濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤重金屬背景值及質(zhì)量評(píng)價(jià)

古德寧，李光明，張兆海，楊玉璟，盛 杰，馬紅磊，張獻(xiàn)花

濮陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，河南 濮陽(yáng) 457000

濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)位于濮陽(yáng)市主城區(qū)東部，規(guī)劃面積27 km2，與其他產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)一樣，工業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，依托現(xiàn)有資源形成了化工、新能源新材料和裝備制造三大支柱產(chǎn)業(yè)，其中天能集團(tuán)(濮陽(yáng))循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園廢舊鉛蓄電池?zé)o害化循環(huán)再生利用生產(chǎn)基地正在建設(shè)中。雖然企業(yè)目前仍處于前期的基建階段，污染相對(duì)較少，但在投產(chǎn)以后，一些工業(yè)原料和中間產(chǎn)物或多或少都會(huì)對(duì)土壤等環(huán)境造成一定的影響。因此，該文選在濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)建設(shè)初期，區(qū)內(nèi)化工、涉重企業(yè)還沒(méi)有進(jìn)駐或正在進(jìn)行土建工程，對(duì)濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行土壤重金屬含量背景研究，獲得區(qū)內(nèi)重金屬含量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)今后該地區(qū)環(huán)境污染變化趨勢(shì)、開(kāi)展工業(yè)園區(qū)土壤監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)環(huán)境規(guī)劃和管理以及深入開(kāi)展環(huán)境生態(tài)和土壤科學(xué)的研究均有十分重要的參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集和處理

2013年8月在濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)內(nèi)部及其周邊地區(qū)按網(wǎng)絡(luò)法(800 m×800 m)均勻布設(shè)調(diào)查點(diǎn)位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定10 m×10 m的采樣區(qū)域，視面積、土壤組成均勻程度和地勢(shì)實(shí)際情況選用蛇形、對(duì)角線(xiàn)、梅花形等方法布設(shè)5個(gè)點(diǎn)采集5個(gè)樣品，再把這5個(gè)樣品混合成1個(gè)樣品，采用GPS精確定位，土壤采樣深度為0～20 cm，每個(gè)樣品約重2 kg，共采集46個(gè)樣品。

土壤樣品采回實(shí)驗(yàn)后，置于陰暗、通風(fēng)、避光處自然風(fēng)干，除去土壤中混雜的石塊、動(dòng)植物殘?bào)w等，采用四分法將樣品破碎，過(guò)0.150 mm篩，裝瓶并儲(chǔ)存于干燥器中備用。

1.2 土壤樣品分析

土壤樣品主要測(cè)定 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd 和 Ni 6種重金屬總量，測(cè)定方法:土樣用王水-HF-HClO4法消煮，用 ICP(2100DV)和石墨爐原子吸收(700 P)檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)中采用土壤基體標(biāo)準(zhǔn)-黑鈣土進(jìn)行質(zhì)量控制，同時(shí)進(jìn)行全程空白實(shí)驗(yàn)，不少于10%的平行樣。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 污染負(fù)荷指數(shù)法

污染負(fù)荷指數(shù)法(Pollution Load Index)是對(duì)流域水系沉積物進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法之一［1］。該指數(shù)由評(píng)價(jià)區(qū)域中所包含的各種重金屬因子共同構(gòu)成，能直觀(guān)地反映各種重金屬元素對(duì)區(qū)域污染的貢獻(xiàn)程度以及重金屬元素在時(shí)空的變化趨勢(shì)，計(jì)算公式:

式中:CFi為元素i的最高污染系數(shù);Ci為元素i的實(shí)測(cè)含量，mg/kg;C0i為元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/kg;PLI為某一點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù);PLIzone為區(qū)域污染負(fù)荷指數(shù);n為評(píng)價(jià)的樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

取《河南土壤》所列潮土的相應(yīng)重金屬背景值作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)［2］，根據(jù)PLI的大小，可將重金屬污染程度劃分為4個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表1。

1.3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

Hakanson［3］提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法是目前應(yīng)用較多的評(píng)價(jià)沉積物中重金屬生態(tài)危害的方法，該方法從沉積物中重金屬相對(duì)于工業(yè)化以前沉積物的最高背景值的比值［4］以及將重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與生物性系數(shù)聯(lián)系起來(lái)，潛在生態(tài)危害指數(shù)計(jì)算公式:

表2 重金屬潛在生態(tài)危害程度的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 工業(yè)園區(qū)土壤重金屬背景值

工業(yè)園區(qū)土壤重金屬背景值的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 工業(yè)園區(qū)土壤重金屬背景值測(cè)定結(jié)果

由表3可知:Cu為36.2(14.5～85.0)mg/kg，Zn為 118(60.4 ～262)mg/kg，Pb 為 49.2(25.1～112)mg/kg，Cr為40.6(23.8～59.4)mg/kg，Cd 為 0.125(0.0300 ～ 0.310)mg/kg，Ni為15.3(9.15～25.2)mg/kg。與國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值和河南省土壤元素背景值相比，工業(yè)園區(qū)土壤重金屬 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量分別是國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的 0.362、0.393、0.141、0.116、0.125、0.255 倍，是河南省土壤元素背景值的 1.69、1.81、3.42、0.757、1.39、0.614倍。其中重金屬 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量最高值分別是國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的0.850、0.873、0.320、0.170、0.310、0.420 倍，是河南省土壤元素背景值的 3.97、4.02、7.78、1.11、3.44、1.01倍?？梢?jiàn)，濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤重金屬含量滿(mǎn)足國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，但與河南省土壤重金屬背景值相比，工業(yè)園區(qū)土壤重金屬 Cu、Zn、Pb、Cd出現(xiàn)明顯的富集特征，且富集程度從高到低的排序?yàn)镻b＞Zn＞Cu＞Cd，尤其是Pb的富集程度最高。

變異系數(shù)反映了總體樣本中各采樣點(diǎn)的平均變異程度。從表3中的變異系數(shù)可以看出，重金屬含量變異系數(shù)高達(dá)21.5% ～62.4%，其中，以Cd和Pb的變異系數(shù)最大，Cr和Ni最小，Cu和Zn居中并且數(shù)值相近，說(shuō)明工業(yè)園區(qū)重金屬Cd、Pb、Cu、Zn的分布不均勻，受外界干擾比較大，說(shuō)明該區(qū)土壤正在受人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)的影響，土壤質(zhì)量演變值得關(guān)注。

2.2 工業(yè)園區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.2.1 污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)

以河南土壤重金屬背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用污染負(fù)荷指數(shù)法對(duì)工業(yè)園區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可以看出:工業(yè)園區(qū)內(nèi)Cr和Ni污染等級(jí)為0，污染程度為無(wú)污染;Cu、Zn、Cd污染等級(jí)為Ⅰ，污染程度為中等污染;Pb污染等級(jí)為Ⅲ，污染程度為極強(qiáng)污染;土壤中重金屬污染程度從重到輕順序?yàn)镻b＞Zn＞Cu＞Cd。工業(yè)園區(qū)點(diǎn)位 PLI為0.710～2.42，PLIzone為1.26，污染等級(jí)為Ⅰ，污染程度為中等污染，表明工業(yè)園區(qū)土壤重金屬總體呈上升趨勢(shì)。

表4 工業(yè)園區(qū)土壤重金屬污染負(fù)荷指數(shù)法評(píng)價(jià)

2.2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)

根據(jù)計(jì)算公式，以河南土壤重金屬背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)園區(qū)土壤中重金屬的Eir和污染指數(shù)RI的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，Eir為0.046～1.81，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于40，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度較低;RI為0.344～1.06，均值為0.563，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于150，屬輕微生態(tài)危害?？傮w而言，工業(yè)園區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)危害程度等級(jí)為輕微。

表5 工業(yè)園區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果比較

經(jīng)2種評(píng)價(jià)結(jié)果的分析比較(表6)可知，濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤中Zn為首要污染因素。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也要關(guān)注Pb、Cd含量變化趨勢(shì)，避免造成土壤重金屬污染。

表6 2種評(píng)價(jià)方法結(jié)果比較

3 結(jié)論

1)濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤重金屬含量分析可知，工業(yè)園區(qū)土壤中 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的背景值分別為 36.2、118、49.2、40.6、0.125、15.3 mg/kg。其中，Cu、Zn、Pb、Cd的含量分別為河南省土壤重金屬背景值的 1.69、1.81、3.42、1.39 倍;Cu、Zn、Pb、Cd出現(xiàn)明顯的富集特征，尤其是Pb的富集程度最高。

2)采用污染負(fù)荷指數(shù)法對(duì)濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果表明，工業(yè)園區(qū)土壤污染程度總體上為中等污染，重金屬污染程度從重到輕順序?yàn)镻b＞Zn＞Cu＞Cd，其中Pb表現(xiàn)為極強(qiáng)污染，Cu、Zn、Cd 為中等污染。

3)采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果表明，土壤中6種重金屬的污染指數(shù)為0.344～1.06，多種重金屬總潛在生態(tài)危害程度等級(jí)為輕微。

4)濮陽(yáng)工業(yè)園區(qū)土壤中Zn為首要污染因素，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)要關(guān)注Pb、Cd含量變化趨勢(shì)。

［1］王英英，錢(qián)蜀，萬(wàn)旭，等．攀西區(qū)域涉重重金屬典型企業(yè)周邊環(huán)境特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［J］．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2004，30(1):13-19．

［2］河南省土壤普查辦公室，河南土壤［M］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2004:559-592．

［3］Hakanson L．An ecological risk index for aquatic pollution control:A sedimentological approach ［J］．Water Research，1980，14(8):975-1 001．

［4］張曉舉，于海洋，丁龍，等．秦皇島石河口海域沉積物重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2004，30(1):1-5．