晉南某鋼鐵廠及周邊土壤重金屬污染與潛在生態風險

陳軼楠，馬建華，張永清

1. 河南大學環境與資源研究所，河南 開封 475004；2. 山西師范大學城市與環境科學學院，山西 臨汾 041000

晉南某鋼鐵廠及周邊土壤重金屬污染與潛在生態風險

陳軼楠1，馬建華1，張永清2*

1. 河南大學環境與資源研究所，河南 開封 475004；2. 山西師范大學城市與環境科學學院，山西 臨汾 041000

以晉南某鋼鐵廠土壤及周邊農田表層土壤（0～20 cm）為對象，共設置49個采樣點，用原子吸收法測定土壤Cd、Cr、Mn、Ni、Pb和Zn的質量分數，采用地積累指數法開展土壤重金屬污染評價，潛在生態風險指數法進行潛在生態風險評價，并采用因子分析法對鋼鐵廠周邊農田土壤重金屬進行判源分析。結果表明：土壤重金屬質量分數不同程度高于山西省土壤背景值，土壤Pb積累最為明顯，存在偏中至中等污染。6種重金屬潛在生態風險（E）大小順序為：Cd（53.16）>Pb（21.17）>Ni（3.14）>Cr（3.38）>Mn（1.04）>Zn（1.1）。6種重金屬的綜合潛在生態風險指數（RI）平均為87.54，總體上屬中等生態風險。Cd對RI的平均貢獻率為60.05%，是主要的致險因子。煉鐵廠區土壤污染比較嚴重，存在較強的潛在生態風險；廠區周圍農田土壤重金屬污染較輕，為輕微風險等級。鋼鐵廠周邊農田土壤中的Mn和Ni屬于自然源重金屬，Cr和Cd屬于混合源重金屬，Zn和Pb屬于工業源重金屬。本研究可為本區土壤重金屬環境污染與治理提供科學依據，同時為土壤重金屬潛在生態風險評價提供更多案例研究。

鋼鐵廠；土壤重金屬；地積累指數；潛在生態風險

重金屬在土壤中的積累不僅直接影響土壤理化性狀、降低土壤生物活性、阻礙養分有效供應（王學鋒等，2003），而且可通過食物鏈富集，威脅人體健康（蔡立梅等，2008），因此土壤重金屬污染是當今環境科學關注的重要內容之一。國內外很多學者對不同工業區周邊土壤的重金屬含量、分布、來源、污染狀況等曾開展過大量研究（Wang et al.，2006；Lee et al.，2006；孫宏飛等，2009；鄧超冰等，2009；Yang et al.，2010；趙秀峰等，2010；Peter et al.，2010；Mapani et al.，2010；郭偉等，2011； Wang et al.，2012；黃興星等，2012；陸泗進等，2014；張廣勝等，2015），但對工業企業內部的土壤重金屬污染差異研究較少。H?kanson（1980）首次提出了水體沉積物的潛在生態風險評價方法，并針對其所研究的 8種污染物制定了單項風險指數（E）和綜合風險指數（RI）及其分級標準。雖然很多學者將其引入到不同類型的工業區周邊土壤重金屬潛在生態風險的研究中（王博等，2013；Hashemi et al.，2013；Ogunkunle et al.，2013； Olafisoye et al.，2013；Dabkowska-naskret等，2014），但多數研究并沒有根據其所研究的污染物種類和數量，對風險指數分級標準進行必要的調整，影響了評價結果的可靠性（馬建華等，2011）。少數研究雖對該分級標準進行了一定調整，但沒有給出具體的調整方法，且分級標準各不一致（徐清等，2008；Zhu et al.，2012；陳秀瑞等，2012），因此迫切需要規范的風險指數分級方法。

本文以山西省南部某鋼鐵企業內部及周邊土壤為例，對 H?kanson潛在生態風險指數分級標準進行適當調整，建立適合本研究的E和RI分級標準，開展土壤重金屬（Cd、Cr、Mn、Ni、Pb和Zn）潛在生態風險評價；同時用地積累指數法開展重金屬污染評價，用因子分析法開展重金屬判源分析。旨在為該區土壤污染與治理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本研究的鋼鐵廠位于晉西南地區，四周環山，中間為川地。屬溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫12.6 ℃，年均降雨量525 mm，全年主導風向為EN和WS。地帶性土壤類型為褐土。礦產資源豐富，是山西省重要的能源和工業基地之一，煤、焦、鐵 3大行業是其經濟支柱，產值占其工業總產值的70%。該鋼鐵廠始建于1958年，是一個集采礦、燒結、煉焦、煉鐵、煉鋼、軋材等工藝配套的大型鋼鐵聯合企業，廠區周邊分布有大面積的農田。

1.2 樣品采集

在鋼鐵廠不同廠區及其周邊農田隨機布點采樣，其中在煉鋼廠（Lg）、煉鐵廠（Lt）、球團廠（Qt）、燒結廠（Sj）、焦化廠（Jh）、生活區（Sh）、距離廠區400 m以內的近廠區（Jc）、距離廠區400～1000 m的遠廠區（Yc）分別布設5、7、4、5、10、6、8、4個樣點，共49個樣點（圖1）。每個采集點上，首先按照“梅花形”布點法采集5個表土（0～20 cm）子樣；然后將子樣充分混合，挑出植物殘體和礫石后裝入塑料自封袋中，備用。

圖1 鋼鐵廠及周邊農田土壤樣點分布圖Fig. 1 Location of the sample sites in the steel factory and farmland

1.3 樣品處理與重金屬測定方法

將樣品風干、碾磨，全部過100目尼龍篩。樣品處理采用HCl-HNO3-HClO4-HF消解體系（GB/T 17141─1997）。土壤Cd和Pb用石墨爐原子吸收法（G-AAS）測定，Cr、Mn、Ni和Zn用火焰原子吸收法（F-AAS）測定。儀器是AAS nov AA 400原子吸收分光光度計（德國耶拿）。測定過程中，所有樣品均由空白樣、二次平行樣和加標回收率進行質量控制。二次平行試驗的相對偏差均在5%以內，樣品加標回收率在95.8%～102.38%之間。

1.4 土壤重金屬污染與潛在生態風險評價方法

1.4.1 地積累指數法

土壤重金屬污染評價使用地積累指數法（index of geoaccumulation，Igeo），其計算公式為（Müller，1969）：

式中，Cn為土壤重金屬n的實測質量分數，Bn是土壤重金屬n的地球化學背景值，1.5為消除各地土壤元素背景值變動的系數。依據Igeo進行污染評價的分級標準為：Igeo<0為無污染，05為極重污染。

1.4.2 潛在生態風險指數法

土壤潛在生態風險評價采用潛在生態風險指數（ecological risk index，RI）法（H?kanson，1980），其計算公式為：

式中，RIj為j樣點多種重金屬綜合潛在生態風險指數，ijE為j樣點重金屬i的單項潛在生態風險指數，iT為重金屬 i的毒性響應系數（TCd=30>TPb=TNi=5>TCr=2>TZn=TMn=1)（徐爭啟等，2008），ijC 為重金屬i的污染指數，ijc為j樣點土壤重金屬i的實測質量分數，irc為重金屬i的參比質量分數。H?kanson（1980）研究了湖積物中8種污染物的潛在生態風險，分別提出了E和RI的分級標準，但從式（2）可見，RI的大小與參評污染物的種類和數量有關，因此應用 RI進行生態風險評價時，應該根據參評污染物的種類和數量對其進行調整（馬建華等，2011）。

2 結果與討論

2.1 土壤重金屬質量分數分析

鋼鐵廠及周邊農田土壤重金屬Cd、Cr、Mn、Ni、Pb和Zn的平均質量分數分別為0.23、148.97、767.55、22.52、75.22和 92.82 mg·kg-1（圖 2）。6種土壤重金屬質量分數的變異系數在 17.69%～ 55.26%之間，均屬中等變異。各個重金屬都出現了較多的異常值，表明土壤重金屬質量分數受鋼鐵廠人類活動影響強烈，區域差異比較明顯。

圖2 土壤重金屬質量分數箱線圖Fig. 2 Box plots of heavy metal concentrations of soils

不同采樣區域土壤重金屬的平均質量分數見表1。各采樣區Pb平均質量分數達到背景值的5.11倍，除 Ni外，其他重金屬的平均質量分數也都不同程度的超過了山西省表土背景值（中國環境監測總站，1990）。鋼鐵廠內土壤重金屬平均質量分數高于其周圍農田。廠區內土壤重金屬質量分數也有很大變化，其中冶煉廠區（包括煉鋼廠和煉鐵廠）的土壤重金屬平均質量分數最高，職工生活區土壤Cr、Mn和Pb的質量分數也比較高。遠離廠區的農田土壤Cr、Mn和Ni的質量分數高于近廠區土壤。職工生活區土壤中部分重金屬質量分數較高的原因，一方面是由于其位于廠區之內（見圖 1），含重金屬的粉塵沉降較多；另一方面生活垃圾和家庭轎車廢棄排放量高于其他廠區土壤。遠離廠區的農田土壤某些重金屬質量分數高于近廠區土壤的原因可能是由于其接近廠區高架點狀污染源的最大落地濃度和距離的緣故（陳雁平等，2009）。

表1 不同采樣區域土壤重金屬平均質量分數Table 1 Average concentration of soil heavy metals in different sampling areas

2.2 土壤重金屬污染評價

以山西省表土重金屬背景值（中國環境監測總站，1990）作為基準值（Bn），應用式（1）計算得到鋼廠及其周邊農田土壤6種重金屬的Igeo值（表2）。各個重金屬Igeo均值的大小順序為：Pb（1.65）>Cr（0.53）>Cd（0.20）>Zn（-0.37）>Mn（-0.24）>Ni（-1.15）。絕大部分樣點的Ni、Mn和Zn沒有發生污染，未污染樣點數分別占樣點總數的 100%、75.25%和80.2%；土壤Cr污染較輕，未污染、輕污染、偏中污染和中污染的樣點數分別占樣點總數的18.81%、58.42%、20.79%和1.98%。土壤Pb污染較重，偏中污染和中污染樣點比例分別為89.11%和10.89%，Pb是土壤最主要的污染因子。

表2 不同采樣區域土壤重金屬的Igeo值Table 2 Pollution assessments of soil heavy metals by Igeoin different sampling areas

不同采樣區域土壤重金屬的Igeo值存在一定差別。總體來看，煉鐵廠和煉鋼廠土壤污染比較嚴重，主要污染因子是Pb和Cr，其次是Mn和Cd；廠區周圍農田土壤重金屬污染比較輕，主要污染因子是Pb，其次是Cr和Cd；其他廠區土壤重金屬污染介于上述兩類區域之間，并且具有生活區>焦化廠>燒結廠>球團廠的趨勢。

2.3 土壤重金屬潛在生態風險評價

2.3.1 關于E和RI分級標準的確定

H?kanson（1980）研究了湖積物中PCB、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr和Zn等8種污染物的潛在生態風險，其毒性系數（T）分別為40、40、30、10、5、5、2和 1。根據污染物中最大毒性系數（TPCB=THg=40）和8種污染物的毒性響應系數之和（133）提出了E和RI的分級標準（表3）。由式（2）可見，RI的大小與參評污染物的種類和數量呈正相關，污染物的數目越多、毒性越強，RI值就越大。因此，根據本研究參評污染物的種類和數量，按照有關學者（Fernández et al.，2001；馬建華等，2011；谷蕾等，2012；李一蒙等，2015）提出的調整方法，對E和RI的分級標準進行了調整（表3）。

表3 本研究的E和RI分級標準與H?kanson分級標準的比較Table 3 Comparisons of E and RI standards for different ecological risks with heavy metals between H?kanson’s and this paper

2.3.2 土壤重金屬潛在生態風險

以山西省表土重金屬背景值（中國環境監測總站，1990）為參比值（irc），應用式（2）計算得到該鋼鐵廠及其周邊農田土壤各個重金屬的E和6種重金屬的RI（表4）。由表4可見，各個重金屬的單項潛在生態風險指數的平均值大小順序為：ECd（53.16）>EPb（21.17）>ENi（3.14）>ECr（3.38）>EMn（1.04）>EZn（1.1），Cd是最主要的生態風險因子。從總體上看，土壤Cd呈輕微風險、中等風險和較強風險的樣點數分別占樣點總數的2.97%、73.27%和23.76%。Pb呈輕微風險和中等風險的樣點數分別占樣點總數的89.11%和10.89%，也是不容忽視的風險因子。其他重金屬的生態風險較輕微，輕微生態風險樣點數均占樣點總數的100%。

表4 鋼鐵廠及周邊農田土壤重金屬潛在生態風險評價Table 4 Potential Ecological Risk Assessment of soil heavy metals in and around the steel plant

研究區土壤的平均RI是87.54，總體處于中等生態風險水平，中等風險和較強風險的樣點數分別占總樣點數的82.18%和17.82%。土壤Cd和Pb對生態總風險的平均貢獻率分別為60.05%和27.62%，其他重金屬對生態風險的貢獻很小，Cd是主要的致險因子。

不同采樣區土壤重金屬平均RI有一定差別（圖3），表現為煉鋼廠（114.01）>煉鐵廠（100.81）>燒結廠（99.45）>生活區（96.85）>焦化廠（96.05）>球團廠（88.99）>遠廠區（86.97）>近廠區（85.81）。煉鋼廠土壤重金屬達到較強污染水平，其他各采樣區均為中等風險。廠區周圍的農田土壤因受到鋼廠“三廢”的影響，再加上農藥和化肥的使用，也出現了中等生態風險，但其平均 RI值要小于廠區內絕大部分土壤。本研究焦化廠并非重金屬潛在生態風險最嚴重的區域，可能是由于其污染物多以有機類為主。

圖3 不同采樣區域土壤重金屬潛在生態風險評價Fig.3 Ecological risk assessment of soil heavy metals in different areas

2.4 鋼鐵廠周邊農田土壤重金屬來源分析

鋼鐵廠周邊農田土壤重金屬是多源的，除與鋼鐵廠廢棄物排放有關外，還與農業活動和地質背景等因素有關。土壤重金屬判源分析的方法有相關分析、聚類分析、多元回歸分析等（葉琛等，2011），下邊僅應用因子分析對其重金屬來源進行探討。

對鋼鐵廠內部與周邊農田土壤分別進行 KMO和 Bartlett球形檢驗，結果表明，廠區內部土壤的KMO值小于0.5，不適合做因子分析，而廠區周邊農田土壤的 Bartlett球形檢驗統計量為 81.615，KMO值為 0.506，可以進行因子分析（杜強等，2011）。

因子分析表明（省略因子分析表），鋼鐵廠周邊農田土壤6種重金屬的來源可以分為3類。第一類重金屬包括Mn和Ni，它們在因子1中具有較高的正荷載，分別為 0.951和 0.692。大量研究表明（Kartal et al.，2006；Zhang et al.，2009；張云等，2010），土壤中的Mn和Ni主要繼承成土母質特性，為自然源重金屬。第二類重金屬包括Cr和Cd，它們在因子2中具有較高的正荷載，分別為0.892和0.913。該類土壤重金屬一方面來自鋼鐵廠“三廢”，另一方面還與農業活動有關，屬于混合源重金屬。本地區位于干旱缺水的晉南地區，污水灌溉現象比較普遍，污灌可導致土壤中多種重金屬含量的增加（王煥校，2000；Sánchez-martin et al.，2000；鄭喜坤等，2002）；長期大量施用化肥和含重金屬的無機農藥可導致重金屬在土壤中的積累（陳懷滿，1996）。第三類重金屬包括Zn和Pb，它們在因子3中有較高的正載荷，分別是0.870和0.847。該類土壤重金屬可能主要與工業“三廢”（主要通過大氣干濕沉降）排放有關，屬于工業源重金屬。這與已有的研究結論基本一致（Zechmeister et al.，2004；程文亮等，2010；耿婷婷等，2011）。

3 結論

（1）鋼鐵廠內部與周邊農田土壤發生了 Cd、Cr、Mn、Pb和Zn不同程度的積累，平均質量分數均高于山西省土壤背景值。各個土壤重金屬的平均Igeo的大小順序為Pb（1.65）>Cr（0.53）>Cd（0.20）>Zn（-0.37）>Mn（-0.24）>Ni（-1.15）。土壤Pb的積累最為明顯，發生偏中和中等污染，是最主要的污染因子，其次是Cr，其他重金屬污染很輕微甚至沒有發生污染。

（2）土壤6種重金屬E的平均值大小順序依次為Cd（52.79）>Pb（23.8）>Ni（3.52）>Cr（4.82）>Mn（1.39）>Zn（1.23），土壤Cd出現中等以上生態風險，是最主要的生態風險因子。土壤6種重金屬的平均RI為87.54，總體上屬中等生態風險，中等生態風險樣點數占樣點總數的82.18%，較強風險僅占17.82%。Cd對生態總風險的平均貢獻率為60.05%，是主要的致險因子。

（3）冶煉廠區土壤污染比較嚴重，主要污染因子是Pb和Cr，其次是Mn和Cd；廠區周圍農田土壤重金屬污染較輕，主要污染因子是 Pb，其次是Cr和Cd；其他廠區土壤重金屬污染介于上述兩類區域之間。除煉鐵廠土壤重金屬出現較強的潛在生態風險外，其他各采樣區均處于中等風險水平，但廠區周圍農田土壤的平均RI低于廠區土壤。

（4）鋼鐵廠周邊農田土壤中的Mn和Ni屬于自然源重金屬，主要繼承成土母質特性；Cr和Cd屬于混合源重金屬，不僅與鋼廠“三廢”外放有關，還與農業活動有關；Zn和Pb屬于工業源重金屬，主要來自鋼廠的“三廢”排放。

DABKOWSKA-NASKRET H, JAWORSKA H, DLUGOSZ J, et al. 2014. Assessment of the total nickel content and its available forms in the soils around cement plant Lafarge Poland [J]. International Journal of Environmental Research, 8(1): 231-236.

H?KANSON L. 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control: a sedimentological approach [J]. Water Research, 14(8): 975-1001.

HASHEMI S A. 2013. Investigation of heavy metal pollution of trees in a contaminated industrial area in the north of Iran [J]. Toxicology and Industrial Health, 29(10): 931-934.

KARTAL S, AYDN Z, OGLUS T. 2006. Multivariate analysis of the data and speciation of heavy metals in street dust samples from the organized industrial district in Kayseri (Turkey) [J]. Atmosphere Environmental, 40(6): 2797-2805.

LEE C S, Li X D, WEN Z S, et al. 2006. Metal contamination in urban, suburban, and country park soils of Hong Kong: A study based on GIS and multivariate statistics [J]. Science of the Total Environment, 356(1-3): 45-61.

MAPANI B, ELLMIES R, KAMONA F, et al. 2010. Potential human health risks associated with historic ore processing at Berg Aukas, Grootfontein area, Namibia [J]. Journal of African Earth Sciences, 58(4): 634-647.

MüLLER G. 1969. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River [J]. Geojournal, 2(3): 108-118.

OGUNKUNLE C O, FATOBA P O. 2013. Pollution loads and the ecological risk assessment of soil heavy metals around a Mega Cement Factory in Southwest Nigeria [J]. Polish Journal of Environmental Studies, 22(2): 487-493.

OLAFISOYE O B, ADEFIOYE T, OSIBOTE O A. 2013. Heavy metals contamination of water, soil, and plants around an electronic waste dumpsite [J]. Polish Journal of Environmental Studies, 22(5): 1431-1439.

PETER E, ADENIYI G. 2011. Spatial relationships of urban land use, soils and heavy metal concentrations in Lagos Mainland Area [J]. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 15(2): 391-399.

SáNCHEZ-MARTIN M J, SáNCHEZ-CAMAZANO M, LORENZO L F. 2000. Cadmium and lead contents in suburban and urban soils from two medium-sized cities of Spain: influence of traffic intensity [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 64(2): 250-257.

WANG M E, MARKERT B, CHEN W P, et al. 2012. Identification of heavy metal pollutants using multivariate analysis and effects of land uses on their accumulation in urban soils in Beijing, China [J]. Environmental Monitoring and Assessment, 184(10): 5889-5897.

WANG X, S, QIN Y. 2006. Spatial distribution of metals in urban topsoils of Xuzhou (China): controlling factors and environmental implications [J]. Environmental Geology, 49(6): 905-914.

YANG Z P, LU W X, LONG Y W. et al. 2010, Assessment of heavy metals contamination in urban topsoil from Changchun City, China [J]. Journal of Geochemical Exploration, 108(1): 27-38.

ZECHMEISTER H G, RISS A, HANUS-ILLNAR A. 2004. Biomonitoring of atmospheric heavy metal deposition by mosses in the vicinity of industrial sites [J]. Journal of Atmospheric Chemistry, 49(1-3): 461-477.

ZHANG M K, WANG H. 2009. Concentrations and chemical forms of potentially toxic metals in road-deposited sediments from different zones of Hangzhou, China [J]. Journal of Environmental Sciences, 21(5): 625-631.

ZHU H N, YUAN X Z, ZENG G M, et al. 2012. Ecological risk assessment of heavy metals in sediments of Xiawan Port based on modified potential ecological risk index [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22(6): 1470-1477.

蔡立梅, 馬瑾, 周水章, 等. 2008. 東莞市農業土壤重金屬的空間分布特征及來源解析[J]. 環境科學, 29(12): 3496-3502.

陳懷滿. 1996. 土壤-植物系統中的重金屬污染[M]. 北京: 科學出版社.

陳秀瑞, 盧新衛, 楊光, 等. 2012. 西安市區表層土壤重金屬風險評價[J].城市環境與城市生態, 25(2): 41-46.

陳雁平, 袁林江. 2009. 高架連續點源落地濃度預測中風速的確定[J]. 3(4) : 764-768

程文亮, 王永剛, 王莉. 2010. 臨鋼降塵重金屬含量及風險評價[J]. 山西師范大學學報(自然科學版), 24(4): 1009-4490.

鄧超冰, 李麗和, 王雙飛, 等. 2009. 典型鉛鋅礦區水田土壤重金屬污染特征[J]. 農業環境科學學報, 28(11): 2297-2301.

杜強, 賈麗艷. 2011. SPSS統計分析從入門到精通[M]. 北京: 人民郵電出版社.

耿婷婷, 張敏, 蔡五田. 2011. 北方某鋼鐵廠部分廠區土壤重金屬污染的初步調查[J]. 環境科學與技術, 34(S1): 343-346.

谷蕾, 宋博, 仝致琦, 等. 2012. 連霍高速不同運營路段路旁土壤重金屬分布及潛在生態風險[J]. 地理科學進展, 31(5): 632-638

郭偉, 趙仁鑫, 張君. 2011. 內蒙古包頭鐵礦區土壤重金屬污染特征及其評價[J]. 環境科學, 32(10): 3009-3105.

黃興星, 朱先芳, 唐磊, 等. 2012. 北京市密云水庫上游金鐵礦區土壤重金屬污染特征及對比研究[J]. 環境科學學報, 32(6): 1520-1528.

陸泗進, 王業耀, 何立環, 2014. 會澤某鉛鋅礦周邊農田土壤重金屬生態風險評價[J]. 生態環境學報, 23(11): 1832-1838

馬建華, 王曉云, 侯千, 等. 2011. 城市幼兒園地表灰塵重金屬污染及潛在生態風險[J] .地理研究, 30(3): 486-495.

邵學新, 黃標, 孫維俠, 等. 2006. 長江三角洲典型地區工業企業的分布對土壤重金屬污染的影響[J]. 土壤學報, 43(3): 397-401.

孫宏飛, 李永華, 姬艷芳, 等. 2009. 湘西汞礦區土壤中重金屬的空間分布特征及其生態環境意義[J]. 環境科學, 30(4): 1159-1165.

王博, 夏敦勝, 賈佳, 等. 2013. 中國西北地區典型鋼鐵工業城市表土重金屬污染的環境磁學響應[J]. 吉林大學學報(地球科學版), 43(3): 962-973.

王煥校. 2000. 污染生態學[M]. 北京: 高等教育出版社.

王培俊, 劉俐, 李發生, 等. 2010. 煉焦過程產生的污染物分析[J]. 煤炭科學技術, 38(12): 114-118

王學鋒, 朱桂芬. 2003. 重金屬污染研究新進展[J]. 環境科學與技術, 26(11): 54-56.

徐清, 張立新, 劉素紅, 等. 2008. 表層土壤重金屬污染及潛在生態風險評價——包頭市不同功能區案例研究[J]. 自然災害學報, 17(6): 6-12.

徐爭啟, 倪師軍, 庹先國, 等. 2008. 潛在生態危害指數法評價中重金屬毒性系數計算[J]. 環境科學與技術, 31(2): 112-115.

葉琛, 李思悅, 張全發. 2011. 三峽庫區消落區表層土壤重金屬污染評價及源解析[J]. 中國生態農業學報, 19(1): 146-149.

張廣勝, 徐文彬, 李俊翔, 等. 2015. 一個未開采的鉛鋅礦周邊土壤重金屬含量及生態安全評價[J]. 生態環境學報, 24(3): 522-528

張輝, 馬東升. 1997. 南京某合金廠土壤鉻污染研究[J]. 中國環境科學, 17(1): 80-82.

張云, 張宇峰, 胡忻. 2010. 南京不同功能區街道路面積塵重金屬污染評價與源分析[J]. 環境科學研究, 23(11): 1376-1381

趙秀峰, 王強盛, 石寧寧, 等. 2010. 石化園區周邊農田土壤重金屬污染分析與評價[J]. 環境科學學報, 30(1): 133-141．

鄭喜坤, 魯安懷, 高翔, 等. 2002. 土壤中重金屬污染現狀與防治方法[J].土壤與環境, 11(1): 79-84.

中國環境監測總站. 1990. 中國土壤元素背景值[M]. 北京: 中國環境科學出版社.

Pollution and Potential Ecological Risk Assessment of Soil Heavy Metals in and around A Steel Plant in the South of Shanxi, China

CHEN Yinan1, MA Jianhua1, ZHANG Yongqing2*
1. Institute of natural resources and environment, Henan University, Kaifeng 475004, China; 2. College of Urban and Environmental Sciences, Shanxi Normal University, Linfen 041000, China

Forty-nine topsoil samples were collected from a steel plant and around it in the south of Shanxi province, the concentrations of Pb, Zn, Cr, Cu and Ni in samples was determined by the atomic absorption spectrophotometry (AAS). Soil pollution levels and potential ecological risks with heavy metals were assessed using geo-accumulation index (Igeo) method and the potential ecological risk index method (RI) respectively. Factor analysis method was used to analyze the sources of soil heavy metals. The results show that, firstly, the soil heavy metal concentrations are higher than that of soil background values of Shanxi province, the contents of Pb in soil were significantly higher, and are in level of partial moderate to moderate pollution. Secondly, the consequence of the average Eirfor heavy metals is Cd (53.16) >Pb (21.17)> Ni (3.14) > Cr (3.38) > Mn (1.04) > Zn (1.1). The value of average RI for metals is 87.54, which is of moderate ecological risk in general. The main factor for potential ecological risk is cadmium with the contribution rate of the total risk is 60.05%. Thirdly, the soil in the steel plant had polluted with metals seriously and appears strongly potential ecological risks, while the farmland soils around the plant polluted slightly and appears moderately ecological risk. The forth, Ni and Mn in farmland soils are natural-source metals mainly from soil parent material, Cd and Cr are mixed-source metals from parent material and agricultural activities, Pb and Zn are human-source metals mainly from the steel plant. The above results not only can be as the scientific basis for soil heavy metal pollution and its control in the area, but also can be as a case for the study of potential ecological risk assessment of heavy metals in soil.

steel plant; soil heavy metal; geo-accumulation index; potential ecological risk

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.09.018

X53

A

1674-5906（2015）09-1540-07

陳軼楠，馬建華，張永清. 晉南某鋼鐵廠及周邊土壤重金屬污染與潛在生態風險[J]. 生態環境學報, 2015, 24(9): 1540-1546.

CHEN Yinan, MA Jianhua, ZHANG Yongqing. Pollution and Potential Ecological Risk Assessment of Soil Heavy Metals in and around A Steel Plant in the South of Shanxi, China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(9): 1540-1546.

國家自然科學基金項目（41430637；41171409）。

陳軼楠（1988年生），女，博士研究生，主要從事土壤污染與防治研究。E-mail: greta.nan666@163.com *通信作者。E-mail: yqzhang208@163.com

2015-06-28