順平縣土壤重金屬分布特征及環境質量評價

田大爭，馬 濤，趙相雷，李 特

（1.河北省地質工程勘查院，河北 保定 071051；2.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北 保定 0710513；3.河北省地質調查院，河北 石家莊 050081）

隨著中國經濟和社會的高速發展，土壤環境問題越來越突出[1]，逐漸受到人們的重視。2004年～2008年河北省地質調查院在該區開展過多目標地球化學調查。為了查明評價區重要的生態地球化學問題需要開展更大比例尺的土地質量調查，本次在順平縣采集了4216件表層土壤，分析了重金屬分布特征及環境質量狀況。

1 材料與方法

1.1 評價區概況

評價區為順平縣丘陵及平原區，面積約531km2。境內主干交通發達，京昆高速、保阜高速、107國道以及省道S237、S232和S332穿境而過，縣鄉村公路縱橫交錯，交通便利。境內地勢西北高東南低，自然分為低山、丘陵、平原三大地貌類型，三種地貌各占全縣面積的1/3。低山及丘陵區主要的土壤類型為褐土性土，平原及山間溝谷地區主要的土壤類型為潮褐土。變質基底為新太古界片麻巖，僅零星分布于寨坡莊一帶。沉積地層分布于西北部，主要為中-新元古代地層，可劃分為長城系、薊縣系、青白口系、寒武系、奧陶系，巖性以碳酸鹽巖為主。第四系分布于東南部。評價區年平均氣溫為12.2°C,無霜期195天；年平均降水量為578mm，年平均風速2.3m/s。全年日照時間2523.4小時[2]。

1.2 樣品采集與測定

采樣點野外定位采用地形圖結合手持GPS進行，電子手薄與奧維地圖輔助定位，定位誤差小于10m。為了提高采樣點的樣品代表性，以GPS定位點為中心，向四周輻射30米確定4個分樣點，等份組合成一個混合樣，采用“X”形或“十”形取樣，采樣時避開田埂、道路、新近堆積土及垃圾堆等各類點狀污染地，避開施肥期和農藥噴灑期。采集深度為0cm～20cm[3，4]。

土壤樣品樣品分析由河北省地質實驗測試中心進行。土壤pH由電位法測定，As、Hg由原子熒光光度法測定，Zn、Pb、Cr、Cu、Ni由X射線熒光光譜法測定，Cd由等離子體質譜法測定。元素的分析質量由重復樣和國家一級標準物質進行控制，各元素的報出率、準確度、精密度的合格率均為100%。

2 結果分析與討論

2.1 土壤酸堿度分布特征

評價區土壤pH值范圍4.225～8.76，平均值為8.17，土壤以堿性為主，變異系數非常小，反映其空間分布非常均勻，空間分布上具有與其它元素不同的分布規律。空間分布特征上表現為：堿性土壤在全區大面積分布，成土母質多對應于碳酸鹽巖和第四系沖積物；中性土壤主要分布在西南蒲、東顯陽等地，成土母質多對應于更新世沖積物。

2.2 土壤重金屬分布特征

表1列出了評價區土壤重金屬元素含量的統計參數，由表可見， Hg、Zn等含量變化范圍相對較大，最大值與最小值相差幾百倍，其變異系數均大于50%，尤其是Hg元素，變異系數高達113%，反映它們具有較大的空間變異性。相比而言，As、Cr、Pb、Cu等元素含量范圍及變異系數較小，暗示其空間分布比較均勻，這一點從這些元素的微弱的背景值變化中也得以反映。

表1 評價區重金屬元素含量特征統計表（N=4216）

評價區土壤鉛含量范圍9.68mg/kg～207mg/kg，平均值為23.88mg/kg，變異系數較小（23%），反映其空間分布非常均勻，空間分布特征總體表現為北部略高于中部、南部。鉛強低值、低值區[6]（≤21.6mg/kg）主要分布東魏村、西堯城、魏家莊、田家臺、新增莊，后者可能與成土母質有關；鉛低背景區主要分布于低值區外側；鉛背景區主要分布于評價區中部；鉛高背景區主要分布于評價區北部，與寒武系、奧陶系地層分布較為吻合，此外還分布于高于鋪村；鉛高值、強高值區（＞47.0mg/kg）主要分布于神北、葛莊子、東陽各莊、高于鋪村等地，位于高于鋪村的1803樣點鉛含量高達207mg/kg，可能與人為活動有關。鎘元素與鉛元素的分布特征相似。

評價區土壤砷含量范圍2.29mg/kg～175mg/kg，平均值為10.99mg/kg，變異系數較小（28%），反映其空間分布比較均勻，空間分布特征總體表現為評價區北部要高于南部（圖1a）。砷低值區（≤9.5mg/kg）主要分布于西部的西魏村、南常豐—董家莊等地以及東部的南腰山—東后興等地；砷背景區在全區均有分布；砷高背景區主要分布于北部的北大悲—清醒、大嶺后—團結—西安陽—北康關，其次分布于蒲上鄉的西于家莊等地；砷高值區（＞13mg/kg）主要呈團狀分布在北大悲、偏羅峪、龍堂等地，可能為熱液活動的結果。土壤鉻、鎳、銅與砷相關性好，空間分布特征相近。

評價區土壤汞含量范圍0.0106mg/kg～2.025mg/kg，平均值為0.050mg/kg，變異系數較大（113%），反映其空間分布極不均勻，空間分布特征總體表現為南部明顯高于北部（圖1b）。汞低值區（≤0.034mg/kg）主要分布于團結、大嶺后、東安陽、馬家莊等地；，汞低背景區主要分布于低值區的外側，汞背景區在全區均有分布；汞高值區主要分布于評價區南部的蒲陽鎮、白云莊、高于鋪鎮東南部等地；汞強高值區（＞0.101mg/kg）主要分布于順平縣城、白云莊、大辛店等地，可能與人為活動有關。

圖1 土壤地球化學圖

評價區土壤鉻含量范圍27.2mg/kg～163mg/kg，平均值為64.68mg/kg，變異系數較小（12%），反映其空間分布非常均勻，空間分布特征總體表現為北部高于南部。鉻低值區（≤59.9mg/kg）主要分布于腰山鎮的田家臺—新增莊、蒲陽鎮的西魏村等地；鉻低背景多分布于低值區外帶；鉻背景區在全區均有分布；鉻高背景區主要呈分布于評價區北部、河口鄉等地，其次在高于鋪鎮南部有少量分布；鉻高值區（＞74.6mg/kg）呈團狀分布于西河口、王家莊、北湖、史家溝、先鋒等地。鎳元素、銅元素與鉻元素的分布特征相似。

評價區土壤鋅含量范圍27.8mg/kg～3071mg/kg，平均值為77.6mg/kg，變異系數中等（66%），反映其空間分布不是非常均勻，空間分布特征總體表現為評價區北、南部要高于中部。低值區（≤66.1mg/kg）主要分布于腰山鎮、蒲陽鎮西南部、腰山鎮東南部等地；低背景主要分布在低值區邊緣，面積較小；背景區在全區均有大面積分布（除評價區中部外）；高背景區主要分布于河口鄉、神北、西湖、紅嶺溝等地；高值區（＞100.4mg/kg）主要分布于河口鄉、神北、李家莊等地。

2.3 土壤環境質量地球化學評價

（1）土壤環境地球化學單指標等級劃分。土壤環境地球化學等級劃分的最小空間單位為評價單元。當單元中沒有評價數據時，可用插值法賦值，獲得每個評價單元相應的評價數據[3，4]。

計算土壤污染物i的單項污染指數Pi：

式中：Ci為土壤中i指標的實測濃度；Si為污染物i在GB 15618—2018中給出的農用地土壤污染風險篩選值[7]。

按照表2所示的土壤單項污染指數環境地球化學等級劃分界限值，單指標土壤環境地球化學等級劃分。

表2 土壤環境地球化學等級劃分界限

評價區土壤環境質量地球化學化學單指標等級無重度污染區，土壤Cr、Ni、Pb元素含量為清潔，其他元素僅有個別點為輕微污染、輕度污染或中度污染，＞99.46%的面積符合清潔標準，說明順平縣土壤環境質量整體較好[8]。

（2）土壤環境綜合地球化學綜合等級劃分。土壤環境綜合質量評價是在單指標土壤環境地球化學等級劃分基礎上，按照以下原則進行土壤環境地球化學綜合等級劃分：每個評價單元的土壤環境地球化學綜合等級等同于單指標劃分出的環境等級最差的等級。如As、Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn劃分出的環境地球化學等級分別為四等、二等、三等、二等、二等、三等、二等和二等，該評價單元的土壤環境地球化學綜合等級為四等[3，4]。

評價區土壤以一等（清潔）為主，比例為99.25%；綜合超標比例為0.75%，以二等（輕微污染）為主，比例為0.57%，其次為三等（輕度污染）（0.11%），四等（中度污染）比例僅為0.07%。

3 結論

（1）查明了順平縣重金屬元素分布特征。各元素分布特征受與成土母質控制； Hg元素在城鎮（或廠區）及附近形成局部高值異常，主要是受人為活動等點源污染影響。

（2）土壤環境質量等級評價表明，區內土壤中As、Cd、Cr、Hg、Cu、Ni、Pb、Zn等以清潔為主（占總比99.46% ～ 100%），區內主要的污染因子為Cd、Zn等重金屬。土壤環境綜合分級表明，評價區土壤環境質量以清潔為主（99.25%）。