矿山公园土壤重金属的生态与...风险评价——以湖南M矿为例_邓红芮.pdf

矿山公园土壤重金属的生态与健康风险评价以湖南 M 矿为例邓红芮1，李积普1,2，罗琳1，杨璐1，郭鹏飞1，谢红彬1*，刘建兴31.福建师范大学地理科学学院2.宜兴市自然资源和规划局3.福州大学紫金地质与矿业学院摘要矿山公园建设是矿山生态环境修复治理的重要途径，评估土壤修复效果对矿山公园建设运营及游客旅游安全具有重要意义。在湖南 M 矿山公园非硬化地面采集地表 030 cm 旱土土壤样品 66 个，测定其中重金属 Mn、Cr、Zn、Pb、As、Cu、Ni、Hg 的浓度，采用综合污染指数法、潜在生态危害指数法及健康风险评估模型对矿山公园土壤修复后污染状况、潜在生态风险和人类健康风险三方面进行评价。结果表明：M 矿山公园土壤中各金属浓度平均值从高到低依次为 MnCrZnPbAsCuNiHg，其中，Cr、Mn、Cu、As 和 Pb 的平均值分别是湖南省土壤背景值的 1.23、1.80、1.12、2.05 和 1.34 倍。土壤重金属污染指数为 0.51，处于安全级别。各重金属元素单因子潜在风险指数均处于低生态风险级别，重金属综合潜在风险指数均值为 81.64，处于低生态风险级别，不存在潜在生态风险。儿童和成人的非致癌风险总值分别为 2.46101和 7.43102，不会造成非致癌风险；总致癌风险指数为 1.38107，不存在致癌风险。经过生态修复后的 M 矿山公园不存在土壤重金属生态健康风险，适于各类人群开展旅游休闲活动。关键词矿山公园；重金属污染；生态风险评价；健康风险评价中图分类号：X53 文章编号：1674-991X（2023）02-0760-09doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220246Ecological and health risk assessment of soil heavy metals in a mining park:a casestudy of M Mine in Hunan ProvinceDENG Hongrui1,LI Jipu1,2,LUO Lin1,YANG Lu1,GUO Pengfei1,XIE Hongbin1*,LIU Jianxing31.School of Geographical Sciences,Fujian Normal University2.Yixing Natural Resources and Planning Bureau3.Zijin School of Geology and Mining,Fuzhou UniversityAbstractThe construction of mining parks is an important way to restore and manage the ecological environmentof mines,and the assessment of the soil remediation effect of mine parks is of great significance to the constructionand operation of mining parks and the safety of tourists.66 soil samples were collected from 0-30 cm of dry soil onunhardened ground in the mining park,and the contents of heavy metals Mn,Cr,Zn,Pb,As,Cu,Ni and Hg weremeasured.The comprehensive pollution index,potential ecological risk index and health risk assessment modelwere used to evaluate pollution status,potential ecological risk and human health risk of the remediated soil.Theresults showed that the average values of each metal element in M Mining Park were Mn Cr Zn Pb As Cu Ni Hg,where the average values of Cr,Mn,Cu,As and Pb were 1.23,1.80,1.12,2.05 and 1.34 times of thebackground values of Hunan soil,respectively.The Nemerow comprehensive pollution index was 0.51,which wasat a safe level.The single factor potential risk index for each heavy metal element was at the low ecological risklevel,and the average potential ecological risk index was 81.64,which was at the low ecological risk level,showingthere was no potential ecological risk.The total non-carcinogenic risk value for children and adults was respectively 收稿日期：2022-03-16基金项目：国家自然科学基金项目（41871208）作者简介：邓红芮(1999)，女，硕士研究生，主要从事区域可持续发展研究，*责任作者：谢红彬（1966），女，教授，博士，主要从事区域可持续发展与旅游开发研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月邓红芮，李积普，罗琳，等.矿山公园土壤重金属的生态与健康风险评价：以湖南 M 矿为例 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：760-768.DENG H R,LI J P,LUO L,et al.Ecological and health risk assessment of soil heavy metals in a mining park:a case study of M Mine in HunanProvinceJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：760-768.2.46101 and 7.43102,which did not cause non-carcinogenic risk,and the total carcinogenic risk index was1.38107,which did not have carcinogenic risk.Overall,after ecological restoration,the mine park would have noecological risk and health risk of heavy metals in soil,suitable for tourism and recreation for various populations.Key wordsmining park;heavy metal pollution;ecological risk evaluation;health risk evaluation 矿山采矿业因提供不可再生的资源产品而具有明显的从产生到成长、成熟，最后衰亡的生命周期特征1。矿山公园是矿山扭转衰亡趋势、延续矿山生命周期的重要手段，其以实现生态效益、经济效益和社会效益的有机统一为目标，主要功能为环境修复治理、游客休闲游憩和历史文化展现等2-3。由于采矿导致的土壤重金属污染随矿山生命周期过程逐渐累积，危及矿山周边生态环境及人体健康4-7，因此重金属污染修复后的生态环境质量成为矿山公园建设与运营过程中需要重视的问题。目前，国内外研究侧重于场地的重金属污染源8-11、污染风险12-16及污染修复17-20。土壤重金属污染风险研究主要针对未经修复的污染场地，围绕生态风险和健康风险两方面展开，较少对修复后的矿山公园开展生态健康风险评估。矿山公园建设项目具有占地规模较大、富集多种重金属、污染程度较重、污染深度较深的场地特征，项目建设对环境质量产生重要影响，需要对其污染风险开展回顾性评估21。对矿山公园土壤进行污染风险评估，明确修复后的土壤是否消除对生态环境和人类健康的威胁，评价矿山公园环境修复治理效果，可为矿山公园污染风险管控、功能区划、旅游安全及未来可持续发展提供依据。湖南M 矿曾是我国锰矿石的重要产地，目前已成为废弃矿山向矿山公园转型的典型案例。通过分析 M 矿山公园土壤环境质量，检验土壤是否存在生态健康风险，整体反映其重金属污染修复效果，以期为矿山公园环境修复及旅游安全提供科学依据。1材料与方法 1.1研究区域M 矿位于湖南中部地区，地处低矮丘陵地带，海拔小于 150 m，属亚热带季风气候，年均气温约 17.4，年降水量约 1 500 mm，多集中在夏季。主要土壤类型为红壤、黄壤、紫色土、潮土、水稻土和菜园土等。M 矿于 1913 年开始开采，2001 年停产，已探明锰矿储量 946.5 万 t，保存储量 343 万 t，被誉为“中国锰都”。历经多年的采矿、选矿和炼矿等，当地尾矿堆积、废水渗滤导致重金属污染严重，危及矿区周边乃至湘江下游居民生命健康安全。M 矿于 2013年成功获得第三批国家矿山公园建设资格，由此开展生态修复和重金属污染治理等工作，推动经济转型发展。目前，矿山公园内已完成主碑广场、风筝广场、矿山环境恢复治理示范区的建设，井下探秘区、现代工业参观区、矿山综合服务区等正在建设当中。选择 M 矿山公园对其土壤的生态与健康风险进行评价，主要以矿山公园主碑广场、风筝广场及周边环境恢复治理示范区等 35 万 m2的区域作为研究区。1.2样品采集与分析根据 HJ 25.22014场地环境监测技术导则和 HJ 25.32014污染场地风险评估技术导则，于2019 年 4 月对治理修复后的矿区进行调查，采用系统布点法完成土壤样品采集。除研究区内部硬化地面外，将土壤修复区划分 40 m40 m 网格，共设66 个采样点。考虑到矿山公园部分区域生态修复采用客土覆盖，覆盖增加的土壤厚度可能会影响风险评价结果，故选取 030 cm 的土层采集旱土。每个样点均保证以梅花形采集 5 个土壤子样，充分混合后取约 500 g 装入 8 号自封袋封装。土壤研磨时，先用 2 mm 尼龙筛除去砂砾、植物根系等杂质，其后将土壤导入玛瑙材质研钵压碎、研磨，过 0.149 mm 尼龙筛（100 目）后，装入 2 号自封袋保存，待测。依据已有 M 矿土壤重金属研究结果22-26，选择Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Hg 和 As 这 8 种与锰矿相关的主要重金属进行分析。测量时，用分析天平准确称量 0.100 g 土样，放入聚四氟乙烯微波消解罐内进行消解。采用 HNO3-HF-HClO4法消解样品，稀释定容后借助电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，美国）测定 Cr、Mn、Ni、Cu、Zn 和 Pb 浓度；采用H2SO4-HNO3-K2CrO7法消解样品，利用原子荧光光度计（AFS-2202E，中国）检测 Hg 浓度；采用 H2SO4-HNO3法消解样品，利用原子荧光光度计测定 As 浓度。采用国家标准土壤样品进行质量控制