鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

陳愛晶 徐漢億 顧愛祥

（鹽城市耕地質(zhì)量保護(hù)站，鹽城 224002）

土壤是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，資源被大量消耗，土壤重金屬污染等環(huán)境問題也日益凸顯。重金屬污染會(huì)造成土壤肥力和糧食產(chǎn)量品質(zhì)雙下降，且重金屬進(jìn)入食物鏈后還會(huì)危害動(dòng)植物和人類健康[1-3]。同時(shí)，土壤重金屬污染的來源廣泛、危害嚴(yán)重，具有隱蔽性、不可逆性、長期性、難降解等特點(diǎn)，故其已成為環(huán)境污染治理中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題[4]。在此背景下，為了對江蘇省鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，筆者對鹽城市公路兩側(cè)1 170個(gè)土壤樣品中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg重金屬含量進(jìn)行分析，旨在合理利用、規(guī)劃和管理公路兩側(cè)的土地，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類健康。現(xiàn)將相關(guān)研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和預(yù)處理

以縣為單位，選取開通5年以上、車流量大的公路作為研究對象。在距公路兩側(cè)25、50、100 m左右處分別采集土壤樣品6個(gè)，采用梅花狀取樣法，采樣深度為20 cm，共采集土壤樣品1 170個(gè)。其中，東臺(tái)、大豐、射陽每地采集土壤樣品150個(gè)，亭湖、鹽都、建湖、濱海、阜寧、響水每地采集土壤樣品120個(gè)。每個(gè)土壤樣品均由10個(gè)采樣點(diǎn)混合而成，土樣經(jīng)風(fēng)干去雜后用四分法逐級(jí)過篩，并裝瓶待測。

1.2 樣品測定方法

所有重金屬元素的測定標(biāo)準(zhǔn)均參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，土壤重金屬總量提取采用HCl-HNO3-HF-HClO4消解法，土壤重金屬Zn、Cr、Ni、Cu含量利用火焰原子吸收分光光度法測定，土壤重金屬Cd、Pb利用石墨爐原子吸收分光光度法測定，土壤重金屬Hg、As含量利用原子熒光法測定，土壤pH采用玻璃電極法測定。

1.3 評價(jià)方法

1.3.1 地積累指數(shù)法

地積累指數(shù)法[5]又稱Muller指數(shù)法，該方法既反映了某一特定環(huán)境中各種污染的影響，又反映了多種污染物的綜合影響，并以定量的方法劃分出潛在生態(tài)危害的程度，是目前國內(nèi)外土壤(沉積物)中重金屬污染評價(jià)研究的先進(jìn)方法之一[6]。其計(jì)算公式為：Igeo=log2[Ci÷(1.5×Bi)]，式中，Ci是元素n在沉積物中的含量（單位為mg/kg），Bi是元素n的地球化學(xué)背景值（單位為mg/kg），本研究采用的是江蘇省A層土壤算術(shù)平均背景值[7]，Cu為22.3 mg/kg、Zn為62.6 mg/kg、Pb為26.2 mg/kg、Cd為0.126 mg/kg、Cr為 77.8 mg/kg、Ni為26.7 mg/kg、As為10 mg/kg、Hg為0.289 mg/kg。Igeo與污染程度分級(jí)的關(guān)系[8]，見表1。

表1 地累積指數(shù)與污染程度分級(jí)的關(guān)系

1.3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法[9]可用于反映特定環(huán)境中各種污染的影響和多種污染物的綜合影響，并能以定量的方法劃分出潛在生態(tài)危害的程度，其計(jì)算公式為：，式中，為某重金屬的單因子污染指數(shù)，為土壤重金屬的實(shí)測含量，為重金屬的參比值，為單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)，為單項(xiàng)重金屬毒性響應(yīng)參數(shù)，反應(yīng)其毒害水平和生物對其污染的敏感程度，RI為區(qū)域多因子重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)。8種重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)Cu為5、Zn為1、Pb為5、Cr為2、Cd為30、Ni為5、As為10、Hg為40[10]。單項(xiàng)重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)、區(qū)域多因子重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)RI和污染程度的關(guān)系采用寧曉波等[11]和陳靜生等[12]的劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 潛在生態(tài)危害指數(shù)與污染程度分級(jí)的關(guān)系

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬含量分析

由表3可知，鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬含量差異較大，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的含量范圍分別為 5.537 8～87.608 7、7.900 0～342.672 8、5.134 4～956.000 0、0.008 9～0.804 0、16.721 0～151.756 7、8.414 7～58.988 3、1.510 8～21.849 6、0.001 8～0.362 6 mg/kg。從平均值來看，8種重金屬含量均未超過《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均含量分別為22.659 0、77.762 7、28.715 3、0.107 1、62.227 3、28.509 3、8.884 7、0.050 9 mg/kg。對比分析鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬平均含量與江蘇省土壤背景值可知，鹽城市公路兩側(cè)土壤中Cu、Zn、Pb、Ni的平均含量超過了江蘇省土壤背景值，表明這4種重金屬元素在鹽城市公路兩側(cè)土壤中有一定的積累。8種重金屬元素的變異系數(shù)為25.69%～105.76%，其中，Pb的變異系數(shù)最大，為105.76%，達(dá)強(qiáng)變異水平，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤中Pb元素的分布差異較大；其次是Hg和Cd，變異系數(shù)分別為76.34%和53.09%，處于中等變異高位水平，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤中Hg、Cd元素也存在分布差異；Zn、As、Cu、Cr、Ni的變異系數(shù)較小且很接近，均處于中等變異低位水平，說明這5種重金屬元素的空間分布相對均勻，存在污染程度的相似性。

表3 鹽城市公路兩側(cè)土壤中重金屬含量統(tǒng)計(jì)

2.2 地累積指數(shù)法評價(jià)鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度

采用地累積指數(shù)法評價(jià)鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度，結(jié)果表明，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均Igeo值分別為-0.64、-0.37、-0.64、-0.99、-0.96、-0.54、-0.85、-3.39，均小于0，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤整體無污染。不同樣點(diǎn)及不同重金屬元素間表現(xiàn)為絕大多數(shù)樣點(diǎn)是0級(jí)無污染。但不同重金屬元素的污染程度有所不同，其中，Hg的Igeo指數(shù)，所有樣點(diǎn)均小于0，無Hg污染；Cr、Ni、As的Igeo指數(shù)，部分樣點(diǎn)污染級(jí)別為1級(jí)，占比分別為0.25%、7.38%、5.00%；Cu、Zn、Pb的Igeo指數(shù)，部分樣點(diǎn)污染級(jí)別為1級(jí)和2級(jí)，1級(jí)的占比分別為7.04%、22.14%、17.30%，2級(jí)的占比分別為0.17%、0.42%、0.85%；Cd的Igeo指數(shù)，部分樣點(diǎn)污染級(jí)別為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)，占比分別為7.97%、0.17%、0.08%。

2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度，結(jié)果表明，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg 的平均值分別為 3.39、0.83、3.65、17.00、1.07、3.56、5.92、4.69，均低于40，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤表現(xiàn)為輕微污染。經(jīng)進(jìn)一步分析，Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg的單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，所有樣點(diǎn)均低于40，表明這6種重金屬元素為輕微污染；Pb的單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，除1個(gè)樣點(diǎn)在80～160之間為較強(qiáng)污染外，其他樣點(diǎn)均低于40，為輕微污染；Cd的單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，有0.27%的樣點(diǎn)在80～160之間，為較強(qiáng)污染，有1.53%的樣點(diǎn)在40～80之間，為中等污染，有98.20%的樣點(diǎn)低于40，為輕微污染。以上結(jié)果表明，Cd和Pb是鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染的主導(dǎo)因子。

鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的區(qū)域多因子重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)RI范圍為19.38～172.10，平均值為40.11，為輕微污染。從不同污染程度來看，有99.83%的樣品為輕微污染，僅有0.17%的樣品為中等污染。以上結(jié)果表明，鹽城市公路兩側(cè)土壤整體表現(xiàn)為輕微污染，雖然目前重金屬污染對農(nóng)業(yè)的危害較小，但相關(guān)部門也應(yīng)高度重視。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，鹽城市公路兩側(cè)土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均含量分別為22.659 0、77.762 7、28.715 3、0.107 1、62.227 3、28.509 3、8.884 7、0.050 9 mg/kg，均未超過《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，與江蘇省土壤背景值相比，8種重金屬元素的平均含量或增或減，究其原因可能與背景值來源、重金屬遷移[13]等有關(guān)。但是，鹽城市公路兩側(cè)土壤中Cu、Zn、Pb、Ni的平均含量超過了土壤背景值，表明這4種重金屬元素在鹽城市公路兩側(cè)土壤中有一定的積累。區(qū)域重金屬元素含量的變異系數(shù)可反映該元素在該區(qū)域的分布和污染程度差異，變異系數(shù)越大，說明各采樣點(diǎn)在總體樣本中的平均變異程度越大[14]。本研究中，Pb的變異系數(shù)最大，為強(qiáng)變異，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤中Pb元素的分布波動(dòng)性和外援干擾較大；其他7種重金屬的變異系數(shù)在10%～100%之間，為中等變異，說明其他7種重金屬元素的空間分布相對均勻，存在污染程度的相似性。

采用地累積指數(shù)法評價(jià)公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度，8種重金屬元素的平均Igeo值均小于0，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤整體無污染，但部分樣點(diǎn)中Cu、Zn、Pb的污染程度已達(dá)2級(jí)（中度污染），且Cd的污染程度已達(dá)2級(jí)（中度污染）或3級(jí)（中度-強(qiáng)度污染）。采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均值均低于40，說明鹽城市公路兩側(cè)土壤表現(xiàn)為輕微污染，但有1個(gè)樣點(diǎn)中Pb為較強(qiáng)污染，有部分樣點(diǎn)中Cd為中等或較強(qiáng)污染。

地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法的評價(jià)結(jié)果存在一定差異，究其原因，地積累指數(shù)法側(cè)重于重金屬含量與背景值的對比評價(jià)，主要反映外源重金屬的富集程度，而潛在生態(tài)危害指數(shù)法不僅考慮重金屬含量，還考慮不同重金屬的生物毒性影響[13]。累積指數(shù)法得出有部分樣點(diǎn)中Zn、Cu、Pb、Cd達(dá)到中度污染或中度—強(qiáng)度污染，但不同重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)不同，其中，Cd為30，Pb、Cu、Zn分別為5、5、1，故單項(xiàng)污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)也不同。因此，Cd和Pb是鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染的主導(dǎo)因子。

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬污染程度，鹽城市公路兩側(cè)土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的區(qū)域多因子重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)RI范圍為19.38～172.10，平均值為 40.11，僅有 0.17%的樣品為中等污染，也表明鹽城市公路兩側(cè)土壤整體表現(xiàn)為輕微污染，雖然目前重金屬污染對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害較小，但相關(guān)部門也應(yīng)高度重視。