0 图4 - 2 1 图4 2 2 图4 2 3 图4 2 4 图4 - 2 5 图4 - 2 6 图4 2 7 图4 2 8 图5 1 图5 2 图5 3 图5 - 4 图5 5 图5 6 图5 7 图6 - 1 图6 - 2 图6 3 p b 第一条剖面等值线图 z n 第一条剖面等值线图 h g 第二条剖面等值线图5 5 a s 第二条剖面等值线图 c d 第二条剖面等值线图 c r 第二条剖面等值线图 c u 第二条剖面等值线图 p b 第二条剖面等值线图 z n 第二条剖面等值线图5 7 r i g 元素不同深度各形态百分含量图5 8 a s 元素不同深度各形态百分含量图。5 9 c d 元素不同深度各形态百分含量图。5 9 c r 元素不同深度各形态百分含量图6 0 c u 元素不同深度各形态百分含量图6 0 p b 元素不同深度各形态百分含量图。6 0 z n 元素不同深度各形态百分含量图6 l 粳米中a s 与根际土及相应有效态a s 线性相关示意图6 8 粳米中h g 与根际土及相应有效态h g 线性相关示意图6 8 粳米中c d 与根际土及相应有效态c d 线性相关示意图6 8 粳米中p b 与根际土及相应有效态p b 线性相关示意图6 9 粳米中z n 与根际土及相应有效态z n 线性相关示意图6 9 粳米中c u 与根际土及相应有效态c u 线性相关示意图6 9 粳米中c r 与根际土及相应有效态c r 线性相关示意图6 9 单元素潜在生态危害系数e 柱状图7 3 铜陵评价区i 线各采样点生态危害指数( r i ) 折线图7 3 铜陵评价区线各采样点生态危害指数( r j ) 折线图7 3 x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外。论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得佥胆! 些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者躲毋商爸签字魄中月4 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金筵王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金 壁互些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印， 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：彳莎面飞 导师签名； 签字日期：多舶f 年月乍且 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 掀 签字日期：伊7 年石月尹日 电话： 邮编： 致谢 本论文是在导师周涛发教授的悉心指导下完成的，周老师不仅学识渊博、 治学严谨，而且诚恳待入、胸襟宽广，是我为人处世的榜样。三年来，导师对 我的学习、科研工作给予了精心的指导，对我的生活给予了充分的关心，特别 是周老师远在澳大利亚的一年里还不忘给与我学习上的指导和鼓励! 让我非常 感动。值此之际，衷心感谢导师的培养、支持和教诲! 感谢袁峰教授、李湘凌老师在学习上给予的指导和帮助。感谢张鑫师兄、 范裕师兄以及刘瑁师姐在学习上的鼓励和帮助，在生活上的关心，给我树立了 学习的榜样! 感谢祁轶宏、胡恒宇、刘一、殷汉琴、邢怀学、陶春军、王俊涛、张颖慧 等师兄弟( 姐妹) ，和你们在一起朝夕相处，给我留下了美好的回忆，你们让 我对友谊和快乐有了更深入的理解! 感谢我已故的父母，是他们给了我生命，教会了我积极向上、勇于拼搏的 精神。还要感谢我的哥哥姐姐，是他们默默无闻的奉献和大力的支持与鼓励， 才使我有信心和毅力顺利完成学业。 感谢三年里和睦相处的室友和曾经共同学习、相互交流的同学们。 感谢文中引用过文献的所有作者们，感谢所有关心、支持和帮助过我的老 师、同学和朋友们! v 第一章绪论 近年来矿山开采引起的环境问题已引起人们的极大关注【1 1 矿业生产扰动 了己经平衡的地球表面系统，这种扰动损伤了局部生态系统、降低了自然生产 能力。同时矿业开发己对全球很多地区造成前所未有的损害，成为世界公认的 污染大户之一，成为人类能否可持续发展的重大问题【2 】。 采矿活动不仅导致矿区重金属污染( 表层土壤、地表水、地下水) 、土地退 化、农作物减产和品质下降，而且己直接或间接危及到人体健康和矿产资源的 可持续发展。我国金属矿产资源丰富，矿业开发所造成的土壤重金属污染量大 面广。已成为我国土壤污染治理不可忽视的问题 3 1 。 矿业开发是社会发展的重要经济增长点，但是矿产资源的开发，特别是不 合理地开发利用，己对矿山及其周围环境造成严重污染，并诱发多种地质灾害， 破坏了生态环境。这种越来越突出的环境问题不仅威胁到人民生命安全，而且 严重地制约了国民经济的发展。据统计，我国每年因矿产开发产生的固体废料 1 3 3 8 亿吨，每年由各类尾矿、废石和废渣直接破坏和侵占的土地面积多达1 4 0 万- 2 0 0 万l u n 2 ，并以每年2 0 0 0 0 h n l 2 的速度增加，2 0 0 0 年的增加速度达到 3 4 0 0 0 h m 2 年；由矿业开采排放的各种废水、废液占国家工业废水总量的1 0 以上，其中废水的处理率仅占4 左右，大量的废水直接排入江河湖海，造成 环境的严重污染 4 1 。 我国正在执行的多能耗、多污染、资源难以综合利用的传统路线，使我国 的矿业开发成为损害环境最严重的行业之一，矿业的高强度开发和环境保护的 矛盾日趋突出。 1 1 矿区土壤重金属国内外研究现状与进展 1 1 1 矿区土壤重金属污染现状研究 矿产资源是人类生产和生活的基本源泉之一，但矿产资源的开发在对国民 经济发展起重要推动作用的同时，也带来了比较严峻的环境问题。矿山开采， 特别是铅锌矿床、含硫多金属矿床的开采过程中，由于采矿废水和选矿废液的 直接排放，废石和尾矿等固体废弃物的堆放和淋滤，使矿区土壤中富集大量的 重金属嘲。矿区土壤对重金属具有明显的富集性和迁移性 6 1 。墨西哥s a n t a m a r e i a d e l a p a 的a g - p b c u - a u 的矿带上，约2 0 0 年的矿山开发导致1 0 0 k m 2 土 地的严重污染，受污染土壤表层中z n ，a s 和p b 的含量分别高达5 0 0 0n a g k g 1 、 6 6 0 0m g k g 1 和2 7 0 0 m g k g ，附近蔬菜中c d 和p b 含量分别超出正常水平的2 0 倍和5 0 倍。美国蒙大拿洲西部c l a r k f o r k 河盆地，由于1 0 0 多年铜及其他金属 的采选和冶炼活动，污染土壤中重金属含量比正常岩石高出几百、甚至上千倍 【 。 目前，我国的矿区土壤污染不容乐观，金属矿山开采所产生的大量酸性矿 山废水( a m d ) 及其尾矿堆的风化和淋滤过程中流失的有毒有害重金属元素是 矿区及其周围地区生态环境重金属污染的2 个最主要环境问题【8 h ”。李永涛 ( 2 0 0 5 ) 【l3 l 等调查了粤北大宝山高含硫多金属矿长期污染的水稻田的污染状况， 结果表明：长期的污灌导致了土壤酸化和硫、铜、铅和镉的积累。通过实地调 查和室内分析【1 4 】，结果表明，红透山铜矿区土壤中c u 、z n 、p b 、c d 平均含量 高于当地土壤背景值，其中c u 和c d 重污染，z n 轻污染，p b 轻污染；不同区 域土壤重金属含量存在较大差异，各片区重金属综合污染顺序为：尾矿区 选 矿区 采矿区 周围农田区。 宋书巧( 1 9 9 9 ，2 0 0 3 ) 【1 5 】【1 6 】等通过对广西刁江沿岸受矿山重金属污染的研 究表明：受上游矿山开采的影响，刁江沿岸存在严重的a s 、p b 、c d 、z n 复合 污染，其污染区与洪水淹没区高度一致；农田也受到了严重的a s 、p b 、c d 、 z n 复合污染，土壤重金属污染严重。 蔡美芳( 2 0 0 4 ) 【l 刀等研究发现：引用用矿山废水流入的河水灌溉的稻田中 重金属( p b 、z n 、c u 和c d ) 的质量分数远远超出了土壤环境二级标准，土壤 重金属污染严重。在对福建尤溪铅锌矿、连城锰矿、连城铅锌矿矿区的调查后 发现【1 3 1 ，福建重金属矿区m n 、z n 、p b 、c d 的最高质量分数都高出对照土壤的 几倍甚至几十倍，综合污染指数平均值分别高于重度污染临界标准的1 6 5 4 、 1 0 6 3 和5 3 5 7 倍，达到重度污染。 李娟娟( 2 0 0 6 ) 1 1 9 】等人通过对充州矿业集团鲍店矿区土壤重金属的污染进 行综合评价，结果表明，矿区土壤普遍存在重金属的污染。应用单项污染指数 法和综合污染指数法对同一矿区土壤中c u 、c d 、p b 、z n 四种典型重金属元素 的污染状况进行评价 2 0 l ，结果表明，该矿区土壤中四种元素的平均含量都高于 土壤背景值，土壤已受到c d 的重污染，土壤z n 为警戒级，其它元素为安全级， 综合污染指数顺序为c a z n c u p b 。 秀艳( 2 0 0 6 ) t 2 】等通过对辽宁省几个典型工矿区以及污灌区土壤重金属污 染状况进行调查研究，结果表明：调查区土壤重金属含量绝大多数高于土壤背 景值，主要污染物是c d ，其次是p b 和c m 污灌区土壤重金属含量较高，尤其 c d 、h g 的污染状况应该引起重视；不同污染源区域土壤重金属间存在着密切 的相关性，说明重金属污染来源的伴生性与同源性；研究区土壤重金属主要来 源于工矿区的废石、尾矿、粉尘大气沉降及污水灌溉等人为源。 广东大宝山矿矿区周围土壤污染田j 是以c u 、z n 、a s 、c d 和p b 为主的多 金属复合污染，污灌稻田中重金属c u 、z n 、a s 和c d 的平均浓度分别达 5 6 0 9 1 m g k g - 1 、l1 3 5 0 8 m g k g 、2 1 8 0 7 m g k g 1 和2 4 5 3 m g k g 1 ，远远超出了土 壤环境二级标准值。辽宁省铁岭柴河p b z n 矿区土壤中c d 、p b 、z n 元素含量 大大超过了当地背景含量水平】，c d 元素超过国家土壤环境质量标准5 8 倍， 2 成为是制约当地农业用地的限制性元素。 重金属是重要的工业原料和战略物资，在国民经济中在着十分广泛的用途。 我国以铜矿与铅锌矿开采量最大，对生态环境的破坏也较大。铜矿与铅锌矿采 矿场与塌陷区占地面积情况见表1 - 1 l u j ： 表! - 1 主要有色金属矿采矿占地情况【卅单位：万公顷 蔓天采矿! l 煎土鱼胃矿场塑毡匡 铜1 2 0 321 4 5 0 24 2 5 0 85 9 4 7 铅锌3 0 2 3 2 3 6 o 9 0 4 2 9 1 9 由表1 - 1 可看出，尾矿场占地面积最大。这与有色金属矿开采回收率与综 合利用率低有关，尾矿品高，资源在开采过程中大量流失浪费。 重金属矿开采导致的水污染状况也相当严重。国有矿山企业渗滤酸性废水 排放量如表l - 2 口4 l ： 表1 - 2 主要矿种渗滤酸性废水排放量 2 4 1 单位：万吨 笙登 堡 丛塑 塑壁壁 堕 排放量4 2 66 1 9 09 3 4 12 5 6 27 81 6 5 4 由上表1 2 看出，铜矿渗滤酸性废水排放量最大。铅锌矿开发对水体的污 染严重，对矿山周围居民的身体健康危害较大。云南省兰坪铅锌矿的开采，曾 在8 0 年代中期矿山放开时，群采、群挖，造成十分严重的资源破坏和环境污染 局面，使水质也受到影响，矿山附近居民血样中，铅含量都大大超过人体健康 标准。 废矿堆、尾矿库长期处在氧化、风蚀、溶滤过程中，使各种有毒矿物成份 或有害重金属物质( 有些矿山的矿石成份中没有或很微量的有毒矿物存在，则属 例外) 随水转入地下、地表水体和农田、土壤之中，造成地下、地表水体长期不 断的化学污染川。据报导【2 5 】，由于采矿对水体的污染，使美国2 0 6 0 0 k m 长水域 和4 4 9 个天然和人工湖泊不再适于养鱼；在国内也不乏其例，如攀枝花矿选矿 厂有部份的尾矿废水长期排入金沙江，对其造成严重的污染。又如东鞍山矿由 于外排废水中含有大量的细粒级悬浮物，使杨柳河的河水呈红色，不仅妨碍水 生物的生长，使鱼虾绝迹，还影响农业灌溉，成为鞍山地区的一大公害。此外 硫化矿床的开采，由于贮存的低品位黄铁矿随矿石开采、自然堆放或送进废石 场。经风化、雨水的浸蚀产生酸性水。在我国冶金矿山中因酸性水污染造成的 危害是十分严重的，如南山铁矿的酸性水波及周围一万平方公里农田和渔业生 产，多年来共赔偿农业损失费累计约百万元。其它如梅山铁矿、钟山铁矿等均 有类似的酸性水污染。 此外，各冶金矿山的外排水中浮选药荆的污染、消基苯的污染以及其它重 金属的污染也是屡见不鲜的1 2 6 1 。 1 1 2 矿区土壤重金属污染的特征 1 1 2 1 土壤重金属污染的特点 ( 1 ) 广泛性 随着工业生产的发展，重金属污染日趋普遍，几乎威胁着每个国家，8 0 年 代，日本富山通川流域的“骨痛病”就是由于镉污染而导致糙米中镉超标而引 起的 2 t l ，我国己有很多城市的郊区和灌区遭到了不同程度的重金属污染闭一【3 l l 。 ( 2 ) 隐蔽性 土壤重金属污染由于其无色无味，很难被人的感觉器官而察觉，一般要通 过植物进入食物链积累到一定程度时才能反映出来【3 2 】 ( 3 ) 不可逆性 由于重金属在土壤中积累到一定程度时，便引起土壤结构与功能的变化， 且由于重金属很难降解，因此土壤一旦污染就很难恢复 3 3 j 。 ( 4 ) 长期性 由于重金属元素不能被降解，所以，土壤一旦遭到污染，就极难恢复。例 如1 9 6 6 年冬至1 9 7 7 年春沈阳一抚顺污水灌溉区发生的污染，经过十余年的艰 苦努力，采用了各种措施，才逐步恢复其部分生产力【3 4 1 。 ( 5 ) 间接危害性 土壤中的重金属元素不能为土壤微生物所分解，但可为生物所富集，通过 食物链对人畜造成危害，同时还可通过地下渗滤水进入地下水体，从而成为新 的污染源【35 i 。 ( 6 ) 伴生性和综合性 在自然界中，单个重金属污染物构成的污染虽有发生，但污染多为伴生性 和综合性，即多种污染物形成复合污染，这已成为近年来环境科学领域研究的 新热点 3 6 1 d 引。 1 1 2 2 重金属的空间分布特征 通常情况下，采矿引起的土壤污染一般都呈表面富集【3 9 】。刘桂琴( 2 0 0 6 ) 【邶1 等研究表明矿区不同片区重金属污染程度存在明显差异，尾矿周围的土壤污 染最为严重。崔龙鹏( 2 0 0 4 ) 4 t l 等的研究表明，土壤中重金属的积累随煤矸石 堆放和风化淋溶时间长短而表现降低的总趋势，即废矿井区土壤比新矿井区土 壤中重金属积累显著。李东艳( 2 0 0 4 ) 4 2 1 等的研究表明，在煤矿区煤矸石堆放 对周围土壤造成不同程度的污染，重金属的含量随离矸石堆距离增大呈减小的 趋势，并且主要受到风向的影响。李永涛( 2 0 0 5 ) 0 3 1 等研究表明，长期的污灌 导致了被调查区上游水稻土壤被严重污染，而随着离矿山污染源距离的增加， 污染物质量分数显著降低。毛竹 4 3 1 等研究表明c d 、p b 和z n 高值区主要集中在 矿山尾矿堆积的区域，其次是临近矿山靠近公路农田土壤部分。 1 1 2 3 重金属在垂直剖面上的分稚特征 元素在剖面中的垂向分布与迁移，受生物和元素地球化学迁移因素的影响， 降水能使可溶态的被土壤粘粒吸附的化学元素与水分向下移动，并随粘粒的淋 4 溶而离开表土层沉积于土壤剖面更深的层次中。 一些学者对重金属在污染土壤中的剖面分布进行了研究。夏增禄( 1 9 8 5 ) 4 4 1 等对北京地区重金属在土壤中的垂直分布和迁移的结果表明：在污染土壤 中，重金属进入土壤后，由于土壤对它们的固定，