濮陽工業園區土壤重金屬背景值及質量評價

古德寧，李光明，張兆海，楊玉璟，盛 杰，馬紅磊，張獻花

濮陽市環境監測站，河南 濮陽 457000

濮陽工業園區位于濮陽市主城區東部，規劃面積27 km2，與其他產業集聚區一樣，工業規模快速擴大，依托現有資源形成了化工、新能源新材料和裝備制造三大支柱產業，其中天能集團(濮陽)循環經濟產業園廢舊鉛蓄電池無害化循環再生利用生產基地正在建設中。雖然企業目前仍處于前期的基建階段，污染相對較少，但在投產以后，一些工業原料和中間產物或多或少都會對土壤等環境造成一定的影響。因此，該文選在濮陽工業園區建設初期，區內化工、涉重企業還沒有進駐或正在進行土建工程，對濮陽工業園區進行土壤重金屬含量背景研究，獲得區內重金屬含量基礎數據，為預測今后該地區環境污染變化趨勢、開展工業園區土壤監測和評價提供依據，同時對環境規劃和管理以及深入開展環境生態和土壤科學的研究均有十分重要的參考價值。

1 實驗部分

1.1 樣品采集和處理

2013年8月在濮陽工業園區內部及其周邊地區按網絡法(800 m×800 m)均勻布設調查點位，根據現場情況確定10 m×10 m的采樣區域，視面積、土壤組成均勻程度和地勢實際情況選用蛇形、對角線、梅花形等方法布設5個點采集5個樣品，再把這5個樣品混合成1個樣品，采用GPS精確定位，土壤采樣深度為0～20 cm，每個樣品約重2 kg，共采集46個樣品。

土壤樣品采回實驗后，置于陰暗、通風、避光處自然風干，除去土壤中混雜的石塊、動植物殘體等，采用四分法將樣品破碎，過0.150 mm篩，裝瓶并儲存于干燥器中備用。

1.2 土壤樣品分析

土壤樣品主要測定 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd 和 Ni 6種重金屬總量，測定方法:土樣用王水-HF-HClO4法消煮，用 ICP(2100DV)和石墨爐原子吸收(700 P)檢測。實驗中采用土壤基體標準-黑鈣土進行質量控制，同時進行全程空白實驗，不少于10%的平行樣。

1.3 評價方法

1.3.1 污染負荷指數法

污染負荷指數法(Pollution Load Index)是對流域水系沉積物進行評價的方法之一［1］。該指數由評價區域中所包含的各種重金屬因子共同構成，能直觀地反映各種重金屬元素對區域污染的貢獻程度以及重金屬元素在時空的變化趨勢，計算公式:

式中:CFi為元素i的最高污染系數;Ci為元素i的實測含量，mg/kg;C0i為元素i的評價標準，mg/kg;PLI為某一點的污染負荷指數;PLIzone為區域污染負荷指數;n為評價的樣點個數。

取《河南土壤》所列潮土的相應重金屬背景值作為土壤質量評價的依據［2］，根據PLI的大小，可將重金屬污染程度劃分為4個等級，見表1。

1.3.2 潛在生態危害指數法

Hakanson［3］提出的潛在生態危害指數法是目前應用較多的評價沉積物中重金屬生態危害的方法，該方法從沉積物中重金屬相對于工業化以前沉積物的最高背景值的比值［4］以及將重金屬的生態效應、環境效應與生物性系數聯系起來，潛在生態危害指數計算公式:

表2 重金屬潛在生態危害程度的等級劃分標準

2 結果與討論

2.1 工業園區土壤重金屬背景值

工業園區土壤重金屬背景值的測定結果見表3。

表3 工業園區土壤重金屬背景值測定結果

由表3可知:Cu為36.2(14.5～85.0)mg/kg，Zn為 118(60.4 ～262)mg/kg，Pb 為 49.2(25.1～112)mg/kg，Cr為40.6(23.8～59.4)mg/kg，Cd 為 0.125(0.0300 ～ 0.310)mg/kg，Ni為15.3(9.15～25.2)mg/kg。與國家土壤質量二級標準限值和河南省土壤元素背景值相比，工業園區土壤重金屬 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量分別是國家土壤二級標準限值的 0.362、0.393、0.141、0.116、0.125、0.255 倍，是河南省土壤元素背景值的 1.69、1.81、3.42、0.757、1.39、0.614倍。其中重金屬 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量最高值分別是國家土壤二級標準限值的0.850、0.873、0.320、0.170、0.310、0.420 倍，是河南省土壤元素背景值的 3.97、4.02、7.78、1.11、3.44、1.01倍。可見，濮陽工業園區土壤重金屬含量滿足國家土壤質量二級標準限值，但與河南省土壤重金屬背景值相比，工業園區土壤重金屬 Cu、Zn、Pb、Cd出現明顯的富集特征，且富集程度從高到低的排序為Pb＞Zn＞Cu＞Cd，尤其是Pb的富集程度最高。

變異系數反映了總體樣本中各采樣點的平均變異程度。從表3中的變異系數可以看出，重金屬含量變異系數高達21.5% ～62.4%，其中，以Cd和Pb的變異系數最大，Cr和Ni最小，Cu和Zn居中并且數值相近，說明工業園區重金屬Cd、Pb、Cu、Zn的分布不均勻，受外界干擾比較大，說明該區土壤正在受人類開發活動的影響，土壤質量演變值得關注。

2.2 工業園區土壤質量評價

2.2.1 污染負荷指數法評價

以河南土壤重金屬背景值為評價標準，采用污染負荷指數法對工業園區土壤質量進行評價，其結果見表4。由表4可以看出:工業園區內Cr和Ni污染等級為0，污染程度為無污染;Cu、Zn、Cd污染等級為Ⅰ，污染程度為中等污染;Pb污染等級為Ⅲ，污染程度為極強污染;土壤中重金屬污染程度從重到輕順序為Pb＞Zn＞Cu＞Cd。工業園區點位 PLI為0.710～2.42，PLIzone為1.26，污染等級為Ⅰ，污染程度為中等污染，表明工業園區土壤重金屬總體呈上升趨勢。

表4 工業園區土壤重金屬污染負荷指數法評價

2.2.2 潛在生態危害指數法評價

根據計算公式，以河南土壤重金屬背景值為評價標準，工業園區土壤中重金屬的Eir和污染指數RI的計算結果見表5。由表5可知，Eir為0.046～1.81，遠遠小于40，生態風險程度較低;RI為0.344～1.06，均值為0.563，遠遠小于150，屬輕微生態危害。總體而言，工業園區土壤重金屬潛在生態危害程度等級為輕微。

表5 工業園區土壤重金屬潛在生態危害指數法的評價結果

2.2.3 評價結果比較

經2種評價結果的分析比較(表6)可知，濮陽工業園區土壤中Zn為首要污染因素。隨著工業經濟發展，同時也要關注Pb、Cd含量變化趨勢，避免造成土壤重金屬污染。

表6 2種評價方法結果比較

3 結論

1)濮陽工業園區土壤重金屬含量分析可知，工業園區土壤中 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的背景值分別為 36.2、118、49.2、40.6、0.125、15.3 mg/kg。其中，Cu、Zn、Pb、Cd的含量分別為河南省土壤重金屬背景值的 1.69、1.81、3.42、1.39 倍;Cu、Zn、Pb、Cd出現明顯的富集特征，尤其是Pb的富集程度最高。

2)采用污染負荷指數法對濮陽工業園區土壤質量進行評價結果表明，工業園區土壤污染程度總體上為中等污染，重金屬污染程度從重到輕順序為Pb＞Zn＞Cu＞Cd，其中Pb表現為極強污染，Cu、Zn、Cd 為中等污染。

3)采用潛在生態危害指數法對濮陽工業園區土壤質量進行評價結果表明，土壤中6種重金屬的污染指數為0.344～1.06，多種重金屬總潛在生態危害程度等級為輕微。

4)濮陽工業園區土壤中Zn為首要污染因素，隨著工業經濟發展，同時要關注Pb、Cd含量變化趨勢。

［1］王英英，錢蜀，萬旭，等．攀西區域涉重重金屬典型企業周邊環境特征及潛在生態風險［J］．中國環境監測，2004，30(1):13-19．

［2］河南省土壤普查辦公室，河南土壤［M］．北京:中國農業出版社，2004:559-592．

［3］Hakanson L．An ecological risk index for aquatic pollution control:A sedimentological approach ［J］．Water Research，1980，14(8):975-1 001．

［4］張曉舉，于海洋，丁龍，等．秦皇島石河口海域沉積物重金屬污染及生態風險評價［J］．中國環境監測，2004，30(1):1-5．