典型锑冶炼厂周边土壤重金属...价——以冷水江市中连乡为例_王舒晗.pdf

2023年 第6期广东化工第50卷 总第488期125典型锑冶炼厂周边土壤重金属分布和污染评价典型锑冶炼厂周边土壤重金属分布和污染评价以冷水江市中连乡为例以冷水江市中连乡为例王舒晗，任伯帜*(湖南科技大学 土木工程学院，湖南 湘潭411110)摘要这项研究的研究对象为冷水江市中连乡老科技园区，采样方法采用系统布点法，共计采样点30个，对pH、铬、铅、镉、砷、锑、汞结合湖南省环境背景值为基础，使用两种污染评价方法，结合Arcgis10.3对重金属含量空间分布做出污染评价。对重金属的数据进行含量分析，并使其满足正态分布。此外，对于其污染来源用SPSS系统用相关性分析和主成分分析方法论证其污染源。其中重金属地累积指数大小顺序为汞铬铅砷锑镉，镉、砷相关性较强。镉同样超过了国家土壤环境质量二级标准值(GB 15618-1995)，重金属分布图佐证了分布规律与特点。关键词重金属分布；污染评价；含量分析；相关性分析；主成分分析中图分类号TQ文献标识码A文章编号1007-1865(2023)06-0125-05Distribution and Pollution Assessment of Heavy Metals in Soils around TypicalAntimony SmeltersA Case Study of Zhonglian Township,Lengshuijiang CityWang Shuhan,Ren Bozhi*(School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411110,China)Abstract:The research object of this study is the old science and technology park of Zhonglian Township,Lengshuijiang City.The sampling method issystematic point distribution,with a total of 30 sampling points.Based on pH,chromium,lead,cadmium,arsenic,antimony and mercury combined with theenvironmental background values of Hunan Province,two pollution assessment methods are used to assess the pollution of the spatial distribution of heavy metalcontent in combination with Arcgis10.3.Analyze the content of heavy metal data and make it meet the normal distribution.In addition,SPSS system was used todemonstrate the pollution source by correlation analysis and principal component analysis.Among them,the order of heavy metal accumulation index is HgCrPbAsSbCd,and the correlation between Cd and As is strong.Cadmium also exceeded the national secondary standard value of soil environmentalquality(GB 15618-1995).The distribution map of heavy metals supports the distribution rules and characteristics.Keywords:heavy metal distribution；pollution assessment；content analysis；correlation analysis；principal component analysis1引言引言随着我国现代工农业进程的急剧加快，工矿业、农业等人为活动造成的重金属污染物通过各种各样途径进入到了农田土壤中1，使得全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，部分农田土壤中的重金属含量明显超标，给农作物的生长和人类健康带来了极大的威胁2。近年来我国重金属污染事件频繁发生，如云南曲靖南盘江铬污染以及广西龙江河镉污染等都是由重金属污染引起的3。我国基本农田面积约是一亿hm2，研究表明，我国耕地受污染面积达到了2667万hm2，其中，汞、铬、铅等重金属污染的耕地面积达到了2000万hm24。我国粮食产量每年因土壤重金属污染导致的减产约为1000万吨，而每年被污染的粮食约为1200万吨，总共经济损失约为200多亿元5。根据2014年全国土壤污染状况调查公报显示6，全国耕地土壤点位超标率是19.4%，东南、中南地区土壤重金属污染较重，土壤中主要重金属污染元素为汞、镉、铅、砷、铬、铬6种，其点位超标率分别为1.6%、7.0%、1.5%、2.7%、4.8%、0.9%，说明我国农田土壤重金属污染对农业生态环境安全已经构成了严重威胁。因此，本文拟以中国湖南省冷水江市锑冶炼厂为研究对象，分析评价土壤中铬、镉、砷、铅、锑、汞污染的空间分布特征，确定其来源影响。以期为中连乡区域的重金属污染治理带来一定科学依据。2研究区概况与方法研究区概况与方法2.1研究区概况图图1研究区采样位置简图研究区采样位置简图Fig.1Sampling location in the study area收稿日期2022-09-20作者简介王舒晗(1996-)，男，湖南衡阳人，硕士，主要研究方向为重金属污染评价。*为通讯作者。广东化工2023年 第6期第50卷 总第488期冷水江市是一个典型的资源型工业城市，是湖南省乃至中南地区重要的能源原材料基地。由于冷水江市的矿产资源丰富，长期以来有色金属的采掘、冶炼，煤矿的采掘、选洗，导致土壤污染，局部区域铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)等重金属超标严重，突出表现在锡矿山街道办事处与冷水江市中连乡境内及周边。土壤存在铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)等重金属超标现象。2.2地理位置冷水江市地处娄底市的西部、资水中游、湘黔铁路中段、雪峰山东麓。本次调查的场地位于冷水江市西郊麦元、余元、坝塘、诚意等村区域。场地东北面濒临S312，西面濒临资水，场地距冷水江市中心约3 km。处于冷水江市城乡结合处。2.3工作计划和方法(1)制定采样计划，对采样点进行现场定位测量(高程、坐标)。采集土壤和地下水样品，按照10%的比例采集现场平行样。(2)水平方向采样点布设。对经前期重金属土壤快速检测仪监测确定的污染区域，首先运用采用判断布点方法，在场地污染识别的基础上选择潜在污染区域进行布点；若在其他非疑似污染地块或污染分布不明确或污染范围较大的区域内，可采用网格布点方法，布设采样点，必要时采用加密布点，以防止污染识别过程中的遗漏。(3)垂直方向采样点布设。垂直方向的土壤采样深度可根据污染源的位置、迁移和地层结构以及水文地质等进行判断设置。本项目拟在调查区域00.2 m、0.20.5 m、0.51.0 m、1.01.5 m、1.52.0 m处分别设置取样点，超过2 m深则以1 m为间距。具体结合现场专业判断之后决定是否进行更深层次取样，深度要求透过污染层，达到本土再深入一米，取样按每0.51 m土壤柱取一个样，每个样品约采12 kg，根据含水量确定。(4)背景样品采集。土壤背景样品从场地附近未受污染的区域采集，采集数量为12个，采集时间与现场目标采样基本一致。(5)在采样过程中，对各采样单元用精度合适的GPS定位，这既方便后期调查的重复采样，也有利于掌握场地污染的真实情况。3土壤重金属含量分析土壤重金属含量分析3.1含量分析3.1.1数据处理根据样本检测数据的描述性统计分析了最大值、最小值、均值、Box-Cox均值、标准差、变异系数、偏度系数、峰度系数、正态分布检验，相关性分析和主成分分析均在SPSS25.0中进行7；频数分布直方图用origin2018绘制；运用格拉布斯检验法剔除异常离群数据8；ShapiroWilk test对数据进行正态分布检验，检验结果用P值表示9。3.1.2结果与讨论表表1土壤重金属元素含量参数统计表土壤重金属元素含量参数统计表Tab.1Statistics of Soil Heavy Metal Element Content Parameters统计指标重金属含量/(mgkg-1)铬锑砷镉铅汞最小值21.34.0810.910.2110.20.035中位数55.2317.6222.512.2436.690.063最大值88.236.3641.2316.1879.930.092均值57.4019.3524.353.0439.980.064标准差18.819.3308.4293.7817.440.016变异系数0.3270.4820.3461.2400.4360.263Box-Cox均值0.172510.91偏度-0.0610.2710.3922.1970.668-0.131峰度-1.112-1.034-0.8585.3740.197-0.908p值0.4250.3220.2970.0570.2190.218分布类型正态分布正态分布正态分布Box-Cox正态分布Box-Cox正态分布正态分布图图2土壤重金属含量频率分布直方图土壤重金属含量频率分布直方图Fig.2Frequency distribution histogram of soil heavy metal content2023年 第6期广东化工第50卷 总第488期127使用统计特征值来对数据进行描述，当服从正态分布时可取算术均值为代表；不服从正态分布时，经过Box-Cox转换后正态分布可使用Box-Cox均值来表示整体的大小特征。当部分数据分布差异较大，特别是少有数据大幅高于其他数据时，用中位数反映群体中间水平；标准差可以反映一组数据的离散水平，当对于不同元素或者同一元素不同样本时，使用变异系数可以消除量纲来反映数据的离散程度。表1为各种金属的统计特征值。图2为各元素频率分布直方图。土壤中铬、锑、砷、镉、铅、汞平均含量为57.4 mg/kg、19.35 mg/kg、24.35 mg/kg、2.24 mg/kg、39.98 mg/kg、0.064mg/kg，其中汞的含量低于湖南山地土壤元素背景值、0.09 mg/kg，锑、铬、砷、镉、铅的含量高于湖南背景值2.98 mg/kg、54 mg/kg、14 mg/kg、0.11 mg/kg、38 mg/kg，分别为背景值的6.49，1.06、1.73、20.36、1.05倍，变异系数(CV)能反映重金属含量的空间分异性以及人为活动对其影响的程度，根据前人对变异系数分类(Wilding et al.,1985)10，铬、砷、汞的的CV值在10%36%之间，属于中度变异，因此受人为因素影响较小，锑、镉、铅的CV值均在36%以上，其中镉达到124%，属于高度变异，说明离散型较大，受人为因素影响较大。3.2相关性分析和主成分分析根据所研究土壤各种金属的相关性可以判断重金属的来源是否相同11。如表2，对研究区域土壤中6种重金属进行偏相关性分析发现，砷、镉的相关性较高，说明两种重金属可能来自于同源。其他均没通过相关性检验，说明其他元素相关性不强，来自不同污染源。主成分分析作为一种用来辅助数据的分析的统计方法，可进一步对数据进行详细解释，例如污染源来源的确定以及自然和人为因素对土