高寒干旱區某冶煉廠周邊土壤及農作物重金屬污染評價

摘要：運用單因子污染指數、內梅羅指數及潛在生態風險指數對青海省高寒干旱區某金屬冶煉廠周圍土壤重金屬污染狀況進行了評價。結果表明，該區域土壤中的Zn、Cd含量都出現了不同程度的超標，少數樣點Cd污染十分嚴重，土壤中的Cr、Cu、Pb、As未超標。在所采集的馬鈴薯、小麥、油菜樣品中，有部分農產品Cd含量超出了國家規定的食品安全限制標準，存在一定的安全風險。

關鍵詞：土壤；污染；評價；金屬冶煉；高寒干旱區

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3504-03

由于現代工業的不斷發展，大量重金屬進入土壤，導致土壤嚴重惡化[1，2]。重金屬在土壤中的積累、遷移不僅危害區域生態安全[3，4]、影響動植物的生長發育[5]，而且可通過食物鏈進入人體[6，7]，危害人體健康[8]，導致一些慢性病、畸形、癌癥等的發生[9]。礦區和冶煉區比較容易產生土壤重金屬污染。研究區是青海省重要的有色金屬冶煉基地，位于青藏高原與黃土高原交界處，屬高寒干旱區，其經過多年的工業發展，園區內廢水、廢氣、廢渣的外排是否對當地的土壤構成污染，農作物中重金屬含量是否超標一直是民眾關注的問題。通過對研究區土壤重金屬含量的分析，采用單因素指數法[10，11]、內梅羅指數法[12，13]和潛在生態風險指數法[14-16]對研究區內土壤的重金屬污染現狀進行評價和潛在生態風險評價，并對研究區主要農作物中重金屬的含量進行了安全性評價，以期為該地區的農業生產、預防修復治理提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測定

1.1.1 土壤樣品采集與測定 在研究區采用梅花形布點法，采取5點土樣混合成一個樣品， 每個采樣點采集表層或耕作層（0～20 cm）土[17]，共采集31個土壤混合樣品。土樣采用HCl-HNO3-HClO4消煮法消解，用ICE3300原子吸收光譜儀（美國Thermo Fisher公司）測定重金屬Zn、Cd、Pb、Cr、Cu、As（由于As毒性顯著，類似于重金屬，故從環境污染角度劃為重金屬污染行列）含量。為保證處理和測定的準確性，采用栗鈣土標樣（GSS-2）作為質控標準。

1.1.2 農作物樣品采集與處理 在農作物收獲季節，選擇當地主要種植的農作物，采集8個同品種馬鈴薯塊莖樣品、12個同品種油菜子粒樣品、12個同品種小麥子粒樣品。將風干的樣品在70 ℃下于烘箱中烘至恒重后研細，采用HNO3-H2O2微波消煮法進行消煮，利用Agilent-7500a電感耦合等離子體質譜儀（美國安捷倫公司）測定消解液中Cd含量。采用小麥標樣（GSB-2）作為質控標準。

1.2 評價方法及指標

1.2.1 單因子污染指數法 單因子污染指數的計算公式為。式中，C 為單因子污染指數；Ci為某一評價指標的實測濃度值；Sn為某一污染物的評價標準。其評價標準為時表示輕度污染；1≤C<3時表示中度污染，3≤C <6時表示重度污染；C ≥6時表示嚴重污染[18]。

1.2.2 內梅羅指數法 單因子污染指數法只能反映各個污染物的污染程度，不能全面、綜合地反映土壤的污染程度，因此當評定區域內土壤質量作為一個整體與外區域土壤質量進行比較，或研究區內的土壤同時被多種重金屬元素污染時，需將單因子污染指數按一定方法綜合起來進行評價，因此引入內梅羅指數法對污染進行綜合評價。內梅羅指數的計算公式如下：

1.2.3 潛在生態風險指數法 計算公式如下：

1.2.4 超標率 超標率=yi/n。式中，yi為樣品中超過污染物限量數；n為樣品總數。

2 結果與分析

2.1 單因子污染指數和內梅羅指數評價結果

31個采樣點土壤樣品的Zn含量為97.2～

1 965.6 mg/kg，Cd含量為0.2～6.7 mg/kg，pH均大于7.5，根據土壤環境質量標準GB 15618-1995，采用土壤環境質量分類的二級標準（Cd≤0.6 mg/kg，Cu≤100 mg/kg，Zn≤300 mg/kg，Pb≤350 mg/kg，As≤25 mg/kg，Cr≤250 mg/kg），可以得到研究區土壤重金屬各單因子污染指數，結果見表1。其中有12個采樣點的Zn超標，超標率為38.7%，單因子污染指數為0.324～6.552；25個采樣點的Cd超標，超標率為80.6%，單因子污染指數為0.333～11.167。總體來看，研究區土壤重金屬污染因子順序為Cd >Zn>As>Pb>Cu>Cr；其中Zn、Cd含量出現了不同程度的超標，少數地區土壤中的Zn、Cd含量污染十分嚴重。采用內梅羅指數對研究區土壤重金屬污染狀況進行綜合分析，結果（表1）顯示內梅羅指數的平均值為2.70， 表明研究區普遍受到中度污染；內梅羅指數最小值為0.57，最大值為6.04，說明個別地區達到了重度污染。

2.2 潛在生態風險指數評價結果

潛在生態風險指數（RI）可綜合反映土壤的Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb的污染水平及潛在生態危害性，研究區土壤中重金屬潛在生態風險性評價的結果見表2。從表2可以看出，土壤中Cd的污染程度為較重危害，而Cr、Cu、Zn、As、Pb都為輕度危害。土壤中某一重金屬元素對RI的貢獻率順序為Cd>As>Zn>Pb>Cu>Cr，Cd是最主要的潛在生態風險因子。由計算可知，研究區土壤重金屬污染的RI為114.98，小于150，說明研究區土壤存在潛在生態風險，級別為1級，屬于輕度危害。

2.3 主要農作物安全性評價結果

研究區的主要農作物是馬鈴薯、小麥和油菜。上述對土壤中重金屬含量的分析結果表明，研究區的土壤受Cd、Zn污染，推斷農作物中的Cd、Zn含量可能會受到影響。由于植物中的Zn含量在一定的范圍內對人體是有益的，并且食品中污染物限量標準GB 2762-2005沒有對食物中Zn的含量作出限定，因此對馬鈴薯、小麥和油菜只抽檢測定Cd含量，結果見表3。由表3可知，與GB 2762-2005 （Cd≤0.1 mg/kg）相比，檢測的8個馬鈴薯塊莖樣品中有2個樣品Cd含量超標，超標率為25.0%；檢測的12份小麥子粒樣品中有4個樣品Cd含量超標，超標率為33.3%；檢測的12份油菜子粒樣品中有3個樣品Cd含量超標，超標率為25.0%，表明不同的農作物對重金屬元素的富集能力不同。植物從周圍土壤中吸收重金屬的能力不僅與土壤中重金屬的有效形態、植物根部的分泌物、微生物的活動有關，還與元素從土壤向根部表面遷移的能力，以及從根表向根內部遷移能力等諸多因素有關[18]。

3 結論

1）運用單因子污染指數法對土壤樣品各重金屬元素分析得出，Cd是研究區最為嚴重的污染元素，污染因子順序為Cd>Zn>As>Pb>Cu>Cr。用內梅羅指數法對研究區整體環境質量評價發現，研究區土壤達到了中度污染水平，以后應加強該地的污染防治工作。

2）對土壤中的重金屬進行潛在生態風險評價，其生態危害程度順序為Cd>As>Zn>Pb>Cu>Cr。Cd是最主要的潛在生態風險因子，其生態危害程度達到較重危害，而As、Zn、Pb、Cu、Cr的生態危害程度均為輕度危害。從上述6種重金屬的潛在生態風險指數來看，研究區土壤存在輕度危害潛在生態風險。

3）通過與國家規定的糧食安全衛生標準GB 2762-2005相比，得出所采集的馬鈴薯、小麥、油菜農作物樣品中可食用部分的重金屬元素Cd含量出現了不同程度的超標，說明土壤中Cd含量的超標已經影響到當地作物食用安全。因此，一方面應該加大監測力度，控制污染源；另一方面，有關部門應進行污染土壤修復可行性研究。

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