客運索道支架處土壤重金屬評價

周成軍，盧秀琳，黃曉麗，周新年，巫志龍，劉富萬，呂世文

(1.福建農林大學 交通與土木工程學院，福州 350002；2.福建省南平市農業局，福建 南平 353000)

客運索道支架處土壤重金屬評價

周成軍1，盧秀琳1，黃曉麗2，周新年1，巫志龍1，劉富萬1，呂世文1

(1.福建農林大學 交通與土木工程學院，福州 350002；2.福建省南平市農業局，福建 南平 353000)

為研究客運索道建設對所在景區索道支架處土壤的重金屬污染狀況，以及對我國今后客運索道建設與發展提出建議，以福建和廣東兩省不同地域的4條客運索道支架處土壤為研究對象，運用對比樣方法對土壤取樣并測定其鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)含量，基于沉積學的理論，采用內梅羅綜合指數法和潛在生態危害指數法對客運索道支架處的土壤進行評價。結果表明，鼓山索道支架處土壤受到重金屬鎘(Cd)中度污染及鉛(Pb)重度污染；仙公山索道支架處土壤受到重金屬鉛(Pb)中度污染；麒麟山索道支架處土壤受到重金屬鎘(Cd)重度污染及鉛(Pb)重度污染；大俠谷索道支架處土壤受到重金屬鎘(Cd)輕度污染。研究表明，在客運索道支架處的干擾樣方與對照樣方重金屬污染程度存在顯著差異，由此可推斷客運索道對其支架周邊土壤具有一定程度的重金屬污染。

客運索道；沉積學；重金屬污染；內梅羅綜合指數；潛在生態危害指數

0 引言

土壤是人類賴以生存的重要資源之一，人類社會的高速發展以及工業化進程的加快，導致土壤同其它資源一樣面臨著各種各樣的污染威脅，其中土壤的重金屬污染現象已經逐步成為全世界共同面臨的一大難題。由于人類的生產活動和開發建設，導致土壤環境中微量重金屬元素含量超過歷史背景值，逐漸過量沉積而造成含量過高的現象，統稱為土壤重金屬污染[1]。土壤中重金屬元素含量過多會對土壤中的各種微生物產生抑制毒害作用，導致土壤的生產力大幅降低。此外，重金屬元素直接作用于各類植物，嚴重影響植物的生長、發育和繁殖，最終破壞生態系統平衡[2]。

隨著我國日益增長的客運索道數量和公眾不斷增強的環保意識，人們在關注客運索道帶來的便利和經濟效益的同時，也開始關注客運索道對周邊環境造成的影響[3-4]。客運索道大多建在風景區，施工的復雜性以及索道支架在景區的搭建對于周邊環境會造成一定影響[5-6]，其中客運索道支架通常為鋼支架，鋼支架對土壤環境污染較低，但為了防止鋼支架銹蝕、提高使用壽命以及出于美觀考慮，索道鋼支架一般選擇涂覆油漆，加之客運索道支架長期暴露在空氣中，受風沙與雨水等影響，容易產生脫皮和掉漆等現象，并在補漆與換漆過程中油漆可能滴入土壤造成污染。油漆中的重金屬污染元素包括鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、銻(Sb)、硒(Se)和砷(As)等，其中汞(Hg)、銻(Sb)、硒(Se)與砷(As)屬于易揮發元素難于檢測，而鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)等元素不易揮發，會長時間存在于土壤中并產生較大危害，且其分析檢測準確度高[7]，故客運索道支架處土壤重金屬評價中將鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)作為研究評價的目標重金屬元素。本研究基于沉積學理論，選取內梅羅綜合污染指數法和潛在生態危害指數法，深入調查分析客運索道支架周邊土壤的重金屬污染程度，并對其污染做出相應評價，提出重金屬污染治理措施和建議，對于探索建設新型綠色客運索道、實現我國客運索道的可持續發展具有重要意義[8]。

1 數據調查方法及結果

1.1 地域差異調查法

選取福建省及廣東省具有代表性的4條客運索道：①鼓山索道(福建福州)；②仙公山索道(福建泉州)；③麒麟山索道(福建三明)；④大俠谷索道(廣東深圳)。

1.2 對比樣方調查法

采用主觀取樣法，根據索道沿線地形與地勢，隨機選擇包含東、西、南、北坡4個不同坡向及粘土、粘壤土、壤土、砂壤土與砂土5種不同土質的客運索道支架點，以支架(約1.2 m×1.2 m)為中心，布設2.5 m×2.5 m的干擾樣方，在該樣方沿水平方向約5 m處的非索道區域，土壤基本不受索道支架干擾，故設相同尺寸的對照樣方，每條索道選取10個索道支架，設20個樣方。對每個干擾樣方和對照樣方，按照梅花布點法，先進行樣方的整修、清理，鏟去表層的植被及浮土，從中心部位自上而下分6層挖至深度為30 cm，每層取1 cm土樣，共取厚度為5 cm的土樣，然后將所取的樣方土樣均勻混合，裝入帶有樣方編號的潔凈的容器中，晾干。每個樣點取土的深度、厚度及寬度都基本相同。最后將每條索道所取的干擾樣方和對照樣方土壤分別混合均勻，按四分法取適量，用ICP-MS測定有效態鉻(Cr)(HCL浸提)及鎘(Cd)、鉛(Pb)(DATA浸提)濃度，進行室內測試分析，記錄并分析結果中鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的含量。

1.3 實驗結果

經取樣與測定，得4條索道各10個支架、20個樣方中鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)三種重金屬平均濃度，見表1。以表1中各重金屬濃度值及最大誤差正值為依據，分析土壤重金屬的污染程度。

表1 各索道干擾樣方和對照樣方重金屬濃度值

2 評價方法及標準

土壤重金屬污染評價分析方法較多，如內梅羅指數法、單因子指數法、潛在生態危害系數法、層次分析法和模糊數學法等[9-12]。內梅羅綜合指數法突出了污染指數最大的污染物對環境質量的影響和作用，適用于將所評價區域土壤與外區域土壤質量進行比較，以及土壤同時涉及多元素重金屬污染的土壤；潛在生態危害指數法從多種有害元素的加和作用作為出發點，同時引入毒性相應系數，消除了區域差異影響，適用于大區域范圍內的土壤或沉積物中重金屬污染程度及其潛在生態危害的綜合評價。考慮本研究涉及的樣地包括干擾樣方與對照樣方，且4條客運索道所屬區域差異較大，因此，采用適用于對照比較的內梅羅綜合污染指數法和適用于大區域范圍土壤分析的潛在生態危害系數法[13-15]。

2.1 內梅羅指數法

其計算公式為：

Pi=Ci/Si。

(1)

(2)

式中：P綜合為內梅羅綜合指數；Pi為單項污染指數；Ci為污染物實測值；Si為根據需要選取的評

當P綜合≤1時，評價結果為非污染；當13時，評價結果為重度污染。

2.2 潛在生態危害指數法

其計算公式為：

(3)

(4)

土壤重金屬污染潛在生態風險程度分級見表2。

2.3 評價標準

為反映特定研究區域分異性及實際污染狀況，評價均以各條索道所在區域(鼓山索道、仙公山索道及麒麟山索道所屬福建省區域和大俠谷索道所屬廣東省區域)土壤環境背景值為基準[17-19]見表3。

表2 潛在生態風險程度分級Tab.2 Grades of potential ecological risk

表3索道所在省區土壤環境中各重金屬元素背景值

mg/kg

3 結果與分析

3.1 內梅羅指數法評價結果

各條索道干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬內梅羅指數評價結果對比見表4。

表4 干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬內梅羅指數法評價值Tab.4 Evaluation of heavy metal pollution under Nemero comprehensive index

由表4可知，多數索道土壤干擾樣方與對照樣方的污染程度有明顯差異，干擾樣方土壤出現明顯的重金屬污染現象，對照樣方則為輕污染或非污染。其中，鼓山索道干擾樣方的鎘(Cd)與鉛(Pb)分別呈現中度污染與重度污染，而對照樣方為輕污染與非污染；仙公山索道干擾樣方的鎘(Cd)與鉛(Pb)呈現輕度污染與中度污染，而對照樣方為輕度污染與非污染；麒麟山索道干擾樣方的鎘(Cd)與鉛(Pb)呈現重度污染，而對照樣方均為非污染；大俠谷索道干擾樣方的鎘(Cd)呈現輕度污染，而對照樣方為非污染。

3.2 潛在生態危害指數法評價結果

各條索道干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬潛在生態危害指數評價結果見表5。

表5 干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬潛在生態危害指數法評價值Tab.5 Grades of potential ecological risk of heavy metal pollution

由表5可知，除了麒麟山索道土壤重金屬干擾樣方與對照樣方的鎘(Cd)污染程度有明顯差異外，其它地區索道土壤干擾樣方與對照樣方的各種重金屬污染程度雖無生態風險程度差異，但所得風險參數值有明顯差異：干擾樣方的風險參數值高于對照樣方。其中鼓山索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風險參數分別為對照樣方風險參數的8.14、1.17和7.40倍；仙公山索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風險參數分別為對照樣方風險參數的3.03、1.05和22.90倍；麒麟山索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風險參數分別為對照樣方風險參數的6.08、7.10和16.82倍；大俠谷索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風險參數分別為對照樣方風險參數的1.20、6.88和1.36倍。

3.3 結果分析

(1)由內梅羅指數評價法得出：鼓山索道對照樣方土壤受到重金屬鎘(Cd)中度污染及鉛(Pb)重度污染；仙公山索道對照樣方土壤受到重金屬鉛(Pb)中度污染；麒麟山索道對照樣方土壤受到重金屬鎘(Cd)重度污染及鉛(Pb)重度污染；大俠谷索道對照樣方土壤受到重金屬鎘(Cd)輕度污染。

(2)由潛在生態危害指數評價法得出：除了麒麟山索道土壤重金屬干擾樣方與對照樣方的鎘(Cd)污染程度有明顯差異外，其它地區索道土壤干擾樣方與對照樣方的各種重金屬污染程度雖無生態風險程度差異，但所得風險參數值有明顯差異，干擾樣方的潛在風險參數值均高于對照樣方。

(3)兩種不同的土壤重金屬評價方法由于計算方法與評價分級不同，所得數據結果存在差異，但所得結果基本一致，可以明顯看出各條索道所選干擾樣方與對照樣方土壤重金屬元素含量存在差異，干擾樣方的土壤重金屬污染程度強于對照樣方，由此證明客運索道支架確實對其周邊土壤產生了重金屬污染。本研究選取不同區域的客運索道土壤進行研究，其中鼓山索道、仙公山索道和麒麟山索道選用福建省土壤環境背景值，大俠谷索道選用廣東省土壤環境背景值。雖然各條索道位于不同的土壤環境背景值區域，但由評價結果來看，各條客運索道支架干擾樣方周邊土壤的重金屬元素含量都有所增加，與其對照樣方相比均產生了重金屬污染現象，由此可以證明在不同區域與不同土壤背景值的景區中客運索道支架都會對土壤造成重金屬污染，客運索道支架處土壤的重金屬污染現象普遍存在。

(4)由4條客運索道支架處土壤所受污染程度可以看出，索道的運營時間越長，其支架周邊的土壤重金屬綜合污染程度越大，以對照樣地土壤重金屬實驗值為背景值，本研究得到4條索道支架處土壤綜合污染程度均達到重度污染，其污染程度與索道運營時間成正比關系。

4 結論與討論

應用內梅羅綜合指數法和潛在生態危害指數法分別對福建鼓山、仙公山與麒麟山以及廣東大俠谷4條客運索道的支架處土壤進行重金屬污染評價，其結果顯示干擾樣方與對照樣方土壤中，各重金屬評價數值有明顯差異，且干擾樣方數值均高于對照樣方，說明客運索道支架處對周邊土壤存在重金屬污染現象，進而表明客運索道的建設與運營會對景區土壤的生態環境造成一定程度的不利影響。

土壤對生態系統的穩定和環境健康狀況有著重要的影響，然而國內外關于客運索道支架處對土壤環境影響的分析評價甚少。我國客運索道建設已越來越重視生態環境的保護，今后應設立相關考評標準和規定，加強監督管理，加大檢查力度，使得客運索道建設更加規范有序，并且在建設過程中有關高污染材料的使用應得到限制，將索道建設對景區環境的影響降到最低。對已受到污染的景區應及時進行土壤修復治理，深入調查污染范圍和程度，合理提出解決方案，早日恢復景區的土壤環境安全。對索道沿線進行植被調查，根據不同客運索道所處區域的不同氣候條件、土質及植被生長情況，在各索道沿線范圍內，因地適宜地培育具有重金屬改善及吸附能力的植被，防護和修復客運索道支架位置的土壤環境。有關土壤重金屬污染治理的研究將會有廣闊的發展前景，為包括客運索道支架處土壤重金屬污染治理在內的問題找到更好的解決辦法，找到更加合理的土壤修復手段使已經受到重金屬污染的土壤得到一定程度的恢復。另外有關客運索道的科研投入應有所增加，加快研究新型環保索道的步伐。隨著材料科學的發展，在客運索道支架材料使用方面會有新的改變，新型輕質環保無污染材質支架將取代舊的金屬支架，進而從根本上解決客運索道支架土壤重金屬污染的問題，環境友好無污染的新型綠色客運索道建設指日可待。

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AssessmentofHeavyMetalinSoilNearbyPassengerRopewayBracket

Zhou Chengjun1，Lu Xiulin1，Huang Xiaoli2，Zhou Xinnian1， Wu Zhilong1，Liu Fuwan1，Lv Shiwen1

(1.College of Transportation and Civil engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002； 2.Nanping Bureau of Agriculture of Fujian Province，Nanping 353000)

In order to study the situation of heavy metal pollution in the passenger ropeway bracket in the scenic area，and to make suggestions for the construction and development of China’s passenger ropeway，soil of four passenger ropeways in different regions of Fujian and Guangdong Province were selected as the research object.Compared quadrat method was used to collect the soil samples and the contents of Cr，Cd and Pb were analyzed.Then evaluation on the soil test data was carried out by using the Nemoro synthesis index and potential ecological risk index，which was based on sedimentology.Research indicates that，soil of Gushan ropeway suffered moderate Cd pollution and severe Pb pollution；soil of Xiangongshan ropeway suffered moderate Pb pollution；soil of Qilinshan ropeway suffered severe Cd pollution and severe Pb pollution；soil of Daxiagu ropeway suffered severe Cd pollution.The results showed that there was a significant difference in the degree of heavy metal pollution between experimental samples and control samples，and it can be deduced that the passenger ropeway had a certain degree of heavy metal pollution to its surrounding soil.

Passenger ropeway；sedimentology；heavy metal pollution；Nemoro synthesis index；potential ecological risk index

S 714.2

A

1001-005X(2017)06-0031-05

2017-06-27

國家自然科學基金資助項目(30972359)；國家“工程索道”精品資源共享課程資助項目(教高函[2013]115號111zj0588)；福建省林業廳科學基金資助項目(閩林科[2013]5號K851310301)；福建省工程索道工程技術研究中心開放課題基金資助項目(ptjh16006)；福建農林大學高水平大學建設資助項目(113-612014018)

周成軍，碩士，講師。研究方向：森林工程、工程索道。E-mail：zhouchengjun07@qq.com

周成軍，盧秀琳，黃曉麗，等.客運索道支架處土壤重金屬評價[J].森林工程，2017，33(6)：31-35.