小城鎮工業園區土壤重金屬污染調查與評價
——以肥城市為例

尹素真，王 晨，呂成成

(1.山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東 濟南 250100 2.中再生投資控股有限公司，山東 濟南 250100)

1 引言

土壤污染具有隱蔽性、累積性、難可逆性等特點，工農業生產、交通運輸等活動會產生大量重金屬，通過漫流、淋溶入滲、大氣沉降等途徑進入土壤中，造成土壤的重金屬污染[1，2]。重金屬由于不能被降解將長期存在于土壤中，并通過食物鏈對動植物和人體健康產生危害。很多研究表明，由于受工廠排污的影響，工業園區其周邊土壤環境中極易累積重金屬等污染物[3]。隨著工業化和城鎮化的不斷發展，小城鎮工業園區發展迅速，開展小城鎮工業園區土壤重金屬污染的調查和評價具有重要意義。目前，國內外常用的評價土壤重金屬污染的方法有：單項污染指數法、內梅羅污染指數法、潛在生態風險指數法和地質累積指數法等[4，5]。本研究選取山東省肥城市鄰近的兩個小城鎮工業園區，在調查收集其土壤環境質量現狀監測資料的基礎上，采用多種評價方法全面、綜合評價了其土壤中重金屬的污染特征，以期為園區環境管理部門提供更為科學、客觀的評價結論，并為區域的土壤污染防治提供基礎數據。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

本次調查的2個工業園區位于山東省中部，在大地構造位置上處于中朝準地臺魯西隆起區，地貌特征為低山丘陵與平原相間的山間溝谷、山前平原、沖積平原共存的復雜地貌形態。氣候屬于暖溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，根據多年氣象統計資料，區域年平均氣溫為12～14 ℃，年平均降水為434～1083 mm，年平均風速為1.8 m/s。兩園區均成立于2009年，A園區主導產業為鹽加工、高端制造、新材料制造、紡織和食品加工，B園區主導產業為鋰電產業、設備制造業、資源循環利用產業。

2.2 監測布點和監測因子

2.3 評價標準

A1、B1屬于農用地，執行《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)[6]表1中的其他用地風險篩選值要求，A2、A3和B2、B3均屬于建設用地，執行《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)[7]表1中第二類用地篩選值要求。具體標準限值見表2。

2.4 評價方法

2.4.1 單項污染指數法

單項污染指數法是土壤環境質量評價中最常用的方法，可以直觀的反映土壤中某一污染物的污染程度[8]，其計算公式為：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中：Pi為單項污染指數；Ci為i污染物的實測值，mg/kg；Si為i污染物的標準值，此次評價分別取農用地和建設用地篩選值，mg/kg。

2.4.2 內梅羅污染指數法

內梅羅污染指數法可以綜合的評價土壤的環境質量狀況，不僅可以反映各污染物對土壤環境的影響，還能夠突出高濃度污染物的作用，同時，可以根據計算的內梅羅污染指數對土壤環境質量劃定污染等級[9，10](表3)。其計算公式如下：

(2)

式(2)中：PN為內梅羅污染指數，P平均為取樣點各污染物單項污染指數的平均值，Pmax為取樣點各污染物單項污染指數的最大值。

來生信念量表(Belief in Afterlife Scale，BA量表)(Osarchuk & Tatz，1973)，旨在測量“個體對肉體死亡后生命仍以某種形式繼續存在的相信程度”，量表中的條目測量個體相信死后生命存在的程度。共20個條目，采用5點Likert式評分，其中13個條目為反向計分。得分越高，說明被試的來生信念越強，越相信死后生命繼續存在(Bering, 2002)。

表3 內梅羅污染指數評價標準

2.4.3 潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數(Potential ecological risk index，RI)同時結合了環境化學、毒理學等方面的內容，引入毒性系數來確定土壤重金屬的潛在危害程度，能夠綜合地評價土壤重金屬的潛在生態風險[11](評價指標和等級劃分見表4)。其計算公式如下：

(3)

(4)

2.4.4 地質累積指數法

地質累積指數又稱為Muller指數[14]，可以定量用于研究沉積物等中重金屬的污染程度，綜合反映土壤環境背景及人類活動的共同影響。地質累積指數分級標準見表5，其計算公式如下：

(5)

式(5)中：Igeo為地質累積指數；Ci為i污染物的實測值，mg/kg；Bi為i污染物的地球化學背景值，mg/kg，砷、鎘、銅、鉛、汞、鎳、鋅、鉻的背景濃度取中國土壤元素背景值[15]中山東省的調查結果，分別為9.3、0.084、24、25.8、0.019、25.8、63.5、66 mg/kg，鉻(六價)的背景濃度取《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)[7]中第二類用地篩選值，5.7 mg/kg。

表4 生態風險評價指標和等級劃分

表5 地質累積指數法分級標準

3 結果與分析

3.1 園區土壤環境質量調查結果分析

園區的土壤環境質量調查結果如表6所示。由表中數據可知，所有監測點位土壤的pH值在5.5～8.5之間，無酸化或堿化。A1和B1點位各監測指標均能滿足《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB15618-2018)[6]表1中的其他用地風險篩選值要求，未出現超標現象，且2個點位含量最高的兩種重金屬均為鉻、鋅，含量最少的3種重金屬均為砷、鎘、汞。A2、A3和B2、B3點位各監測指標均能滿足《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)[7]中第二類用地篩選值要求，也未出現超標現象；不同取樣深度處各重金屬的含量變化無明顯規律。

3.2 單項污染指數和內梅羅污染指數評價

由表7中的單項污染指數和內梅羅污染指數評價結果可以看出，本次監測的6個點位的重金屬的單項污染指數均<1，其中農用地的單項污染指數范圍為0.025～0.56，建設用地的單項污染指數范圍為0.001～0.221；內梅羅污染指數均<0.7，其中農用地的內梅羅污染指數范圍為0.38～0.46，建設用地的內梅羅污染指數范圍為0.144～0.161。表明區域土壤處于“清潔”水平，未受重金屬的污染[16]。

表6 園區土壤環境質量調查結果 mg/kg

表7 單項污染指數和內梅羅污染指數評價結果

3.3 潛在生態風險指數評價

由表8中的潛在生態風險指數評價結果可以看出，各監測點位重金屬的潛在生態風險指數均<40，其中農用地的潛在生態風險指數范圍為0.35～14，建設用地的潛在生態風險指數范圍為0.01～2.22；綜合潛在生態風險指數均<150，其中農用地的綜合潛在生態風險指數范圍為22.98～26.67，建設用地的綜合潛在生態風險指數范圍為2.54～2.85。總體上看，潛在生態風險指數評價結果與單項污染指數法、內梅羅污染指數評價結果一致，表明區域土壤未受到重金屬的污染。

表8 潛在生態風險指數評價結果

3.4 地質累積指數評價

由表9中的地質累積指數評價結果可以看出，各監測點位的砷、銅、鉛、鋅、鉻(六價)的地質累積指數均<0，污染等級為0，污染程度為無污染；各監測點位的鎘、鉻的地質累積指數范圍均在0～1范圍內，污染等級為1，污染程度為輕微污染；除A1的鎳為輕度污染外，其他監測點的鎳均為無污染；各監測點汞的地質累積指數范圍均在1～2范圍內，污染等級為2，污染程度為輕度污染。

表9 地質累積指數評價結果

4 結論與討論

(1)通過對采用單項污染指數法、內梅羅污染指數法、潛在生態風險指數法和地質累積指數法的評價結果進行比較可以看出，地質累積指數法的評價結果明顯嚴重于前3種評價方法。其中單項污染指數法、內梅羅污染指數法和潛在生態風險指數法的評價結果基本相同，均顯示區域土壤未受到重金屬的污染；而地質累積指數法的評價結果則顯示：1個監測點的鎳輕度污染，各監測點的鎘、鉻輕微污染，各監測點汞輕度污染。分析地質累積指數法與其他3種評價方法采用的標準/背景濃度不同有關，地質累積指數評價時所取用的鎳、鎘、鉻、汞的背景濃度明顯低于其他3種評價方法所采用的標準值；同時，砷、鎘、鉛、汞、鎳、鋅、鉻的實測濃度存在超過背景濃度現象。

(2)通過對采用單項污染指數法、潛在生態風險指數法和地質累積指數法的評價結果進行比較可以看出，同一監測點位采用不同評價方法計算的最大指數對應的污染因子不同。其中采樣點A1單項污染指數最大的因子為鎳、潛在生態風險指數最大的因子為鎘、地質累積指數最大的因子為汞，采樣點B1單項污染指數最大的因子為砷、潛在生態風險指數最大的因子為鎘、地質累積指數最大的因子為汞。分析與不同評價方法重點關注的評價內容不同有關，因此在實際工作中，應結合具體實際選擇一種或者多種方法組合進行評價，以便全面、準確地判斷土壤受重金屬的污染程度。

(3)綜合上述分析結果，園區各監測點的重金屬含量均能夠滿足所執行的標準限值要求，不存在超標現象，區域土壤環境質量良好。但是，部分監測因子高于背景濃度，建議園區進一步加強管理，合理開發和利用土地資源，杜絕環境污染事故，建立定期監測制度，避免因園區的建設而導致區域土壤環境質量惡化。