江西省典型矿区周边土壤重金属生态风险评价

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重金属污染事件的频发使人们更加认识到重金属污染的危害性。据国家2014年4月17日公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,在所有的土壤样点中污染土壤占16.1%,其中无机污染超标的比例占到了全部污染土壤的82.8%,矿区土壤有33.4%超标。江西省是典型的矿业大省,其矿藏的开采造成了环境严重的破坏且影响到人们正常的生产和生活。本研究调查了江西省典型铜矿、钨矿周边土壤中重金属含量情况,并通过不同的重金属生态风险评价方法对土壤重金属进行生态风险评价。同时,研究了不同形态的铜对土壤细菌、古菌和土壤酶活性的影响。得到的主要结论如下:  (1)采用单因子污染指数法、TCLP法和内梅罗综合指数法对江西省某铜矿冶炼厂周边土壤重金属(As、Pb、Zn、Cu和Ni)进行生态风险评价。结果表明,土壤重金属As、Pb、Zn、Cu和Ni的含量分别在7.45-60.35、34.16-272.71、41.96-384.27、25.44-1019.27和3.68-40.13 mg· kg-1之间。单因子污染指数法评价发现,重污染区Cu、As污染比较严重,轻污染区除了个别样点有Zn、As等轻度污染外,其它采样点均没有重金属污染。TCLP法提取As、Pb、Zn、Cu和Ni的含量分别在0.00-1.54、0.00-3.90、0.23-46.86、0.00-229.95和0.05-1.07 mg·kg-1之间,内梅罗综合污染指数法评价发现,在重污染区,受到重金属中度及以上污染的土壤占50%,而在轻污染区重金属污染比较轻微。另外,pH与土壤总As含量负相关(-0.50,p<0.05),与总Zn含量显著正相关(0.52,p<0.01),与TCLP提取Ni含量正相关(0.45,p<0.05);阳离子交换量与土壤总Pb含量显著正相关(0.74,p<0.01),与总Zn正相关(0.49,p<0.05),与总Ni显著正相关(0.52,p<0.01),与TCLP提取Zn显著正相关(0.69,p<0.01);有机质与土壤总As正相关(0.43,p<0.05);土壤总碳与总Pb显著正相关(0.66,p<0.01),与总Ni正相关(0.47,p<0.05);土壤总氮与总Pb显著正相关(0.68,p<0.05),与总Ni正相关(0.41,p<0.05),与TCLP提取Zn正相关(0.50,p<0.05);土壤总硫与总Ni呈正相关(0.49,p<0.05)。  (2)对江西省大余县某钨矿区周边的农田土壤进行调查分析,并采用不同的方法对土壤进行评价,结果表明,土壤As、Pb、Zn、Cu和Ni的含量范围分别为15.33-154.65 mg·kg-1、156.29-346.98 mg· kg-1、47.73-277.72 mg·kg-1、19.06-210.24mg·kg-1和12.00-35.11 mg·kg-1,一些土壤样点的As、Pb、Zn和Cu含量已超过国家土壤环境质量二级标准。利用地累积指数法对土壤进行评价发现,土壤均受到As、Pb、Zn、Cu和Ni不同程度的污染;根据CPI(综合污染指数)评价标准,65.7%的土壤处于污染状态;利用TCLP法对土壤生态风险进行评价发现,所有土壤并未受到重金属的污染,内梅罗综合污染指数法对土壤进行综合评价发现,该农田土壤处于安全范围;潜在生态危害指数法评价,发现Pb、As和Cu达到或超过中等生态风险的样点分别占37.14%、25.72%和2.86%,其它重金属污染风险均在轻微以下。不同评价方法得出的评价结果有差异,暗示人们在评价重金属污染土壤时要慎重选择合适的评价方法。  (3)研究铜矿周边农田土壤中不同Cu含量对土壤酶活性、细菌和古菌基因拷贝数的影响,结果表明,8个不同土壤样点中Cu含量在28.30-1019.27 mg·kg-1之间,细菌16S rRNA基因拷贝数在每克干土3.10×1010~1.84×1011个之间,古菌16S rRNA基因拷贝数在每克干土7.37×108~6.82×109个之间。土壤总Cu和酸可提取Cu含量对土壤脲酶活性影响较大,但对土壤脱氢酶和转化酶活性影响不显著。土壤细菌基因拷贝数均与总Cu含量、各形态Cu含量呈极显著的负相关关系,同样土壤古菌基因拷贝数与总Cu含量、各形态Cu含量也呈极显著的负相关关系,说明Cu胁迫对土壤细菌和古菌活性具有较大的抑制作用。
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