某區(qū)垃圾堆場周邊土壤中重金屬元素的污染特征及生態(tài)風險評價

吳明言

（福建省閩環(huán)試驗檢測有限公司，福建 福州 350000）

垃圾簡易堆場作為農(nóng)村生活垃圾治理不容忽視的一環(huán)，對其進行清理處置是改善城鄉(xiāng)環(huán)境衛(wèi)生面貌、確保人居健康安全的重要工作；近年來土壤重金屬污染問題受到廣泛關注[2]，一旦土壤受到重金屬污染，除土壤本身性質(zhì)發(fā)生改變，營養(yǎng)元素受到影響，更會影響農(nóng)業(yè)種植安全，所以開展土壤重金屬污染評價分析極為重要[3]。基于此，為了解和評價垃圾簡易堆場周邊土壤重金屬元素的污染狀況，本研究在收集堆場基礎資料的情況下，按照相關監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，在垃圾簡易堆場周邊和場內(nèi)布設20個土壤采樣點位，共采集56份土壤樣品，分析檢測了砷、鎘、六價鉻、銅、鉛、汞、鎳等重金屬元素含量，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對研究區(qū)域內(nèi)的土壤重金屬元素的可能來源進行綜合分析和評價，旨在為相關部門監(jiān)管類似造成土壤污染的點源污染提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域情況

本研究選擇福建省某區(qū)垃圾簡易堆場作為研究對象，該堆場區(qū)域內(nèi)的垃圾主要由一般工業(yè)垃圾、建筑垃圾及生活垃圾構(gòu)成。堆場周邊存在耕地、園地、居民區(qū)與水庫。本次研究區(qū)域主要為簡易道路區(qū)兩側(cè)50 m范圍及集中堆置區(qū)域周邊50 m范圍。

1.2 點位布設及樣品采集

本研究在主導風向上風向（東北方向）設置對照點、下風向（西南方向）設置下游背景點，在側(cè)向設置兩個土壤點位，在簡易道路區(qū)及堆置區(qū)設置16個土壤點位，共布設20個土壤采樣點；各土壤采樣點位按實際情況確定采樣深度，采樣深度扣除地表非土壤硬化層厚度后，原則上按照3 m以內(nèi)深層土壤的采樣間隔為0.5 m、3～6 m采樣間隔為1 m、6 m至地下水采樣間隔為2 m進行采樣，具體間隔根據(jù)周邊地形、水文分布情況等實際情況做適當調(diào)整；原則上每個監(jiān)測點位至少采集3個深度土壤樣品。

本研究共采集土壤樣品56個，另取6個土壤平行樣作為質(zhì)量控制，每個樣品重量約1 kg，以聚乙烯袋封裝。樣品采集過程嚴格按照《建設用地土壤污染風險管控和修復監(jiān)測技術(shù)導則》（HJ 25.2-2019）[4]等相關文件要求執(zhí)行。

1.3 樣品制備和測試

土壤樣品的前處理：首先將風干土壤樣品用木槌敲打、壓碎、揀出雜物、混勻，并用四分法取壓碎樣、研磨，過100目（孔徑0.149 mm）尼龍篩，相關重金屬元素按標準方法消解、過濾、定容后上機測試。

為保證樣品分析的準確性，本次分析的實驗室已通過相關認證，儀器按照規(guī)定定期校正；同時，工作人員在進行樣品分析時對各環(huán)節(jié)進行了質(zhì)量控制。

1.4 重金屬評價與分析

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是針對土壤中某一種物質(zhì)的污染程度進行評價，可全面反映出土壤中各種重金屬的平均污染水平[5]，計算公式如式（1）。

式中，Ci屬于土壤內(nèi)重金屬元素i的實測含量，單位：mg/kg；Si為土壤標準值，單位：mg/kg。

1.4.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是評價土壤重金屬污染時，使用最為頻繁的綜合指數(shù)方法之一，此方法可以全面反映各元素對土壤質(zhì)量所產(chǎn)生的影響[6]，而且該指數(shù)可以突出最高值對環(huán)境質(zhì)量的影響程度。內(nèi)梅羅指數(shù)法可以有效防止因為平均作用而減弱污染金屬元素全值的問題，但是極有可能會因為人為因素擴大或者是縮小某因子的影響作用[7]。其公式為式（2）。

式中，PI為土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù),P最大值為土壤各元素單因子指數(shù)中的最大值，P平均值為土壤中各元素單因子指數(shù)的平均值。土壤重金屬元素污染物評價及生態(tài)風險分級見表1。

表1 土壤重金屬元素污染物評價及生態(tài)風險分級

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬元素含量特征

本次測試的56份土壤樣品重金屬的分析結(jié)果（見表2）表明，7個重金屬檢測指標中，Cu、Cd、Hg等重金屬在堆場周邊及其堆存區(qū)域內(nèi)土壤中的平均含量高于福建省土壤平均背景值[8]，Cu是背景值的1.23倍（Cu背景值為21.6 mg·kg-1）；Cd是背景值的4.05倍（Cd背景值為0.054 mg·kg-1）；Hg是背景值的6.06倍（Hg背景值為0.081 mg·kg-1）。

表2 供試土壤中銅、鉛、鎘、鎳、砷、汞的含量 單位：mg·kg -1

從表3可見，不同土層各元素的濃度變化情況有四種，即表層高于深層、表層等于深層、表層小于深層及其他情況（即各層間無明顯規(guī)律）。引起元素在土壤不同土層含量不同的原因可能為：土壤侵蝕-堆積、土體的淋溶-淀積、人為活動造成的污染、植物吸收等[9]。因垃圾堆場受到人為活動的影響較大，本研究認為人為活動是供試土壤表層重金屬污染元素含量的主要影響因素。

表3 不同土層中銅、鉛、鎘、鎳、砷、汞含量比較

本次測試的56份土壤樣品均未超過相應的土壤污染風險篩選值及管控值標準，但與對照點相比，堆場周邊及其堆存區(qū)域內(nèi)重金屬元素的整體含量均高于對照點，可能原因是垃圾簡易堆場中的垃圾無序堆放，其產(chǎn)生的滲濾液未集中收集處置，滲濾液中各類元素含量豐富，造成土壤中相應的重金屬元素累積富集。

2.2 單因子污染指 數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價

以福建省土壤背景值為標準的單因子污染指數(shù)評價表明，6種元素（六價鉻無相關評價指標，不列入評價）的單因子污染指數(shù)平均值依次為：汞＞鎘＞銅＞砷＞鉛＞鎳。其中鉛、砷、鎳的單因子污染指數(shù)平均值Pi≤1，屬于安全等級；銅的單因子污染指數(shù)平均值Pi=1.2，整體屬于輕微污染。除鎘外，供試的56份土壤中超過半數(shù)達到安全等級（無污染），3.6%屬于中度污染，5.4%屬于重度污染，說明供試土壤總體而言受到垃圾的影響程度較輕。根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值PI評價，供試土壤屬于中度污染或重度污染土壤，其中又以汞和鎘的污染程度最為突出。

因本研究調(diào)查地塊被劃分為公園綠地，為二類建設用地，以《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600-2018）[1]中規(guī)定的二類用地篩選值為標準進行單因子污染指數(shù)評價，結(jié)果表明，7種元素的單因子污染指數(shù)平均值依次為：砷＞鉛＞鎳＞汞＞鎘＞銅＞六價鉻。所有重金屬的單因子污染指數(shù)平均值Pi≤1，屬于安全等級。根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值PI評價，供試土壤PI均小于0.7，屬于安全等級。詳見表4。

表4 以二類用地篩選值為標準的污染指數(shù)分布

3 結(jié)論與討論

（1）56份供試土壤樣品，按相關標準要求測試砷、鎘、六價鉻、銅、鉛、汞、鎳。僅六價鉻未檢出，其余元素檢出率100%；各元素含量均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600-2018）[1]中規(guī)定的二類用地篩選值及管控值標 準。

（2）56份供試土壤樣品，重金屬砷、鉛、鎳含量平均值低于福建省土壤平均背景值，銅、鎘、汞等重金屬平均含量高于福建省土壤平均背景值。

（3）本研究中不同土層重金屬元素濃度變化情況有四種，即表層高于深層、表層等于深層，表層小于深層及其他情況（即各層間無明顯規(guī)律）。可能原因為人為活動在供試土壤重金屬元素的垂向遷移上起到主要作用。

（4）堆場周邊及其堆存區(qū)域內(nèi)重金屬元素的整體含量均高于對照點，其可能原因是垃圾簡易堆場中的垃圾無序堆放，其產(chǎn)生的滲濾液未集中收集處置，滲濾液中各類元素含量豐富，造成土壤中相應的重金屬元素累積富集。

（5）以福建省土壤背景值為標準的單因子污染指數(shù)評價表明，6種元素單因子污染指數(shù)平均值依次為：汞＞鎘＞銅＞砷＞鉛＞鎳。重金屬鉛、砷、鎳的單因子污染指數(shù)平均值Pi≤1，屬于安全等級；銅的單因子污染指數(shù)平均值Pi=1.2，屬于輕微污染；按內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值PI評價，供試土壤均屬于中度污染或重度污染土壤，其中又以汞和鎘的污染程度最為突出。

（6）以《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600-2018）[1]中規(guī)定的二類用地篩選值為標準的單因子污染指數(shù)評價表明，7種元素的單因子污染指數(shù)平均值依次為：砷＞鉛＞鎳＞汞＞鎘＞銅＞六價鉻。所有重金屬的單因子污染指數(shù)平均值Pi≤1，屬于安全等級；根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)平均值PI評價，供試土壤PI均小于0.7，屬于安全等級。

（7）根據(jù)上述結(jié)果，垃圾簡易堆場周邊土壤環(huán)境可能受道路兩側(cè)區(qū)域和集中堆置區(qū)域垃圾所產(chǎn)生的滲濾液影響，但影響相對較小，周邊土壤檢測結(jié)果未出現(xiàn)超標情況。