順平縣土壤重金屬分布特征及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

田大爭，馬 濤，趙相雷，李 特

（1.河北省地質(zhì)工程勘查院，河北 保定 071051；2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 0710513；3.河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北 石家莊 050081）

隨著中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，土壤環(huán)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(zhì)調(diào)查院在該區(qū)開展過多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查。為了查明評(píng)價(jià)區(qū)重要的生態(tài)地球化學(xué)問題需要開展更大比例尺的土地質(zhì)量調(diào)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(huán)境質(zhì)量狀況。

1 材料與方法

1.1 評(píng)價(jià)區(qū)概況

評(píng)價(jià)區(qū)為順平縣丘陵及平原區(qū)，面積約531km2。境內(nèi)主干交通發(fā)達(dá)，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(xiāng)村公路縱橫交錯(cuò)，交通便利。境內(nèi)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(qū)主要的土壤類型為褐土性土，平原及山間溝谷地區(qū)主要的土壤類型為潮褐土。變質(zhì)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(píng)價(jià)區(qū)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(fēng)速2.3m/s。全年日照時(shí)間2523.4小時(shí)[2]。

1.2 樣品采集與測定

采樣點(diǎn)野外定位采用地形圖結(jié)合手持GPS進(jìn)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(diǎn)的樣品代表性，以GPS定位點(diǎn)為中心，向四周輻射30米確定4個(gè)分樣點(diǎn)，等份組合成一個(gè)混合樣，采用“X”形或“十”形取樣，采樣時(shí)避開田埂、道路、新近堆積土及垃圾堆等各類點(diǎn)狀污染地，避開施肥期和農(nóng)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(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心進(jìn)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(zhì)譜法測定。元素的分析質(zhì)量由重復(fù)樣和國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行控制，各元素的報(bào)出率、準(zhǔn)確度、精密度的合格率均為100%。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 土壤酸堿度分布特征

評(píng)價(jià)區(qū)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(shù)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(guī)律。空間分布特征上表現(xiàn)為：堿性土壤在全區(qū)大面積分布，成土母質(zhì)多對(duì)應(yīng)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(zhì)多對(duì)應(yīng)于更新世沖積物。

2.2 土壤重金屬分布特征

表1列出了評(píng)價(jià)區(qū)土壤重金屬元素含量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，由表可見， Hg、Zn等含量變化范圍相對(duì)較大，最大值與最小值相差幾百倍，其變異系數(shù)均大于50%，尤其是Hg元素，變異系數(shù)高達(dá)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(shù)較小，暗示其空間分布比較均勻，這一點(diǎn)從這些元素的微弱的背景值變化中也得以反映。

表1 評(píng)價(jià)區(qū)重金屬元素含量特征統(tǒng)計(jì)表（N=4216）

評(píng)價(jià)區(qū)土壤鉛含量范圍9.68mg/kg～207mg/kg，平均值為23.88mg/kg，變異系數(shù)較小（23%），反映其空間分布非常均勻，空間分布特征總體表現(xiàn)為北部略高于中部、南部。鉛強(qiáng)低值、低值區(qū)[6]（≤21.6mg/kg）主要分布東魏村、西堯城、魏家莊、田家臺(tái)、新增莊，后者可能與成土母質(zhì)有關(guān)；鉛低背景區(qū)主要分布于低值區(qū)外側(cè)；鉛背景區(qū)主要分布于評(píng)價(jià)區(qū)中部；鉛高背景區(qū)主要分布于評(píng)價(jià)區(qū)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(qiáng)高值區(qū)（＞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(diǎn)鉛含量高達(dá)207mg/kg，可能與人為活動(dòng)有關(guān)。鎘元素與鉛元素的分布特征相似。

評(píng)價(jià)區(qū)土壤砷含量范圍2.29mg/kg～175mg/kg，平均值為10.99mg/kg，變異系數(shù)較小（28%），反映其空間分布比較均勻，空間分布特征總體表現(xiàn)為評(píng)價(jià)區(qū)北部要高于南部（圖1a）。砷低值區(qū)（≤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(qū)在全區(qū)均有分布；砷高背景區(qū)主要分布于北部的北大悲—清醒、大嶺后—團(tuán)結(jié)—西安陽—北康關(guān)，其次分布于蒲上鄉(xiāng)的西于家莊等地；砷高值區(qū)（＞13mg/kg）主要呈團(tuán)狀分布在北大悲、偏羅峪、龍?zhí)玫鹊兀赡転闊嵋夯顒?dòng)的結(jié)果。土壤鉻、鎳、銅與砷相關(guān)性好，空間分布特征相近。

評(píng)價(jià)區(qū)土壤汞含量范圍0.0106mg/kg～2.025mg/kg，平均值為0.050mg/kg，變異系數(shù)較大（113%），反映其空間分布極不均勻，空間分布特征總體表現(xiàn)為南部明顯高于北部（圖1b）。汞低值區(qū)（≤0.034mg/kg）主要分布于團(tuán)結(jié)、大嶺后、東安陽、馬家莊等地；，汞低背景區(qū)主要分布于低值區(qū)的外側(cè)，汞背景區(qū)在全區(qū)均有分布；汞高值區(qū)主要分布于評(píng)價(jià)區(qū)南部的蒲陽鎮(zhèn)、白云莊、高于鋪鎮(zhèn)東南部等地；汞強(qiáng)高值區(qū)（＞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(dòng)有關(guān)。

圖1 土壤地球化學(xué)圖

評(píng)價(jià)區(qū)土壤鉻含量范圍27.2mg/kg～163mg/kg，平均值為64.68mg/kg，變異系數(shù)較小（12%），反映其空間分布非常均勻，空間分布特征總體表現(xiàn)為北部高于南部。鉻低值區(qū)（≤59.9mg/kg）主要分布于腰山鎮(zhèn)的田家臺(tái)—新增莊、蒲陽鎮(zhèn)的西魏村等地；鉻低背景多分布于低值區(qū)外帶；鉻背景區(qū)在全區(qū)均有分布；鉻高背景區(qū)主要呈分布于評(píng)價(jià)區(qū)北部、河口鄉(xiāng)等地，其次在高于鋪鎮(zhèn)南部有少量分布；鉻高值區(qū)（＞74.6mg/kg）呈團(tuán)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(píng)價(jià)區(qū)土壤鋅含量范圍27.8mg/kg～3071mg/kg，平均值為77.6mg/kg，變異系數(shù)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(xiàn)為評(píng)價(jià)區(qū)北、南部要高于中部。低值區(qū)（≤66.1mg/kg）主要分布于腰山鎮(zhèn)、蒲陽鎮(zhèn)西南部、腰山鎮(zhèn)東南部等地；低背景主要分布在低值區(qū)邊緣，面積較小；背景區(qū)在全區(qū)均有大面積分布（除評(píng)價(jià)區(qū)中部外）；高背景區(qū)主要分布于河口鄉(xiāng)、神北、西湖、紅嶺溝等地；高值區(qū)（＞100.4mg/kg）主要分布于河口鄉(xiāng)、神北、李家莊等地。

2.3 土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)

（1）土壤環(huán)境地球化學(xué)單指標(biāo)等級(jí)劃分。土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分的最小空間單位為評(píng)價(jià)單元。當(dāng)單元中沒有評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)時(shí)，可用插值法賦值，獲得每個(gè)評(píng)價(jià)單元相應(yīng)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)[3，4]。

計(jì)算土壤污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)Pi：

式中：Ci為土壤中i指標(biāo)的實(shí)測濃度；Si為污染物i在GB 15618—2018中給出的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值[7]。

按照表2所示的土壤單項(xiàng)污染指數(shù)環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分界限值，單指標(biāo)土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分。

表2 土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分界限

評(píng)價(jià)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)化學(xué)單指標(biāo)等級(jí)無重度污染區(qū)，土壤Cr、Ni、Pb元素含量為清潔，其他元素僅有個(gè)別點(diǎn)為輕微污染、輕度污染或中度污染，＞99.46%的面積符合清潔標(biāo)準(zhǔn)，說明順平縣土壤環(huán)境質(zhì)量整體較好[8]。

（2）土壤環(huán)境綜合地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分。土壤環(huán)境綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)是在單指標(biāo)土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分基礎(chǔ)上，按照以下原則進(jìn)行土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)劃分：每個(gè)評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境等級(jí)最差的等級(jí)。如As、Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn劃分出的環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)分別為四等、二等、三等、二等、二等、三等、二等和二等，該評(píng)價(jià)單元的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)為四等[3，4]。

評(píng)價(jià)區(qū)土壤以一等（清潔）為主，比例為99.25%；綜合超標(biāo)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(jié)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(zhì)控制； Hg元素在城鎮(zhèn)（或廠區(qū)）及附近形成局部高值異常，主要是受人為活動(dòng)等點(diǎn)源污染影響。

（2）土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)表明，區(qū)內(nèi)土壤中As、Cd、Cr、Hg、Cu、Ni、Pb、Zn等以清潔為主（占總比99.46% ～ 100%），區(qū)內(nèi)主要的污染因子為Cd、Zn等重金屬。土壤環(huán)境綜合分級(jí)表明，評(píng)價(jià)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量以清潔為主（99.25%）。