湘江流域某冶煉廠周邊土壤Cd、Pb、As污染特征與風險評價

李 倩

湘江流域某冶煉廠周邊土壤Cd、Pb、As污染特征與風險評價

李 倩

（湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100）

對湘江流域某鉛鋅冶煉廠周邊土壤進行污染調研。按土壤不同使用功能，分4個采樣區研究土壤中Cd、Pb、As的含量與分布特征，并采用Hakanson指數法對研究區域重金屬潛在生態風險進行評價。結果表明，Cd、Pb、As在各采樣區平均含量的最高值分別達到130.67 mg／kg，5 540.62 mg／kg，919.93mg／kg，遠遠超過國家三級標準限值；研究區三種重金屬綜合污染指數和潛在生態風險指數分別為448.61，13 152.69，達到重度污染，有嚴重的潛在生態風險。

Cd；Pb；As；土壤污染；潛在生態風險

采礦和冶煉過程是環境中重金屬污染的主要成因之一，如礦產挖掘、礦石運輸、冶煉和精煉等過程會導致含重金屬廢水、廢氣和固體廢物的產生，造成礦區和冶煉區附近土壤重金屬污染，從而影響人類健康和礦業的可持續發展［1］。重金屬鎘（Cd）、鉛（Pb）、砷（As）不屬于生物生長的必需微量元素，且不能被生物降解，一旦進入土壤將對土壤造成持久性污染并且進入食物鏈［2］。Cd和Pb是潛在的致癌物質，通過食物鏈在人體內積累，攝入過量將導致血管、腎臟、血液、神經、骨骼疾病等嚴重的健康問題［3］。As是最嚴重的污染物之一，可導致人體皮膚、肺、膀胱和腎臟等器官的癌變［4］。探明冶煉廠周邊居住區附近的Cd、Pb、As的污染狀況，對于規避環境與健康風險是十分必要的。

1 材料與方法

1.1土樣來源

取樣區位于湖南省內湘江流域，距離湘江直線距離約300 m，取樣點群經緯度跨越幅度分別為：112°35＇12.25＂E～112°35＇8.74＂E及26°35＇38.71＂N～26°35＇42.17＂N；取樣區海拔高度變化范圍為：49.1～67.7 m；取樣區域覆蓋面積達12 000 m2以上。土壤樣品均由定位點周圍15 m范圍內5個5～20 cm深度土壤樣品混合而成，共計取樣22個土壤樣品。根據采樣區域土壤使用功能，將其分為4個采樣區，如圖1所示。采樣區1主要為菜地，蔬菜生長較為茂盛，但部分土壤為客土；采樣區2為廢渣堆場，采樣區3為房屋拆除之后閑置的空地；采樣區4為房屋中間的區域。土壤在同一種應用功能下，其外界環境條件與土壤理化性質類似，因此，關于取樣區重金屬含量的分析以采樣區為單位分別進行。

圖1 采樣區域及位置示意圖

1.2潛在生態風險評價方法

采用瑞典學者Hakanson提出的潛在生態風險指數法［5］對示范區重金屬Cd、Pb、As污染土壤的潛在生態風險進行評價。其計算公式如下：

單個金屬污染系數：

土壤中重金屬綜合污染程度：染；6≤Cd＜12時為中污染；12≤Cd＜24時為較高污染；Cd≥24時為重污染。

某單個重金屬的潛在生態危害系數：

土壤多種重金屬潛在生態風險系數：

2 Cd、Pb、As含量分布特征

對研究區土壤進行重金屬含量分析，結果見表1。各采樣區pH值相近，整個研究區土壤pH值范圍為6.33～6.70，均值為6.51，為中性偏弱酸性土壤。Cd超標率達100%，As、Pb超標率均為86.36%。污染較重的土樣主要分布在采樣區2和采樣區4，其它采樣區重污染樣品較少。總的來看，該區域污染比較嚴重。

表1 采樣區重金屬Cd、Pb、As含量

土壤樣品重金屬含量的變異系數較大，說明土壤中重金屬含量分布不均勻。Cd含量的變異系數高達107.08%，變化輻度極大，然而整個采樣區域的Cd含量均遠遠超過土壤環境質量標準的三級限值（1 mg／kg），平均值為434.78 mg／kg。鎘含量最低的土壤在采樣區1，也達到了25.33 mg／kg，這可能是由于外來覆土稀釋了Cd的含量造成的。除采樣區1外，其它各采樣區的Cd的最低含量均在100 mg／kg以上，以采樣區2的含量最高，最高達1 661.63 mg／kg。Pb平均含量為2 908.27 mg／kg，最高達10 671.85 mg／kg，超標20倍以上。其中污染最嚴重的采樣區2，Pb的平均含量高達5 540.62 mg／kg，超標11倍以上。As平均含量為320.48 mg／kg，最高達1 278.93 mg／kg，超標30倍以上。其中污染最為嚴重的采樣區2的As平均含量高達919.93 mg／kg，超標近22倍。

總的來說，Cd、Pb、As在各個采樣區的分布均為采樣區2＞采樣區4＞采樣區3＞采樣區1。整個采樣區域重金屬污染很嚴重，勢必對當地的居民的生活、生產都會造成相當大的影響，應對該污染場地進行修復治理。

3 土壤Cd、Pb、As污染程度研究

各采樣區重金屬污染系數及綜合污染指數見表2。Cd在各采樣區的污染系數Cif的最小值均＞6，表明示范區所有采樣點的Cd的污染程度均為重污染。研究區Cd的單因子污染系數遠遠高于Pb、As，達到50倍以上，說明Cd的污染程度重于其它兩種重金屬，Cd是該區域土壤中的主要污染因子。其次為As。綜合污染指數Cd由于Cd的污染系數值貢獻較大，引起各采樣區的綜合程度達到重度污染。且整個示范區的綜合污染指數均值亦達到重度污染。

表2 重金屬污染系數及綜合污染指數

Pb、As的污染程度較Cd輕，表3表明了Pb、As在各個采樣區以及整個研究區的污染程度與分布情況。整個研究區土壤Pb的各級污染程度的分布較為均勻，重度污染與中度污染的樣品數一致，占36.4%，輕度污染與較高污染的樣品數一致，占比13.6%。但各采樣區土壤Pb污染特征有差異，采樣區1的污染程度較為分散；采樣區2以重污染為主，占75%，而其余均為較高污染；采樣區3主要為中度污染，占66.7%，其余均為重污染；采樣區4主要為較高污染和重污染，以較高污染為主。此外，研究還表明，采樣區1、2、3、4 Pb平均污染程度分別為中度污染、重度污染、較高污染、重污染。整個研究區Pb的污染程度為較高污染。As在整個研究區表現為重污染。其分布規律與Pb類似。其中采樣區2和采樣區4為重污染，采樣區1和采樣區3為較高污染。采樣區2所有樣品均為重污染。

表3 土樣中Pb、As污染程度與空間分布

4 土壤Cd、Pb、As潛在生態風險

各采樣區重金屬Cd、Pb、As對環境潛在生態危害系數和風險指數見表4。各采樣區Cd的潛在生態危害系數最小值均大于遠遠大于320，說明整個示范區Cd具有嚴重的生態危害，其風險大小為采樣區2＞采樣區4＞采樣區3＞采樣區1。Cd的生態危害程度較高，且Cd的潛在生態危害系數是Pb和As的數百倍，導致整個示范區的潛在生態風險達到嚴重的程度。

表4 各采樣區土樣潛在生態危害系數（）和風險指數（RI）

表4 各采樣區土樣潛在生態危害系數（）和風險指數（RI）

采樣區項目潛在生態危害系數程度采樣區1 Cd Pb As RI風險范圍759.85～9 752.71 2.83～36.09 5.20～98.34 768.57～9 887.13均值3 920.14 13.22 30.48 3 963.84嚴重采樣區2采樣區3采樣區4范圍31 014.44～49 848.91 38.89～82.66 247.85～319.73 31 373.06～50 218.29均值34 903.64 55.41 229.98 35 189.03嚴重范圍3 870.07～18 861.78 9.75～44.12 24.65～82.83 3 917.69～18 982.21均值9 626.30 23.24 46.85 9 696.39嚴重范圍9 929.87～25 413.97 20.70～106.71 37.13～184.12 9 987.70～25 704.81均值18 101.09 53.26 95.74 18 250.08嚴重示范區均值13 043.49 29.08 80.12 13 152.69嚴重

示范區潛在生態危害最主要的影響因子為Cd，其次為As、Pb。As與Pb在各采樣區的生態危害情況不一，見表5。

表5 土樣中Pb、As生態危害程度與空間分布

從Pb的生態危害程度來看，各采樣區Pb的生態風險均較低，采樣區1所有樣品均為低度生態風險；采樣區2樣品均為較重風險及以下，以低度風險為主；采樣區3樣品均為中度及以下，以低度為主；采樣區4土樣集中于低度，少量為較重。雖然采樣區2和采樣區4的Pb污染達到重度，但是其潛在生態危害為中度。整個示范區的Pb的潛在生態危害為低度。

與Pb相比，As在示范區的分布較為分散。除采樣區2外，其它采樣區表現為以低度As風險為主。四個采樣區的As風險程度為采樣區2＞采樣區4＞采樣區3＞采樣區1。與其重金屬含量分布一致。整個示范區的As的潛在生態危害為較重。

5 結 論

1.調研區土壤pH值范圍為6.33～6.70，均值為6.51，為中性偏弱酸性土壤。

2.土壤重金屬Cd、Pb、As含量較高，以土壤環境質量標準中重金屬的三級限值為基準，Cd超標率達100%，砷、鉛超標率均為86.36%。

3.各重金屬影響因子的污染程度順序為：Cd＞As＞Pb。Cd在該地土壤中的富集程度最大，采樣區三種重金屬土壤為重度污染且具有嚴重的潛在生態風險，應引起高度重視。

［1］ Navarro M C，Perez-Sirvent C，Martinez-Sanchez M J，et al.Abandoned mine sites as a source of contamination by heavy metals：a case study in a semi-arid zone［J］.JGeochem Explor，2008，96（2－3）：183－193.

［2］ Wu G，Kang H B，Zhang X Y，et al.A critical review on the bio-removal of hazardous heavy metals from contaminated soils：issues，progress，eco-environmental concerns and opportunities［J］.JHazard Mater，2010，174（1－3）：1－8.

［3］ Mahar A，Wang P，Li R H，et al.Immobilization of lead and cadmium in contaminated soil using amendments：a review［J］.Pedosphere，2015，25（4）：555－568.

［4］ Byung JP，Lee J，Kim W I.Influence of soil characteristics and arsenic，cadmium，and lead contamination on their accumulation levels in rice and human health risk through intakeof rice grown nearby abandoned mines［J］.Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry，2011，55（4）：575－582.

［5］ Lars Hakanson.An ecological risk index for aquatic pollution control-a sedimentological approach［J］.Water Research，1980，14：975.

［6］ 徐爭啟，倪師軍，庹先國，等.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，2008，31（2）：112－115.

Cd，Pb and As Pollution Characteristics and Risk Assessm ent in Soils Surrounding a Sm elter Located in Xiang River

LIQian
（HunanResearchInstituteofNonferrousMetals，Changsha410100，China）

An investigation was conducted in soils surrounding a Pb－Zn smelter located in Xiang river valley.According to different soil functions，the research site was divided into four sampling area to analysis the content of Cd，Pb，As and the distribution characteristics，moreover，Hakanson indexmethod was employed to assess the potential ecological risk of heavymetals in soils.Results indicated that，the highest average content of Cd，Pb，As in the sampling areaswere 130.67 mg／kg，5 540.62 mg／kg，919.93 mg／kg，respectively，which were farmore than the national standardⅢlimitation.The comprehensive pollution index was 448.61，illustrated that soil was heavily contaminated，and the potential ecological index was 13 152.69，indicating that soils in the research area were in severe potential ecological risk.

Cd；Pb；As；soil pollution；potential ecological risk

X758

：A

：1003－5540（2016）06－0067－04

2016－09－27

李 倩（1987－），女，工程師，主要從事重金屬污染土壤修復工作。