土壤生態地球化學風險評價

趙西強　王存龍　喻超

摘要以全國土地污染防治項目取得的地球化學數據為基礎，對樂陵-河口地區土壤重金屬含量水平、污染現狀、主要來源進行系統研究，并在研究區內開展土壤生態地球化學風險評價，結果表明：表層土壤中元素 Cd、Hg、Pb富集系數較大，其平均含量分別為0.16 mg/kg、0.030 mg/kg、21.8 mg/kg，表現出明顯的表層富集特征。區內土壤重金屬元素潛在生態危害輕微級達到90.07%，中等的占9.58%，強的占0.35%，沒有很強和極強級別，土壤潛在生態危害不很嚴重。Hg、Cd、As 3種元素對土壤危害的貢獻率之和達到86.55%，Hg是調查區土壤污染最嚴重和危害最大的重金屬元素，其生態危害貢獻率就達到了48.03%；Cd次之，強和很強生態危害等級以上的土壤樣品占總數的0.32%；土壤重金屬元素危害程度從大到小的排序為Hg>Cd> Pb>As>Cu>Ni>Cr>Zn。該研究在制定重金屬污染防治對策、進行土壤環境質量保護等方面具有重要的指導作用。

關鍵詞土壤重金屬污染；生態地球化學；風險評價；樂陵-河口

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09906-04

The Soil Ecological Geochemistry Risk Assessment——A Case Study in Leling Estuary Area

ZHAO Xiqiang， WANG Cunlong， YU Chao

（Shandong Institute of Geological Survey， Jinan， Shandong 250013）

AbstractBased on the geochemical data obtained from the national project about the prevention and control of soil contamination， through studying on the pollution investigation and the temporal and spatial variation of soil heavy metal， this study analyzed the pollution status and dynamic changes of soil heavy metals profoundly and systematically， carried out ecological geochemical assessment of risk in the study area. The results showed that： potential ecological risk of heavy metals in the soil was in slight level. The contribution the elements Hg， Cd， As in soil damage reached 86.55%. The contribution of the ecological hazards of the element Hg reached 48.03%. The samples that the degree of ecological hazard of Hg are very serious and extremely serious accounted for 9.69% of the total， The contribution of Hg in ecological hazard only reach 44.64% among the three elements； The samples of Cd above the level of serious ecological hazards accounted for 0.32% .The elements sorted in descending in ecological hazard is Hg> Cd> Pb> As> Cu> Ni> Cr> Zn. This study will provide technical support for heavy metal pollution prevention and soil environmental quality protection.

Key wordsSoil heavy mental pollution； Ecogeochemical； Risk assessment； LelingEstuary

調查區位于山東省北部邊緣，涉及德州、濱州、東營3市所轄10個縣（市、區）部分地區，面積1.00萬km2。地理坐標為116°15′～119°15′ E，37°28′～38°22′ N。區內屬于暖溫帶大陸型季風氣候區，四季分明，春季干旱少雨多風；夏季炎熱多雨濕度大；秋季旱澇不均；冬季嚴寒干燥，雨雪稀少。區內水系十分發育，馬頰河、徒駭河、德惠新河獨流入海，多為季節性河流。衛運河及漳衛運河在工作區西北、北部穿過，為山東省與河北省的界河。馬頰河從陵縣進入工作區，橫貫測區的寧津、樂陵、慶云到無棣縣北部入渤海，是區內的主要河流。徒駭河從沾化縣進入工作區，南北向穿越工作區，北入渤海。區內除無棣縣碣石山有小面積的新生代玄武巖出露外，其余全為第四紀松散沉積物覆蓋。地形較為平坦。地面標高一般小于70 m，總的地勢為西高東低，自南西向北東微傾。按地貌成因類型可劃分為黃河沖積平原、沖海積平原、現代黃河三角洲平原3種地貌單元[1-3]。近年來，由于化肥、農藥的大量使用和城鎮污廢水排放，區內土壤環境質量污染嚴重。

1樣品采集與分析

1.1樣品采集

根據“多目標區域地球化學調查規范”技術要求[4]，中國地質調查局現已開展的多目標地球化學調查項目分別采用1個樣/km2、1個樣/4 km2組合分析樣采集表層土壤樣品，采樣深度0～20 cm，以1個樣/4 km2、1個樣/16 km2組合分析樣采集深層土壤樣品，采樣深度150～200 cm。為使采集的土壤樣品具有代表性并兼顧均勻性與合理性，應在采樣小格中心100 m范圍內3～5處多點采集組合，樣品重量大于1 000 g。樣品分析As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等54項元素和指標[5]。

1.2樣品測試分析

樣品分析測試由湖北省地質實驗研究所完成。元素As、Hg采用原子熒光光譜法（AFS）分析，元素Cd、Cu、Ni、Pb、Zn用等離子質譜法（ICP-MS）分析，Cr元素采用X射線熒光光譜法（XRF）測試。樣品測試分析方法檢出限均低于規范要求，其中As、Hg的檢出限分別為0.2 mg/kg、0.4 μg/kg，Cd的檢出限為0.02 mg/kg，Cu、Cr、Ni、Pb、Zn的檢出限分別為0.1 mg/kg、2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.5 mg/kg。

分析過程插入國家一級標準物質及5%密碼重復樣對元素的分析質量進行監控，對國家一級標準物質及密碼重復樣的計算結果表明元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn分析準確度和精密度分別控制在0.01～0.03、 2%～4%，遠低于規范質量標準。密碼重復樣合格率均大于85%，顯示樣品分析的重復性較好，達到分析測試規范要求。并經中國地質調查局專家驗收通過，評分91分，評定等級為優秀級。該研究所引用的分析數據，質量優秀、真實可靠。

1.3數據處理

該研究參照中國地質調查局《土壤地球化學基準值與背景值研究若干要求》統計全區及各統計單元的基準值和背景值，是針對統計樣品數不少于30個而言。當單元統計樣品數較少（不足30個）時，則用中位數值（Xme）代表基準值，算術平均值加減2倍算術標準偏差（Xme±2S）代表基準值變化范圍。背景值的求取方法與基準值相同。對于區域性數據的成圖采用MapGIS軟件參照多目標區域地球化學調查規范執行并繪制。

2結果與分析

2.1重金屬元素含量特征

樂陵-河口地區土壤重金屬元素含量參數統計見表1。由表1可見，深層土壤中重金屬元素含量范圍變化不大，其平均含量相比山東土壤背景和全國土壤背景較為接近。相對于深層土壤，表層土壤中元素 As、Cr、Cu、Ni、Zn的平均含量較為接近，而Cd、Hg、Pb富集系數較大，其平均含量分別為0.16 mg/kg、0.030 mg/kg、21.8 mg/kg，表現出明顯的表層富集特征。與山東土壤背景和全國土壤背景相比，表層土壤中As、Cd、Cr、Ni的含量水平較高，Cu、Pb的含量水平較低，其中Cd平均含量分別為山東土壤背景的1.9倍，說明研究區內表層土壤中As、Cd、Cr、Ni的污染程度略高，Cu、Pb的污染水平較低。

2.2土壤重金屬污染評價

土壤重金屬元素污染等級劃分是土壤重金屬環境污染評價的基礎，是全國土地質量調查與污染防治成果工作的重要組成部分。污染等級劃分是以土壤元素基準值為基礎，以基準值上限的n倍（n=1，2，3）對土壤重金屬含量進行污染等級分等，以確定土壤重金屬污染的程度，為土地質量等級評估、生態地球化學預警及土壤污染治理提供基礎地球化學依據[7-9]。

2.2.1重金屬污染單因子評價。

土壤重金屬元素單因子評價采用污染分指數法，逐一計算土壤中重金屬的污染分指數，以確定其污染程度。土壤中重金屬污染分指數計算式為：