1、典型工业园区周边农田土壤重金属污染及生态危害评价卜兴兵 俸 强 廖 翀*钟 果 冯元超 王会镇（四川省生态环境监测总站，成都；西华大学理学院，成都）摘 要：为评价四川某工业园区周边农田土壤重金属污染程度及其潜在生态危害。采用石墨炉原子吸收分光光度法、冷原子吸收分光光度法和 射线荧光光谱法，分别对研究区域农田土壤中的、的含量进行测定，采用单项污染指数法、内梅罗综合污染指数法、污染负荷指数和潜在生态危害指数法对研究区域农田土壤重金属污染及潜在生态危害进行评价。结果表明，个采样点中 种重金属含量存在一定差异，和 的平均含量超过风险筛选值，其余重金属平均值均未超过风险筛选值。相关性分析表明 与、相互之
2、间有极显著相关性。种重金属均呈正态（或近似正态）或对数正态（或近似对数正态）的分布。种重金属的单项污染指数顺序为 ，其中 呈重度污染，处于轻度污染，其余 种重金属相对处于清洁状态；综合污染指数顺序为 ，重金属、为重度污染，和 为中度污染，为轻度污染状态，处于警戒状态，处于相对清洁状态。污染负荷指数评价表明，除 和 点处于无污染状态，其余点位均处于中等污染状态或强污染状态。区域污染负荷指数 为 ，为强污染状态。种重金属的潜在生态风险指数顺序为 ，潜在生态危害综合指数 平均值为。因此，和 为研究区域农田土壤重金属污染的主要元素，不同采样点的不同重金属含量存在一定差异。研究区域农田土壤重金属污染处于
3、很强状态，具有中等生态危害风险，污染的潜在生态危害相对较大，值得高度关注。关键词：农田土壤；重金属污染；生态危害；工业园区中图分类号：文献标志码：，（，；，）：，基金项目：教育部春晖计划（）；四川省教育厅项目（）收稿日期：；修回作者简介：卜兴兵（），男，工程师，主要从事固定污染源监测及评价研究工作。：通讯作者：廖翀（），女，高级工程师，主要从事固定污染源监测及评价研究工作。：年第 期环 保 科 技 ，（）（），；，：；土壤不仅是自然环境的构成要素，更是人类农业生产最重要的自然资源。但是随着现代工业发展、交通规划建设以及城市化的快速发展，我国耕地土壤环境质量日趋下降，土壤重金属污染日趋严重，相当
4、数量的农田土壤受到重金属污染。土壤重金属污染不但威胁人类健康而且已经成为人类面临的严峻环境问题之一，目前已引起科学界越来越多的关注。目前对重金属污染的评价方法很多，包括单因子指数评价法、综合污染健康风险评价方法、潜在生态危害指数法、模糊数学法等。王会镇等对成都绕城高速周边农田土壤开展了重金属含量测定，并运用美国环境保护局的健康风险评价模式进行健康风险评价，采用污染指数法对研究区域土壤环境质量进行初步评价。骆占斌等对再生铅生产企业搬迁前后周边农田土壤重金属开展了污染特征及富集规律研究，评价了污染程度及其健康风险，研究区域 污染最为严重，超过了土壤环境二级标准，存在极强的生态风险。曹冉等为了探究乌
5、鲁木齐市典型蔬菜基地表层土壤重金属对人的健康风险，采集 份土壤样品进行重金属分析，开展了成人和儿童的健康风险评价，得出了研究区域重金属不会对成人健康造成危害，但可能对儿童健康造成危害。杨乐等为评价成乐高速公路两侧农田土壤重金属污染程度及其潜在生态危害，采用原子吸收分光光度法，对其两侧农田土壤中的、和 含量进行了测定，并采用单项污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态危害指数法对成乐高速公路两侧农田土壤重金属污染及潜在生态危害进行评价。吴远航等以黔西北某锌冶炼区周边稻田土壤为研究对象，测定了土壤中重金属、总量和可提取态含量，并采用单因子污染指数法和内梅罗综合指数法评价了稻田土壤重金属污染状况，
6、利用地累积指数法和潜在生态危害指数法评价土壤生态风险，并对重金属总量与对应可提取态作相关性分析。目前研究多集中于某一个行业企业历史环境问题或农田重金属及其作物重金属传输研究，但是对工业园区不同类型企业周边农田土壤重金属污染特征及评价性系统研究较少。本文对四川省德阳市某工业园区周边农田土壤进行了采样调查，测定了周边农田土壤中 种重金属、的含量，并采用 年第 期环 保 科 技 单项污染指数法、综合污染指数法、污染负荷指数法和潜在生态风险指数法对土壤重金属的污染特征、生态风险进行了评价，以期对该工业园区的污染防治、环境保护、风险调控提供必要的科学支持。材料和方法 样品的采集与制备样品采集依据土壤环境
7、监测技术规范（）技术规定要求，年 月按随机均匀布点方式在四川某工业园区 家企业厂区周边地域分别布设了 个采样点（图），采样点位、企业类型及涉重污染物见表 所示。采集 表层土壤 份，将 份土壤混合均匀得到一份混合土样，运用“四分法”取 土壤样品装入聚乙烯袋中，同时每一份样品取样装袋后贴好标签，并编号为 。土壤样品去除石头、树枝等杂物，室内风干，然后用玛瑙研钵研碎，再分别过 目筛和 目筛备用，将过筛后的样品装至玻璃瓶密封并贴好标签。表 四川某工业园区 家企业基本情况企业类型采样点位涉重污染物金属表面处理及热处理加工，颗粒物、总镉、总铜、总铁、总锌、六价铬、总铬、总镍再生资源加工利用颗粒物有色金属合
8、金制造、颗粒物、总锌锻件及粉末冶金制品制造颗粒物无机盐制造（湿法磷酸）汞及其化合物、颗粒物、砷及其化合物其他基础化学原料制造（钴制品加工）颗粒物、总钴镍钴冶炼镍及其化合物、汞及其化合物、砷及其化合物，、铅及其化合物、总锌、总铜、总铅、总砷、总镉、总汞、总镍、总钴磷肥制造、颗粒物、总铅、总砷建材加工初级形态塑料及合成树脂制造 聚氯乙烯汞及其化合物、总镍、总钡、总汞黑色金属铸造，颗粒物背景点，图 土壤采样分布图 年第 期环 保 科 技 样品的处理与测试本文对土壤样品的前处理采用电热板消解法，采用盐酸 硝酸 氢氟酸 高氯酸消解后制备测试液，用去离子水作空白对照。采用石墨炉原子吸收分光光度法测定 的含
9、量，采用冷原子吸收分光光度法测定 的含量，采用 射线荧光光谱法测定、的含量，重复测定 次取平均值。按照 的要求，取 土样，用蒸馏水将土壤样品溶解，用经过标准缓冲溶液校正酸度计直接测定土壤样品的。土壤环境质量评价采用单项污染指数（）和内梅罗综合污染指数（）对土壤重金属污染程度进行评价，评价标准值采用 中农用地（非水田）土壤风险筛选值，土壤污染等级划分标准参考文献，。采用污染负荷指数衡量研究区域重金属的单一污 染 点 污 染 程 度（）和 区 域 污 染 程 度（），背景值计算采用成都平原第四系深层土元素含量作为背景值，背景值数据见表。其中，无污染；，中等污染；，强污染；，极强污染。采用 潜在生态
10、风险指数法，对土壤重金属生态风险进行评价研究，潜在生态风险指数不仅考虑了重金属元素的污染程度，同时还考虑了不同重金属元素对生物的毒性，因而比单一方法更具有说服力，也能更好地体现重金属元素的潜在危害。为某一种重金属元素潜在生态危害系数值，为多种重金属元素潜在生态风险指数值。重金属毒性系数是反映环境对重金属污染的敏感程度和重金属的毒性水平，种重金属毒性系数分别为：（），（），（），（），（），（），（），（）。结果与分析 土壤重金属含量特征研究区内土壤重金属含量统计结果见表，从平均含量来看，个采样点土壤中、和 种重金属含量平均水平全部超过土壤元素背景值。和 的平均含量超过风险筛选值，其余重金属平均
11、值均未超过风险筛选值。据（）对变异程度 个分类等级，变异系数小于 为小变异，变异系数在 .为中等变异，变异系数大于 为高变异。从变异系数来看，变异度由大到小排序为 ，变异系数最大为.，空间变异显著；的变异系数最小为 ，研究区域土壤重金属处于中等变异和高变异，暗示局部土壤环境中重金属含量已经受到不同程度的外界干扰。富集系数表明，研究区域中、和 均具有较高的富集程度，、和 富集系数较低且较为接近。相关性分析结果见表，与、相互之间有极显著相关性，表明它们之间具有同源性。表 土壤重金属含量基本统计特征项目极小值极大值平均值 中值标准差 偏度峰度 变异系数富集系数 背景值 注：无量纲；重金属含量单位 ；
12、富集系数采用均值除以背景值所得。表 土壤重金属 相关性分析 在 水平（单侧）上显著相关；在 水平（单侧）上显著相关。正态 图和对数正态 图分析由表 偏度和峰度计算结果可知，种元素的偏度系数均为正值，右偏离，可能是由于人为活动等造成重金属元素不断富集。其中，、和 偏度较大，受到人类活动影响较为严重。从峰度来看，、和 峰度较大。利用 中的 图和 图可以分别得到各重金属元素的正态图、趋降正态图和对数正态图、趋降对数正态图。由于正态图可以显示均值附近是否聚集较多的落点，而趋降正态图表达落点数据在平均数周围的集中程度。因此，可以根据正态 图和对数正态 图确定均值附近是否聚集较多的落点，且越靠 年第 期环
13、 保 科 技 近两个极端落点越少，落点应该分布在趋势线的附近，正态的偏差可以看出落点是否集中在平均数周围即数据的集中程度。以 为例，对 的正态 图和对数正态 图（图、）进行分析可知，的点在正态 图和对数正态 图中都非常靠近直线，相比于趋降正态 和 图，的点在对数正态 图中更靠近均值周围，即数据的集中程度高，从而得到研究区域土壤中 元素含量呈正态分布。用同样的方法对其余 种元素进行分析，得到表层土壤的 种元素大多都是呈正态（或近似正态）或对数正态（或近似对数正态）的分布。图 的正态 图（上）和 的趋降正态 图（下）图 的正态 图（上）和 的趋降正态 图（下）土壤重金属污染评价单项污染指数及内梅罗
14、综合污染指数评价结果见表。从单项污染指数平均值来看，研究区域 种重金属的单项污染指数顺序为 ，土壤中 ，表明该区域的 呈重度污染；为 ，处于轻度污染；其余 种重金属，表明在该区域未受污染处于清洁状态。从综合污染指数来看，研究区域 种重金属的综合污染指数顺序为 ，重金属、的，表明该区域这 种重金属为重度污染状态；重金属 和 的 ，表明该区域这 种重金属为中度污染状 年第 期环 保 科 技 态；重金属 的 ，表明该区域重金属 为轻度污染状态。依据表 结果，重金属 处于警戒状态，处于清洁状态。表 土壤重金属污染指数项目单项污染指数法污染指数范围平均值污染等级综合污染指数法污染指数法 污染等级 重度污
15、染重度污染 清洁 清洁 清洁 中度污染 清洁 重度污染 清洁 轻度污染 清洁 中度污染 轻度污染 重度污染 清洁 警戒图 采样点污染负荷指数 污染负荷指数评价结果如图 所示，将成都平原第四系深层土元素含量作为背景值（见表），从采样点负荷指数来看，的点为、，点污染负荷指数最大，污染最为严重，属于极强污染。和 点 接近，处于无污染状态，其余点位均处于中等污染状态或强污染状态，区域污染负荷指数 为 ，可知该区域污染等级为强污染。由表 可知，污染负荷指数较大的点位以金属表面处理和黑色金属铸造业为主。潜在生态危害评价计算标准参比值采用 中农用地（非水田）土壤风险筛选值，潜在生态风险指数评价结果见表 所示
16、，研究区域 种重金属的潜在生态风险指数顺序为 ，除 外其它重金属的单项重金属潜在生态风险指数都小于，对研究区域土壤系统无潜在危害。的 为 ，处于很强状态。从土壤元素综合潜在生态风险指数 来看，点和点均大于，处于极强状态；点 为 ，处于强状态；、点 位于 ，处于中度状态；其余 个点位 均小于，处于轻度状态。个点位 平均值为 ，处于中等生态危害污染程度，其中 的贡献最大。综上，研究区域土壤 污染已达到中等生态危害污染程度，值得高度关注。因此，研究区域土壤应重点管控重金属污染物，该区域应合理调整涉重企业分布，鼓励相关企业治污设施升级，提高污染物治理水平。表 重金属潜在生态危害指数点位 年第 期环 保
17、 科 技 续表 点位 平均值 结论（）德阳市某工业园区周边农田土壤中 种重金属（、和）含量存在一定差异，和 的平均含量超过风险筛选值，其余重金属平均值均未超过风险筛选值。（）从单项污染指数平均值来看，研究区域 种重金属的单项污染指数顺序为 ，其中 呈重度污染，处于轻度污染，其余 种重金属相对处于清洁状态；种重金属的综合污染指数顺序为 ，重金属、为重度污染，和 为中度污染，为轻度污染状态，处于警戒状态，处于相对清洁状态。（）从污染负荷指数评价来看，个采样点中除 和 点位处于无污染状态，其余点位均处于中等污染状态或强污染状态。区域污染负荷指数为 ，为强污染状态。农田土壤重金属污染具有中等生态危害风
18、险，其中，污染的潜在生态危害相对较大，应引起有关部门高度重视。参 考 文 献 陈能场，郑煜基，何晓峰，等 全国土壤污染状况调查公报探析 农业环境科学学报，（）：，：，：王会镇，卜兴兵，张凯鑫，等 成都绕城高速两侧土壤重金属含量测定及健康风险评价 四川环境，（）：骆占斌，陈浮，张旺园，等 再生铅厂土壤重金属污染及健康风险评价 环境科学与技术，（）：李如忠，潘成荣，陈婧，等 铜陵市区表土与灰尘重金属污染健康风险评估 中国环境科学，（）：曹冉，孜比布拉司马义，杨胜天，等 典型蔬菜基地土壤重金属健康风险评价 江苏农业科学，（）：杨乐，王春森，夏建国 成乐高速两侧农田土壤重金属污染及潜在生态危害评价 四川农业大学学报，（）：，吴远航，朱红梅，秦俊虎 铅锌矿区稻田土壤中重金属形态分析及生态风险评价 环保科技，（）：，刘应平 成都平原土壤地球化学组成及其生态响应研究 成都：成都理工大学，：，：年第 期环 保 科 技
