吉林省白山市江源区煤矿区环境Hg地球化学分布特征

赵浩任，闫秋实，黄艺，马中建，陈昌炜(成都理工大学，四川 成都 610051)

0 引言

汞是神经毒性极强的重金属污染物，已被我国环保部、联合国环境规划署、世界卫生组织、欧盟及美国环保署等机构列为优先控制污染物[1]。环境中存在的毒性较弱的无机汞在一定条件下都可以转化成甲基汞[2]。甲基汞在食物链中通过生物累积和生物放大作用能够对人体健康产生很严重的危害。工业煤矿区作业会产生大量的化工废水，废水中含大量的汞，经过地表径流扩散后可能对当地土壤造成严重的汞污染。而土壤汞污染比其他介质汞污染更具潜伏性和深远性。土壤中的汞会再度迁移扩散，参与到水体和大气环境的循环中，扩大污染范围[3]。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

江源区行政管辖隶属于吉林省白山市，地理坐标位为：东经 126°23′～127°11′，北纬 41°48′～42°13′。长期以来的煤矿开采选冶活动，大量固体废弃物的长期堆积，以及居民长期生活用煤等，给江源区土壤环境造成非常严重的汞污染。本次研究对煤矿活动更为频繁的区域—石人区域进行采样分析研究。大石人镇位于江源区西南部，东西长12.3 km，南北宽17.2 km，面积 67.2 km2。

1.2 样品采集

本次采样时间为2018年4月，由于采样区域面积较大，地势相对平坦，且土壤污染程度不均匀，因此采用方格网采样的布点方法，按1:50 000的比例尺采集表层土壤。参照我国目前采用的土壤地球化学勘查的采样规范的要求，采样单元为0.25 km2，每个采样单元的样点数为3～6个，每平方公里样点数为12～24个。

1.3 样品处理

采用硝酸-氢氟酸-高氯酸三酸消解法[4]对制备好的样品进行处理，然后用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定重金属含量。每个土壤样品均平行测量三次，实验结果用平均值来表示。

2 结果与讨论

2.1 相关性分析

重金属元素之间的关系可以为重金属来源提供重要的信息，一般而言，重金属元素含量之间的显着相关性，能够反映出各元素具有相同的来源或地球化学过程。石人矿区Hg与其他重金属元素的相关性如表1所示。

表1 石人矿区土壤Hg与其他重金属元素相关系数

由表1可以知道，石人矿区土壤中，Hg与Zn、As在0.05水平上呈中度正相关，相关系数分别为0.387、0.423。刘硕[5]对龙口煤矿区土壤重金属空间分布特征进行分析，认为As在煤矿中大量赋存，在煤矿开采中产生的大量矿井水、洗煤水以及选冶产生的废水中都大量存在说明石人矿区土壤中Hg污染来源与Zn、As的来源相同或相近，但相关性较弱。

2.2 空间分布特征分析

对样品数据进行成图分析，运用surfer软件绘制出对应的采样区域土壤中Hg的地球化学分布图，并与遥感影像图相结合对比分析。由图1可知，石人矿区土壤Hg污染较严重地区主要有三处，分别分布在北部、西南部以及南部地区，Hg含量可达0.15 mg/kg，均呈点状分布，石人矿区土壤Hg含量高值区主要分布在东北和西南地区，且峰的坡度都相对比较平缓，向周围递减的变化率较小。Hg含量由东北和西南向中部递减，主要可能跟土地的利用类型有关，区域内东北和西南地区主要是居民生活区域以及煤矿开采利用区域，中部地区主要为农田、林地等。

图1 石人矿区土壤Hg地球化学分布图(mg/kg)

综上，推测石人矿区土壤中Hg污染的来源主要可能是生活燃煤和化工废水的排放。在研究区域内地表水系不明显，地势较平坦，Hg主要可能由大气扬尘和气候因素影响而产生迁移。

2.3 单项污染指数法评价Hg污染

选用中华人民共和国GB 15618—1995《土壤环境质量标准》作为评价标准，如表2所示。污染指数以三级标准作为评价标准，该标准值是土壤中重金属污染物的最高允许量，三级标准主要适用林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)。

表2 土壤环境质量标准值 单位：mg/kg

单项污染指数是评价土壤重金属污染程度的基础评价方法，能全面反应单元素的污染程度，用单项因子表示污染程度或土壤环境质量等级的单项污染指数(Pi)。计算公式如下：

式中：Pi为单项污染指数；Ci为土壤污染物实测浓度；Si为污染物的评价标准值或参考值。Pi≤1，表示无污染；1＜Pi≤2，表示轻微污染；2＜Pi≤3，表示轻度污染；3＜Pi≤5，表示中度污染；Pi＞5，表示重度污染。

根据公式(1)计算出石人矿区土壤中Hg的单项污染指数Pi=2.18，总体处于轻度污染。对研究矿区所有样品单项污染指数数据作污染分区图并分析。

由图2可知，石人矿区土壤中Hg污染在区域北部、西部以及南部地区主要为中度污染，北部、东北部污染地区主要为居民居住区，西部、南部污染地区主要为煤场、化工废水排放的地区；中部农田、林地基本呈轻微污染，东部和西南角呈轻度污染。

图2 石人矿区土壤Hg污染分区图

3 结语

石人矿区土壤中Hg的单项污染指数Pi=2.18，土壤中Hg的污染程度总体处于轻度污染；对土壤Hg的相关性分析和空间分布特征分析表明，石人矿区土壤中Hg污染的来源可能是生活燃煤和化工废水，土壤Hg含量由东北和西南向中部递减，可能跟研究区域内土地的利用类型、大气扬尘作用以及气候因素影响有关。综上，白山市江源区石人区煤矿土壤环境Hg轻微污染，这说明江源区煤矿区不合理的开采利用和化工废水的长期排放，给当地的土壤环境造成了比较严重的破坏，对当地居民的生活带来了巨大的风险。有关部门应该给予当地环境污染问题高度的重视。