佛山市陶瓷工業區土壤氟化物含量特征及污染評價

張學平　王冰清　丁岳煉　陳杰　萬利鑫

摘要：為了解佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物污染情況，本研究通過實地調查取樣、實驗室測定，利用地質累積指數法、單項污染指數法、潛在生態危害指數法等評價方法對佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物污染進行了綜合評價。結果表明：佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物平均含量為902.02 mg·kg-1，其中三水區、南海區、禪城區、高明區平均含量分別為1 399.11mg·kg-1、935.17mg·kg-1、875.35mg·kg-1、580.93mg·kg-1。以廣東省土壤氟化物背景值作為評價標準，地質累積指數評價結果顯示，佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物屬輕度-中度污染等級;以我國地氟病發生區土壤總氟平均含量作為評價標準，單項污染指數評價和潛在生態危害指數評價結果顯示，佛山陶瓷工業周邊土壤氟化物屬輕微污染等級，潛在生態風險為中等風險;以我國居住用地土壤氟化物標準作為評價標準，單項污染和潛在生態危害指數評價結果表明佛山陶瓷工業區土壤未受氟化物污染，潛在生態風險為低風險。總體上看佛山市陶瓷工業區周邊土壤受氟化物污染程度較低，潛在生態風險較低。

關鍵詞：陶瓷工業;氟化物;污染評價;土壤

中圖分類號：X825 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）06-000-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.001

Content characteristics and pollution assessment of soil fluoride in Foshan ceramic industry area

Zhang Xueping，Wang Bingqing，Ding Yuelian，Chen Jie，Wan Lixin

（Forestry Science Research Institute of Foshan，Foshan Guangdong 528222，China）

Abstract：In order to understand the situation of fluoride pollution in Foshan ceramic industry area， the study comprehensively evaluated the soil fluoride pollution by field investigation， sampling， laboratory measurement，and use geological accumulation index method， single pollution index method， potential ecological hazard index method.The results showed that the average content of fluoride in the soil around Foshan ceramic industrial zone was 902.02 mg·kg-1，the average contents of Sanshui District，Nanhai District， Chancheng District and Gaoming District are 1 399.11mg·kg-1， 935.17mg · kg-1， 875.35mg · kg-1 and 580.93mg · kg-1， respectively.Taking the background value of soil fluoride in Guangdong Province as the evaluation standard，the evaluation results of geological accumulation index show that the soil fluoride around the ceramic industrial zone in Foshan City belongs to light medium pollution level.Based on the average content of total fluorine in the soil of endemic fluorosis areas in China，the results of single pollution index evaluation and potential ecological hazard index evaluation show that the soil fluoride around Foshan ceramic industry belongs to slight pollution level，and the potential ecological risk is medium.The results of single pollution and potential ecological hazard index showed that the soil in Foshan ceramic industrial zone was not polluted by fluoride，and the potential ecological risk was low.On the whole， the soil around Foshan ceramic industrial zone is less polluted by fluoride， and the potential ecological risk is low.

Key words：Ceramic industry;Fluoride;Pollution assessment;Soil

陶瓷工業是我國傳統的制造工業，在我國的發展具有悠久的歷史，近年來陶瓷工業的迅猛發展，為社會發展創造了大量的經濟效益，但同時陶瓷工業又是一個高耗能、高污染的產業。在生產陶瓷的過程中需要用燃料煅燒陶土及胚料、釉料等，高溫下會產生大量的有害物質，如CO、SO2、NOX、氟化物和粉塵等[1]，若在生產末端不進行有效的清潔處理，所排放的廢氣、廢水、廢渣會對周邊環境造成較大的污染與破壞，尤其是氟及其化合物引起的污染對人類健康影響較大。氟是積累性毒物，在自然界中一般以氟的化合態形式存在[2]。陶瓷工業中，氟化氫等氣態氟化物若直接排放于空氣中，將會造成嚴重的大氣污染。氣態氟化物經雨水淋洗沉降地面，將會污染土壤和水源，甚至影響農作物的生長發育，并在農作物內富集，最終通過食物鏈進入人體[3]。人體攝入過量氟會引起氟中毒，造成人體內酶活性降低，破壞代謝平衡，表現為影響牙齒和骨骼的發育[4]。因此，對土壤中氟化物含量的監測至關重要。

佛山是我國著名的歷史文化名城，也是我國重要的陶瓷生產基地，有陶藝之鄉、南國陶都的美稱[5]，市轄禪城區、順德區、南海區、三水區和高明區5個行政區，陶瓷工業區在各行政區均有分布。近年來，屬地政府對陶瓷工業進行了轉型升級，大部分陶瓷生產企業已搬遷或進行設備改造升級。現存的及已搬遷的陶瓷工業區周邊土壤受氟化物污染狀況如何，目前針對這一狀況的研究還未見報道。因此，了解佛山陶瓷工業區周邊土壤氟化物含量情況對佛山陶瓷工業的健康可持續發展以及產業的轉型升級意義重大。本文對佛山陶瓷工業區周邊土壤氟化物含量情況進行了系統的調查研究，并對氟污染程度做出系統評價，擬為陶瓷工業的產業升級與污染防治提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 土壤的采集與處理

根據佛山市各行政區陶瓷工業周邊土壤的整治和改造情況，最終確定了禪城區、南海區、高明區及三水區4個行政區中仍在生產或已搬遷的陶瓷工業大型工廠或連片工廠周邊土壤為研究對象，兼顧當地地形特征、主導風向以及充分考慮樣地的代表性等因素進行布點，在陶瓷工業區周邊區域共布設65個采樣地，每個樣地面積20×20 m，采用對角線布點法，每個樣地選取3個樣點，分別采集深度為0～20 cm的表層土壤，并將其拌均勻，采用四分法[6]取棄，裝入樣品袋，貼上標簽，注明采集時間、地點、編號。將采集的土壤樣本帶回實驗室，在通風避光的室內自然風干，并剔除石粒及植物殘體等雜物，磨碎后過100目篩，最終稱取約500g于密封袋中保存備用。

1.2 土壤中氟的測定

主要測定土壤中總氟化物的含量。參考GB/T 22104-2008[6]，采用離子選擇電極法測定土壤中氟化物的含量。根據此標準測定土壤氟化物，其相對誤差的絕對值不得超過10%，在重復條件下，獲得的兩次獨立測定結果的相對偏差不得超過10%。

1.3 土壤氟化物污染評價方法

1.3.1 地質累積指數法

地質累積指數法[7]是德國科學家Muller提出的用于研究沉積物中某一類污染物污染程度的定量指標，該指數能判別自然地質背景形成或人為活動對環境的影響。地質累積指數計算公式如下：

Igeo=log2[Cn/1.5Bn]

式中，Cn為土壤中氟化物的實測值;Bn為廣東省土壤氟背景值429 mg·kg-1 [8];1.5為修正指數，通常用來表征沉積特征、巖石地質及其他影響[9]。Igeo的分級標準參見表1。

1.3.2 單項污染指數法

單項污染指數法[10]是通過評價標準，對某一項污染物進行分析評價的方法，通過指數計算，能夠直接明了地看出評價樣本的污染狀況。單項污染指數計算公式如下：

Pi=Ci / Si

式中，Pi為土壤中氟化物的單項污染指數，Pi越大，污染越嚴重;Ci為土壤中氟化物的實測值/mg·kg-1;Si為土壤中氟化物的評價標準值/mg·kg-1，此處Si采用我國地氟病發生區土壤總氟的平均值800mg·kg-1[11]和土壤環境質量標準中居住用地土壤氟化物標準 1 000mg·kg-1[12]作為評價標準。Pi的分級標準詳見表2。

1.3.3 潛在生態危害指數法

潛在生態危害指數法[13]是由瑞典科學家Hakanson從沉積學的角度提出的，對環境中某一類特定污染物進行生態危害評價的方法。它綜合考慮了污染物的含量、毒性水平以及環境對它的敏感程度等多方面協同作用的效果，使評價結果更全面。單一污染物潛在生態危害指數法計算方法如下：

Cf=Cs /Cn （1）

Er=Tr×Cf （2）

式中：Cf為氟化物相對參比值的污染系數;Cs為氟化物的實測含量;Cn為氟化物的評價參比值，本文選取我國地氟病發生區土壤總氟的平均值800mg·kg-1和土壤環境質量二級標準中居住用地土壤氟化物標準1 000mg·kg-1作為參比值;Er為土壤中氟化物的潛在生態危害指數;Tr為氟化物的毒性響應系數，本文參考薛粟尹[14]的研究，氟化物毒性響應系數為1。Er的分級標準詳見表2。

2 結果與分析

2.1 佛山市陶瓷工業區土壤氟化物基本含量特征

通過對佛山市各行政區陶瓷工業分布區周邊土壤氟化物含量進行分析得知，佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物含量介于209～3 324 mg·kg-1之間，平均含量為902.02 mg·kg-1，高于全國地氟病地區土壤氟化物平均值800 mg·kg-1，但符合我國環境質量標準中居住用地土壤氟化物標準1 000 mg·kg-1。4個區中最高為三水區，平均含量為1 399.11 mg·kg-1，高于我國居住用地土壤氟化物標準，但低于我國工業用地土壤氟化物含量標準2 000 mg·kg-1[14];其次為南海區、禪城區，平均含量分別為935.17 mg·kg-1、875.35 mg·kg-1，高于全國地氟病地區土壤氟化物平均值，但符合我國環境質量標準中居住用地土壤氟化物含量標準;高明區最低，平均含量為580.93 mg·kg-1，高于廣東省土壤氟化物背景值429 mg·kg-1，低于全國地氟病地區土壤氟化物平均值。

2.2 佛山市陶瓷工業區土壤氟化物污染評價

2.2.1 地質累積指數評價

通過地質累積指數法對佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物污染程度進行評價，評價結果見表4。佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物地質累積指數為0.28，屬于輕度-中度污染，4個區的土壤氟化物污染程度依次為高明區（-0.35）<禪城區（0.36）<南海區（0.40）<三水區（0.83），高明區土壤未受氟化物污染，禪城區、南海區、三水區則為輕度-中度污染等級。

2.2.2 單項污染指數評價

通過單項污染指數法對佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物污染程度進行評價，評價結果見表5。以我國地氟病發生區土壤總氟平均含量作為評價標準，佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物單項污染指數為1.13，污染等級為輕微污染，4個區的土壤氟化物污染程度依次為高明區（0.73）<禪城區（1.09）<南海區（1.17）<三水區（1.76），高明區陶瓷工業區土壤未受氟化物污染，禪城區和南海區為輕微污染，三水區為輕度污染;以居住用地土壤氟化物標準作為評價標準，佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物單項污染指數為0.91，土壤未受氟化物污染，4個區的土壤氟化物污染程度依次為高明區（0.58）<禪城區（0.88） <南海區（0.94）<三水區（1.43），禪城區、高明區、南海區陶瓷工業區土壤未受氟化物污染，三水區為輕微污染。

2.2.3 潛在生態危害指數評價

通過潛在生態危害指數法對佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物潛在生態風險進行評價，評價結果見表6。以我國地氟病發生區土壤總氟的平均值作為參比值，佛山市陶瓷工業區土壤氟化物生態風險指數介于0.26～4.16，平均生態風險指數為1.13，潛在生態風險等級為中等風險。各行政區土壤氟化物平均生態風險指數依次為高明區0.73 <禪城區1.09 <南海區1.17 <三水區1.75，高明區土壤氟化物潛在生態風險為低風險，禪城區、南海區、三水區為中等風險。以居住用地土壤氟化物質量標準作為參比值，佛山陶瓷工業區土壤氟化物生態風險指數介于0.21～3.32，平均生態風險指數0.90，潛在生態風險為低風險，其中高明區、禪城區、南海區為低風險等級，三水區為中等風險等級。

3 結論與討論

（1）佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物含量平均值高于廣東省土壤氟化物背景值，略高于我國地氟病地區土壤氟化物平均值，低于我國居住用地土壤氟化物標準，各區之間土壤氟化物含量平均值有較大的差異，受氟化物污染程度由高到低分別為：三水區> 南海區> 禪城區> 高明區，但均符合工業用地土壤氟化物控制標準。（2）通過地質累積指數法評價發現：佛山市陶瓷工業區周邊土壤氟化物地質累積指數為0.28，屬于輕度-中度污染，從各區評價結果來看，高明區土壤未受氟化物污染，禪城區、南海區、三水區則為輕度-中度污染等級。（3）通過單項污染指數評價法可知：以我國地氟病發生區土壤總氟平均含量作為評價標準，佛山市陶瓷工業區周邊土壤受氟化物污染等級為輕微污染;以居住用地土壤氟化物標準作為評價標準，污染等級為未污染。（4）經過潛在生態危害指數法評價，以我國地氟病發生區土壤總氟的平均值作為參比值，佛山市陶瓷工業區土壤氟化物潛在生態風險等級為中等風險;以居住用地土壤氟化物質量標準作為參比值，潛在生態風險為低風險。（5）綜合三種評價方法結果，佛山市陶瓷工業區周邊土壤大部分區域受氟化物污染程度較低，但由于氟化物具有累積性的特征，土壤中的氟化物容易被植物吸收在植物中富集，最終隨食物鏈進入人體[3，15]。因此佛山市陶瓷工業周邊土壤在尚未治理前應避免直接用作農用地，減少通過農作物被人體攝入的風險。針對今后佛山市陶瓷工業發展，在發展工業的同時要兼顧環境保護，企業應嚴格遵守陶瓷工業國家行業標準進行設備改造、生產建設，對陶瓷工業產生的污染物應盡可能進行清潔處理，使之達到環境排放標準，減輕對環境造成的影響。

參考文獻

[1] 張萍，陳霞.陶瓷工業污染及防治對策探討[J].科技信息，2009（31）：711-712.

[2] 姚遠，王清，孫娟.連云港市土壤中氟化物分析調查研究[J].污染防治技術，2016，29（06）：70-72.

[3]崔俊學，劉麗.土壤中氟的形態與危害[J].廣州化工，2009，37（09）：16-17+28.

[4]湯順林，劉巧利，尚群，等.焦作市某排氟企業周邊土壤氟污染研究[J].河南理工大學學報（自然科學版），2009，28（06）：796-800.

[5]周麗華.佛山陶瓷產業可持續發展研究[D].長春：吉林大學，2008.

[6]GB/T 22104-2008，土壤質量 氟化物的測定 離子選擇電極法[S].北京：中國標準出版社.

[7]Forstner U，Muller G. Concentrations of heavy metals and polycyclic aromatic hycarbons in river sediments：geochemical background， mans influence and environmental impact[J]. Geojouranl，1981，417（5）：417-432.

[8]劉鳳枝，馬錦秋.土壤監測分析實用手冊[M].北京：化學工業出版社， 2010.

[9]李紹生.地質累積指數法在義馬礦區土壤重金屬及氟污染評價中的應用[J].河南科學，2011，29（05）：614-618.

[10]Gallardo K，Job C，Groot S P， et al. Proteomic analysis of Arabidopsis seed germination and priming [J].Plant Physiology，2001，126（2），835-848.

[11]李靜，謝正苗，徐建明，等.我國氟的土壤健康質量指標及評價方法的初步探討[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2005（05）：593-597.

[12]GB 15618-2008，土壤環境質量標準（修訂）[S].北京：中國標準出版社.

[13]Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.A sedimentological approach [J].Water research，1980，14（8）：975-1001.

[14]薛粟尹，李萍，王勝利，等.干旱區綠洲土壤氟污染生態風險評估研究[J].環境科學，2014，35（03）：1075-1080.

[15]吳代赦，吳鐵，董瑞斌，等.植物對土壤中氟吸收、富集的研究進展[J].南昌大學學報（工科版），2008（02）：103-111.

收稿日期：2020-03-18

基金項目：廣東省林業科技創新項目（2017KJCX061）;佛山市自籌經費類科技計劃項目（2017AB003911）

作者簡介：張學平（1981-），男，漢族，高級工程師，研究方向為城市林業。

通訊作者：王冰清（1994-），女，漢族。