珠三角地區(qū)鑄造廠土壤重金屬的分析研究

梁秀娟，朱賀坤，黃 慧

(廣東產品質量監(jiān)督檢驗研究院，廣東 廣州 510670)

改革開放以來，經濟和城市化的飛速發(fā)展，對廢棄工業(yè)場地的再利用已成為中國可持續(xù)發(fā)展的趨勢。但由于污染場地廢棄后，在環(huán)境中轉化、遷移，最終進入并沉積于土壤、地下水等環(huán)境介質中[1-2]，威脅著植物、動物乃至人類的生存發(fā)展[3-7]。因此，開展工業(yè)場地土壤重金屬污染狀況分析具有重要的環(huán)境意義。

近幾年來，不同學者已經研究了一些典型地形地貌以及不同企業(yè)周邊的環(huán)境污染狀況[8-13]，對鑄造廠環(huán)境污染問題的研究相對較少。本文以珠三角地區(qū)典型的3家鑄造廠為研究對象，對環(huán)境土壤重金屬的濃度、相關性分析和污染來源進行分析。

1 實 驗

1.1 樣品采集

選擇珠三角地區(qū)AA、BB、CC鑄造廠場地遺址，在其企業(yè)周邊分別布置8個采樣點，采集表層(0～20 cm)和淺層(20～40 cm)的土壤樣品，采用十字交叉法，多點取樣，均勻混合，取樣量為1000 g樣品，裝入一次性聚乙烯密封袋，把袋內空氣擠出后封鎖密封條，常溫保存。共采集48個土壤樣品(表層、淺層樣品各24個)。

1.2 樣品前處理及分析方法

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T 166-2004)要求，土壤樣品采集后，放置于風干室中，適時地壓碎、翻動，取出土壤中碎石、砂礫植物殘體，直至自然風干恒重；然后將風干后的土壤樣品研磨到過孔徑0.15 mm(100目)篩后，封存于一次性聚乙烯密封袋里備用。

根據(jù)《土壤環(huán)境質量 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)的要求，Hg、As參照《土壤和沉積物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》(HJ 680-2013)進行檢測，Cd參照《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T 17141-1997)進行檢測，Pb、Cr、Ni、Cu、Zn參照《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491-2019)進行檢測。

1.3 單因子污染指數(shù)和內羅梅污染指數(shù)

采用單因子污染指數(shù)和內羅梅污染指數(shù)對土壤樣品中重金屬污染程度進行評價[14]，其公式如下：

(1)

式中：Pi為重金屬i的單因子污染指數(shù)；Ci為重金屬i的含量(mg·kg-1)，Si為重金屬i的評價標準(mg·kg-1)，本次研究采用GB 15618-2018《土壤環(huán)境質量 農田地土壤污染風險管控標準》限值。當Pi≤1時，表示未受污染；13時，表示重度污染。

(2)

式中：PN為重金屬i的Pi內梅羅綜合污染指數(shù)，Pi，max為重金屬i中污染指數(shù)最大值，Pi，ave為各重金屬污染指數(shù)平均值。當PN≤0.7時，表示安全；0.73表示嚴重污染[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

數(shù)據(jù)分析處理及制作圖表使用Microsoft Office Excel 2013、SPSS 25.0和Origin 8.0軟件進行，Peason相關性分析及制作圖表使用SPSS 25.0軟件完成制作。

2 結果與討論

圖13 家鑄造廠土壤重金屬Pi濃度

由圖1可知，除了CC鑄造廠的Hg(Pi)大于1外，HS鑄造成和TS鑄造成其他元素的Pi均小于1，表明SS鑄造廠土壤受到Hg輕度污染，這可能是由于CC鑄造廠長期以來的工業(yè)活動所影響。其次不難發(fā)現(xiàn)，從8種重金屬元素單因子指數(shù)來看，除了Cr(Pi)和Hg(Pi)外，其他6種重金屬元素的Pi值大小順序：AA>BB>CC，說明BB鑄造廠重金屬污染情況比HS鑄造成和SS鑄造成都要輕微，HS鑄造成重金屬的復合污染情況最嚴重，不容忽視。

表1 土壤重金屬污染指數(shù)

由表1可知，8種重金屬元素單因子污染指數(shù)大小順序為：Hg>Cd>Cu>Ni>Zn>Pb>Cr>As，除Pb、Cr、As外，其他元素最大值與最小值相差較大，其中，Hg相差最大，約為21倍。從綜合污染指數(shù)來看，Pb、Cr及As綜合污染指數(shù)小于1，屬于無污染，其它五種金屬元素的綜合污染指數(shù)均為1

相關性分析被廣泛地應用在研究重金屬元素之間的關系，是推測重金屬各元素間同源性的重要分析[15-16]。本文分析了鑄造廠場地土壤中8種重金屬元素的相關性，從表2可知，除了Pb-Cd、Pb-Ni和Cr-Cd外，Pb、Cd、Cd、As、Ni、Cu和Zn之間互相具有顯著相關性，分別是：①Pb-Cr、As、Cu、Zn(P<0.01或P<0.05)；②Cr-As、Ni、Cu、Zn(P<0.01)；③Cd-As、Ni、Cu、Zn(P<0.01或P<0.05)；④As-Ni、Cu、Zn(P<0.01或P<0.05)；⑤Ni-Cu、Zn(P<0.01)；⑥Cu-Zn(P<0.01)，表明Pb、Cd、Cd、As、Ni、Cu和Zn的重金屬來源密切相關，存在相互的協(xié)同效應。相反，Hg與其它7種元素間均無明顯的相關性，表明Hg的來源相對獨特，不同于其它元素的污染來源，研究者也有同樣的發(fā)現(xiàn)[15]。

表2 土壤重金屬間相關性分析

3 結 論

鑄造廠環(huán)境土壤重金屬元素主要富集在土壤表層，根據(jù)污染指數(shù)評價結果得出，金屬中Hg和Cd的污染程度高于Ni、Cu、Zn，特別是Hg，其污染程度明顯高于其他金屬元素，且主要體現(xiàn)在CC鑄造成。

根據(jù)相關性分析結果得出，Pb、Cr、Cd、As、Ni、Cu和Zn的重金屬來源相互密切相關；相反，Hg與其它7種元素間均無明顯的相關性，表明Hg的來源相對獨特，不同于其它重金屬元素的污染來源。