高密市土壤重金屬調研—以醴泉街道為例

諸葛星辰

(青島科技大學 環境科學，山東 青島 266000)

土壤重金屬污染指的是土壤中的各種重金屬元素超過土壤所能承受的閾值，對土壤的結構功能造成嚴重破壞，土壤中出現的重金屬元素主要有汞、鎘、鉛、鉻、鋅、銅等。近年來，土壤中的重金屬含量還呈現逐漸上升的趨勢，對我國的食品安全與國民健康構成了風險，因此有必要對種植可食用農作物的農田進行土壤重金屬污染含量調研，以便為重金屬污染的防治工作提供理論依據[1]。本文以微波消解—火焰原子吸收分光光度法測定土壤樣品中的Cu、Zn、Cr三種重金屬的含量，并計算分擔率；采用單因子指數法、內梅羅指數法結合國家標準評估當地土壤重金屬污染程度，旨在對高密市醴泉街道的土壤重金屬源及污染狀況進行分析，以期為后續土壤防治工作提供數據支撐。

1 采樣地概況

在保證采樣方便和滿足實驗研究內容的前提下，選擇山東省高密市醴泉街道作為采樣地點。該地處山東半島東部膠東地區，膠萊平原腹地，屬季風性暖溫帶大陸性半濕潤氣候，春分以后，多西南風，夏季盛行暖濕的東南季風，多雨，冬季氣候干燥寒冷，多西北風，土壤類型為潮土土類，土地利用方式主要為旱地，種植農作物。采集表層0～20 cm的土壤樣品，在采樣、樣品運輸和樣品處理過程中均采用非金屬容器，防止樣品污染[1]。針對當地季風風向及工廠空間分布特征，并結合大氣重金屬沉降特征和沉降通量，采用放射狀布點方式選定5個采樣點，并記錄采樣點坐標、種植農作物種類等信息，采樣時間為2018年7月22日。

2 研究方法

為更加系統準確地評估實踐地土壤狀況，對研究區域土壤重金屬污染狀況采用單因子指數法和內梅羅綜合污染指數法進行綜合評價。

2.1 單因子指數法

單因子指數法計算公式為:

Pi=Ci/Si

(1)

當Ci≤Xa時,

Pi=Ci/Si=Ci/Xa

(2)

當Xa

P=1+(Ci-Xa)/(Xc-Xa)

(3)

當Xc

P=2+(Ci-Xc)/(Xp-Xc)

(4)

當Xp

P=3+(Ci-Xp)/Xp

(5)

式中：Pi為土壤中污染物 i 的環境質量指數; ci為污染物 i 的百萬分濃度(mg·kg-1) ; S 為污染物 i 的評價標準(mg·kg-1) ，Xa,Xc和Xp分別為《土壤環境質量標準》中一、二、三級標準值。

2.2 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合污染指數法計算公式為:

(6)

式中，I為綜合污染指數；Si依據各元素的一級土壤含量上限確定。可將土壤重金屬污染劃分為 5 個等級，如表 1所示。

表1 土壤重金屬污染分級標準Table 1 Classification Standard for heavy metal pollution in soils

3 結果與討論

3.1 重金屬含量檢測

表2 土樣中Cu、Zn和總Cr含量的測定結果Table 2 Determination of copper,zinc and total chromium in soil samples

運用微波消解-火焰原子吸收法測定樣品中Cu、Zn、Cr的含量。測定結果如表2。對比《土壤環境質量標準》中的國家二級標準(pH值<6.5)，5號采樣點處Cu含量超過國家二級標準214%，1號采樣點處Zn含量超過國家二級標準。對于Cr來說，采樣點含量均低于閾值。

3.2 評估污染狀況

實驗結果結合上述兩種評價方法對采集樣品的污染指數進行統計分析。表3是以單因子指數法對實踐地土壤中各金屬污染狀況進行統計分析。有3個樣品受到Cu的中度污染，Cu的污染范圍較大，且程度較重。土壤受Zn金屬不同程度的污染，分別為輕度污染、重度污染。2個采樣點的土壤受到Cr的輕度污染。

表3 土壤樣點重金屬污染情況Table 3 Pollution situation of heavy metal in soil samples

高密市土壤重金屬含量及污染情況如表4所示。表中單項污染指數以《土壤環境質量標準》中各元素的一級土壤含量(自然背景值)上限為評價標準,由內梅羅綜合污染指數法中單項污染指數公式求得[2]。各重金屬單項污染指數平均值均大于1.0，土壤總體呈輕度污染狀態，且Cu的變異系數較大。按土壤污染分擔率(土壤中某項污染指數占各項污染指數之和的比例)分析，表4中3項污染物分擔率的排序為:Cu(40.85%)> Zn(26.28%)> Cr(32.85%)，Cu是土壤中的主要污染物。計算各種重金屬的變異系數，3種重金屬的變異系數大小的排序為Cu(49.63%)> Zn(42.31%)> Cr(16.37%)。Cu、Zn 變異系數相對較大，為49.63%、42.31%，說明其空間分布不均勻，可能具有同源性。

表4 土壤重金屬含量及污染情況Table 4 contents and pollution of heavy metals in soil

土壤中重金屬污染常是多種重金屬復合污染,用內梅羅綜合污染指數法評價每一土壤樣點多種重金屬污染的綜合污染程度。土壤重金屬污染指數和污染評價結果如表5所示，1、2、5號采樣點受到重金屬輕度污染，3、4號土壤樣品達到警戒限水平，處于尚清潔狀態。

Cu、Zn的地區分布差異大，分析來源主要為附近工廠排放的含銅、鋅廢水。對于種植作物的農田，Cu可能來源還有銅素農藥(如波爾多液)、化肥的大量使用[3]。1號、5號采樣點接近道路主干道，汽車輪胎磨損造成的煙塵、道路灰塵可能對Zn的富集有較大貢獻[4]。Cr的含量分布比較穩定，且均未超過國家二級標準，故推測它的來源多為自然源。

表5 土壤重金屬污染評價結果Table 5 Results of evaluation of heavy metal pollution in soils

4 結論

(1)從重金屬統計數據來看，Cu、Zn存在超標現象，可能給食品安全帶來風險。Cu、Zn分別在5號、1號采樣點超過國家二級標準；對于Cr來說，采樣點含量均低于閾值。檢測的污染物分擔率排序為:Cu> Zn> Cr，Cu是土壤中的主要污染物。

(2)通過單項污染指數法與內梅羅綜合污染指數法,依據國家土壤重金屬污染評價的二級標準研究得出1、2、5號采樣點受到重金屬輕度污染，3、4號土壤樣品達到警戒限水平，處于尚清潔狀態。

(3)Cu、Zn 變異系數相對較大，為49.63%、42.31%，說明其空間分布不均勻，同時可能存在同源性。Cr的離散性較小，應當來源于母質等自然源。