Pollutions Assessment of Heavy Metals in Soils Surrounding an Iron Mine Region in Anshan
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摘要:
为研究铁矿周边土壤的重金属污染状况，测定了鞍山某典型铁矿区土壤Cd、Pb、Cu、Zn和Ni的含量，运用单项污染指数、内梅罗综合污染指数及潜在生态风险指数对其污染程度进行评价，并通过相关性分析探索污染来源。结果表明：与环境质量二级标准相比，土壤中Cd和Ni均有超标，Pb、Cu和Zn未超限，但在土壤中也有累积；研究区域土壤基本处于轻度污染水平，单项污染指数依次为Cd > Ni > Zn > Cu > Pb，Cd处于轻度污染，Ni为尚清洁，其他元素无污染；Cd的地累积指数为2.85，为中度污染；研究区具有极强潜在生态风险，生态危害指数为381.74，Cd是主要贡献因子。相关性分析结果表明，5种重金属元素的来源均与矿业活动有关，其中Cd受影响明显。
Abstract:In order to study the soil heavy metal pollution near the iron mine region, the soil samples from a typical iron mine region in Anshan had been collected to determine total content of Cd、Pb、Cu、Zn and Ni. The single pollution index, Nemerow pollution index and potential ecological risk index were adopted to evaluate the pollution degree of iron mine region, and the correlation between elements was analyzed by Pearson correlation coefficient to explore the source of pollution. The result showed that value of Cd and Ni surpassed the Chinese soil quality standard class Ⅱ (GB 15618-1995) slightly, while Pb, Zn and Cu not surpass the standard. Pb, Zn and Cu accumulation took place in mining region. According to the standard, the soil heavy metal content of research region was in light pollution status and the single factor pollution index for each heavy metal followed the order of Cd > Ni > Zn > Cu > Pb, which demonstrated alert degree of Cd, Ni and non-polluting of others. Additionally, an Igeo value of 2.85 for Cd reflected a moderated pollution. The potential ecological risk index showed the studied area showed higher ecological risk of heavy metals, RI value was 381.74 and the major contribution factor was Cd. Correlation analysis showed that the five heavy metals were all related to the mining activities. Cd was obviously affected by iron mining.
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Key words:
- mine soil /
- heavy metal pollution /
- pollution index /
- potential ecological risk /
- iron ore /
- Anshan
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表 1 土壤环境质量二级标准和辽宁省土壤元素背景值 /(mg·kg-1)
Table 1. The grade ⅱ standard for soil environmental quality and the background value of soil in Liaoning Province
元素 土壤环境质量二级标准 辽宁省土壤元素背景值 Cd ≤ 0.6 0.11 Pb ≤ 350 21.4 Cu ≤ 100 19.8 Zn ≤ 300 63.5 Ni ≤ 60 25.6 
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表 2 单因子污染指数和内梅罗综合污染指数分级标准[13]
Table 2. Grading standard of Single factor index and Nemerow index
Pi Pn 污染程度 ≤1 Pn≤0.7 清洁(安全) 1 < Pi≤2 0.7 < Pn≤1 尚清洁(警戒) 2 < Pi≤3 1 < Pn≤2 轻度污染 3 < Pi≤5 2 < Pn≤3 中度污染 Pi＞5 Pn＞3 重度污染
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表 3 地累积指数(Igeo)分级标准[12]
Table 3. Grading standard of Geoaccumulation index
Igeo 污染等级 污染程度 ≤0 0 无污染 0 < Igeo≤2 1 轻微污染 1 < Igeo≤2 2 轻度污染 2 < Igeo≤3 3 中度污染 3 < Igeo≤4 4 偏重污染 4 < Igeo≤5 5 重度污染 5 < Igeo≤6 6 严重污染
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表 4 潜在生态风险评价分级标准
Table 4. Grading standard of Potential ecological risk assessment
Eri RI 污染程度 ≤ 40 RI＜150 轻度 40 < Eri≤80 150 < RI < 300 中等 80 < Eri≤160 300 < RI＜600 强 160 < Eri≤320 RI ≥600 很强 Eri≥320 极强
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表 5 土壤重金属描述性统计
Table 5. Statistical characteristics of heavy metal in the soils
元素 含量范围/(mg·kg-1) 平均值/(mg·kg-1) 平均值/背景值 变异系数/% 样点超标率/% Cd 0.68~2.01 1.07±0.32 9.73 29.91 100.00 Pb 12.46~68.59 32.62±17.94 1.52 54.98 0 Cu 17.18~45.73 30.72±12.10 1.55 39.39 0 Zn 52.91~180.68 105.31±38.75 1.66 36.79 0 Ni 49.21~85.04 65.08±9.86 2.54 15.15 74.07 注：样品数n=27。
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表 6 单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价结果
Table 6. Evaluation results of Single factor index and Nemerow index
项目 单项污染指数Pi 综合污染指数Pn 污染程度 Cd Pb Cu Zn Ni S1 2.47 0.05 0.18 0.43 1.42 1.86 轻度 S2 3.36 0.01 0.15 0.25 1.07 2.47 中度 S3 2.99 0.12 0.3 0.4 1.01 2.22 中度 S4 2.25 0.09 0.44 0.42 1.15 1.71 轻度 S5 2.47 0.03 0.14 0.18 1.16 1.84 轻度 S6 1.67 0.12 0.24 0.26 0.76 1.26 轻度 S7 2.48 0.06 0.2 0.27 1.16 1.85 轻度 S8 1.33 0.2 0.43 0.36 0.98 1.05 轻度 S9 1.14 0.07 0.4 0.35 1.04 0.91 轻度 S10 1.78 0.08 0.29 0.39 1.05 1.36 轻度 S11 1.86 0.1 0.36 0.49 1.13 1.48 轻度 均值 2.16 0.08 0.28 0.35 1.08 1.63 轻度 范围 1.14~3.36 0.01~0.12 0.14~0.44 0.18~0.43 0.76~1.42 0.91~2.47 污染物分担率/% 54.60 2.13 7.18 8.72 27.37
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表 7 地累积指数评价结果
Table 7. Evaluation results of Geoaccumulation index
项目 Igeo Cd Pb Cu Zn Ni 范围 1.96~3.61 -2.86~1.09 -1.14~0.57 -0.86~0.93 0.24~1.15 均值 2.85 -0.46 -0.27 0.06 0.74 污染程度 中度污染 无污染 无污染 轻微污染 轻微污染
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表 8 潜在生态风险指数评价结果
Table 8. Evaluation results of Potential ecological risk assessment
项目 单项潜在生态风险系数Eri 潜在生态危害指数RI Cd Pb Cu Zn Ni 均值 353.71 6.87 6.85 1.66 12.64 381.74 污染程度 极强 轻度 轻度 轻度 轻度 强度
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表 9 土壤中重金属元素间的相关性分析
Table 9. Correlation analysis among heavy metals in soil
重金属 Cd Pb Cu Zn Ni Cd 1.000 Pb -0.051 1.000 Cu -0.302 0.894** 1.000 Zn -0.151 0.964** 0.872** 1.000 Ni 0.990** -0.002 -0.207 -0.078 1.000 注：“**”表示极显著相关。
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图(1)
表(9)
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