矿区城市不同功能区土壤微量元素的分布与污染评价

　　1 引言

　　城市化的发展过程中，往往伴随着工业“三废”、汽车尾气、居民生活垃圾等污染物的大量排放，这些污染物中含有一定的微量元素，处理过程中污染物中的微量元素直接或者间接进入城市土壤，从而导致城市土壤的微量元素污染[1,2].土壤中的微量元素在地表径流以及地表下渗的作用下进入地表水和地下水，造成地表水和地下水污染，同时，土壤中的微量元素伴随着扬尘进入大气，增加大气中微量元素的含量，从而影响着人类健康。了解城市土壤中微量元素的来源、评价微量元素的污染情况是一项重要的基础性研究。

　　2 土壤微量元素的来源研究

　　土壤微量元素的来源非常广泛，人类从事各类工农业活动是产生微量元素污染的主要原因，土壤成土母质中也含有少量的微量元素。土壤微量元素的来源主要包括人为来源和自然来源，其中自然来源主要包括成土母质、植物落叶残体、大气沉降等；人为来源主要有化肥农药的使用、污水灌溉、工业废水废气的排放，在现实生活中生活垃圾的乱堆放也是土壤微量元素污染的重要来源，包括以下几个方面。

　　①工矿业活动：采矿、冶炼、化工、电力等是城市土壤微量元素的主要来源之一[3].

　　②汽车尾气的排放、燃油的燃烧以及车轮胎的摩擦都会释放出大量的微量元素，比如：Pb、Cd、Cu、Zn等，这些微量元素在各种地球化学作用下同样沉降到城市土壤中，是城市土壤微量元素污染的又一个重要原因[4].
　　
　　③煤炭的燃烧，煤炭中含有Hg、As、Pb、Cd、Ti、Se等多种微量元素，火力发电以及以往的燃煤取暖等燃煤释放到大气中的微量元素沉降到城市土壤中，工业三废未经处理任意排放，释放的微量元素直接进入土壤造成土壤的微量元素污染[5].
　　
　　④矿业开采废弃物的随意堆积，煤矿的开采产生大量的煤矸石，这些废弃物和煤矸石在风化和雨水的淋溶作用下释放到土壤，从而影响城市土壤中微量元素的含量[6].
　　
　　⑤大气是城市土壤微量元素含量的影响因素之一，释放到空气中的微量元素以气溶胶的形式进入土壤，同时城市上空的浮尘沉降到地表也会加重城市土壤的微量元素污染[7].

　　3 矿区城市不同功能区土壤微量元素的分布

　　土壤中微量元素性质稳定，迁移能力弱，易被土壤颗粒吸附，不易被土壤微生物降解，易被植物富集，通过食物链危害人类健康，同时会降低农作物的产量和性质等特点[8].

　　按照城市土地不同的功能区划分方式，可以分为工业区、商业区、文教区、居民区、风景区、交通区等功能区[9].每个功能区内区域土壤特征各不相同，加之人类从事各类不同的活动导致城市表层土壤微量元素含量在分布上有很明显的差异性[10].每个城市土壤微量元素的污染情况各不相同，通常来说，城市工业区土壤微量元素含量最高，商业区次之，人类活动越频繁，土壤中微量元素污染越严重[11].城市公园中土壤微量元素的含量明显低于城市道路两旁土壤，远郊农田土壤微量元素含量最低[7].

　　4 土壤微量元素的污染评价方法

　　选择恰当的方法来评价场地微量元素的污染情况尤为重要，随着科技的进步，对土壤中微量元素的污染进行评价的方法趋于精确化和多样化，传统的评价方法有指数评价法：单因子指数法、内梅罗综合污染指数法、富集因子法、生态危害指数法、地累积指数法、污染负荷指数法等。

　　（1）指数法就是将实验实际测得的微量元素浓度代入相应的计算公式中，利用计算机软件求得相应的污染指数，把计算求得的污染指数与评价标准比较后得到相应的污染等级。

　　（2）内梅罗综合污染指数法[12]一直被学者广泛应用于微量元素的污染评价，评价时首先用单因子指数法求得各采样点污染指数，再在此基础上进行综合评价，该评价方法可以较为全面地反映土壤微量元素的污染情况，特别突出高浓度污染元素对土壤污染的影响，但是这种方法会过分夸大或者缩小污染因子的影响，因此，在某些情况下，利用此方法进行土壤微量元素的污染评价不能够取得较好的效果。

　　（3）地积累指数法[13]可以用来定量评价土壤中微量元素的污染程度，综合考虑了人为因素、当地土壤环境背景值等，能够较好地反映土壤环境背景值对土壤微量元素污染造成的影响、土壤特性、污染来源变化。

　　（4）潜在生态危害指数法[14]结合环境生态学、环境化学、毒理学，对土壤进行微量元素污染评价，能够较好地反映土壤中各种微量元素对环境的污染情况，定量地评价微量元素污染的潜在风险程度，反映各污染元素的综合污染效应。但是潜在生态危害指数法侧重点偏向生物毒理学方面，往往微量元素之间的加权或者拮抗作用得不到体现，具有一定的主观性。

　　（5）污染负荷指数法[15]由Tomlinson提出，广泛用于土壤微量元素的污染评价，集合了土壤评价区域内各微量元素的污染指数，进行求积统计，能较好地体现出污染最严重的微量元素对该区域环境污染的贡献度，但是该方法不能体现不同污染元素的污染源差别。

　　（6）模糊数学法[14]一开始应用于电子和计算工程领域，该方法通过隶属度评价土壤微量元素污染情况的模糊性，其评价结果精确可靠，但是该方法需要注意权重的确立，在实际运用时计算较为复杂。

　　此外，还有综合评价法同时可以利用单因子指数法与Hakanson生态风险指数法相结合、地积累指数法与富集因子法相结合、内梅罗指数法与潜在风险指数法相结合、潜在生态危害指数法与污染负荷指数法相结合、指数法、体外模拟法与数学模型法相结合、指数法与克里金插值法相结合等来评价区域内微量元素的污染与富集情况。

　　5 结语

　　矿区微量元素的污染与采矿活动有着密切的联系，采矿活动将矿物质从地底采集到地面，是对土壤结构的彻底改变，必将改变微量元素迁移的地球化学环境，在地面上重新分布，富集到一定程度造成污染，危害人类健康。因此，关注矿业城市土壤微量元素污染与采矿活动的联系有其必要性，并且通过土壤污染评价方法，结合城市功能区区划，使矿业城市在能源经济的支撑发展下，又不会危害当地人们群众的正常生活。

　　参考文献：

　　[1]Li X,Poon C,Liu P S.Heavy metal contamination of urban soilsand street dusts in Hong Kong[J].Applied Geochemistry,2001,16（11）:1361~1368.
　　[2]Chen J.Rapid urbanization in China:A real challenge to soil pro-tection and food security[J].Catena,2007,69（1）:1~15.
　　[3]徐东慧，陈志宾，蔡固平.硫酸锰废渣特性及综合利用研究[J].湖南有色金属，2005,21（1）:32~35.
　　[4]郭广慧，雷梅，陈同斌，等.交通活动对公路两侧土壤和灰尘中重金属含量的影响[J].环境科学学报，2008,28（10）:1 937~1 945.
　　[5]王起超，沈文国.中国燃煤汞排放量估算[J].中国环境科学，1999,19（4）:318~321.
　　[6]管永.淮南矿区环境修复区土壤中重金属分布特征研究[D].淮南：安徽理工大学，2011.
　　[7]张辉，马东升.南京地区土壤沉积物中重金属形态研究[J].环境科学学报，1997,17（3）:346~351