廣州某區重點企業土壤重金屬污染及生態風險評價

張雪梅

(廣州開發區環境監測站，廣東 廣州 510663)

土壤環境是自然生態環境的重要組成部分，是人類賴以生存和社會可持續發展的重要物質基礎[1]。隨著城市化和工業化進程的加快，大量污染物排入到生態環境中，使得土壤重金屬污染問題尤為顯著[2]。目前，關于我國城市土壤重金屬污染狀況和評價已開展了許多的研究，主要有土壤污染特征、重金屬形態分析、來源分析、生態風險、健康風險及污染場地治理等。本文選取了廣州開發區工業企業土壤污染狀況為研究對象，通過對轄區內73家重金屬企業廠區內表層土壤采樣分析，并應用單因子污染指數法、內梅羅綜合污染指數法、Hakanson 潛在生態風險指數法對其土壤環境質量和潛在生態風險進行評價，了解掌握重點企業土壤污染特征，為環境管理提供科學依據。

1 研究區域和方法

1.1 研究區域概況

廣州開發區位于廣州市東部，是首批國家級經濟技術開發區之一，其位處珠江三角洲核心地帶。2014年，與黃埔區合并后，行政區域總面積484.17 km2。該區作為老工業區，匯聚了電子制造、石油化工、汽車制造、生物醫藥、精細化工、現代物流等重點行業企業。該區域屬亞熱帶季風氣候，熱源豐富，雨量充沛。年平均日照射時數1906小時，日照率43%。年平均溫度為21 ℃，最冷月1月份平均為13.3 ℃，最熱月7月份平均為28.4 ℃，氣溫年際變化較小。年降雨量1694 mm，主要集中在4～9月。

1.2 樣品采集

依據廣州市重金屬污染企業監管名單和行業類型，重點選取了中國石油化工股份有限公司廣州分公司、本田汽車(中國)有限公司、廣州美維電子有限公司等73家重金屬污染企業為監測對象。監測的重金屬企業主要分布在開發區中部和南部，布設的監測點位見圖1。土壤樣品的采集嚴格按照《土壤環境監測技術規范》的要求進行采樣，在生產車間旁裸露土壤采集0～20 cm 表層土壤，采樣過程中，避免樣品污染，并按要求做好樣品的保存、運輸和流轉。

圖1 重點企業重金屬土壤監測點位圖

1.3 樣品處理與分析

土壤監測項目包括總鎘、總汞、總砷、總鉛、總銅、總鎳。測試分析方法選用《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)中表3推薦使用的分析方法。樣品分析過程，按照分析方法的要求進行前處理及儀器測試，每批樣品按要求做好空白實驗，抽取 10% 的樣品做平行樣測試進行精密度檢驗，10% 有證標準物質測試(或全程加標回收測定)進行準確度檢驗，測試結果滿足標準方法的要求。

1.4 評價方法

1.4.1 單因子污染指數

單因子污染指數法[3-4]是以土壤單項重金屬含量的測定值與評價標準的比值表征土壤中某一重金屬的環境污染程度。重金屬環境質量指數Pi計算公式為：

(1)

式中：Pi為土壤中重金屬污染物i(i=1，2，3…)的單因子污染指數；Ci為土壤中重金屬污染物i的測定值(mg/kg)；Si為重金屬污染物i的土壤環境評價標準值(mg/kg)。本文選取《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)中二類用地篩選值作為評價標準。依據Pi值的不同，將土壤污染分為 5類：Pi<1，非污染；1 5，重度污染。

1.4.2 內梅羅綜合污染指數

內梅羅指數法是以單因子指數法評價的結果為基礎，結合最大環境質量指數，以此來評價出研究區域主要污染因子和污染點位的一種方法[5]。內梅羅綜合污染指數的計算公式為：

(2)

式中：Pn為內梅羅綜合污染指數；Pi為重金屬污染物i的單因子污染指數；max(Pi) 為重金屬污染物 i的單因子污染指數最大值；avg(Pi) 為重金屬污染物 i的單因子污染指數平均值。內梅羅指數法分級標準：Pn≤0.7，為安全；0.73，為重度污染。

1.4.3 Hakanson潛在生態風險指數

潛在生態風險指數是 1980 年瑞典科學家Hkanson 根據重金屬性質及環境行為特點，從沉積學的角度出發，用于土壤或沉積物中重金屬潛在生態風險評價的一種方法。

單一重金屬污染物的潛在生態風險指數計算公式為：

(3)

多種重金屬污染物的潛在生態風險指數計算公式為：

(4)

式中，Ei為重金屬污染物 i 的潛在生態風險系數；Ti為重金屬污染物i的毒性系數；RI值是n種重金屬潛在生態風險系數之和。本文選取《土壤 重金屬風險評價篩選值 珠江三角洲》中背景值為參比值。潛在生態危害程度分級標準見表1；重金屬元素毒性系數見表 2[6]。

表1 潛在生態風險指數等級劃分標準

表2 土壤重金屬元素的毒性系數

2 結果與評價

2.1 土壤重金屬污染特征

研究區域73個點位重金屬監測數據分析(結果見表3)，土壤中重金屬Hg、As、Cd、Cu、Pb、Ni平均濃度分別為0.120 mg/kg、6.80 mg/kg、0.36 mg/kg、57 mg/kg、 111 mg/kg、23 mg/kg，是珠三角土壤背景值的0.90倍、0.27倍、3.24倍、1.76倍、1.85倍、0.80倍。對照《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)表 1 第二類用地篩選值，中船黃埔文沖船舶有限公司土壤中的砷超標，超標倍數0.57倍；其它點位土壤重金屬均符合標準。

重點區域表層土壤環境質量與人類活動關系密切，且易受人為活動影響。有研究表明，土壤環境中重金屬含量變異系數可反映人為活動對重金屬含量的影響，變異系數越大，表明受人為活動干擾越強烈[7]。本文重金屬變異系數依次為Cu>As>Ni>Cd>Pb>Hg ，其中Hg和Pb變異系數小于100%，屬于中等變異；其它重金屬變異系數均大于100%，為強變異。結果表明研究區域中Cu、 As、 Ni、 Cd空間差異性較大，受人為因素的影響較大。

表3 土壤重金屬監測結果統計分析 (mg/kg)

2.2 土壤重金屬污染評價

圖2 研究區域土壤重金屬污染指數對比圖

研究區域土壤重金屬監測結果表明，重金屬的單因子污染指數(Pi)平均值均小于1，依次為：Pb>As>Ni>Cd>Cu>Hg。土壤中重金屬As的內梅羅綜合污染指數為1.11，屬于輕微污染；其它重金屬內梅羅綜合污染指數均小于0.7，且綜合污染指數平均值為0.34，表明土壤中重金屬平均水平整體未受污染，處于清潔狀態。但需留意的是，個別點位超出建設用地土壤風險管控值標準，其土壤受到一定程度的重金屬As污染，需加強對個別超標企業土壤的風險防控。

2.3 土壤重金屬潛在生態風險評價

研究區域土壤重金屬監測結果表明，6項重金屬的單項污染潛在生態風險指數(Ei)平均值大小依次為Cd(97.4)>Hg(36.1)>Pb(9.25)>Cu(8.84)>Ni(4.02)>As(2.72)，Cd的潛在生態風險指數平均值明顯高于其他重金屬元素，其生態風險指數Ei大于80，屬于強生態風險等級，是研究區域土壤生態風險的主要貢獻因子，其次是Hg。土壤綜合潛在生態風險指數(RI)變化范圍介于12.6～906，平均值為158，總體表現為強生態風險等級(見表 4)。其中，處在輕微、中等、強、很強、極強生態風險的比例分別為 82.65%、10.05%、4.34%、1.82%和1.14%。

表4 土壤重金屬潛在生態風險指數及百分比統計

3 結 論

本文對廣州開發區73家重點重金屬企業廠區內表層土壤進行采樣分析，結果表明：

(1)研究區域土壤中重金屬Hg、As、Cd、Cu、Pb、Ni平均濃度分別為0.120 mg/kg、6.80 mg/kg、0.36 mg/kg、57 mg/kg、 111 mg/kg、23 mg/kg，是珠三角土壤背景值的0.90倍、0.27倍、3.24倍、1.76倍、1.85倍、0.80倍。

(2)選取《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)表 1 第二類用地篩選值進行綜合污染狀況評價，土壤中重金屬As的內梅羅綜合污染指數為1.11，屬于輕微污染；其它重金屬內梅羅綜合污染指數均小于0.7，且綜合污染指數平均值為0.34，表明土壤中重金屬平均水平整體未受污染，處于清潔狀態。個別企業的重金屬超出風險管控限值，需重點加強超標企業土壤污染防控與治理。

(3)選取《土壤 重金屬風險評價篩選值 珠江三角洲》中背景值為參比值進行潛在生態風險評價，研究區域土壤綜合潛在生態風險指數(RI)變化范圍介于12.6～906，平均值為158，總體表現為強生態風險等級。影響該區域土壤生態風險的主要貢獻因子是Cd，其次是Hg。由于土壤中重金屬污染具有污染范圍廣、隱蔽、持續時間長、不可逆和不易治理等特點[8]，建議制定相應的土壤污染防治措施，持續開展高污染企業土壤環境質量調查監測，推行清潔生產，降低土壤環境風險。