城市不同功能區土壤重金屬污染評價

仝雙梅，連國奇，楊 琴，秦 趣，代 穩

(1.六盤水師范學院 旅游與歷史文化學院，貴州 六盤水 553004；2.六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

隨著我國城市化的快速發展，人口和工業向城市高度集中，不合理的人類活動所產生的大量污染物隨之進入城市土壤，導致了城市土壤的組成和性質發生變化，嚴重地影響和改變城市土壤生態系統的組成。重金屬在土壤中具有隱蔽性、持久性、累積性等特點，因此土壤重金屬污染難以治理。研究表明，城市土壤中的重金屬可通過吞食、吸入和皮膚吸收等途徑直接對人體產生影響，也可通過食物、大氣和水環境污染等間接對人體健康產生不利影響[1]。

土壤污染的評價常用土壤重金屬的含量作為標準，作為土壤污染物之一的土壤重金屬污染已嚴重危害生態安全[2-3]。目前，土壤重金屬污染已成為受到全球學者極大關注的環境問題之一，近年來，國內學者圍繞城市土壤重金屬污染狀況展開了廣泛的研究。劉亞納[4]等對洛陽市7個不同功能區土壤重金屬含量及污染程度進行評價，柳云龍[5]等對上海市土壤重金屬空間變異特征及污染進行評價，吳新民[6]等對南京市不同功能城區土壤中重金屬的污染特征進行分析，此外，不同學者分別對北京[7]、沈陽[8]、唐山[9]、徐州[10]等城市的土壤重金屬污染狀況進行調查研究，眾多研究結果表明城市土壤不同程度地受到了重金屬的污染。

六盤水作為西南地區重要的工業基地，以煤炭、電力、鋼鐵為重要經濟支柱，是典型的工業城市，而目前關于六盤水城市土壤重金屬的質量水平尚未見報導。本研究以六盤水城市土壤為研究對象，分別采集5個功能區居民區、商業區、工業區、學校、道路的表層土壤，分析測定土壤重金屬Cu、As、Cd、Hg的含量水平，并對其污染狀況及風險程度進行評價，旨在為六盤水城市環境質量綜合治理提供參考依據，為促進六盤水打造國際旅游休閑度假城市，提供適宜的人居環境提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

根據六盤水土地利用狀況，采集居民區、商業區、工業區、學校、道路5個功能區的表層土壤，用不銹鋼鏟采集土壤表層土(0～15cm)，多點混合混合成1個土樣(500g左右)，共采集土壤樣品36個。在實驗室采用自然風干方式干燥土壤樣品，用木棍將樣品碾碎，揀去雜物，用四分法取土樣100g，研磨過篩，裝袋編號待測。

1.2 樣品分析

用原子熒光測定儀(AFS-933)測定Hg和As，石墨爐原子吸收光譜儀(ZEE nit 700P)測定鎘(Cd)，火焰原子吸收光譜儀(WFX-210)測定銅(Cu)，隨批帶空白實驗。測試中質量控制用國家標準物質(GBW-07409、GBW-07413) ,同時隨批測試平行樣，將標樣測試值和平行樣間的相對標準偏差(RSD)控制在規定范圍以內。

1.3 土壤重金屬污染及生態風險評價方法

1.3.1 單因子污染評價法

目前，單因子污染評價法為國內通用的土壤環境質量評價方法[11]，計算公式為Pi=Ci/Si,其中，Pi為單一污染物的污染指數，Ci為某一污染物的濃度值，Si為所測污染物元素的參比值。該方法分級狀況如下：Pi≤1.0、1.03.0，分別表示污染物處于未污染、輕污染、中度污染和重污染等級。

1.3.2 內梅羅綜合污染指數法

計算公式為:

P綜為內梅羅綜合污染指數，Pi為污染物i的單項污染指數，Pimax為所有污染物單項污染指數的最大值。該評價方法共分為5級，P綜≤0.7、0.73.0分別表示所測土壤處于安全、警戒級、輕污染、中污染和重污染等級。

1.3.3 潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數為瑞典學者Hakanson[12]提出的，可綜合反映土壤中重金屬的影響潛力[9]。計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量水平

研究區采樣點土壤中Cd、As、Hg、Cu的平均含量水平(見表1)分別為1.98、57.85、0.87、71.41mg/kg，4種元素平均含量均高于貴州省土壤背景值，分別為背景值的3.01、2.89、7.96、2.23倍，超標率最高的為Hg高達100%， As和Cu的超標率也都達到了97.22%。

研究區土壤中的重金屬含量均值與國內其他城市唐山、石家莊、廣州等8個城市相比，Hg的含量均值高于唐山、石家莊、重慶，低于廣州，而其它元素Cd、As、Cu的含量均值均高于其它城市，說明研究區采樣點土壤重金屬Cd、As、Cu污染較為嚴重見表2。

表1 土壤重金屬質量濃度 (mg/kg)

*貴州省土壤背景值 **平均值/背景值

表2 我國不同城市土壤重金屬含量

“-”表示文章中沒有相關數據。

2.2 各功能區土壤重金屬含量特征

對不同功能區土壤重金屬含量變化規律和變異情況進行分析(表3)，結果表明：

Cd含量在各功能區平均含量由高到低依次為：學校>公園>商業區>居民區>道路，Cd含量最高值在公園區，為14.02 mg/kg，最低值在學校，為0.08mg/kg；不同功能區Cd的變異系數在115%～167%，都達到了強變異程度，變異系數最高的為學校區，高達167%，說明各個功能區表層土壤中的Cd受人為因素的影響較大，而學校作為人員密集地區，土壤中Cd含量可能為復合污染，污染源較為復雜。

As含量在各功能區平均含量由高到低依次為：道路>公園>居民區>學校>商業區，As含量最高值在道路，為138.93mg/kg，最低值在居民區，為15.57mg/kg；不同功能區As的變異系數在27%～66%，除學校為中等變異，其它功能區均為強變異。居民區的As含量較高可能與生活燃煤、生活廢棄物的排放以及采樣點多位于垃圾回收點附近有關。

Hg含量在各功能區平均含量由高到低依次為：學校>商業區>居民區>公園>道路，Hg含量最高值在居民區，為3.40mg/kg，最低值也在居民區，為0.16mg/kg，高于貴州省土壤背景值；不同功能區Hg的變異系數在16%～96%，商業區、公園為中等變異，道路、居民區、學校為強變異。學校Hg含量較高可能與采樣點多位于綠化帶，而土壤膠體及有機質對 Hg 的吸附及植物吸收大氣干濕沉降中汞，并且累積 Hg 可隨植物殘體的滲透進入土壤有關[13]。

Cu含量在各功能區平均含量由高到低依次為：學校>公園>居民區>道路>商業區，Cu含量最高值在學校，為130.20mg/kg，最低值在道路，為30.77mg/kg，低于貴州省土壤背景值；不同功能區Cu的變異系數在7%～34%，除商業區為弱變異外，道路、公園為中等變異，居民區、學校為強變異，說明商業區表層土壤中的Cu基本未受到人類活動的干擾，其它各個功能區表層土壤中的Cu已受到不同程度的人為因素的影響。

表3 不同功能區土壤重金屬質量濃度(mg/kg)

2.3 土壤環境質量評價

研究區表層土壤中4種元素的單因子污染指數計算結果結果如表4所示(參比標準為《土壤環境質量標準》(GB15618─1995)二級標準)，Cd、As、Hg、Cu的單因子污染指數均值分別為4.39、2.19、1.92、0.83，重金屬的污染趨勢呈現Cd>As>Hg>Cu。從不同功能區重金屬的單項污染水平來看，Cd在居民區、商業區、學校、公園為重污染，As在居民區、道路、公園為中等污染，在商業區、學校為輕污染，Hg在居民區、學校為中等污染，在商業區、道路、公園為輕污染，Cu在各功能區呈現無污染水平。

從重金屬綜合污染水平來看，研究區綜合污染指數范圍為4.13～16.64，綜合污染指數最高的為公園，為16.64，綜合污染指數最低的為道路，為4.13，不同功能區的綜合污染指數由高到低分別為：公園>學校>商業區>居民區>道路，各功能區的綜合污染指數均大于3，都達到了重污染等級。

2.4 土壤潛在生態風險評價

以國家土壤環境質量標準(GB15618-1995)為參比值，對各功能區采用潛在生態危害指數進行評價，結果見表6。從六盤水城市土壤單個重金屬生態風險比例分布來看(圖1)，研究區采樣點100%土壤樣品重金屬Cu的 均低于40，表現為輕微的生態危害風險,88.89%土壤樣品As處于輕微生態危害程度，11.11%土壤樣品As處于中等生態危害程度，土壤樣品Cd風險程度為：輕微生態危害樣品比例為61.12%、中等生態危害和強生態危害樣品比例各為8.33%、很強生態危害和極強生態危害樣品比例各為11.11%，土壤樣品Hg風險程度為：輕微生態危害樣品比例為2.78%、中等生態危害樣品比例為69.44%、強生態危害樣品比例為25%、很強生態危害樣品比例為2.78%，表明研究區土壤 Cd、Hg污染最重，Cd、Hg是最主要的潛在生態風險因子。這與陳海珍對廣州市不同功能區土壤重金屬污染研究得出的廣州市總體上 Hg、Cd 污染最嚴重的結論相一致[14]。

從潛在生態危害指數 均值來看，5個功能區所采集的土壤樣品As、Cu的 均值均小于40，處于輕微的生態危害程度；道路土壤Cd的 均值為56.20，處于中等生態危害程度，居民區、商業區土壤Cd的 均值分別為92.09、125.43，處于強生態危害程度，學校、公園土壤Cd的 均值分別為203.83、181.80，處于很強生態危害程度；商業區、道路、公園土壤Hg的 均值分別為72.06、69.16、65.68，處于中等生態危害程度，居民區、學校土壤Hg的 均值分別為84.80、92.51，處于強生態危害程度。

多種重金屬的綜合潛在生態風險指數RI的范圍為156.76～320.26，均值為234.76，土壤整體平均風險為中等生態危害，居民區、商業區、道路、公園、學校均處于中等生態危害程度，而學校RI為320.26處于強生態危害程度。不同功能區的綜合潛在生態風險指數RI依次為學校(320.26)>公園(274.33)>商業區(219.48)>居民區(202.99)>道路(156.76)。采樣點土壤整體生態風險程度為(圖2)：輕微生態危害樣品比例為55.56%、中等生態危害樣品比例為22.22%、強生態危害樣品比例為16.67%、很強生態危害樣品比例為5.55%。

表4 不同功能區土壤重金屬污染狀況

表4(續)

Fig.1 Distribution potential ecological hazard of soil heavy metals in Liupanshui

Fig.2 Synthetic potential ecological hazard

3 結論

(1)六盤水城市表層土壤重金屬Cd、As、Hg、Cu的含量均值均高于背景值，其中Hg的超標率最大，高達100%，其次為As和Cu，超標率都為97.22%。

(2)土壤Cd、As、Hg、Cu的單因子污染指數均值分別為4.39、2.19、1.92、0.83，重金屬的污染趨勢呈現Cd>As>Hg>Cu。研究區綜合污染指數范圍為4.13～16.64，研究區土壤的綜合污染程度呈現公園>學校>商業區>居民區>道路的規律。

(3)各重金屬元素中，Cd、Hg是最主要的潛在生態風險因子，多種重金屬的綜合潛在生態風險指數RI的范圍為156.76～320.26，均值為234.76，土壤整體為中等生態風險，不同功能區的綜合潛在生態風險指數RI依次為學校>公園>商業區>居民區>道路。

本次研究表明六盤水市土壤重金屬的出現了不同程度的污染，但本次調查取樣的采樣點有限，數量較少，不能很好地全面反映六盤水土壤整體的污染狀況，相關部門應開展更大范圍的調查取樣來全面了解六盤水市土壤重金屬的污染狀況，對土壤重金屬的污染狀況開展風險評估，明確污染源并及早采取預防措施及治理措施，來確保城市土壤生態環境質量的良好持續發展及提高居民的健康水平。