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近年来,人们越来越关注矿区周围土壤重金属的污染。本研究以湖南水口山矿区及其周围区域为研究对象,分析了两种不同用地类型土壤——林地土壤(自然土)和水稻土及其母质中Pb、Zn、Cr、Cu、Cd和Hg的含量,研究矿区中心区域和周围区域不同土壤中重金属的含量及空间分布特征,用富集因子和潜在生态危害指数法评价不同区域和不同用地类型土壤中重金属的污染状况和生态危害,探讨水稻土和自然土污染特征的差异及其原因,分析不同土壤中铅同位素和Pb/Cd和Zn/Cd比值的差异,剖析土壤中重金属的主要来源及污染途径。主要成果如下:
(1)中心区域土壤中重金属含量明显高于周围区域,主要的污染金属Pb、Zn、Cu、Cd含量和变化范围都是水稻土>自然土>土壤母质;水稻土中Pb、Zn、Cr、Cu、Cd、Hg含量高达4330.63、4451.25、153.75、315.69、34.94和2.379mg/kg,其高含量的重金属可能与污染的降雨径流和灌溉水有关;Pb、Zn、Cu、Cd4种重金属主要是污染来源,而Cr和Hg主要是天然来源;
(2)土壤重金属富集因子和潜在生态危害指数评价结果表明,中心区域土壤重金属污染和潜在生态危害明显高于周围区域;水稻土比自然土污染严重,其综合潜在生态危害指数(RI)也明显高于自然土;不同重金属污染程度大小顺序为:Cd>Pb>Zn>Cu>Hg≈Cr,其潜在生态危害顺序水稻土为Cd>Pb>Hg>Cu>Zn>Cr,自然土为Cd>Hg>Pb>Cu>Zn=Cr;
(3)水稻土、自然土和土壤母质中206Pb/207Pb比值平均值和其变化范围分别为1.186(1.169～1.210)、1.188(1.166～1.226)、1.199(1.168～1.246);三种土壤206Pb/207Pb比值及变化范围大小顺序为土壤母质>自然土>水稻土,这与自然土和水稻土的污染程度,以及水稻土耕种活动对表层土壤的均化作用有关。由于中心区域土壤Pb污染程度较高,土壤中206Pb/207Pb比值明显低于周围区域,而208Pb/206Pb比值高于周围区域;
(4)土壤和烟尘/废水中2088Pb/206Pb与206Pb/207Pb比值线性相关关系表明,土壤中重金属的主要来源是铅锌冶炼活动的污染;而且,由于冶炼渣和冶炼废水等大气颗粒沉降之外的污染源影响,中心区域自然土中Pb/Cd比值和Zn/Cd比值明显低于水稻土。
本研究表明Cd是Pb/Zn矿区土壤污染最严重的一种重金属;由于地形和水田灌溉的影响,水稻土中重金属的污染程度明显高于自然土;而且耕作活动对水稻土中重金属的含量和同位素组成都有一定成度的“均化”作用。本研究有助于全面了解水口山铅锌矿区及其周围区域水稻土中重会属污染的程度、范围、来源及其潜在生态危害,为矿区水稻土重金属污染控制与修复提供参考。