新建公園綠地項目前期土壤重金屬調查與評價

龐少東

（太原植物園，山西 太原 030000）

0 引言

城市綠地系統是城市建設的重要組成部分，對于凈化城市空氣、降塵降噪、凈化水質和提高土壤環境質量有著重要作用，同時，還有助于豐富物種多樣性，調節城市氣候環境，改善城市居住環境，提高城市品位。土壤作為植被正常生長的立地條件和營養來源，是城市綠地生態系統物質轉化和能量循環的重要必要環節，其質量水平直接影響植物園等綠地系統的園林綠化效果[1-2]。土壤是自然界各環節聯系的關鍵節點，是物質和能量交換的主要場所，城市土壤是城市生態系統重要組成部分，同時，也是城市污染物的主要排放場所，直接影響土壤環境，通過食物鏈和直接接觸等方式進入人體[3-4]。近年來，城市土壤生態系統的保護逐漸受到人們的普遍重視，隨著城市化的進程，城市土壤逐漸受到了各種污染物的威脅。其中，重金屬作為一種不能降解，易對人體造成危害的土壤污染物，受到環境研究者的普遍關注。

太原作為山西省會，位于山西中部，是山西的經濟和文化中心，土壤以堿性褐土為主，在各土壤類型中占比最大，成土母質以沖洪積物為主。太原市是以冶金、機械、化工、煤炭為支柱，以輸出能源、原材料、礦山機械產品為主。作為典型的工業城市，土壤重金屬污染較重，且多種重金屬指標均超過土壤環境質量國家二級標準，城區土壤相對污染較輕。太原植物園項目是太原市新建綠地項目，面積達180hm2，包括25 個專類園，良好的種植土壤是植物園可持續發展的有力保障。本文針對項目區前身為工商業區的地塊土壤進行重點研究分析，以土壤重金屬污染分析研究為主，為以后的土壤污染治理、土壤改良和生態環境保護等工作提供數據支持和參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況及樣品采集

太原植物園位于太原市西南方向，龍山東側，是一個集科普、科研、觀光于一體的綜合性植物園，包括竹園、盆景園、宿根花卉園、APG 分類園等25 個專類園區。本次調查主要針對項目區范圍內前期用地性質為工業區、商業區、苗圃地的區域進行采樣分析，共采集混合土壤樣品15 個，其中工業區7 個樣點（編號3、5、6、7、8、12、14），商業區4 個樣點（編號10、11、13、15），苗圃地4 個樣點（編號1、2、4、9），樣點編號如圖1 所示。

通過對太原植物園專類園范圍進行70m×70m 網格分區，在每個網格區域內進行混合樣點的采集，并記錄每個網格中心區域坐標、平均高程、地表植被、土地利用性質、時間等基本情況；每個混合樣點采用“S”形取樣法進行取樣，取5~7 個土壤樣品進行混合；取樣深度為0~30cm。圖1 為各專類園內土壤樣點。

圖1 土壤樣點位置及編號

1.2 樣品處理及分析

將土壤樣品中的塊石、樹根等雜物去除，待自然風干后用瑪瑙研缽研磨，粗磨過20 目篩，再細磨全部過100 目篩，裝袋編號備用，測定土壤重金屬。

測定指標：土壤重金屬Cr、Pb、Cd 采用硝酸-雙氧水-氫氟酸三酸聯合微波消解，Cr 采用火焰原子吸收分光光度法；Cu、Zn、Ni 采用火焰原子吸收分光光度法；Pb、Cd 采用石墨爐原子吸收分光光度法；As 采用王水水浴消解，原子熒光光度法測定。分析方法準確度和精密度采用國家土壤標準物質（GBW07453）.

1.3 評價標準及評價方法

本次評價采用《土壤環境質量標準》（GB 36600—2018）中二級標準（6.5＜pH＜7.5）作為評價標準，對不同用地性質區域土壤重金屬含量進行環境污染評價[5]。評價方法采用內梅羅指數法分別進行單因子指數評價法和綜合指數評價法進行污染評價。

單因子污染指數法是對土壤中某一重金屬元素的累積污染程度進行評價。其計算公式如式（1）所示。

式中：Pi——重金屬元素污染指數；Ci——重金屬含量實測值；Si——土壤環境質量標準值。

Pi≤0.7 為清潔，0.7＜Pi≤1.0 為安全，1.0＜Pi≤2.0 為輕污染，2.0＜Pi≤3.0 為中度污染，Pi＞3.0 為重污染。重金屬污染越嚴重，Pi數值越大。

內梅羅綜合指數法是對土壤中幾種重金屬的累積污染程度進行綜合評價，突出高濃度污染物對土壤環境質量的影響。其計算式為：

式中：P——綜合污染指數；Pimax——單項污染指數最大值；Piave——單項污染指數平均值。P≤0.7 為清潔，0.7＜P≤1.0 為安全，1.0＜P≤2.0 為輕污染，2.0＜P≤3.0 為中污染，P＞3.0 為重污染。

2 結果與分析

2.1 各區域重金屬污染概況

對不同區域重金屬含量比較發現，工業區較其他區域各重金屬含量普遍較高，且Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As含量均高于國家二級標準值，依次高于標準值117.9%、25.1%、191.4%、146.7%、52.4%、47.6%；商業區較工業區各重金屬除As 外，其余重金屬含量均低于工業區，Zn、Pb、Cd、As 均高于國家二級標準，依次高于標準值13.7%、28.9%、23.3%、58%；苗圃區各重金屬含量最低，明顯低于其他兩個區域，且均低于國家二級標準值。工業區重金屬Cu、Pb、Cd 污染較重，可能與工業區主要以洗煤廠為主，煤矸石及煤炭等直接污染有關，煤矸石中氧化物結合態及酸溶態重金屬Cu、Zn、Pb、Cr、Cd 易被溶解造成土壤重金屬的積累和污染。表1 為不同區域土壤重金屬含量。

表1 不同區域土壤重金屬含量 單位：mg·kg-1

2.2 各區域重金屬污染評價

對不同區域的重金屬含量進行單項污染指數和綜合污染指數評價，各評價指數如表2 所示。

表2 不同區域重金屬污染指數

苗圃地土壤各金屬單項污染指數均小于1，說明土壤未受到上述7 種重金屬的污染；綜合污染指數為0.77，0.7＜P綜＜1，屬于尚清潔狀態，但位于警戒線。工業區土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 單項污染指數均大于1，且Cu、Pb、Cd 單項污染指數均大于2，說明工業區土壤受到Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 污染，且Cu、Pb、Cd 污染較重；綜合污染指數為2.41，2＜P綜＜3，屬于中度污染。商業區土壤Zn、Pb、Cd、As 單項污染指數均大于1，說明工業區土壤受到了Zn、Pb、Cd、As 污染；綜合污染指數為1.31，1＜P綜＜2，屬于輕污染。

在3 個區域所測土壤中，工業區土壤污染最重，受到Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 污染，其中Cu、Pb、Cd 污染較重，可能與工業區前期以洗煤廠為主有關，重金屬主要來源于煤矸石及煤炭。商業區重金屬污染次之，可能與前期該區域以修理廠、飯店等商業活動對土壤造成的影響有關。苗圃地未受到明顯重金屬污染。

2.3 有機污染物多環芳烴評價

煤、木材、石油等有機高分子化合物，當不完全燃燒時就會產生揮發性碳氫化合物，也就是多環芳烴（PAHs），這是環境和食品的重要污染物來源之一。在已經發現的200 多種PAHs 中，絕大部分都具有致癌性，如苯并α 芘，苯并α 蒽等。

多環芳烴主要是自然源和人為源。自然源一般是森林火災、火山爆發等燃燒以及沉積物成巖過程、生物轉化過程和焦油礦坑內氣體等生物合成情況。同時在原煤石油中也存在大量的多環芳烴。人為源則是通過工業工藝過程、不完全燃燒、垃圾焚燒填埋或者直接交通排放、輪胎磨損等形式產生。同時隨著工業生產的大力發展，人為源成為環境中PAHs 總量的大部分。溢油事件也成為PAHs 人為源的一部分。

2.3.1 采樣方法及采樣點

由于項目區范圍內多處為洗煤廠及儲煤場等煤炭工業用地，且周圍分布多個汽車修理廠、木材廠等工廠，緊挨太古公路和舊晉祠路，交通繁忙，車流量大，可能存在較大的多環芳烴潛在污染，所以，本次多環芳烴調查同重金屬污染調查采樣區域一致，主要針對項目區范圍內前期用地性質為工業區、商業區、苗圃地的區域進行采樣分析，共采集混合土壤樣品15 個，其中工業區7 個樣點（編號3、5、6、7、8、12、14），商業區4 個樣點（編號10、11、13、15），苗圃地4 個樣點（編號1、2、4、9），樣點編號如圖1 所示。

2.3.2 各區域多環芳烴污染評價

此次評價采用荷蘭科學家MaliszewskaˉKordybach提出的PAHs 污染分級方法，將PAHs 質量分數＜200μg/kg、200 ~600μg/kg、600 ~1000μg/kg、＞1000μg/kg分別劃分為不同污染區間[6]，如表3 所示。

表3 PAHs 污染分級

通過對不同區域PAHs 平均值的計算，按照污染分級標準對各區域進行多環芳烴污染評價，如表4 所示。

表4 不同區域污染評價

通過對不同區域PAHs 評價可知，工業區和商業區污染最重，可能與該區域的土地利用性質有關，洗煤廠、修理廠等產生的有機污染物對本區域造成了較嚴重的污染；苗圃區輕度污染可能由該區域臨近交通要道有關，汽車尾氣、周邊環境產生的污染物對本區域造成一定污染，大氣中有機污染物沉降也可能造成一定污染。

3 結語

（1）太原植物園項目區域不同利用性質土地土壤重金屬含量有較明顯差異。

（2）工業區較其他區域各重金屬含量普遍較高，且Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 含量均高于國家二級標準值；商業區Zn、Pb、Cd、As 含量均高于國家二級標準；苗圃區各重金屬含量最低，明顯低于其他兩個區域，且均低于國家二級標準值。

（3）通過對不同區域重金屬污染評價，工業區土壤污染最重，屬于中度污染，其中，Cu、Pb、Cd 污染較重，可能與工業區前期以洗煤廠為主有關，重金屬主要來源于煤矸石及煤炭；商業區重金屬污染次之，屬于輕污染，可能與前期該區域商業活動對土壤造成的影響有關；苗圃地未受到明顯重金屬污染，屬于尚清潔狀態。

（4）土壤重金屬超過國家二級標準的區域，建議采取客土方式結合種植土各肥力指標進行改良。