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广西阳朔铅锌矿思的河水系重金属含量分布及污染研究

申报人：周鲁飞 申报日期：2025-05-27

基本情况

2025年批次
广西阳朔铅锌矿思的河水系重金属含量分布及污染研究 学生申报
创新训练项目
工学
环境科学与工程类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
阳朔铅锌矿区矿业活动导致重金属污染，威胁区域生态安全与居民健康。本研究以思的河水系为对象，系统采集河水、底泥、岸土及植物样本，分析铅、锌、镉等重金属的空间分布与迁移规律，揭示其污染机理及生态风险。综合评估重金属赋存状态及迁移机制，结合岩溶地貌特征解析污染扩散规律，探究水-土-植物系统交互作用。研究成果可为污染治理与生态修复提供依据，保障农业用水安全，降低健康风险，并支撑喀斯特地区环境政策优化。项目填补区域系统性重金属污染数据空白，为构建迁移模型及矿山可持续开发提供支撑，对流域生态保护具有重要理论与实践意义。
1.2024-2025以成员身份参与国家级大创项目《来柘里——同耕乡村土共兴农人梦》的课题研究，良好结题；
2.2024-2025以成员身份参与校级大创项目《辽东青城子镇白云金矿成矿构造及找矿预测研究》的课题研究，合格结题；
3.2024年8月，以成员身份参与《智探路康——道路病害雷达智能检测系统》获中国国际大学生创新大赛（2024）“数广集团杯”广西赛区选拔赛银奖。
   指导老师张力高级实验师主持省级科研项目1项，参加国家自然科学基金3项，省级自然科学基金2项，获部级科技成果奖二等奖、三等奖各1项。
正式发表论文15篇。

 指导老师余勇教授先后承担科技部重大专项科研项目2项。
  1.2019-2022“第二次青藏高原综合科学考察研究”任务专题稀有金属资源现状与远景评估(项目编号:2019QZKK0802)，合作负责“滇西稀有金属现状科学考察和综合研究”。
  2.2013-2016广西花山岩体构造样式与花岗岩型铀矿成矿关系研究，广西自然科学青年基金项目(2013GXNSFBA019209)，广西科学技术厅。
  3.2010-2015广西金秀县寨宝铜矿详查(KC2011-055)，广西金秀县华鑫矿产开发有限公司。
  4.2008-2010四川旺苍双汇镇地区黑色岩系矿地质特征研究广西“地质工程中心”重点实验室开放基金项目(07109011-k010)。
  5.2007-2009桂林南边村国际D/C界线层型剖面旁侧褶皱构造成因分析，桂林工学院青年教师科研扶持基金项目(桂工院科[2007]4号)。
  6.2005-2020技术服务类:矿山储量估算、矿产资源开发利用矿山开采设计项目累计100余项。
  1.提供相关实验设备及应用软件；
  2.细心指导实验设计并传授数据处理与制图技术；
  3.安排研究生学长协同野外调查。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
周鲁飞 地球科学学院 资源勘查工程（实验班） 2023 制定详细的工作安排
陈荣堂 地球科学学院 勘查技术与工程 2023 进行参考文献的查询
张佳苗 地球科学学院 自然地理与资源环境 2023 进行文章和报告的编写
杨思琪 地球科学学院 资源勘查工程（实验班） 2023 样品的采集和分析
陈悦 地球科学学院 勘查技术与工程（创新班） 2023 数据处理分析

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
张力 地球科学学院 否
余勇 地球科学学院 否

立项依据

  1.重金属指的是原子量超过55的各类金属，有45种，包括铁（Fe）、锌（Zn）、锰（Mn）、镍（Ni）、钨（W）等，多数为过渡元素，重金属污染一词中所指代的“重金属”主要是指那些对生物有明显毒性的重金属元素，主要包括汞、铬、镉、铅、铜、锌、砷等。人们在采矿、金属冶炼、机械制造、工业污水灌溉等工农业生产活动中，会将大量重金属元素直接排入自然环境，引发环境污染和生态破坏。重金属污染有可富集，治理难特点，与有机化合物污染有着本质上的不同。在自然环境中有机化合物污染物会在一定条件下逐渐分解，最终其危害性会逐渐降低，然而重金属在自然环境中国很难进行降解，性质较为稳定，能够逐渐富集，进入与人类生活相关的生态系统中危害人类及周边环境。
采矿和冶炼是向环境中重释放重金属元素的主要来源，随着采矿业的大力发展，矿区所产生的矿业废水，在未经处理的情况下随意排放容易造成地表和地下水的污染。如我国甘肃徽县血铅超标事件、日本镉米事件、罗马尼亚金矿含氰化物废水泄漏事件等。重金属污染问题是矿山开发过程中产生的一个突出性的环境污染问题，重金属污染通过水体输送，并富集沉积，不但对流域附近水体、植被、土壤造成影响还对周边的人类生命造成威胁。重金属在土壤环境中具有累积性、多样性、隐蔽性和不可逆性等特点，且微生物降解性低，使得土壤重金属易形成持久性的潜在有毒污染物。因此，分析重金属的分布情况以及在土壤、植物、水体之间的释放迁移转化规律和污染效应尤为重要。
  2.思的河发源于阳朔铅锌矿，并由兴坪河注入漓江，漓江作为是我国南方生态屏障的重要组成部分，这条河流是沿途许多乡镇的主要饮用水源和工业用水源。然而，随着经济的快速发展，水污染成为该地区的一大问题。其中，重金属污染是最严重的问题之一。此前很多学者研究了广西漓江流域水体、底泥和土壤中重金属污染的情况、来源和生态风险评估等方面，并提出了相应的治理建议。其中一些学者采用了多种分析方法和技术手段，如重金属元素的分析、地统计学方法、地理信息系统（GIS）分析等，从不同角度深入研究了漓江流域重金属污染的问题。
  3.但是截至目前，思的河尚未系统地开展过矿区周边重金属分布与污染状况研究，也未对矿区重金属污染对漓江水质的影响进行深入探讨。因此本次研究通过矿区思的河水系水体-底泥-岸土-植物系统对其重金属污染进行调查，主要包括一下几个方面：
  （1）通过系统测定水体、沉积物及沿岸土壤中铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、砷（As）等典型重金属含量，绘制污染空间分布图，查明其重金属分布和污染状况；
  （2）结合矿区地质背景与人类活动（采矿、选矿、废水排放等），运用主成分分析（PCA）和同位素示踪技术，掌握重金属在水生生态系统中的迁移变化规律，明确主要污染驱动因素，以查明对漓江水生生态环境的影响；
  （3）基于研究结果，提出针对性生态修复策略和污染防控方案，以便在矿山重金属污染治理工作中提出科学合理的防治建议，最大限度地减轻其对周边生态环境和居民健康的影响，为阳朔矿区环境治理、流域生态保护及“山水旅游”可持续发展提供科学依据。
  通过对矿区思的河水系水体-底泥-岸土-植物系统对其重金属污染进行调查，查明其重金属分布和污染状况，掌握重金属在水生生态系统中的迁移变化规律，以便在矿山重金属污染治理工作中提出科学合理的防治建议，最大限度地减轻其对周边生态环境和居民健康的影响。
  1.主要研究内容
  (1)查明矿区至漓江区段内以河流以及河流沉积物为媒介下的重金属含量分布和污染区段，分析重金属含量分布的特征，以及沿程变化，分析矿山废水、矿洞积水对地表水体的污染影响状况；
  (2)查明矿区附近流域内的植物斑茅，通过将斑茅按照根茎叶分开处理后，分别测定植物植株的不同部位（根、茎、叶）重金属含量分布特征，确定由矿区至漓江范围内的植物中的重金属含量分布和污染状况；
  (3)对各环境介质中的重金属含量进行相关性分析，计算植物样品不同部位对重金属的富集系数与转运系数，确定重金属在水体、土壤、植物中的迁移转化规律；
  (4)利用PMF模型以及APCS-MLR模型分析矿区附近土壤重金属污染的来源并进行验证；
  (5)通过国家标准评价法、地累积指数法、单因子污染指数法以及内梅罗综合指数法，对矿区土壤、植物、水系进行重金属污染评价，查明重金属对周围环境的影响；
  (6)综合以上分析研究，对矿区重金属污染提出防治措施和建议。
  2.样品点采取
                                                                summernote-img
                                                                                               图1样品点采取图
  在思的河水系流域内，运用GPS定位系统及遥感图像分析，选择合适的采样点；重点包括铅锌矿采矿区上、中、下游流域以及采矿区附近靠近工业区与商业区的水域，以覆盖流域内不同区域重金属的分布、迁移和污染情况。
  3.样品采集与处理
  (1)样品采集
  ①土壤样品采集
  选取采样点河流的底泥土样，使用铁锹采集水体沉积物，放入无菌的聚乙烯自封袋中并做好标签；
  选取采样点河流的岸土表层土壤，去除表层垃圾、残叶等杂物后，采集表层0~20cm的土壤，将每个取样点的土壤混合均匀，用四分法选取1kg土壤作为一个样品，然后编号装入样袋内。
  ②植物样品采集
  选取采样点河流附近范围内的斑茅作为研究对象。每个采样点对应采集土壤和植物样品，采集时将植物样整株连根拔起，每个样点采集植物3~4株合并成混合样，装袋并编号。
  ③水系样品采集
  选取采样点流域的水样，重点采取铅锌矿采矿区上、中、下游流域以及采矿区附近靠近工业区与商业区的水域样品。使用500ml的聚乙烯塑料瓶，该瓶用10%稀硝酸溶液浸泡一整晚使用500ml的聚乙烯塑料瓶，该瓶用10%稀硝酸溶液 浸泡前用蒸馏水冲洗干净，采样现场再用待装水样润洗2～3次，水样装满密封，尽快运回实验室处理。
  (2)样品处理
  ①土壤样品处理
  土壤样品采回实验室后，把土壤中的垃圾、石砾、植物根系及碎屑等杂物剔除，将样品置于没有阳光直射的地方阴干，碾碎并过100目筛四分法取50g后剩余部分过200目筛，取出符合要求的部分加入酸性溶液中，加热使其消解，并将其进行分离，获得底泥中的重金属元素。
  ②植物样品处理
植物样在整棵取出后用去离子水反复冲洗，然后按照根茎叶分开，用去离子水浸泡10min，晾干后置于40℃鼓风干燥机中烘干，再打粉过100目筛，装入自封袋置于干燥器内；使用酸或氧化剂消解样品，使样品中的重金属元素转化为可测量的形式。得到的土壤植物溶液使用原子荧光分光光度计检测各组重金属元素含量。
  ③水样样品处理
水样运回实验室后，使用工具将玻璃纤维滤纸均匀地放置在过滤器上面，并用实验室一级纯水将其润湿，使它能够紧贴在漏斗壁上，按照相关操作要求将漏斗外罩放置在过滤器上。开启真空泵一边对过滤瓶抽气一边将过滤水样缓慢的倒入漏斗中。加入化学保存剂控制溶液pH，加入氧化剂样品在4℃冷藏，贮存于暗处冷藏。完成后检测TDS、PPM、COD、pH等值,随后使用原子吸收光谱仪检测重金属含量。
  广西阳朔铅锌矿区位于中国广西壮族自治区阳朔县境内。矿区位于南岭多金属成矿地带的西南延申部分，地质构造复杂，周边有G321国道和G65包茂高速经过。因为20世纪50年代的早期粗放开采导致土壤重金属污染（如铅、镉）和酸性废水排放，对思的河水系造成影响。其中，重金属污染是最严重的问题之一。此前，国内外已有众多对不同地区重金属污染进行研究考察，提出研究方法和解决措施。在论文中众多研究人员采用多种分析方法和技术手段，如反距离权重法（IDW）等分析方法、单因子指数法等污染评估方法、铅同位素示踪+主成分分析法等，从不同层面对重金属污染进行分析、研究。
  但是目前已有的研究，对于广西阳朔铅锌矿区重金属污染的研究还存在一些不足，主要包括以下几个方面：
  1.本矿区尚未系统地开展过矿区周边重金属分布与污染状况研究。矿区基础地质情况细节缺乏，且矿区及周边地质构造复杂。
  2.对矿区重金属污染对漓江水质的影响尚且未知，矿区重金属对周围水系的影响程度认知不足，对重金属在水系、河床和周围土壤的分布情况不明。
  3.重金属在水体中的迁移方式、迁移速率和迁移距离等迁移转化机制的认知不足，无法准确估计重金属的影响范围。
  4.数据采集和分析方法仍有待提高。一些研究缺乏统一的采样标准和分析方法，导致数据的可比性和可靠性存在问题。
  1.首次将阳朔铅锌矿区中土壤-植物-水体三种环境介质相结合作为一个完整的环境系统，通过系统调查和采样，并对所得数据进行计算和分析统计，阐明矿区土壤、植物及水体中重金属的含量分布特征，并在此基础上对矿区整体的重金属污染进行评价；
  2.首次研究阳朔铅锌矿重金属污染对漓江流域的影响；
  3.首次对思的村范围内的污染来源通过PMF模型以及APCS-MLR模型进行分析；
  4.通过数据分析，得出重金属污染在植物、水体、土壤中含量分布，并探究重金属污染在斑茅不同部位的富集情况，探明不同重金属污染在植物、水体、土壤的迁移变化规律。
  1.技术路线
                                                              summernote-img
图2技术路线图
  2.研究主要存在以下问题：
  （1）采样难度较大，铅锌矿的矿部位于将近山顶部位，地势较为复杂，取样点较多，所花费时间较长，矿区流域内的河流在丰水和枯水时期难以取得水样和底泥样品；
  （2）环境干扰较多，流域内的环境条件、气候和季节变化等因素可能对水化学特征和土壤重金属含量产生影响，需要进行合理的环境干扰控制和数据校正；
  （3）数据获取与整合较繁琐，在测定样品的重金属含量时，因为工作量较大，需分批测定含量时，每一批次样品测定是否可以统一规律。
  3.预期成果
  （1）通过系统采样与测试，首次建立思的河水系“水体-底泥-岸土-植物”四位一体的重金属污染数据库，涵盖铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、砷（As）等典型重金属的浓度数据；
  （2）结合思的河岩溶地貌特征（如地下暗河、溶蚀裂隙），构建“地表-地下”耦合的重金属迁移模型。

起止时间
工作内容和要求
2025.04-2025.05
阅读大量文献并实地调研
2025.05-2025.06
进行实地考察及布点、采样
2025.06-2025.07
进行室内实验，测试矿区范围内土壤、斑茅的重金属含量
2025.07-2025.08 
进行室内实验，测试矿区范围内水、底泥、岸土的重金属含量
2025.09-2025.11 
 对所有数据进行统计分析，制作各类分析图表
2025.12-2026.03
用计算机软件成图并研究其分布规律



  ①已有研究明确了重金属的难降解性、富集性及生态毒性，为思的河污染机理分析提供理论支撑；
  ②漓江流域重金属污染研究为思的河项目设计提供了方法学借鉴（如地统计学、GIS空间分析）；
  ③主成分分析、同位素示踪、生物毒性实验等技术在国内外同类研究中广泛应用，具备可行性。
  （1）已具备的条件
①现有的技术手段已经相对成熟，现代化的样品采集与分析技术、数据处理及空间统计方法等已具备了丰富的应用案例；
②ICP-MS、HG-AFS氢原子发生-原子荧光分析仪、原子吸收光谱仪等技术也已经得到了广泛应用；
③学校的实验室已具备进行相关测试的必要条件。
（2）缺少条件
获取思的河水系流域内各个采样点的水化学特征和土壤重金属含量数据需要大量时间和人力成本，并且存在不确定性和误差。
（3）解决方法
采用现代化的样品采集和分析技术，如自动采样器和分析仪，提高数据获取的效率和准确性。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 11300.00 无 8200.00 3100.00
1. 业务费 3800.00 项目日常使用 2200.00 1600.00
（1）计算、分析、测试费 2000.00 计算、分析 2000.00 0.00
（2）能源动力费 500.00 燃油及交通费用 200.00 300.00
（3）会议、差旅费 0.00 相关科研学术会议 0.00 0.00
（4）文献检索费 300.00 检索资料 0.00 300.00
（5）论文出版费 1000.00 论文审稿费和论文发表版面费 0.00 1000.00
2. 仪器设备购置费 1500.00 无 1500.00 0.00
3. 实验装置试制费 3000.00 实验消耗 2000.00 1000.00
4. 材料费 3000.00 无 2500.00 500.00
结束

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