樂山市綠心公園土壤重金屬含量的環境質量分析與評價

常 蘭, 文雪梅, 周洪祥，蔣天玉,任若愚

(1.成都理工大學工程技術學院，四川 樂山 614007;2.核工業西南物理研究院，成都 610041)

隨著城市化的快速發展，土壤環境污染已成為我國環境面臨的重要問題[1]。城市是人類生產和生活高度集中的場所，城市土壤質量的好壞直接影響到人民的生活質量和身體健康[2]。重金屬污染具有“潛伏性、不可逆性和隱蔽性”等特點，土壤重金屬含量如果超標會造成城市人居環境的日益惡化[3]。以往的研究主要集中在農業土壤重金屬含量及生態風險評價，對城市森林綠地土壤中技術污染及潛在的風險研究較少。

樂山綠心公園位于樂山市中區，是城中之林，占地約10km2，幅員遼闊，樹木種類眾多，有城市之肺美稱。目前，綠心公園已被打造成多功能的觀光旅游景觀，為樂山成為世界級旅游目的地、中國休閑之都打下堅實的基礎。隨著開發力度的加大，需要及時對綠心公園的土壤重金屬含量情況進行調查和監測，為相關部門采取防治措施提供科學參考。

為研究樂山綠心公園土壤環境質量狀況，用 X射線熒光儀測重金屬方法對綠心公園的土壤重金屬Cr、Zn、Cu、Ni的含量進行了測定，采用單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法和潛在生態危害指數法對重金屬進行了污染評價，以期為該區域土壤重金屬污染防治、土地利用結構調整和生態保護提供技術依據。

1 實驗部分

1.1 研究區域概況

樂山市位于四川盆地西南部，介于北緯28°28′～29°56′、東經102°15′～104°15′之間。全市屬中亞熱帶氣候帶，具有四季分明的特點。雨量豐沛，無霜期長，年平均氣溫在16.5～18.0℃之間。

樂山綠心公園位于樂山市中區城區青衣江東岸、樂山老城區的西北部。綠心西接青衣江，南抵成都理工大學工程技術學院北路，北靠竹公溪及柏楊西路片區，規劃范圍9.8km2，是樂山市中心城區的生態綠地，被譽為“森林在城市中，城市在山水中”[4]。

1.2 樣點布設和采樣

根據綠心公園的土壤分布情況，將采樣區域劃分為間距500 m*500m的網格子區域，按照每個網格子區域對應1個采樣點對表層土(0～10 cm深度)進行取樣、編號，并用GPS記錄采樣點的位置。用IED-2000T型手持式多元素快速分析儀測試分析，獲得每個樣本所含的Cu、Zn、Ni、Cr 重金屬元素的含量。本次共設30個采樣點，見下圖。

圖 布設采樣點Fig. Sampling points set up

1.3 評價標準和方法

土壤環境質量的評價標準采用的是GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》[5]，見表1。

評價模式是在單因子污染指數評價的基礎上，又采用內梅羅綜合污染指數法和潛在生態風險指數法對樂山市綠心公園土壤環境質量現狀進行評價。數據采用Excel 2003和SPSS 12.0等軟件進行統計分析。

表1 GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》Tab.1 GB 15618—2018 "soil environmental quality standard for risk control of soil pollution in agricultural land"

1.3.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法是以土壤背景值為評價標準來評價重金屬元素的累計污染程度[6]。計算公式為：

(1)

式中：Pi為土壤中重金屬i的污染指數，Ci為土壤中重金屬i的實測值(mg/kg)，Si為土壤中重金屬i的評價標準(mg/kg)。

Pi≤1表示土壤未受到重金屬i的污染；Pi>1，表示土壤受到污染，值越大說明受污染程度越重。

1.3.2 內梅羅綜合污染指數

當土壤被多種重金屬污染時，需要對其進行內梅羅綜合污染指數評價。該評價方法將研究區域土壤環境質量作為一個整體與外區域進行比較，可以更加客觀地評價區域的重金屬污染狀況，既考慮了單因子污染指數平均值和最大值，又突出了高濃度污染物對土壤環境質量的影響，能反映多種污染物對土壤環境的作用[7]。

計算公式為：

(2)

式中：P綜表示土壤重金屬綜合污染指數，Pimax為重金屬元素最大的單項污染指數；Piave表示各重金屬污染指數的平均值。

1.3.3 潛在生態危害指數法

潛在生態危害指數法(Ecological Risk Index)是瑞典科學家Hankanson提出的，該方法不僅考慮了土壤中重金屬的含量，又把重金屬的生態效應、環境效應和毒理學聯系在一起，采用可比的、等價屬性指數分級法進行評價，具有一定的實際意義[8]。計算公式為：

(3)

表2 重金屬污染潛在生態危害指數法分級標準Tab.2 Classification criterion and potential ecologicalrisk index of heavy metals

2 結果分析

2.1 綠心公園土壤重金屬含量水平

根據對樂山市綠心公園土壤重金屬的監測結果，4種重金屬Cr、Cu、Ni、Zn的含量、平均值、標準值和變異系數見表3。可知，土壤中各重金屬的含量范圍為：Cr：4.67～128.24 mg/kg、Cu：10.52～87.83 mg/kg、Ni：14.64～39.27 mg/kg、Zn：27.18～346.31 mg/kg。平均值大小排序Zn>Cu> Cr >Ni，平均含量分別為51.33 mg/kg、45.07mg/kg、26.82mg/kg、135.31mg/kg。Cr、Ni的平均值均小于土壤環境背景值，Cu和Zn的平均值大于當地土壤環境背景值，分別是其參比值的1.4和1.5倍。

Cr、Cu和Ni含量的最大值都小于國家土壤環境二級標準；Zn 含量的最大值大于國家土壤環境二級標準，是標準的1.38倍。以上說明Cu、Zn出現了不同程度的富集情況。

表3 樂山綠心公園土壤重金屬含量統計Tab.3 Statistics of soil heavy metal content in Lvxin park, Leshan

變異系數是表示樣品變異程度的重要參數，在一定程度上反映土壤重金屬受人類活動影響的強弱，其值越大，表明受人為干擾越強烈[11]。CV<15%為弱變異，15%36%為強變異。從空間差異看，土壤中Cr、Cu、Zn、Ni的變異系數分別為60.67監測點土壤中各重金屬元素的變異系數大小順序為Cr>Zn>Cu>Ni，其中Ni為中等變異，Cr、Zn、Cu為強變異。

2.2 綠心公園土壤重金屬的環境質量評價

對樂山綠心公園土壤污染物含量分別進行單因子污染指數、內梅羅綜合污染指數和潛在生態危害指數法進行評價。

2.2.1 單因子污染指數評價

采用單因子污染指數法對樂山市綠心公園土壤重金屬污染進行評價，由表4、表5得知，各重金屬的單項污染指數平均值均小于1，平均值由高到低為PZn(0.54)> PNi(0.53)> PCu(0.45)>PCr(0.26)，鋅的單項污染指數較高，有個別監測點位單因子污染指數大于1，最大值為1.39，重金屬超標率為6.67%。

表4 單因子污染指數Tab.4 Single factor pollution index

表5 土壤重金屬單項污染超標率Tab.5 Rate of single pollution of heavy metals in soil exceeding the standard (%)

綜上所述，該地區土壤中重金屬Cr、Cu、Ni、Zn狀況良好。個別監測點位Zn有輕微污染；Cr、Cu、Ni所有監測點位皆處于清潔水平。

2.2.2 內梅羅綜合污染指數評價

通過分析可得知樂山市綠心公園各監測點土壤重金屬的內梅羅綜合污染指數介于0.23～1.14，平均值為0.55。由表6可見，污染指數超標率為20%。其中5個監測點的綜合污染指數介于0.7～1之間，表明部分點位已經處于重金屬污染警戒狀態；1個監測點的綜合污染指數大于1，表明該處土壤已經處于重金屬輕度污染狀態。Zn對P綜值的貢獻最大，Ni次之。

表6 土壤重金屬綜合污染超標率 Tab.6 The rate of comprehensive pollution of heavy metals in soil exceededing the standard (%)

2.2.3 潛在生態危害指數法

表7 潛在生態危害指數Tab.7 Potential ecological hazard index

3 結論與討論

對樂山市綠心公園的土壤中Cr、Cu、Ni、Zn重金屬進行監測，并對土壤環境質量進行了評價，結果表明：

3.1 綠心路土壤重金屬元素含量平均值Zn>Cu> Cr >Ni。其中Cr、Ni的平均值小于土壤環境背景值，Cu和Zn的平均值大于當地土壤環境背景值。Cr、Cu和Ni含量的最大值都小于國家土壤環境二級標準；Zn 含量的最大值大于國家土壤環境二級標準，是標準的1.38倍。監測點位23處Zn出現最大值。說明Cu、Zn出現了不同程度的富集情況。Cr、Cu、Ni、Zn處于中等變異性，土壤重金屬受不同程度人為活動影響，土壤環境質量不容忽視。

3.2 通過從單因子污染指數分析，PCr、PCu、PNi、PZn值皆小于1，屬于清潔水平。PCr>PNi>PCu>PZn,重金屬鋅的單項污染指數較高，最大值為1.39，共2個監測點位單因子污染指數大于1，重金屬超標率為6.67%。由此可知，綠心公園未受到Cr、Cu、Ni的污染， Zn屬于輕度污染。

3.3 內梅羅綜合污染指數P綜平均值為0.55，屬于清潔水平，污染點超標率為3.33%，其中Zn對P綜的貢獻最大，Ni次之。

3.4 綠心路土壤單項潛在生態危害指數和綜合生態危害指數都較小，屬于輕微生態危害程度。

通過幾種方法綜合評價，結果表明，綠心公園土壤環境質量處于清潔水平，部分監測點重金屬含量高于四川地區土壤環境背景值，表明監測點土壤中已產生了重金屬累積，應采取適當措施改善土壤的質量。