矿产资源开采过程中，伴生的有害金属元素通过搬运扩散到地表后，在表生地球化学作用下产生严重的重金属污染，是目前矿山生态环境保护迫切需要解决的问题.江西赣州素有“钨都”之称，自1907 年江西省大余县西华山首次发现钨矿后，赣州地区钨矿资源开采经历了一个多世纪，钨矿主要伴生组分有锡、钼、铋、铜、锌、锑、锂、铌、硫、砷等，随着选矿技术不断改进，伴生的有价金属都作为资源被回收，砷成为钨资源开采过程最主要的污染物.在长期的钨矿开采加工过程中，由于选矿废水排放以及尾矿堆积，造成伴生元素砷释放于矿区土壤，通过迁移、转化被生物富集作用，最终危害到人类的健康^[1-2].

土壤微生物和酶是土壤的组成成分之一，参与土壤中的众多代谢过程，土壤微生物和酶活性可作为检测土壤污染状况指标，对土壤受重金属污染的程度做出科学的判断^[3-4]，重金属污染土壤的治理与修复过程，土壤微生物和酶也扮演极其重要的角色^[5-6].目前土壤重金属污染总量分析已经不能完全反映其对环境的危害程度，重金属的形态，更大程度上决定了其迁移性、毒性和生物有效性^[7-8].因此，通过对具有长期开采历史的钨矿区进行样品采集，分析矿区土壤砷污染现状，探讨矿区砷污染程度、形态与土壤微生物、酶活性之间的内在关系，为钨矿区土壤环境质量评价、矿区土地利用和生态环境修复提供科学依据.

1 采样矿区概况

采样矿区位于江西省崇义县辖区内，地理坐标：东经114°12′45″~114°14′56″，北纬25°37′45″~25°40′00″，面积15.212 km²，区内为中低山地貌，矿区为亚热带东南季风气候，雨量充沛，植被覆盖度高，土壤类型为红壤.该矿山1936 年发现至今，开采从未间断，矿物组成有黑钨矿、锡石、白钨矿、黄铜矿、闪锌矿、辉钼矿、毒砂、黄铁矿、辉铋矿.尾矿浆采用沉淀离心，废水进入处理站，干砂、废石堆积于天然山谷中，表面基本裸露，疏松，水蚀风蚀现象严重.在尾矿库周边边缘的植被以茅草和蕨类为主.尾矿下游分布有农田、阶地，主要种植蔬菜.

2 材料与方法 2.1 样品采集与处理

矿区地形为低山丘陵，因此采样以尾矿堆积区为起点，沿沟谷向下游，用蛇形布点法确定采样点，在每个采样点采用网格法布点进行样品采集，取离地表 5~20 cm 深处的土壤，将6 次采集的样品混匀后作为该区域的1 个试样.背景土样采自矿区所在县远离矿区的荒地土样.所有样品分成2 份，一份用密封的塑料封口袋保存，并依次编号，采回的样品在室内自然风干，用玛瑙研钵研磨后过孔径0.15 mm 尼龙筛，混匀后用于砷的总量分析和形态分析.另一份装入无菌袋中，编号后用冰袋保存，回实验室后用玛瑙研钵研磨后过孔径0.15 mm 尼龙筛，混匀后装入无菌塑料袋置于4 ℃冰箱保存，供土壤酶活性分析.

2.2 分析方法 2.2.1 土壤基本理化性质分析

土壤基本理化性质按常规分析方法测定^[9]，结果列于表 1.

2.2.2 土壤砷的测定

土壤总砷的测定^[10]：取处理好的土壤样品0.5 g于聚四氟乙烯坩埚中，加入7 mL 体积比为1∶1 的硫酸溶液，10 mL 浓硝酸和2 mL 高氯酸，置电热板上加热分解，坩埚中只剩少量白色残渣后取下冷却，将残渣全部转移到三角瓶中，并加去离子水至50 mL，放入砷化氢发生装置内反应后，于510 nm 处用分光光度法测定.

采用Tessier^[11]5 步连续提取法，分别提取土壤中砷的可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态5 种形态.在每步提取完成后以4 000 r/min 转速离心15 min, 之后取全部上清液于三角瓶中，并加去离子水至50 mL，放入砷化氢发生装置内反应后，于510 nm 处用分光光度计测定.

2.2.3 土壤微生物和酶活性的分析方法

土壤脲酶采用苯酚钠比色法、过氧化氢酶高锰酸钾滴定法、蔗糖酶活性采用硫代硫酸钠滴定法测定^[12].土壤微生物群落种群数量分析采用平板稀释法^[12]，每份土壤样品取3 个稀释度，每个稀释度3 次重复，结果根据平板菌落计数原则进行计数.细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂平板表面涂布法；真菌用马丁氏（Martin）培养基平板表面涂布法；放线菌用改良高氏一号培养基平板表面涂布法.

2.3 仪器与试剂

UV-6100PC 紫外可见光分光光度计；SHA-C 数显水浴恒温振荡器；DB-IVC 智能数显恒温电热板；TG16WS 台式高速离心机；砷化氢发生装置.砷测定所用硝酸、盐酸、硫酸、高氯酸均为分析纯，其余试剂根据二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法^[6] （GB/T17134-1997）的要求配置使用.

3 结果与分析 3.1 土壤中砷形态分析结果

对土壤样品中砷进行分析结果（表 1）可以看出钨矿区土壤中砷的含量在77.54~169.15 mg/kg, 远远高于背景土样14.31 mg/kg, 同时对尾砂进行分析，尾砂中砷含量为63.27 mg/kg, 矿区土壤中砷含量都高于尾砂中的砷，这表明在尾砂露天堆积过程中砷的释放会在土壤中累积.采样点4~6 的砷含量高达到了169.15 mg/kg, 高于尾砂堆积区土壤中砷的含量，这说明选矿废水排放也造成了砷在土壤中的累积.由于矿区的地形限制，人为耕作的农田零星分散，矿区农田土壤中砷的含量在77.54~117.31 mg/kg, 越接近尾矿区的农田土壤中砷含量越高.

砷在土壤中的赋存形态决定了其在环境介质中的可迁移性以及生物可利用性，依据Tessie 5 步连续提取法，砷的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态以及残渣态.可交换态含量很小，却具有很大的迁移性，最容易被生物吸收利用，划归为生物可利用态.生物潜在可利用态主要是碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态3 种形态，这3 种赋存形态在适当的环境条件下可以释放出来成为生物可利用态.残渣态属于很稳定的形态，该形态的重金属含量对土壤中重金属的迁移和生物可利用性贡献不大^[13-14].

矿区10 个采样点，背景土样（11 号）和尾砂（12号）中砷的5 种形态的比例见图 1.图 2 中将Tessier5 步连续的形态进行对比分析，可以看出尾矿砂中残渣态砷所占比例为39.7 %，其次为有机态25 %，铁锰氧化物结合态10.9 %，碳酸盐结合态7.6 %，容易发生迁移的交换态砷达到了16.6 %.矿区土壤样品中砷以铁锰氧化结合态为主，所占比例为35 %~40 %，其次为残渣态18 %~21%，可交换态砷9.8 %~12 %.背景土样中砷也以铁锰氧化物结合态所占比例最大为37.5 %，可交换态砷所占比例仅为5.2 %.由此可以看出，尾矿砂中的砷释放到矿区土壤后，砷在土壤累积的同时其形态也发生了变化，其生物可利用性以及对矿区土壤生态的长期、潜在的影响程度，不仅仅只取决于可交换态的量，也受到铁锰氧化物结合态的砷在一定环境条件下释放的影响.

3.2 矿区土壤的微生物数量及酶活性

土壤微生物群落结构和功能可以反映土壤类型、土壤理化性质和土壤污染状况，土壤中的重金属能够明显改变土壤微生物群落结构、生理代谢活性.土壤酶是土壤生物化学反应的催化剂，参与了土壤生态环境中许多重要代谢过程，用土壤微生物和酶活性来指示土壤重金属污染状况一直是研究的热点^[15-16].许多研究表明，重金属对土壤微生物和土壤酶活性的影响不仅与重金属全量有关，更大程度上是由重金属化学形态决定的，重金属化学形态与重金属的生物有效性密切相关，能直接反映重金属对土壤微生物的毒性效应和对土壤生态系统潜在的危害程度.

供试土壤的酶活性分析结果见表 2.由表 2 可知，矿区采样点土壤的酶活性存在一定程度的差异性，尾矿堆积区土壤酶活性较低，脲酶活性仅为背景土样的2.2 %，过氧化氢酶为背景土样的22 %，蔗糖酶为背景土样的15 %.矿区农田土样脲酶活性和糖酶活性，与尾矿区距离相关，酶活性均低于背景土样，距离尾矿区越近酶活性越低，脲酶活性为背景值的29 %~80 %，糖酶活性为17 %~78 %.过氧化氢酶活性在远离尾矿区的农田土样中酶活性高于背景值.4~6 号土样因受到重选厂排放废水的影响，土壤3 种酶活性都低于背景土样.

矿区土壤微生物的数量分布结果见表 3，分析结果表明，尾矿堆积区（1 号）的微生物数量与背景土样相比下降极为显著，微生物总量下降75 %，细菌数量下降73 %，放线菌数量下降78 %，真菌数量下降82 %，其他采样点（2~10 点）土壤的土壤细菌、放线菌、真菌数量与背景土样相比也明显下降，不同采样点菌落数量有明显差异，真菌数量变异系数（CV%）为0.36，放线菌0.31，细菌0.26.

3.3 矿区土壤中土壤微生物、酶活性与砷的相关性分析

目前许多研究表明，重金属元素对土壤微生物及土壤酶活性的影响与其浓度一般呈负相关关系，其相关显著性与重金属种类、土壤类型及微生物和酶种类有关^[17-18].对土壤砷总量、砷形态与土壤酶活性以及微生物数量的相关性进行分析，结果见表 4，矿区土壤砷总量与土壤酶活性呈显著负相关，尤其在人为耕作的农田土壤中，砷污染的程度与酶活性之间的相关性更为显著.砷污染对矿区土壤酶活性的影响表现为抑制作用，土壤中不同土壤酶对砷的敏感性差别亦不同，脲酶活性与总砷、可利用态砷都呈显著的负相关，可以指示钨矿区土壤砷污染程度以及生物可利用性的指标.砷总量、可利用态砷对矿区土壤微生物数量的影响也呈现负相关，其影响为：细菌＞放线菌＞真菌.

4 结论

（1）钨矿区不同采样点砷含量在77.54~169.15mg/kg, 远远高于背景土样14.31 mg/kg, 其中砷以铁锰氧化结合态为主（35 %~40 %），可交换态砷9.8 %~12 %.尾矿砂中砷以残渣态为主（39.7 %），交换态砷16.6 %.表明尾矿中砷迁移到矿区土壤中，其存在形态发生了变化.

（2）与背景土壤相比，钨矿区3 种土壤酶活性均受到砷污染的抑制，且离尾矿堆积区的距离越近，其酶活性则相应越低，通过相关性分析得出，脲酶酶活性可以较好的指示矿区土壤砷污染程度.

（3）与背景土壤相比，矿区土壤砷总量、可利用态砷对矿区土壤微生物数量的影响也呈现负相关，其影响为：细菌＞放线菌＞真菌.