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矿山开采引起的环境污染与生态破坏是一个全球性的问题,越来越受到人们的关注,已成为环境地球化学研究的一个重要领域。粤北大宝山采矿开发活动产生的酸性矿山废水未经处理直接排放到横石河中,给横石河水体、底泥及沿岸土壤带来了严重的危害,已造成该区域生态环境的严重恶化。
本文以粤北大宝山矿区横石河污染水体及沉积物以及受酸性矿山废水影响的河流沿岸土壤重金属为研究对象,沿横石河主河道布设7个采样断面(1#→7#)及两个支流对照点(8#、9#),分别于丰水期(2008.8)和枯水期(2008.12)采集水样;沉积物按0-5cm和5-15cm分为上、下层采集;并于主河道上重要点位(3#、5#、6#、7#)两岸10m、20m、30m处采集表层土壤。
应用总量法测定样品中有毒有害重金属元素Zn、Cu、Cd、Pb的含量,并结合形态分类法分析水体、沉积物及土壤中这些重金属的形态分布特征,揭示了重金属在不同环境介质中的空间分布特征、存在形态以及重金属的活性等,并对其在水体、沉积物和土壤中的潜在生态危害程度进行评估。主要结论如下:
(1)横石河主河道上的7个断面中Zn、Cu、Cd、Pb的含量均严重超标。水体中各重金属的总量在上游较高,沿水流方向浓度均逐渐降低,到达下游时水质情况较好,枯水期污染较丰水期严重;底泥中各重金属在上、中、下游污染相当;河岸土壤中Cd和Cu的超标率均达到100%,污染严重。不同环境介质中Zn、Cu、Cd、Pb的相关性均较好。
(2)水体中Zn、Cu、Cd、Pb均主要以水溶态形式存在;底泥与土壤中4种重金属均以残渣态为主要的存在形态,除残渣态外,Zn和Pb的铁猛氧化物结合态、Cu和Zn的有机结合态含量也相对较高,但碳酸盐结合态含量均很低;4种重金属的有效性系数均较高,其浸提率大小为Pb>Cd>Cu>Zn。
(3)各重金属在上覆水与间隙水中的浓度差异显著,尤其Cu和Pb;其在上覆水中的浓度变化较为平缓,在间隙水中的浓度波动较大;各重金属总量在底泥中的浓度显著高于其在地表水、间隙水中的浓度,但分布规律不一致,底泥中可交换态重金属与地表水、间隙水中溶解态重金属的含量分布具有更高的一致性;土壤各重金属总量沿河岸带均呈现一定的分布规律。
(4)分别运用综合污染指数法、地累积指数法、潜在生态危害指数法、沉积物质量基准法、内梅罗综合指数法对横石河水体、沉积物、河岸土壤中的重金属污染进行评价:水体中4种重金属的污染程度为Cd>Zn>Pb>Cu,Cd和Zn超标严重;地累积指数法和潜在生态危害指数法得出底泥4种重金属的富集程度均为Cd>Pb>Cu>Zn,且各断面均达到很强的生态风险,沉积物质量基准法则得出4种重金属的富集程度为:Pb>Cu>Cd>Zn;河岸土壤4种重金属的污染程度为:Cd>Cu>Pb>Zn,且各样点基本达到重度—极度污染水平。