雷州半島土壤重金屬污染及潛在生態風險評價

葉宇婷 羅財寶 楊坤美

摘要：利用網格法收集雷州半島表層土樣51個，檢測其Cu、Pb、Zn、Cd和Cr的含量，并分別運用PLI（污染負荷指數）與RI（潛在生態風險指數）對雷州半島表土的重金屬污染和潛在生態風險程度進行評價，利用普通克里金空間插值法研究雷州半島土壤PLI與RI的空間分布，并簡要分析了重金屬的來源。結果表明，雷州半島表土大多數出現了Cd元素重度污染，存在極強生態風險;Cr元素輕度污染，Cu、Zn和Pb沒有發生污染，均處于輕微風險等級;各樣點5種重金屬平均PLI是1.75，平均RI是242.27，大體上處于輕度污染等級，屬于中等生態風險。Cd不僅是雷州半島土壤最嚴重的污染因子亦是最嚴重的潛在生態風險因子，Cd的來源主要與區域內的化工廠煙塵排放和交通運輸等人為因素有關。

關鍵詞：雷州半島;重金屬;空間分布;潛在生態風險

1 研究意義及國內外發展狀況

1.1 研究意義 自然情況下，母巖與殘落的生物物質是土壤重金屬的主要來源，可人類活動對土壤重金屬分布的影響隨著工農業生產活動的發展而逐漸增強，土壤重金屬含量出現了增長態勢。城市土壤重金屬污染（主要指Hg、Cd、Pb、Cr以及類金屬砷（As）等生物毒性顯著的元素，也包括具有一定毒性的元素，如Zn、Cu、Co、Ni、Mn、Sn、Mo等）具有隱蔽性，人們不易覺察或注意[1]。因為重金屬不易移動，且被微生物降解的難度較大，故進入土壤環境后逐漸積累，容易導致土壤污染，并致使農作物的產量和質量降低，這關系到眾多的生命健康和城市生態環境的可持續性[2]。當今中國的城市化發展十分迅速，生態環境壓力持續增長，加強對城市土壤中重金屬污染研究具有迫切性和重要性[3]。

雷州半島作為我國3大半島之一，處于我國大陸最南端，具備熱帶氣候特點。盡管我國不少地區都進行過土壤重金屬污染方面的調查研究，可針對雷州半島這一地區的同類報道卻不多見。本研究通過探查雷州半島土壤重金屬含量及潛在生態風險評價，以期為進一步開展綠色城市、旅游城市的認證提供科學依據。

1.2 國內外發展狀況 在城市化水平較高、工業化程度較大的歐美國家，關于城市土壤重金屬的研究起步較早，已先后開展了城市土壤的特性、分類、恢復等方面的研究[4-5]。

我國近幾年才逐漸展開相關研究，但發展較為迅速。現有文獻資料表明，國內已有南京、杭州、重慶等近40個大中城市相繼開展了城區土壤重金屬污染的調查研究，這些研究主要集中在城市土壤重金屬污染的來源、含量、分布、化學形態等方面[6-8]，但未涉及污染變化及其治理問題，故近年來集中在城市土壤治理、土壤的修復、土壤重金屬的遷移轉化和生態風險評價等方面的關注與研究越來越多[9-11]。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與測定

2.1.1 樣品采集 利用1∶10萬比例的雷州半島區劃地圖，采用二分法對雷州半島劃分網格，有效網格（有較大范圍樹林的網格）51個。2018年7月對雷州半島進行了實地考察和采樣站位的優化布設，分別選取了51個樹林土樣站位進行樣品采集工作，具體如圖1。2018年8月前往選取的有效網格進行采樣，在各網格中心周圍選取林地采集土壤樣品，采樣點的定位主要依靠GPS技術。首先在各樣點2m2范圍內照“梅花形”選取5個子樣點，采集5個表土子樣（0～15cm）后充分混合，最終獲得500g左右的表土樣品。

2.1.2 樣品處理與分析 首先，對土壤樣品進行預處理，主要進行自然風干、烘干、研磨及過篩等工作。隨后把土壤樣品送到專業實驗室，利用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）對樣品中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr等重金屬進行測試，統計檢測結果，從而得到51個采樣點（樹林土樣）中5種重金屬元素：鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）的含量。

2.2 評價方法

2.2.1 土壤重金屬污染評價方法 采用污染負荷指數（pollution load index，PLI）[13]進行土壤重金屬污染評價，

2.2.2 生態風險評價方法 因土壤重金屬污染的復合效應及不同重金屬元素的生態毒性程度不同等情況，為了客觀評價雷州半島土壤中的重金屬污染情況，本文選用Hakanson[15]提出的潛在生態風險指數法來進行雷州半島土壤的潛在生態風險評價。

3 結果與分析

3.1 雷州半島土壤重金屬含量 如表2所示，雷州半島土壤元素的平均值都大于或遠大于中值，表示其受極高值或最大值影響較大，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr 4種元素的變異系數分別是1.012、0.68、1.016、0.795、1.003。據統計結果看來，Cu、Zn、Cd、Cr4種元素均值受外來影響而偏高的可能性較大，Pb元素受其影響較小。

與中國土壤環境質量標準相比（表2），雷州半島表土中重金屬Cu、Pb和Zn均值均遠低于中國土壤環境質量的一級標準;土壤中重金屬Cd、Cr的均值則介于我國土壤環境質量的一級標準和二級標準之間。采用中國磚紅壤背景值作為雷州半島土壤背景值，數據顯示雷州半島表土中Cu、Zn、Cd、Cr 4種元素單值的均值分別為背景值的1.21、1.19、7.60和1.97倍，Pb元素的含量比背景值低39.5%，重金屬元素呈現富集及強富集狀態，各重金屬元素的極端異常值出現頻率均比較高，這說明雷州半島土壤已經出現富集重金屬Cu、Zn、Cd、Cr的情況，土壤已受到一定程度的污染。按雷州半島土壤重金屬的富集程度看來，其污染程度的大小順序為Cd>Cr>Cu>Zn>Pb，分析結果表明人類活動對雷州半島土壤重金屬含量的影響較為顯著。

3.2 雷州半島土壤重金屬污染特征與空間分布 雷州半島土壤各重金屬元素平均污染指數（CF）的大小排序依次為：Cd（7.602）>Cr（1.978）>Cu（1.205）>Zn（1.189）>Pb（0.605），其中Cd元素為重度污染，Cr為輕度污染，Cu、Zn和Pb沒有發生污染。雷州半島土壤各重金屬元素負荷污染指數（PLI）的大小排序依次為：Cd（5.77）>Cr（1.10）>Cu（0.71）>Zn（0.70）>Pb（0.47），雷州半島土壤中5種重金屬平均PLI是1.75，屬于輕度污染，Cd元素是最主要的污染因子。