遼寧沈撫污灌區土壤重金屬環境質量評價

綦巍，王恩德，曾婧

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110004；2.遼寧省國土資源廳，遼寧沈陽110032）

遼寧沈撫污灌區土壤重金屬環境質量評價

綦巍1,2，王恩德1，曾婧1

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110004；2.遼寧省國土資源廳，遼寧沈陽110032）

遼寧省沈撫污灌區自上世紀60年代以來開始接受污水灌溉，直到2000年左右才停止.由于長期接受污水灌溉，土壤污染比較嚴重.通過分析污灌區的土壤中4種重金屬元素Zn、Cu、Pb、Cd含量，采用地質累積指數評價方法，對其地球化學特征及空間分布進行了探討.結果表明：元素Cu和Zn的污染范圍最廣，元素Cd的污染程度最高，4種重金屬元素污染程度排序為Cu＞Zn＞Cd＞Pb.各元素在空間上造成的污染排序如下：李石寨（樣點7）＞三寶屯（樣點1）＞劉爾屯（樣點5）＞四方臺（樣點8）＞小瓦村（樣點15）.

沈撫污灌區；重金屬地球化學；環境質量評價；地質累積指數；遼寧省

Abstract：The Shenyang-Fushun area had been irrigated by industrial and life sewage since 1960s until 2000.The soil pollution is serious for the long-term of sewage irrigation.The contents of heavy metal elements of Zn,Cu,Pb and Cd in the soil of the irrigation area are analyzed to probe their geochemical characteristics and spatial distribution.The results show that,Cu and Zn have the widest range of pollution,while Cd has the highest pollution level.Generally,the pollution degree of the four elements is in the order:Cu＞Zn＞Cd＞Pb.The extent of pollution caused by these elements in space is as follows:Lishizhai（S07）＞Sanbaotun（S01）＞Liuertun（S05）＞Sifangtai（S08）＞Xiaowacuny（S15）.

Key words：Shenyang-Fushun sewage irrigation area;heavy metal geochemistry;l environmental quality assessment;geoaccumulation index;Liaoning Province

0 引言

污水灌溉是迄今為止最主要的廢水利用方式，其目的是利用污水中含有的氮、磷等的營養元素.自20世紀50年代以來在全世界范圍內（尤其在干旱－半干旱地區）得到了廣泛應用，污水灌溉有效解決了農田缺水、補充土壤養分和污水凈化等問題.我國也于20世紀50年代末至60年代初開始有組織的大規模污灌，在20世紀70～90年代得到迅速的發展.據統計，全國污灌面積在1998年達361.8×104hm2，是1963年的88倍之多，占全國灌溉總面積的7.3%［1］.污水灌溉在帶來作物高產，緩解污水處理壓力的同時，也導致農田的嚴重污染.污水中含有的微量重金屬Cd、Cu、Zn、Pb等，在污灌區內長期積累并通過食物鏈進入人體，對居民的健康造成嚴重影響［2］.本文通過野外采樣、實驗分析等方法研究灌區的重金屬元素地球化學性質和遷移過程，對遼寧沈撫灌區進行污染評價.

1 研究區概況

沈撫灌區位于沈陽市和撫順市之間，地理位置為東經123°21′～123°45′，北緯41°39′～41°51′，屬于季風影響的濕潤—半濕暖溫帶大陸性氣候，年平均氣溫6～8℃，年均降雨量為650～800 mm，年蒸發強度為1440 mm，冬季最低氣溫可達－32℃.

沈撫灌渠自1960年開始修建，干渠全長約70 km，始自撫順市石油二廠，沿途接納撫順市數十家企業排放的工業廢水和生活污水，總計約25×104t，于沈陽市東陵區深井子鎮進入沈陽，最后匯入太子河.1973年又修建了東陵支渠，污灌面積進一步擴大到1.3×104hm2.它是我國污水灌溉年限較長、面積最大的石油污水灌區［3］.

2 方法

2.1 樣品采集

本次樣品采集采用網格化布點，以1 km×1 km為一小格在研究區面積約15 km2的范圍內選取15個樣點，采集其0～20 cm深度的土壤，共采集土壤樣品15件.

2.2 測試方法

土壤樣品自然風干后過100目尼龍篩.樣品經過HCl－HNO3－HClO4消化處理后，用AA240FS型原子吸收分光光度計測定土壤樣品中Zn、Cu、Pb、Cd的含量.

2.3 地質累積指數法

根據國家土壤環境質量標準，運用地質累積指數法進行研究區土壤污染程度評價.地質累積指數（geoaccumulation index）是20世紀60年代晚期在歐洲發展起來的廣泛用于研究沉積物中重金屬污染程度的定量指標，尤其用于研究現代沉積物中重金屬污染的評價［4-7］.地質累積指數的計算式為：

式中Cn是元素n在沉積物中的濃度；Bn是沉積物中該元素的地球化學背景值；k是考慮各地巖石差異可能會引起背景值的變動而取的系數（一般取值為1.5）.

地質累積指數共分為0～6級，表示污染程度由無至極強.最高一級（6級）的元素含量可能是背景值的幾百倍.Igeo值與重金屬污染程度的關系見表1.

表1 地質累積指數與污染程度分級Table1 Contamination degree corresponding to geoaccumulation index

在應用地質累積指數法評價沉積物重金屬污染時，應選擇與沉積物有顯著聯系的地球化學背景值.由此而進行的污染狀況分析才能更真實地反映實時污染程度.為此，本文所分析的4種重金屬元素的背景值參考了遼寧省土壤環境重金屬背景值［8］（見表2）.

表2 各樣點土壤中重金屬元素含量統計特征Table2 Statistic eigenvalue of heavy metal elements in the soil samples

3 結果分析

3.1 土壤中重金屬元素基本統計特征

土壤中重金屬元素總量主要與成土母質有關，同時還受到成土過程中的淋洗、風化及植物吸收富集、歸還以及人類活動等因素影響.研究區土壤重金屬總量見表2、圖1.

圖1 土壤中4種重金屬元素等值線圖Fig.1 Contour maps of four heavy metal elements in the soil

由測試結果可知（表2、3），研究區土壤中Zn含量的變化范圍為32.93×10－6～197.85×10－6，平均值82.47×10－6，變異系數0.47.所有樣點的Zn含量都超過了背景值，13個樣點的Zn含量超過了背景值的100%以上，其中樣點7（李石寨）超過背景值的602%，樣點8（四方臺）超過背景值的328%，樣點5（劉爾屯）超過背景值的298%.

表3 研究區土壤中重金屬元素超出背景值的百分比含量Table3 The percentage of heavy metal element contents in contrast to the background value

Cu含量的變化范圍為17.14×10－6～49.89×10－6，平均值32.79×10－6，變異系數0.26.所有樣點的Cu含量都超過了背景值，14個樣點的Cu含量超過了背景值的100%，其中樣點7（李石寨）超過背景值的405%，樣點8（四方臺）超過背景值的359%，樣點15（小瓦村）超過背景值的341%，此外還有7個樣點超過背景值的200%.

Pb含量的變化范圍為4.13×10－6～49.25×10－6，平均值20.27×10－6，變異系數0.62.11個樣點的Pb含量超過了背景值，5個樣點的Pb含量超過了背景值的100%以上，其中，樣點8（四方臺）超過背景值的382%，樣點7（李石寨）超過背景值的357%.

Cd含量的變化范圍為0.005×10-6～0.88×10-6，平均值0.18×10-6，變異系數1.38.7個樣點的Cd含量超過了背景值200%以上，其中樣點9超過背景值的1696%，樣點1（三寶屯）超過背景值的757%，樣點7（李石寨）超過背景值的635%，樣點5（劉爾屯）超過背景值的595%，樣點15（小瓦村）超過背景值的573%.

3.2 土壤環境質量評價

應用地質累積指數公式，以遼寧省土壤背景值為地球化學背景值［8］，計算評價結果如表4.

表4 研究區土壤采樣點地累積指數值Table4 Geoaccumulation indes and its grading for the soil in studied area

綜合分析可知，研究區重金屬元素Cu造成的污染范圍比較廣泛，8個樣點有中度污染，5個樣點有輕度污染；其次是元素Zn，1個樣點（樣點7-李石寨）有中—強污染，4個樣點有中度污染，6個樣點有輕度污染；元素Cd，在7個樣點有污染，其中1個樣點（樣點9）有強度污染，3個樣點有中—強度污染，2個樣點有中度污染；元素Pb在7個樣點有污染，其中2個有中度污染，其他為輕度污染.

整體來看，研究區4種重金屬元素污染程度排序為：Cu＞Zn＞Cd＞Pb.就各重金屬元素的空間分布來看，各地區的污染程度自大至小為：李石寨（樣點7）＞三寶屯（樣點1）＞劉爾屯（樣點5）＞四方臺（樣點8）＞小瓦村（樣點15）.

4 結論

（1）通過基本統計分析得出：研究區內4種重金屬元素Zn、Cu、Pb、Cd中，元素Cu和Zn造成的污染最為廣泛，所有采樣點的元素含量都超過其背景值；元素Cd所造成的污染最為嚴重，1個樣點有強度污染，3個樣點有中有中—強污染；Pb的污染程度相對較輕.

（2）通過地質累積指數法進行污染評價，結果表明，研究區4種重金屬元素污染程度排序為：Cu＞Zn＞Cd＞Pb.就各重金屬元素的空間分布來看，各地區的污染程度自大至小為：李石寨（樣點7）＞三寶屯（樣點1）＞劉爾屯（樣點5）＞四方臺（樣點8）＞小瓦村（樣點15）.

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ENVIRONMENTAL QUALITY ASSESSMENT OF SOIL HEAVY METALS IN THE SHENYANG-FUSHUN SEWAGE IRRIGATION AREA,LIAONING PROVINCE

QI Wei1,2,WANG En-de1,ZENG Jing1
（1.School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110004,China;2.Liaoning Bureau of Land and Resources,Shenyang 110032,China）

1671－1947（2012）04－0410－04

P595；X144；X825

A

2012－05－21；

2012－05－29.編輯：張哲.

綦巍（1968—），男，教授級高工，東北大學博士研究生，通信地址沈陽市北陵大街29號，E-mail//lnqiwei@163.com

王恩德（1957—），男，東北大學教授，博士生導師.