長壽地區土壤重金屬元素污染特征及評價

龔曉波 ，廖阮穎子，孟 標，郭道軍，胡 陽，凌亞軍

（四川省地質礦產勘查開發局106地質隊，成都 611130)

長壽地區土壤重金屬元素污染特征及評價

龔曉波 ，廖阮穎子，孟 標，郭道軍，胡 陽，凌亞軍

（四川省地質礦產勘查開發局106地質隊，成都 611130)

為查明長壽城區及周邊區域表層土壤中As、Cd、Hg等8個重金屬元素的污染情況，進行土壤測量結果顯示，區內Cr、Hg、Ni等大部分元素的平均含量高于三峽庫區深層土壤背景值，Hg、Pb的后期疊加作用最為強烈；除Hg外，其余7個元素含量間存在顯著正相關，其中Cr、Ni最為顯著；隨著pH值增加，Ni、Cr、Cd、Cu含量顯著增加；單因子污染指數評價和內梅羅綜合指數評價均顯示研究區內土壤環境質量總體較好，污染區域較少，以輕度污染-中度污染為主，重污染約占全區面積的0.3%，Hg元素為研究區內最主要的污染元素。

重金屬元素；污染評價；土壤；長壽區

長壽區位于重慶市東北部、長江三峽庫區上游，是重慶重要的化工工業衛星城市。境內主要工廠及企業主要集中分布于長壽城區西部的晏家工業園區及長江主要支流龍溪河、桃花溪等附近。

通過對長壽城區及周邊主要工業集中區開展表層土壤采樣，測試并研究區域內8個重金屬元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）及pH值分布規律，采用單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數法（Nemerow Index）依據國家二級土壤評價標準對該區域內表層土壤重金屬元素污染進行評價，為下步防治重金屬污染提供依據。

1 研究區背景

研究區范圍北從長壽區八顆鎮南至江南鎮，面積約為170km2。研究區西部為晏家工業園，區內有鋼鐵、化工、制藥等大型企業分布。其中江南鎮為重鋼所在地，城區以西朱家鎮有四川維尼綸廠，城區鄰近長江位置有四川染料廠、長壽制藥廠等，城區西北-北部的渡舟-八顆鎮主要為旱地，種植玉米、稻谷等農作物。區內地貌特征以低山為主，相對高差約100～200m，長江從中部流經，區內最高點為北部的菩提山，高程為596m，最低點為長江江面，高程約為160m。出露的地層以侏羅系為主，主要有珍珠沖組、新田溝組、沙溪廟組以及遂寧組、蓬萊鎮組和少量第四系，巖性以淺湖及河湖交替相沉積的砂巖、泥巖為主，斷裂及褶皺構造均不發育，礦產資源甚為稀少。

圖1 研究區地理、地質及采樣范圍簡圖

2 樣品采集與測試分析

本次工作采樣布置以500×500m為基本布樣單元，每個基本單元進一步分為A、B、C、D四個小格，樣品基本均勻地布設在A、D小格內，試驗采樣密度為8件/ km2，采樣深度為0～30cm土柱。為提高每個采樣點上樣品的代表性，在采樣小格中沿路線采集3～5處組合成一件樣品，土樣原始重量不低于1 000g。本次共采集樣品1 358件，較為均勻的分布于研究區不同區域內。

樣品采集加工后，送至西昌測試中心采用多測試方法套合測試方案（表1）。采樣密度、分布及采樣數量等均能保證樣品對樣點周圍土壤地球化學環境的代表性；采用重復樣采集的方式對分析質量進行監控，結果表明測試的數據較為可靠。

3 結果與討論

3.1 重金屬元素含量及分布特征

1∶20萬涪陵幅化探成果表明，研究區內地層中Hg元素含量起伏較大，其他元素主要是以低背景為主。根據樣品中8種重金屬元素測試數據的統計結果，以及與三峽庫區及全國土壤背景值進行對比（表2）。表明研究區重金屬元素含量及分布呈現出不同的狀態，其平均含量水平排序為：Zn＞Cr＞Pb＞Ni＞Cu＞As＞Hg＞Cd。全區而言，Cr、Hg、Ni、Pb、Zn明顯大于三峽庫區土壤重金屬含量及全國土壤背景值，Cd、Cu平均含量低于三峽庫區及全國土壤背景值，As略高于三峽庫區背景值而低于全國值。這說明這些元素在一定程度上呈現局部富集現象。元素的疊加強度顯示，研究區內Hg元素的后期疊加作用強度較大，受人類活動影響程度較高，Pb的疊加強度為4.9，說明Pb元素在成土后存在中等的疊加作用；同時As、Cu的疊加強度在2～4之間，說明也有弱的疊加作用，而其他元素的疊加作用較弱。

表1 土壤樣品重金屬元素測試方法及檢出限

表2 長壽區表層土壤中重金屬元素特征值（μg/g）

平均值反映元素含量的集中趨勢,變異系數（標準差與均值的比率）則反映元素的離散程度[3]，區內As、Cu、Hg、Pb、Zn變異系數明顯大于0.5呈中等分異分布，表明表層土壤中As、Cu、Hg、Pb、Zn五種元素含量數據較為離散，受人類活動或者外界作用的影響較大；Cd、Cr、Ni三種元素的變異系數處于0.25～0.5之間，呈均勻-弱分異分布，說明這三種元素受到外源干擾作用或人類活動影響較小。

從不同采樣區域分析來看，長壽區江南鎮地區As、Cr、Pb、Zn平均含量明顯高于較其他地區同類元素平均含量，這可能與該區域內的重鋼生產基地的工業生產有關；而長壽城區范圍內的重金屬元素平均含量明顯存在高As、Cr、Cu、Hg、Zn，其他元素平均含量處于中間狀態，整體平均pH呈中性略偏堿性，這可能是由密集的人類活動引起；城西地區重金屬元素中As、Hg、Ni、Zn含量較高，推測可能與晏家

表3 不同采樣區域重金屬元素含量總平均值（μg/g）

工業園、川維等化工企業的工業活動有關；城北主要為旱地，該區域內各類重金屬元素的平均含量略高于城區臨近周邊外，而整體低于其他區域，整體土壤偏酸性。

綜上所述，長壽地區重金屬元素的分布主要與人類活動、農田施肥及成巖母巖等多方面因素有關。研究區內主要土壤屬侏羅系紅層土壤，多為巖石就地風化形成，土壤中重金屬元素的含量受母巖控制程度較高；研究區內多個重金屬元素的含量高于背景值含量，尤其是Hg元素，其疊加強度高達23.5，極有可能是因為大氣顆粒通過干濕沉降進入土壤，造成重金屬含量的普遍偏高。

3.2 重金屬元素相關性分析

表4 長壽區表層重金屬元素含量間Pearson相關系數

表5 長壽區表層重金屬元素含量與pH值間Pearson相關系數

研究表明，利用土壤中重金屬含量的相關性可以推測重金屬的來源是否相同，若元素間相關性顯著和極顯著，則說明元素間一般具有同源關系或是復合污染[4]。研究區內除Hg元素外，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn元素含量之間存在不同程度的正相關，說明這些元素同源的可能性較高，同時，Cr、 Ni之間也存在明顯的正相關，而其他元素間相關系數為0.2～0.4之間，這也說明了Cr、Ni元素同源的可能性最高。這些元素間表現的正相關，可能暗示了研究區域內不同土壤類型、工業類型及人類活動等控制著重金屬元素的含量和分布特征。3.3 重金屬分布與pH值關系

pH值是土壤重要的化學指標，研究表明土壤pH值升高將導致土壤重金屬元素吸附量和吸附能力急劇上升[5～8]。研究區內僅城區土壤略偏堿性，其余區域內的土壤均偏酸性，變化不大，但從相關性來看，研究區內pH值與Ni、Cr、Cd、Cu元素含量間存在明顯的正相關性，其中與Ni、Cr間呈顯著相關。這也從一定程度上說明，隨著pH值的增大，土壤對Ni、Cr、Cd、Cu元素的富集作用增加。推測這可能是由于隨著pH值得增大，土壤中粘土礦物、有機質等表面電荷增加，對元素離子的吸附能力增強[9]。而區內pH值與As、Hg、Pb、 Zn等元素含量間無明顯的相關性，這也有待于下一步試驗研究。

3.4 污染評價

表層土壤重金屬元素污染實質是表層土壤重金屬元素相比于土壤第一環境背景值的局部表生富集異常, 反映自然地質作用及人為作用下外源性重金屬元素對土壤體系的輸入強度, 以及環境對土壤體系化學組成的影響程度[10]，目前國內外最常用的評價方法采用內梅羅綜合指數法（Nemerow Index）。方法是首先用每個樣品每個元素與土壤環境質量標準值（國家二級標準值）的比值確定單個元素的污染指數，然后取所有樣品中重金屬污染物單項污染指數中的最大值和所有元素污染指數的平均值計算綜合污染指數。這種方法可以反映各種污染元素對土壤的作用，同時突出了高濃度污染元素對土壤環境質量的影響[11～14]。

表6 長壽區城區及周邊重金屬元素污染指數

依據國家二級土壤評價標準按照pH值為6.5～7.5所對應的土壤環境質量指標對研究區內重金屬元素單元素污染指數進行統計（表6），結果表明長壽區內8種重金屬元素存在不同程度的污染，形狀多呈斑塊狀，其中污染指數小于的1的非污染區域面積較大，基本占全區面積的95%；污染指數在1～2之間的輕污染較為發育，Cu、Hg、Ni往往可見不均勻分布的7～11處輕污染，但面積大小不一，在城區、城西、江南地區大面積分布，As、Cd、Cr、Pb、Zn元素輕污染的地區僅有1～3處；污染指數在2～3之間的中度污染的元素主要有As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn，數量為1～3處，面積較小，多呈圓形-橢圓形狀，主要分布于長壽城區長江北岸的三洞村、渡舟鎮以及南岸的石廟村附近；污染指數大于3的重污染元素主要有As、Hg、Zn，其中以Hg元素污染最為嚴重，重污染區域可達3個，面積較大，主要分布于江南鎮、桃花溪及八顆鎮與渡舟鎮交界位置，污染原因可能與工業生產等人類活動密切相關。

內梅羅綜合指數法統計結果顯示，研究區內1358件樣品中大部分樣品屬清潔安全等級，58件處于尚清潔的警戒線樣品，21件樣品屬輕度污染，5件樣品中度污染，僅3件樣品重度污染（表7）。

從圖3上看出研究區大部分土壤環境質量較好，為清潔安全的，約占全區面積的93.1%，處于尚清潔的警戒線區域約占全區的4.9%，輕度污染區域約占1.5%，中污染區域約占0.2%，重污染區域約占0.3%，污染區域均呈小斑塊散布，污染較為嚴重的區域位于長壽城區、城區西部、江南的大堡村、八顆鎮的八顆村等，北部的污染較輕。從長江沿線的幾個樣品來看，處于尚清潔的警戒線區域有7塊，呈斑狀，輕度污染2處，分別位于上游的養蠶堆和龍溪河與長江交匯部位的三洞村。江南的大堡村、八顆鎮的八顆村及長壽城區近郊的朱家大灣發現有規模不等的重度污染，面積分別為0.13、0.15和0.20km2，工業污染是該類地區污染的主要原因。處于長壽城區北部的農田區域污染稍弱，江南地區除由工業污染引起的零星幾個污染外，整體污染較弱，處于安全-警戒線之間。內梅羅綜合指數反映的長壽區城區及周邊的重金屬污染情況與單因子污染指數中的Hg的污染情況類似，也從一定程度上說明了Hg為研究區內最主要的污染元素。

表7 土壤綜合污染程度分級標準

4 結論

對長壽區城區及周邊表層土壤中重金屬含量、變化、相關性及內梅羅綜合指數分析結果表明，表層土壤中Cr、Hg、Ni、Pb、Zn、As元素含量高于三峽庫區深層土壤重金屬元素背景值，而城區樣品中元素含量明顯高于周邊地區。表層土壤中除Hg元素外，其余元素含量間存在不同程度的正相關性，以Cr、Ni元素間相關性最為明顯。同時，pH值與Ni、Cr、Cd、Cu元素呈顯著正相關，表層土壤中Ni含量隨著pH值增加的最為顯著，其次為Cr、Cd、Cu。表層土壤單因子污染指數評價結果顯示研究區中重金屬污染以輕污染為主，Hg元素的污染程度及范圍最高，內梅羅綜合指數評價結果顯示研究區大部分面積為清潔安全的，污染最為嚴重的為長壽城區及近郊、城西以及江南地區，污染情況與單因子評價結果相似。工作結果證實，結合單因子污染指數評價和內梅羅綜合指數評價可以獲得較為符合實際的土壤重金屬污染信息。

圖2 研究區土壤重金屬元素綜合污染指數評價圖

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Assessment of Heavy Metal Pollution of Soil in the Changshou Region

GONG Xiao-bo LIAO Ruan-yinzi MENG Biao GUO Dao-jun Hu Yamg Ling Yajan
(No. 106 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611130)

Pedogeochemical survey indicates that average contents of 8 heavy metal elements such as Cr, Hg, Ni, etc. in Changshou and its neighborhood are higher than the deep soil background values in the Three Gorges Reservoir Region, and later superposition of Hg, Pb is obvious. With the exception of Hg, the remaining seven elements, especially Cr and Ni, are in notable positive correlation. Contents of Ni, Cr, Cd and Cu increase with pH value. Single factor pollution index assessment and N. L. Nemerow comprehensive index assessment show that soil in the study area is subjected to light and moderate pollution with area of heavily pollution accounts for about 0.3% of the whole area. Hg is principal pollution element.

heavy metal; pollution evaluation; soil; Changshou region

P632+1；P69

A

1006-0995（2014）04-0620-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.034

2013-09-22

龔曉波（1986-），男，四川南充人，工程師，主要從事基礎地質調查和地質找礦工作