韶關某冶煉廠周邊土壤重金屬污染調查與生態風險評價

羅瑩華

(韶關學院旅游與地理學院地理系，廣東韶關 512005)

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韶關某冶煉廠周邊土壤重金屬污染調查與生態風險評價

羅瑩華

(韶關學院旅游與地理學院地理系，廣東韶關 512005)

[目的]研究韶關某冶煉廠周邊土壤重金屬的污染特征和分布規律，并進行生態風險評價，以期為該地區土壤重金屬污染治理及生態恢復提供參考。[方法]以韶關某冶煉廠周邊土壤為研究對象，運用內梅羅污染指數法和地累積指數法對冶煉廠周邊土壤的重金屬污染特征和潛在生態風險進行研究。[結果]Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬的平均含量均超過我國土壤環境背景值和廣東省土壤環境背景值，其中，Cd、As超過國家土壤環境二級標準值。Cd為重污染，pb、As為中污染，但局部存在重污染，Cr為輕污染。[結論]該冶煉廠周邊土壤存在不同程度的重金屬污染，生態風險總體水平初步評價為中等以上。

冶煉廠；土壤；重金屬污染；生態風險

土地是人類生存和生活的根本，土壤重金屬污染不僅降低了人們的生活質量，且危害到生態環境和人類生存之本。從行業角度看，土壤重金屬污染來源可分為農業污染源、工業污染源、交通污染源及醫療衛生污染源等。金屬冶煉廠作為一種重要的工業污染源，在生產過程中會通過煙塵沉降、廢水外排、廢渣堆積等方式對周邊環境造成不同程度的污染。因而，冶煉廠周邊土壤重金屬污染成為學術界研究的熱點問題[1-6]。被污染的土壤重金屬可在農作物中不斷累積，再經過食物鏈的方式進入人體，從而危害人體健康。研究表明，癌癥高發區與土壤重金屬污染區存在很強的關聯性[7-9]。土壤重金屬污染防治是國際上公認的難題，國外學者對土壤重金屬污染的研究起步較早，成果較多[10-12]。我國學者也對土壤重金屬污染防治進行了大量研究，探索并制定相應的環境標準或運用相應評價方法對其環境影響進行生態風險評價[13-17]。

韶關位于南嶺多金屬成礦帶上，礦產資源豐富，種類繁多，是全國著名的“有色金屬之鄉”，也是我國主要的重工業城市之一。采、選、冶工業發達，其中，金屬冶煉有近50年的歷史，環境影響不容忽視。盡管國內外對冶煉廠周邊土壤重金屬污染的研究較多，但有關韶關地區的冶煉廠周邊環境的生態風險研究較少。筆者以韶關某冶煉廠周邊環境為研究對象，通過對其周邊土壤中Cr、Pb、Cd和As 4種重金屬的污染狀況進行系統調查，研究各重金屬的污染特征和分布規律，并進行生態風險評價，以期為該地區土壤重金屬污染治理及生態恢復提供參考。

1　數據來源與研究方法

1.1樣品的采集與預處理冶煉廠對周邊土壤的污染主要以煙塵沉降為主，降塵污染主要受季風和距離的影響，故取樣點位主要布置在北西和南西方向距離冶煉廠1 km左右區域范圍內的菜地或荒地上，并采用GPS定位，共設置17個采樣點(圖1)。在每個取樣點處采用扇形布點法等量采集5～8個子樣進行混合。每個子樣均采集土壤表層0～20 cm的新鮮土壤，然后按四分法縮分為一個混合樣品，每個樣品重約2 kg。然后裝入無菌聚乙烯塑料袋中，并貼上標簽，注明樣品號和取樣日期。樣品帶回實驗室后，放在陰涼、通風、干燥的地方在室溫下自然風干后，剔出植物殘體和碎石塊，用瑪瑙缽研磨，過100目篩，裝入塑料袋中待測。

1.2樣品分析方法土壤樣品分析方法參照GB15618—1995[18]。對土壤樣品進行消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測定Pb、Cd的含量，用火焰原子吸收分光光度法測定Cr的含量，用硼氫化鉀-硝酸銀分光光度法測定As的含量。土壤 pH的測定采用電位法(PHS-2C 型 pH 計)。

為提高精確度，所有樣品均由空白樣、二次平行樣加標回收率進行質量控制。質量控制采用 ESS 系列土壤標準物質，所分析元素的誤差均在 5%以內。試驗所用玻璃器皿均在 10% 的HNO3或HCl 溶液中浸泡 24 h，分別用自來水、蒸餾水和去離子水各洗滌 3 次。試驗所用酸均為優級純，其他試劑均為分析純。

1.3評價方法

圖1　采樣點分布示意Fig.1　Distribution of soil sampling points

1.3.1內梅羅污染指數法。內梅羅污染指數法是目前國內外進行綜合污染指數計算最常用的方法之一。內梅羅污染指數法可全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，也突出了污染最嚴重的污染物對環境造成的危害[19]。其計算公式：

(1)

式中，PN為綜合污染指數；Ci為某污染物實測值；Si為某污染物的評價標準[18]；(Ci/Si)max為各污染物中污染指數最大值；(Ci/Si)ave為各污染物中污染指數的算術平均值。按內梅羅污染指數，可劃定5個污染等級[20](表1)。

表1土壤內梅羅污染指數評價標準

Table 1Evaluation standard of soil by Nemerow contamination index

等級Grade內梅羅污染指數Nemerowcontam-inationindex污染等級PollutiongradeⅠPN≤0.7清潔(安全)Ⅱ0.73.0重污染

以《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)作為土壤環境質量評價標準，選取其中的Cd、Pb、Cr和As 4 種重金屬標準(表2)。

表2　土壤環境質量標準GB15618—1995

1.3.2地累積指數法。地累積污染指數法是一種研究水體沉積物中重金屬污染的定量指標[21]，被廣泛應用于土壤重金屬污染評價，其計算公式：

(2)

式中,Igeo為地累積污染指數，Ci為重金屬i的實測濃度，Bi為所測元素的環境背景值。選取廣東省土壤環境背景值作為依據[22]；K為常數，是對成巖作用可能引起背景值變動的修正，一般取K=1.5。根據Igeo數值的大小，可以將污染級別劃分為7個等級(表3)。

表3地累積指數法判斷土壤污染程度的標準

Table 3Standards for soil pollution level by geo-accumulation index

地累積指數值范圍Geo-accumulationindex污染級別Pollutiongrade污染強度PollutiondegreeIgeo<00無污染0≤Igeo<11無至輕污染1≤Igeo<22中度污染2≤Igeo<33中至強污染3≤Igeo<44強污染4≤Igeo<55強至極強污染5

2　結果與分析

2.1土壤重金屬含量分布特征對17個土壤樣品的Pb、Cd、Cr和As含量和pH進行測定，結果見表4。由表4可知，

表4　土壤重金屬含量和pH

該冶煉廠附近土壤的重金屬污染具有局部富集和含量增高的現象，樣品2、3、4、11、12、13和16的重金屬含量明顯高于其他樣品。與國家土壤環境標準值(GB15618—1995)相比，以上樣品中的Pb含量均超過國家土壤二級標準限值，樣品2、3、4、11和12的Cr含量超過國家土壤二級標準限值(圖2)，除1號樣品外，其余16個樣品的Cd含量均超標，樣品2、3、4、5、11、12、13、16和17的As含量明顯超過國家二級標準。從平均值看，Cd和As含量超標，其中，Cd超國家土壤二級標準9倍以上，As超國家土壤二級標準1倍以上(圖3)。

注：國家標準值Pb 250 mg/kg,Cr 150 mg/kg。Note:The national standard limits of Pb and Cr are 250 and 150 mg/kg respectively.圖2　土壤樣品中Pb和Cr的含量Fig.2　Contents of Pb and Cr in the soil

注：國家標準值Cd 0.3 mg/kg,As 40 mg/kg。Note:The national standard limits of Cd and As are 0.3 and 40 mg/kg respectively.圖3　土壤樣品中Cd和As的含量Fig.3　Contents of Cd and As in the soil

2.2內梅羅污染指數法評價用內梅羅污染指數法進行評價時，綜合考慮所有污染項目，兼顧污染最嚴重的因子，應用“1.3.1”的計算公式計算綜合污染指數PN。評價結果顯示，Pb、Cr、As 3種重金屬輕度污染，Cd重污染(表5)。

表5內梅羅污染指數計算及評價結果

Table 5Calculation and assessment results of soil pollution from heavy metals by Nemerow contamination index

元素ElementPN評價結果AssessmentresultPb1.6輕度污染Cr1.4輕度污染Cd16.2重污染As1.9輕度污染

2.3地累積指數法評價采用廣東省土壤環境背景值作為背景濃度，應用“1.3.2”的地累積指數計算公式計算Igeo，其評價結果見表6。由表6可知，Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬均存在中度以上的污染，其中，Pb為中-強污染，Cr為中度污染，As為中-強污染，Cd為極強污染。可見4種重金屬中以Cd污染最為嚴重。而Cd在環境中的危害較大，土壤中的Cd可通過食物鏈的方式進入人體，在人體中代謝較慢，日本因Cd中毒曾出現“痛痛病”。另外，As在環境中的危害性也不容忽視，其化合物三氧化二砷被稱為砒霜，是一種毒性很強的物質。

表6地累積指數計算及污染評價結果

Table 6Calculation and assessment results of soil pollution from heavy metals by geo-accumulation index

元素Element背景濃度Backgroundvale∥mg/kg地累積指數IgeoGeo-accum-ulationindex評價結果AssessmentresultPb23.402.59中-強污染Cr36.141.11中度污染Cd0.0345.76極強污染As5.402.47中-強污染

注：背景濃度來源于廣東省環境監測中心站等(1990年10月)[22]。

Note: Background vales were from the Guangdong Environmental Monitoring Center,etc.(in October 1990)[22].

3　結論

該研究在氣候條件下，充分考慮研究區污染特征，以隨機布點法在冶煉廠周邊荒地或山坡上采集土壤樣品。通過對Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬的含量分析和風險評價，結果表明，冶煉廠周邊土壤在一定程度上已經受到了嚴重的重金屬污染，Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬的平均含量分別為211.44、116.99、2.77、44.83 mg/kg，均超過了我國土壤環境背景值和廣東省土壤環境背景值。其中，Cd、As超過了國家土壤環境二級標準限值，而Pb和Cr雖未超過國家二級土壤標準限值，但局部累集明顯，其含量已遠超過國家土壤二級標準。運用內梅羅污染指數法和地累積指數法進行生態風險評價，結果表明，Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬均存在不同程度的污染，其中，Cd的污染最為嚴重，達到重污染程度，其次是As，其污染也達到中度污染以上。而兩者均是環境中的有害元素，對人體的危害不容忽視。重金屬的環境毒性，除與其含量有關外，還與其在環境中的存在形態有關。由于土壤環境的物化性質存在差異，從而影響各種化學元素在環境中的遷移和轉化方式。而元素在環境中的存在形態和化學活性決定其毒性大小。因此，該研究僅限于對重金屬生態風險的初步評價，而進一步的評價則要深入研究其環境活性和遷移轉化方式等。

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Investigation of Soil Pollution from Heavy Metals and Assessment of Its Ecological Risk around a Smelting Plant in Shaoguan

LUO Ying-hua

(Department of Geography,College of Tourism and Geography,Shaoguan University,Shaoguan,Guangdong 512005)

[Objective] The characteristics and distribution of soil pollution from heavy metals around a smelting plant in Shaoguan were studied,and its ecological risk was assessed to provide theoretical references for the control and ecological restoration of soil pollution from heavy metals in the region.[Method] Soil samples were collected and analyzed from the smelting plant area,and the characteristics of soil pollution from heavy metals and potential ecological risk were studied by using the methods of Nemerow contamination index and geo-accumulation index.[Result] Average contents of Pb,Cr,Cd and As in the soil were higher than the background values of soil in Guangdong Province and China,and the contents of Cd and As exceeded the secondary standard of soil environment in China.Cd pollution was heavy,and Pb and As pollution were moderate,but the pollution was heavy in some areas; Cr pollution was mild.[Conclusion] Soil around the smelting plant has been polluted by heavy metals at different levels,and its potential ecological risk is moderate at least.

Smelting plant; Soil; Heavy metal pollution;Ecological risk

韶關學院校級科研項目(314-140695)。

羅瑩華(1968- )，女，壯族，廣西荔浦人，講師，博士，從事環境地理學研究。

2016-05-25

S 158.4

A

0517-6611(2016)19-133-04