河北省邯鄲市畜禽養殖場周邊土壤重金屬含量調查及污染評價

栗　萍程　瑞李玉玲徐　暉

（1河北省邯鄲市環境監測中心站，河北邯鄲056002；2河北省邯鄲市畜牧技術推廣站，河北邯鄲056002；3河北省邯鄲市環境保護局，河北邯鄲056002）

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河北省邯鄲市畜禽養殖場周邊土壤重金屬含量調查及污染評價

栗萍1程瑞2李玉玲3徐暉3

（1河北省邯鄲市環境監測中心站，河北邯鄲056002；2河北省邯鄲市畜牧技術推廣站，河北邯鄲056002；3河北省邯鄲市環境保護局，河北邯鄲056002）

摘要：為了解河北省邯鄲市養殖場周邊土壤的重金屬含量狀況及污染情況，本研究選取不同方位的3個養殖場15個采樣點進行采樣，測定了土壤中9種重金屬的含量，并用污染指數法和潛在生態危害指數法對重金屬污染現狀進行評價，結果顯示這9種重金屬含量均處于國家土壤環境質量標準二級范圍。運用污染指數法和潛在生態危害指數法評價，結果顯示其污染程度分別為清潔（安全）和輕微生態危害水平；用污染指數法評價，結果顯示重金屬元素中污染最嚴重的為鎳（Ni），污染最小的為汞（Hg），污染程度按由高到低排列的順序為：鎳（Ni）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）＞砷（As）＞鉛（Pb）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）＞銅（Cu）＞汞（Hg）；用潛在生態危害指數法評價，污染最嚴重的是鎘（Cd），污染最小的為鋅（Zn）和錳（Mn），污染程度按由高到低排列的順序為：鎘（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞鎳（Ni）＞鉛（Pb）＞銅（Cu）＞鉻（Cr）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）。結論是邯鄲市養殖場周邊土壤保護狀況良好，重金屬污染狀況屬于清潔和輕微生態危害水平；其中鎳（Ni）、砷（As）、鉛（Pb）在兩種評價方法中均處于前五位，應加強對其的關注度，避免累積速度過快增長。

關鍵詞：畜禽養殖場；土壤重金屬；內梅羅污染指數法；潛在生態危害指數法；污染評價

近年來，隨著國家不斷加大污染治理力度，工業領域所形成的重金屬污染形勢有所緩解，但在土壤污染尤其是養殖場周邊土壤的重金屬污染方面的研究相對欠缺。據統計，河北省邯鄲市2010—2014年畜禽養殖數量的年均增速為7%。土壤的環境承載力日益加重。特別是重金屬，由于難以被消解，累積效應會逐漸延伸至種植業和地下水中，直接或間接地影響人類健康。

邯鄲市作為河北省的畜禽養殖大市，養殖量一直名列前茅。為深入了解邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬的環境質量及污染評價，本研究以不同種類的規模化養殖場周邊土壤為對象，通過九種重金屬含量的測定，采用單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法以及潛在生態危害指數法對重金屬污染現狀進行評價研究，以期為邯鄲市養殖場周邊土壤環境重金屬污染的防治和水源地保護提供參考依據。

1材料與方法

1.1研究區域概況

研究區域地處邯鄲市東部、北部和西部的三個規模化養殖場。養殖種類分別為肉雞（1#）、奶牛（2#）和生豬（3#）。養殖數量分別為30萬羽（出欄）、400頭（存欄）和10 000頭（出欄）。該區域均處于平原地區，氣候特征四季分明，為北溫帶半濕潤大陸性季風氣候。自然植被狀況均為耕地，常年種植玉米和小麥。畜禽養殖場周邊土壤類型分別為亞黏土、黏土；輕壤土，暗棕輕微沙化；山地黃棕壤。養殖場均無污染物排污口。

1.2樣品采集

每個畜禽養殖場周邊土壤共布設5個監測點位，在養殖場外圍500 m范圍內采用網格法進行隨機布點，網格大小為100 m×100 m，通過查隨機數表，得到5個隨機數，即得到隨機數對應的網格編號，以該網格的中心點作為監測點位。

每個點位采集混合土樣，每份樣品采集量為2 kg，采集深度為0～20 cm，采樣時間為2015年5月下旬和6月上旬，共采集樣品數量15個。

土樣經風干后粗磨過2 mm篩，采用四分法進行處理，再細磨過100目的尼龍篩，裝瓶備用。

土樣經氫氟酸、硝酸、高氯酸消解，取上清液用火焰原子吸收分光光度法測定銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）；用石墨爐原子吸收分光光度法測定鉛（Pb）、鎘（Cd）；用原子熒光法測定砷（As）、汞（Hg）；用原子吸收分光光度法測定錳（Mn）。

1.3評價方法

1.3.1單因子污染指數法

單因子污染指數法適用于單一因子污染的特定區域的評價，可以反映單一污染物的污染程度，是其他環境質量指數、環境質量分級和綜合評價的基礎，表達式如下：

式（1）中Pi為土壤中污染物i的環境質量指數，Ci為污染物i的實測含量，Sip為污染物i的評價標準。

根據Pi的大小，將土壤污染程度劃分為五級。若Pi≤1，表示土壤未受到人為污染，否則表示土壤已受到人為污染，P越大，則表示受到的污染程度越高。分級標準詳見表1。

表1　單因子評價土壤環境質量評價分級

1.3.2內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合污染指數法反應了各項污染物對土壤的作用，同時突出了高濃度污染物對土壤環境質量的影響，兼顧了單因子污染指數平均值和最大值。內梅羅綜合污染指數（PN）的計算公式如下：

根據PN的大小，將土壤污染程度劃分為五級，PN越大，則表示受到的污染程度越高。分級標準詳見表2。

表2　土壤內梅羅綜合污染指數分級標準

1.3.3潛在生態危害指數法

潛在生態危害指數法是瑞典科學家Hakanson提出的沉積物中重金屬危害性的評價方法，可使區域質量評價更具代表性和可比性。根據這一方法，對土壤中單一重金屬i的潛在生態危害指數E，可表示為：

式（3）中Ti為重金屬i的毒性系數，Fi為重金屬i的污染因子。

土壤中多種重金屬元素的潛在生態危害指數（RI）是各單一重金屬元素的潛在生態危害系數E之和，其表達式如下：

本研究涉及到的汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、錳（Mn）等9種重金屬的毒性系數分別為40、30、10、5、5、2、2、1、1。各種重金屬潛在生態危害指數與污染程度的關系如表3所示。

2結果與分析

2.1養殖場周邊土壤重金屬含量

從表4可以看出，邯鄲市養殖場周邊土壤表面重金屬含量均符合《中華人民共和國國家土壤環境質量標準》（GB15618-1995）的二級標準。最大超標倍數均為0。

2.2養殖場周邊土壤重金屬污染現狀評價

2.2.1單因子指數法和內梅羅綜合污染指數法

參照國家土壤環境質量標準，采用單因子污染指數、內梅羅綜合污染指數對邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬污染現狀進行評價。結果（表5）表明，邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬污染最小的為汞（Hg），其Pi平均值為0.05；污染最嚴重的為鎳（Ni），其Pi平均值為0.69。污染程度按由高到低排列的順序為：鎳（Ni）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）＞砷（As）＞鉛（Pb）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）＞銅（Cu）＞汞（Hg）。15個采樣點PN的平均值為0.53，可知邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬元素均值的污染水平屬于安全范疇，污染水平為清潔。

表3　重金屬潛在生態危害系數（Ei）與污染程度的關系

表4　邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬含量結果統計　（mgg//kkgg）

2.2.2潛在生態危害指數法

由表6可知，從單個重金屬的潛在生態危害指數來看，邯鄲市養殖場周邊土壤中鎘（Cd）元素的Ei值最高，為6.6；鋅（Zn）和錳（Mn）元素的Ei值最低，均為0.36；監測的9種重金屬的Ei值和RI值均遠小于40 和150，屬于輕微生態危害。其Ei值按由高到低排列的順序為：鎘（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞鎳（Ni）＞鉛（Pb）＞銅（Cu）＞鉻（Cr）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）。15個采樣點RI的平均值為16.65，可知邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬元素的污染水平屬于輕微生態危害。

比較不同重金屬污染評價方法，可以發現用污染指數法表征土壤受污染程度時，污染最嚴重的為鎳（Ni），但是用潛在生態危害指數法表征土壤受污染程度時，潛在生態危害最嚴重的為鎘（Cd），雖然兩種方法檢測的污染水平均在污染最小狀態和安全水平，但是元素鎘（Cd）的污染水平應引起我們的注意，因其負擔率排在首位。

表5　邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬含量污染現狀評價結果

表6　邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬潛在生態危害評價

3結論

⑴邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬的污染水平達到國家土壤環境質量標準的二級標準。

⑵運用污染指數法對邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬污染現狀進行評價，結果顯示該地區污染最小的是汞（Hg），其Pi平均值為0.05；污染最嚴重的為鎳（Ni），其Pi平均值為0.69。污染程度按由高到低排列的順序為：鎳（Ni）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）＞砷（As）＞鉛（Pb）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）＞銅（Cu）＞汞（Hg）。由此可知，邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬元素均值的污染水平屬于安全范疇，污染水平為清潔。

⑶運用潛在生態危害指數法在對邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬污染的現狀進行評價，可知其中元素鎘（Cd）的潛在生態危害系數最高，Ei值為6.6；鋅（Zn）和錳（Mn）元素的潛在生態危害系數最低，Ei值均為0.36。其Ei值按由高到低排列的順序為：鎘（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞鎳（Ni）＞鉛（Pb）＞銅（Cu）＞鉻（Cr）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）。15個采樣點RI的平均值為16.65，可知邯鄲市養殖場周邊土壤重金屬元素的污染水平屬于輕微生態危害水平。

⑷其中鎳（Ni）、砷（As）、鉛（Pb）在兩種評價方法中均處于前五位中。應加強對這3種元素的關注度，避免累積效應的快速提高。

參考文獻

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作者簡介：栗萍（1973-），女，河北邯鄲人，漢族，環保工程副高級工程師，研究方向為環境污染減排、環境監測等

收稿日期：2015-11-04

中圖分類號：X53，X820.2（222HD）

文獻標識碼：B

文章編號：1673-4645(2016)01-0067-04