0 引言

【研究意义】我国重金属污染形势严峻，近年来重金属污染事件频发^[1-4]。数据调查显示：我国江河湖库底质的污染率高达80.1%，重金属污染的耕地面积近2×10⁷ hm²，约占总耕地面积的五分之一^[5-9]，这不仅对生态环境造成严重破坏，还直接损害民众身体健康，影响社会稳定。【前人研究进展】重金属污染分人为原因和自然原因2种。重金属污染的自然来源主要是岩石风化和火山喷发等自然地质活动；重金属污染的人为来源主要为矿产开采、金属冶炼、化工、煤燃烧、汽车尾气排放、生活废水排放、污泥使用、污水灌溉、农药和化肥施用、大气沉降等^[10]。人类活动是土壤重金属污染的主要成因。重金属污染已引起了全社会的关注，在严格控制污染源头的同时，人们积极开展重金属治理和修复的研究。目前水体重金属污染治理修复方法主要有物理方法、化学方法、物理化学方法、集成技术、生物方法等^[11-16]。其中生物方法属于原位修复技术，处理费用很低，与常规的工程措施和物理化学措施相比具有明显的优势，且具有对环境破坏较小的特点^[17-21]，因此受到重点关注和研究。【本研究切入点】本研究以广西元宝山矿区内的泗维河及其周边土壤、植物为研究对象，测定区域内重金属污染情况和分布特征。【拟解决的关键问题】初步掌握元宝山矿区从污染源头至泗维河下游的重金属空间分布特征，为地方风险管理和治理修复决策提供科学依据。

1 研究区概况

元宝山位于广西壮族自治区融水县境内，范围在东经108°58′~109°28′，北纬25°16′~25°30′，为融水第一高山，广西第三山，位于融水县中部，行政区划分属安太乡、香粉乡、安陲乡、白云乡、红水乡等乡，最高峰无名峰海拔2 086 m。元宝山北始林五坳，南濒金兰河，东至吉曼村，西临元宝河，方圆3 901 hm²。区内属中亚热带季风气候，由于海拔较高，山地较多，故山区气候特征比较明显，具体表现为季风显著，气温较高，湿度大，降水量多；气候温和，年平均气温19.6℃；雨量充沛但分布不均，年均降水量1 284.3 mm；夏长冬短，四季不均，夏季最长，冬季次之，春季最短。年总蒸发量1 478.2 mm。研究区内有色金属矿产丰富，以锡铜锌多金属为主，资源潜力大，主要分布在元宝山岩体周边及摩天岭岩体西侧，可划分为摩天岭西侧锡铜多金属成矿区、元宝山西侧钨铜锡多金属成矿区和元宝山东侧锡铜锌多金属成矿区。其中锡矿资源最有潜力，已有中型矿床4个，小型矿床2个，集中分布在元宝山东侧锡铜锌多金属成矿区和摩天岭西侧锡铜多金属成矿区。已查明，主要金属资源量锡近7×10⁴ t，铜4.3×10⁴ t，镍1.5×10⁴ t，铅锌保有资源量2.7×10⁴ t。由于开采方式落后，各类废渣废石露天堆置，尾矿坝不稳定，是周边农田的潜在污染源。

泗维河，又名回回江，属珠江水系西江干流黔江段支流柳江上游河段融江一级支流。泗维河发源于广西壮族自治区柳州市融水县元宝山东麓安陲乡乌吉村，贯穿安陲乡全境，流经融安县长安镇安宁村大袍屯入融安县境内，从泗维河口大泽注入融江，全长60多km，其中融水县内长度为50多km，融安县内河长11 km。流域面积是323 km²，其中融水县安陲乡全境占绝大部分，约250 km²。主要支流至上而下有吉曼河、新塘河、曹口河、洋岭河、暖坪河、大塅河和融安县的泗朗河等。在融安县大泽建有中型水电站泗维河水电站。研究区内的污染环境及破坏生态问题较为突出。

2 材料与方法 2.1 主要试剂及仪器

水温、pH值、电导率、溶解氧、TDS等指标由美国产WTW，Multi3420测试，分辨率分别为0.01℃、0.01 pH单位、0.01 μs/cm、0.01 mg/L、0.01 mg/L。

本文中HCO₃^-、Ca²⁺为质量浓度，分别采用德国产Aquamerk碱度计和硬度计测量，分辨率分别为0.1 mmol/L和2 mg/L。

水化学指标测定采用IRIS IntrepidⅡ XSP全谱直读等离子体光谱仪(美国热电公司)。

样品重金属浓度测定采用Perkin Elmer AA6800原子吸收分光光度计(美国Perkin Elmer公司)。

2.2 采样及样品处理

2016年10月对元宝山矿区的泗维河水体、土壤、植物进行取样分析，分别在泗维河上游矿坑排水口、中上游泗维水库入库口、中下游水库大坝及下游汇入融江入口处附近，共选取取样点15个，其中地表水取样点4个，土壤取样点7个，矿渣取样点1个，植物取样点3个。采样点分布如图 1所示。

水体样品：现场测定水温、pH值、电导率、TDS等参数。Ca²⁺、HCO₃^-采用德国Merck滴定试剂盒现场测定。水样采集后装入纯净水瓶，采样时瓶内不留气泡。其中，用于测定阳离子的水样加入10%HNO₃酸化至pH < 2，测定阴离子的样品不作处理。

土壤样品：在10 m×10 m的样地中选取3~4处，自地表向土下20 cm，采集一个混合样品，风干后装入塑料自封袋。

植物样品：先在2 m×2 m范围内做生物量调查，接着选取多株目标植物，分别对根、茎、叶、花、果实进行取样并混合，置于烘箱中105℃杀青30 min，70℃下烘干24 h左右，碾碎，过0.3 mm尼龙筛，最后用浓硝酸加热消解。处理后的植被样品用AA6800原子吸收光谱仪测定金属元素含量。测定过程中用平行双样和加标回收样进行质量控制，以保证数据的准确度和精度。

水体样品采集后送国土资源部岩溶地质资源环境监督检测中心进行分析。土壤样品和植物样品的测定均在广东地质实验测试中心完成。

3 结果与分析 3.1 水化学类型及重金属污染情况

元宝山矿区的水样主要水质检测结果见表 1。

由表 1，参照我国地下水环境质量标准(GB/T 14848—2017)Ⅳ类标准，可见元宝山矿区水体污染元素主要为铁、铝、锌、镍、钴、镉、锰，污染源为矿坑排水，其超Ⅳ类标准的倍数分别为5.5倍、22.5倍、4.7倍、10.8倍、11.9倍、9.9倍、6.1倍。矿坑排水为酸性废水，在地表径流过程中，受地表土壤和岩石溶蚀的作用影响，废水pH值上升，重金属离子浓度显著降低。在泗维河及融江采集到的水样全部符合GB/T 14848—2017的Ⅳ类标准，到本次取样最下游的滩底村融江水时(图 1)，上述污染物浓度分别下降98.9%、98.9%、99.9%、99.9%、99.9%、99.3%。元宝山矿区水体中重金属含量随距离(与污染源的距离)的增加呈现减小的变化趋势，且在0~8 km处浓度降低较多，至矿区15 km左右即泗维水库处重金属含量已经很低，但在融安滩底村时浓度又出现增加的现象。这可能是由于滩底村地处泗维河汇入融江之后的地理位置，重金属离子浓度的增加受融江上游其他地点的污染物影响所致。

3.2 土壤重金属污染情况

元宝山矿区的土壤样品(矿区附近荒地3土壤，矿渣，水库入口附近荒地1土壤，水库大坝附近荒地2土壤，汇入融江入口滩底村水田1、菜地1土壤，汇入口下游小洲村水田2、菜地2土壤)主要调查指标的检测结果见表 2。分析可知：

1) 参照我国土壤环境质量标准(GB 15618—2008)的二级标准，荒地1的砷、镉、镍、铅、锌含量超标，荒地2的砷、镉、锌含量超标，水田1的镉、锌含量超标，菜地1无超标情况，水田2的镉超标，菜地2的镉、汞超标，荒地3的砷、镉、铜、镍、铅、锌含量超标，矿渣的砷、镉、铜、锌含量超标，超标达数倍至数百倍不等(图 2)。

2)从泗维河上游到下游，土壤取样点距离为5~8 km，由测试结果可知，土壤中绝大多数重金属含量随距离的增加而降低，且在0~8 km内降低最多，越向后减弱效应越弱，直至稳定(图 3)。

3) 土壤中镉、汞、铜、镍等污染物含量不是从上游到下游递减的趋势，而是在中游或下游增加，说明有其他原因对其产生影响，还需进一步确认。

3.3 植物重金属吸附能力情况

对泗维河上中下游河流附近分布较为广泛的植物进行取样，分别选取：矿区附近五节芒1、水库附近五节芒2、汇入融江入口附近水稻，对其根系土、根、茎、叶、果实等进行分析，结果见表 3。其中，不同植物对重金属的富集系数见图 4。

当某种植物对某种污染物质的富集系数＞1时，表示该植物为某种污染物质的良好富集植物。五节芒1是土壤镉、锌的良好吸附植物，富集系数分别为8.7和1.3，可作为土壤重金属修复的物种，五节芒2对所有污染物的富集系数均未达到1，可能由于土壤本底值不同或其他原因导致，富集系数与五节芒1有显著差异，还需进行后续研究。水稻对土壤砷、镉是良好的吸附植物，尤其是对砷的富集系数为27.8，说明在存在砷、镉污染的土壤中种植水稻有较高风险。

4 结论

(1) 元宝山矿区水体污染元素主要为铁、铝、锌、镍、钴、镉、锰，污染源为矿坑排水，其含量超Ⅳ类标准的倍数分别为5.5倍、22.5倍、4.7倍、10.8倍、11.9倍、9.9倍、6.1倍。矿坑排水为酸性废水, 在地表径流过程中，受地表土壤和岩石溶蚀的作用影响，废水pH值上升，离子浓度显著降低。融安滩底村融江水样的重金属离子浓度增加可能是融江上游其他地点影响所致。

(2) 元宝山矿区土壤重金属污染元素为砷、镉、铜、镍、铅、锌，含量超标数倍至数百倍不等。土壤中重金属含量随距离(离污染源矿坑废水的距离)的增加而降低，且在0~8 km内降低最多，越向后减弱效应越弱，直至稳定。

(3) 由于土壤重金属含量不同，五节芒对相同重金属的吸附能力有很大差别：五节芒1是土壤镉、锌的良好吸附植物，富集系数分别为8.7和1.3，五节芒2对镉、锌的富集系数分别为0.8和0.5。可知五节芒在一定条件下可作为土壤重金属修复的物种，但其存在富集系数因环境不同稳定性较差的问题。

(4) 水稻对土壤砷、镉是良好的吸附植物，尤其是对砷的富集系数为27.8，说明在存在砷、镉污染的土壤中种植经济作物水稻有较高风险。