基于污染指数法和GIS技术评价江西德兴矿区土壤重金属污染

基于污染指数法和GIS 技术评价

江西德兴矿区土壤重金属污染

陈翠华1,倪师军2,何彬彬3,张成江2

1.成都理工大学地球科学学院,成都　610059

2.成都理工大学应用核技术与自动化工程学院,成都　610059

3.电子科技大学地表空间技术研究所,成都　610054

摘要:以江西德兴大型矿区为例,进行大尺度的土壤环境调查和重金属污染评价。系统采集该区域

919个土壤样品,在应用X 荧光光谱仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪为主体的分析配套方案分析土

壤样品中重金属含量的基础上,采用单因子污染指数法和综合污染指数法,分别从原始含量、污染指数以及基于GIS 的污染空间分析3个方面进行该矿区的土壤重金属污染评价。结果表明,矿山开采对该区的土壤环境造成了不同程度的As 、Cd 、Zn 、Cu 重金属污染。污染区域主要分布在德兴铜钼和铅锌矿区、乐安河下游乐平附近的煤矿区以及南部电化学厂附近。

关键词:重金属;环境评价;污染指数;GIS ;江西德兴

中图分类号:X825 文献标识码:A 文章编号:167125888(2008)0120105207

收稿日期:2007204229

基金项目:国土资源部公益类专项资助项目(30302408-01)

作者简介:陈翠华(1972—),女,湖北孝感人,副教授,博士,主要从事环境地球化学、环境质量评价研究,E 2mail :chen_

cuihua @ 。

Assessing H eavy Metals Contamination of Soils B ased on the Pollution

Index and GIS Methods in Dexing Mines ,Jiangxi Province ,China

CH EN Cui 2hua 1,N I Shi 2jun 2,H E Bin 2bin 3,ZHAN G Cheng 2jiang 2

1.College of Eart h Sciences ,Cheng du Uni versit y of Technolog y ,Cheng du 610059,China

2.College of A p plied N uclear Techniques &A utomatic Engineering ,Cheng du Universit y of

　Technology ,Cheng du 610059,China

3.I nstit ue of Geo 2S patial I nf ormation S cience and Technolog y ,Universit y of Elect ronic S cience

　and Technolog y of China ,Cheng du 610054,China

Abstract :In order to assess t he extent of heavy metals contamination resulting f rom past mining activity in Dexing region ,nine hundred nineteen soil samples were collected and analyzed for t he content of As ,Hg ,Cd ,Cr ,Zn ,Cu and Pb in 2004.Heavy metal levels were determined using inductively co u 2ple plasma 2atomic emission spect romet ry and X 2ray fluorescence spect romet ry procedures.The current assessment of heavy metals contamination in soils was performed from t hree aspect s ,original testing da 2ta ,pollution index (single 2factor pollution index and multiple pollution index )and contamination spatial analysis by means of GIS met hods ,respectively.The result s of assessment indicates consistently t hat t here were different extent s of contamination of As ,Cd ,Zn and Cu ,especially in t he areas of t he Dexing mines ,coal mines along t he lower courses Le ’an River ,coal mines in t he nort hwest and t he areas a 2round battery factory.

　第38卷　第1期2008年1月 吉林大学学报(地球科学版)Journal of Jilin University (Earth Science Edition ) Vol.38　No.1J an.2008　

K ey w ords:heavy metals;environment assessment;pollution index;GIS;Dexing,Jiangxi

我国是世界矿业大国,矿业开发是社会发展重要的经济增长点,但是由矿业开发造成的环境问题也日益突出,并由此严重影响到人民的生命健康。因此,矿业开发对环境的影响以及环境污染治理等方面的研究正被逐步提到议事日程上来。一个必不可少的任务就是对矿山及其周边地区的环境进行现状调查,并对其进行质量评价、分析污染源及污染趋势,为环境治理和环境保护提供客观依据。其中,土壤重金属污染环境质量评价可以为矿山土地复垦与合理利用、矿山环境管理与规划以及土壤污染的综合防治提供科学依据。本论文的研究区———江西德兴地区,是我国重要的铜、金以及银、铅锌等矿产资源基地,它集中了铜厂斑岩铜矿、银山多金属矿和金山金矿等大型—超大型矿床,是我国东部成矿带中的大型矿集区之一[1]。同时,研究区内也分布着不同规模的煤矿。德兴铜矿在我国矿业经济中占有举足轻重的地位,为我国经济建设与发展做出了不可估量的贡献。然而,德兴矿集区在矿业生产过程中对矿区及其周围环境造成了严重的影响和危害。1997年由于乐安河水污染十分严重,德兴铜矿饮用水源污染指标严重超标,人们只能靠汽车拉水、排队提水甚至购买矿泉水来解决用水,德兴铜矿下游几个村的几千亩良田变成了荒地,污染甚至波及到鄱阳湖的底泥[2]。近些年,一些学者对德兴矿区环境污染及评价方面进行了研究,特别是1987—1995年,中德科学家联合进行了一项生态研究合作计划:乐安江—鄱阳湖水域重金属污染及生态效应,对乐安江水体和沉积物中重金属的分布、迁移扩散、形态特征、毒性和生态效应等进行了较长期的监测、广泛和深入的研究,取得了很多重要的成果[3]。同时,近几年国内外学者针对不同地区已进行了很多土壤环境调查及质量评价方面的研究工作[4214]。主要研究方法为:有针对性的从野外采集样品,并分析采样点原始含量(主要是土壤重金属元素含量)的基础上,采用污染指数等方法进行土壤环境评价,分析土壤环境污染状况和可能的污染源。本文在野外系统采样和测试分析的基础上,采用污染指数法和GIS空间分析技术综合评价江西德兴矿区土壤重金属污染状况。

1样品采集与测试

野外采样以预先设计好的1∶50000地形图作为工作手图,实际采样点参照地形地物确定,同时采用便携式GPS测定其地理坐标,做好记录与描述。采样具体地理范围为:经度117°00′～118°00′,纬度28°50′～29°20′,其中对乐平幅、洺口幅、德兴幅部分、太白司幅部分进行了重点采样(图1)。采样时间为2004年4月4日—4月30日,系统采集了土壤样品919个。

为减少土壤空间分布不均一性的影响,在一个采样单元内不同方位上设多个采样点,进行多点采样,采得后等量均匀混合成具有代表性的土壤样品。采样深度为0～20cm,采集地表至20cm深处的土柱,并去除杂草、草根、砾石、砖块、肥料团块等杂物。采样时以一处为中心(作为定点位置),在中心点周围50m范围内用土铲或土钻等工具多点采集5—10个子样组合为一个样品,每个单元内的单点样的土壤类尽量做到基本一致。每个单元内,每个子样不少于0.5kg,混合均匀作为一个平均样品,再反复使用四分法缩减,至最后的样品质量应不少于1 kg。样品采集好后,装入统一的聚乙烯塑料保鲜袋,密封贴上标签,并做好记录与描述。样品分析单位为国土资源部江西省中心实验室。采用以X荧光光谱仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪为主体的分析配套方案,各元素分析方法的各项技术指标均满足规定的要求。

2评价方法及评价指标

对土壤环境质量进行评价时所采取的评价方法多种多样,主要有污染指数法、污染程度法,T值分级法、基准分级法、密切值法和模糊数学综合评判法、灰色聚类法等。本文在对研究区原始测试数据分析评价的基础上,采用污染指数法和GIS空间分析技术对德兴地区土壤的环境质量进行现状评价。污染指数法具有一定的客观性和可比性,且易于计算,己在环境质量评价中得到了广泛的应用。由于地域差异等各种因素的影响,污染指数法没有统一的评价标准。国内外学者对土壤环境质量进行评价时,采取的标准也不统一,一般结合区域实际情况来确定研究所采用的评价标准,包括土壤环境质量评价标准或当地的土壤背景值。本文采取污染指数法进行德兴地区土壤环境质量评价时,参照中国土壤环境质量标准(G B15618-1995)来确定本次研究的

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吉林大学学报(地球科学版) 第38卷