張家口宣化區(qū)土壤和粉塵中重金屬分布、來(lái)源解析與污染評(píng)價(jià)

運(yùn)亞飛，張彩香，廖小平，南 超，呂 幽，湯 蜜，范增輝

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074)

當(dāng)前環(huán)境中重金屬污染主要指Cd、Pb、As、Hg、Cr 等生物毒性顯著的元素，也包括有一定毒性的 Cu、Zn 和Ni等元素[1]。這些重金屬元素在土壤中不能被生物降解而使其失去活性，從而危害人體健康[2-3]。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程和工業(yè)的迅速發(fā)展，重金屬污染問題普遍存在[4-6]，尤其在一些發(fā)展中國(guó)家，人類的各種活動(dòng)均能直接或間接造成環(huán)境中重金屬的累積[7-10]。與土壤相比，街道粉塵是一種物質(zhì)組成及來(lái)源更復(fù)雜的環(huán)境介質(zhì)，在人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾下，粉塵中累積了大量的重金屬，而這些重金屬既包含了特定的環(huán)境信息，又能起到污染指示作用。因此，了解土壤中重金屬的空間分布特征,對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域土地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義，同時(shí)也對(duì)進(jìn)一步指導(dǎo)土地的合理運(yùn)用發(fā)揮作用。

已有研究表明，工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、污水灌溉和農(nóng)藥的使用等人類活動(dòng)均能直接或間接造成重金屬在土壤中的累積。如呂建樹等[11]在研究日照市土壤中重金屬來(lái)源時(shí)發(fā)現(xiàn)，重金屬Cd和Pb受工業(yè)源和交通源的影響較大；胡文等[12]通過(guò)研究北京市涼水河污灌區(qū)土壤中重金屬的來(lái)源及來(lái)源發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期污水灌溉已使土壤發(fā)生明顯的重金屬累積，其中尤以重金屬Cu和Pb的累積最為嚴(yán)重；余江等[13]通過(guò)研究福建省菜園土壤重金屬污染及來(lái)源發(fā)現(xiàn),重金屬Cu、Pb、Zn、Ni具有伴隨污染的特點(diǎn)，其污染源主要來(lái)自大量化肥和農(nóng)藥的使用；帥開敏等[14]通過(guò)研究工業(yè)和交通對(duì)城市降塵中重金屬的影響發(fā)現(xiàn)，工業(yè)和交通影響區(qū)域降塵中As等重金屬的含量，其值比背景值要高。

張家口市是典型的工業(yè)城市，其下轄的宣化區(qū)是鋼鐵和燃煤企業(yè)的聚集地，這些鋼鐵和燃煤企業(yè)在為經(jīng)濟(jì)做出重要貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定的影響。因此，本文以張家口市宣化區(qū)為研究區(qū)，在對(duì)以往研究成果分析進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該地區(qū)土壤和粉塵中重金屬污染的來(lái)源及空間分布特征進(jìn)行了研究，并對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與處理

根據(jù)初步調(diào)研發(fā)現(xiàn)，張家口市風(fēng)力大，降塵嚴(yán)重，風(fēng)力傳輸是重金屬污染物傳輸?shù)闹饕緩剑时疚倪x擇重點(diǎn)污染區(qū)的燃煤企業(yè)進(jìn)行土壤中重金屬污染物遷移規(guī)律的研究。由于大氣中的重金屬主要來(lái)源于燃煤企業(yè)煤及石油燃燒過(guò)程中排放的煙塵，而且隨著大氣擴(kuò)散后有一個(gè)干濕沉降的過(guò)程，因此本次研究樣品采集的布點(diǎn)原則遵循以燃煤企業(yè)宣化鋼鐵廠為中心，在主風(fēng)向下游呈扇形輻射狀進(jìn)行布點(diǎn)采樣，即距離燃煤企業(yè)距離越近采樣點(diǎn)越密，距離燃煤企業(yè)距離越遠(yuǎn)則采樣點(diǎn)越稀疏，并兼顧上風(fēng)向及燃煤企業(yè)研究區(qū)內(nèi)不同土地利用類型的差異進(jìn)行布點(diǎn)采樣(見圖1)。本研究于2017年7月份共采集了22個(gè)表土樣、10個(gè)粉塵樣，本次采樣采用GPS精確定位，采樣點(diǎn)主要分布于水澆地、果園、菜園、設(shè)施農(nóng)業(yè)用地和荒田等田塊。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling points in the study area

將固體樣品放置于室內(nèi)風(fēng)干2～3 d，去除大的石塊和植物根系等，隨后研磨過(guò)100目分子篩，稱取一定量研磨過(guò)篩的樣品裝入密實(shí)袋，貼好標(biāo)簽并做好相關(guān)記錄，送往河北省保定地礦中心實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

1.2 樣品測(cè)試方法

樣品中重金屬元素含量的測(cè)試工作委托河北省保定地礦中心實(shí)驗(yàn)室按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范完成。其中，重金屬Cd、Pb、Zn、Cu和Ni的含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7700X，USA)測(cè)定；重金屬As和Hg的含量采用原子熒光光譜法(AFS-3000)測(cè)定。對(duì)其中的30%樣品進(jìn)行了平行測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在15%以內(nèi)。

采用Microsoft Excel 2016、SPSS Statistics 17、ArcGIS 9.3軟件對(duì)控制測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征

研究區(qū)粉塵樣和表土樣中，重金屬含量的測(cè)定結(jié)果，見表1和表2。

由表1可知，研究區(qū)粉塵樣中，重金屬As、Hg、Cd、Pb、Zn、Cu和Ni含量的變化范圍分別為2.46～5.97 mg/kg、0.007 1～0.226 mg/kg、0.1～0.45 mg/kg、12.9～60.7 mg/kg、12.9～60.7 mg/kg、46.9～341.2 mg/kg、12.7～32.3 mg/kg、12.0～53.4 mg/kg；在粉塵樣中，10%采樣點(diǎn)中重金屬Zn的含量超過(guò)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值[15]，其中Zn含量的最大值達(dá)到了341.2 mg/kg，是農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的3.41倍，說(shuō)明Zn在燃煤企業(yè)周圍粉塵中出現(xiàn)了一定的累積。

表1 研究區(qū)粉塵樣中重金屬含量的測(cè)定結(jié)果

注：表中除變異系數(shù)的單位為%外，其余單位均為mg/kg。下表同。

表2 研究區(qū)表土樣中重金屬含量的測(cè)定結(jié)果

由表2可知，研究區(qū)表土樣中，重金屬As、Hg、Cd、Pb、Zn、Cu和Ni含量的變化范圍分別為3.51～15.5 mg/kg、0.015 7～0.342 mg/kg、0.12～1.08 mg/kg、20.2～78.4 mg/kg、57.6～718.8 mg/kg、19.2～151.7 mg/kg和20.6～78.7 mg/kg；在表土樣中，16.7%采樣點(diǎn)中重金屬Zn的含量、11.1%采樣點(diǎn)中重金屬Cu的含量、5.6%采樣點(diǎn)中重金屬Cd和Ni的含量超過(guò)了農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值[15]，其中Zn和Cu含量的最大值分別達(dá)到了718.8 mg/kg和151.7 mg/kg，是農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的1.52和2.40倍;與河北省背景值[16](中國(guó)土壤元素背景值)相比，研究區(qū)表土樣中7種重金屬均存在超標(biāo)現(xiàn)象，其中重金屬Cd、Pb、Zn、Hg和Cu的超標(biāo)率分別為100%、94.4%、88.9%、88.9%和83.3%,這表明重金屬Zn和Cu在研究區(qū)表土中嚴(yán)重累積，重金屬Cd、Pb和Hg在研究區(qū)表土中一定范圍內(nèi)累積。

此外，與國(guó)內(nèi)其他城市(北京市、上海市)相比，研究區(qū)粉塵樣中除重金屬As和Ni含量的平均值比上海市和北京市的背景值低以外，其他重金屬含量的平均值都比這些城市的背景值高；研究區(qū)表土樣中除重金屬As含量的平均值比上海市和北京市的背景值低以外，其他重金屬含量的平均值均明顯高于這些城市的背景值(見表1和表2)；研究區(qū)表土樣和粉塵樣中重金屬含量的變異系數(shù)都較大，分別為27.80%～78.50%和33.10%～92.13%(見表1和表2)，而變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)偏差與相應(yīng)平均值的比值，其值越大表明數(shù)據(jù)離散程度越高，即相應(yīng)的重金屬元素含量受外界污染源的影響越大[17-20]，則說(shuō)明研究區(qū)表土樣和粉塵樣中重金屬含量受外界因素的影響很大。

2.2 重金屬含量的空間分布特征

在宣化鋼鐵廠主下風(fēng)帶30°范圍內(nèi)布設(shè)樣品采集點(diǎn)，考慮到該廠東南方向遠(yuǎn)端為山脈和工業(yè)排放大氣顆粒物的遷移距離，選取最遠(yuǎn)端采樣點(diǎn)距離該廠5 km；同時(shí)按照離宣化鋼鐵廠越近，采集點(diǎn)布設(shè)越密集的原則，按照1 km、2 km、3 km和5 km布設(shè)4個(gè)等距離弧形帶，共布置18個(gè)表土采樣點(diǎn)和8個(gè)粉塵采樣點(diǎn)，并兼顧上風(fēng)向和側(cè)風(fēng)向采集了4個(gè)表土樣和2個(gè)粉塵樣，進(jìn)而對(duì)比不同風(fēng)帶對(duì)土壤和粉塵中重金屬污染物空間分布特征的影響。研究區(qū)粉塵樣和表土樣中重金屬含量的空間分布特征，見圖2和圖3。

圖2 研究區(qū)粉塵樣中重金屬含量的空間分布特征Fig.2 Spatial distribution characteristics of heavy metal contents in dust samples from the study area

圖3 研究區(qū)表土樣中重金屬含量的空間分布特征Fig.3 Spatial distribution characteristics of heavy metal contents in surface soil samples from the study area

由圖2可見，在研究區(qū)粉塵樣中，所有采樣點(diǎn)的7種重金屬含量均隨著與燃煤企業(yè)距離的增加呈下降趨勢(shì)，與采樣時(shí)的背景值相比，其他采樣點(diǎn)重金屬含量明顯高于背景采樣點(diǎn)；同一距離上不同采樣點(diǎn)位重金屬含量也有顯著的差異，在4條等距離弧度帶中，下風(fēng)帶采樣點(diǎn)位的重金屬含量比上風(fēng)帶的要高，6號(hào)點(diǎn)位的重金屬含量明顯高于5號(hào)點(diǎn)位，這可能與6號(hào)點(diǎn)位周圍有20 m高的煤矸石堆和該地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向有關(guān)，由于研究區(qū)位于河谷地區(qū)，兩側(cè)為山脈，大氣粉塵在風(fēng)向作用下遷移，遇到障礙物時(shí)，粉塵有一個(gè)干濕沉降的過(guò)程，導(dǎo)致重金屬累積；此外1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)位的重金屬含量比4號(hào)點(diǎn)位的高，這是因?yàn)?號(hào)、2號(hào)和5號(hào)點(diǎn)位位于交通干線上，車流量較大，已有研究表明汽車燃料消耗、輪胎磨損也會(huì)有一些重金屬釋放[21-25]。可見，風(fēng)向和車流量對(duì)粉塵中重金屬含量有明顯的影響。

由圖3可見，在研究區(qū)表土樣中，所有采樣點(diǎn)的7種重金屬含量均隨著與采樣中心距離的增加總體呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì)，但在7號(hào)和10號(hào)點(diǎn)位有一個(gè)重金屬含量的峰值，這主要是因?yàn)檫@兩個(gè)點(diǎn)位都位于龍洋河附近，研究區(qū)土壤作物的灌溉方式是污水漫灌，這兩個(gè)點(diǎn)位重金屬含量的峰值可能與距離燃煤企業(yè)遠(yuǎn)近和龍洋河不同點(diǎn)重金屬含量不同有關(guān)；在4條等距離弧度帶中，下風(fēng)帶采樣點(diǎn)位與上風(fēng)帶采樣點(diǎn)位的重金屬含量相比無(wú)明顯變化，這說(shuō)明風(fēng)向?qū)Ρ硗翗又兄亟饘俸靠臻g分布特征的影響較小；在等距離弧度帶的14、15、16和17號(hào)點(diǎn)位中，16號(hào)點(diǎn)位Hg、Cd、Pb、Zn、Cu和Ni的含量明顯高于其他點(diǎn)位，這是因?yàn)?6號(hào)點(diǎn)位處于鐵路附近，長(zhǎng)期有火車行駛，故車流量對(duì)表土樣中重金屬含量空間分布特征有一定的影響。

綜上分析可知，在研究區(qū)表土樣和粉塵樣中重金屬的外源主要是宣鋼企業(yè)，表土樣中重金屬含量的空間分布特征較復(fù)雜，粉塵樣中重金屬含量的空間分布特征與風(fēng)向和汽車尾氣排放有明顯的相關(guān)關(guān)系。

2.3 各重金屬含量之間的相關(guān)性分析

研究重金屬含量之間的相關(guān)性，有利于推測(cè)出重金屬的來(lái)源是否相同，若重金屬含量之間有顯著的相關(guān)性[26-27]，說(shuō)明相同來(lái)源的可能性較大；反之，則說(shuō)明來(lái)源不同。研究區(qū)粉塵樣和表土樣中各重金屬、S、PAHs含量之間的相關(guān)性分析結(jié)果，見表3和表4。

表3 研究區(qū)粉塵樣中各重金屬、S、PAHs含量之間的相關(guān)性分析結(jié)果

注：“*”表示顯著相關(guān)(p<0.05)；“**”表示極顯著相關(guān)(p<0.01)。下表同。

表4 研究區(qū)表土樣中各重金屬、S、PAHs含量之間的相關(guān)性分析結(jié)果

由表3可知，在研究區(qū)粉塵樣中，S含量與Cd、Pb、Zn、Hg含量，Cd含量與Hg、Cu、Zn、Pb、Ni、S含量，Pb含量與Zn含量之間具有顯著的相關(guān)性，在大部分采樣點(diǎn)中表現(xiàn)為含量同時(shí)增高或降低，這說(shuō)明其來(lái)自同一污染源的概率較大。有研究證明[11]，煤炭燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生S、PAHs、Zn、Pb等，說(shuō)明煤炭的燃燒是其主要來(lái)源。另外，As含量與其他重金屬含量之間并無(wú)顯著的相關(guān)性，因此推斷其與其他重金屬的來(lái)源不同。

由表4可知，在研究區(qū)表土樣中，Zn含量與Pb含量，As含量與Cd、Cu、Pb、Ni含量，Ni含量與Cd、Cu含量之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明其來(lái)自同一污染源的概率較大，因此推斷主要來(lái)源于煤炭燃燒、交通運(yùn)輸以及化肥和農(nóng)藥的使用[28]，它們的含量受彼此的影響明顯。

2.4 各重金屬含量之間的主成分分析

主成分分析可以將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)反映原始數(shù)據(jù)的信息[29]。為了進(jìn)一步了解7種重金屬含量之間的相互關(guān)系并推斷各污染物的來(lái)源，本文利用SPSS軟件對(duì)研究區(qū)粉塵樣和表土樣中各重金屬、S、PAHs含量之間進(jìn)行了主成分分析，其分析結(jié)果見表5和表6。

表5 研究區(qū)粉塵樣和表土樣中各重金屬、S、PAHs含量的主成分分析及因子特征值

表6 因子負(fù)荷

由表5和表6可以看出：

(1) 在研究區(qū)粉塵樣中，前3個(gè)主成分可以反映7種重金屬和S、PAHs含量83.932%的信息，說(shuō)明前3個(gè)主成分反映了7種重金屬和S、PAHs含量數(shù)據(jù)的大部分信息。由因子的初始矩陣可知，研究區(qū)粉塵樣在主成分F1中，Cd、Cu、Ni顯示出較高的因子負(fù)荷，這些元素組合通常被認(rèn)為是人為活動(dòng)的影響，已有研究表明[14]，汽車輪胎與地面的磨損以及汽油等的燃燒會(huì)產(chǎn)生Cd、Cu、Ni、Fe和Pb等，能代表汽車交通運(yùn)輸?shù)热藶榛顒?dòng);在主成分F2中，S、PAHs、Zn、Pb顯示出較高的因子負(fù)荷，有研究證明[11]煤炭燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生S、PAHs、Zn和Pb等；因此推斷主成分F2可能是受燃煤等人為活動(dòng)的影響；在主成分F3中，各元素的因子負(fù)荷較低，并無(wú)明顯規(guī)律。經(jīng)矩陣變換后，主成分F1包含Cd、Cu、Ni以及部分As，主成分F2包含As、Hg、Pb、Zn、Cd，主成分F3包含S、PAHs、Pb、Zn。

(2) 在研究區(qū)表土樣中，前2個(gè)主成分因子可反映7種重金屬和S、PAHs含量75.168%的信息，說(shuō)明這兩個(gè)主成分反映了7種重金屬和S、PAHs含量數(shù)據(jù)的大部分信息；在主成分F1中，Hg、Cd、Cu、Pb和Zn具有較高的因子負(fù)荷，在主成分F2中As具有較高的因子負(fù)荷，這種主成分分析中因子負(fù)荷的差異主要反映了各重金屬超標(biāo)部分人為源的差異，因此推斷交通運(yùn)輸和煤炭燃燒是造成研究區(qū)土壤重金屬污染的主要原因。

2.5 重金屬的來(lái)源解析

在研究區(qū)粉塵樣中，第一主成分的貢獻(xiàn)率較高，為43.079%，其中Cu、Cd和Ni在第一主成分中的因子負(fù)荷較高，與當(dāng)?shù)乇尘爸迪啾龋浜恳灿泻艽蟪潭鹊某瑯?biāo)，且Cu、Cd和Ni含量的最大值集中在D-01和D-02采樣點(diǎn)；而在空間分布上，重金屬含量高的點(diǎn)位都是交通較密集的點(diǎn)，這是因?yàn)槠囕喬ヅc地面磨損會(huì)產(chǎn)生含Cd顆粒物，Cu常作為交通污染源的標(biāo)識(shí)，石油等燃料的燃燒也會(huì)影響環(huán)境中Ni的含量，因此第一主成分的主要來(lái)源可能是汽車交通運(yùn)輸?shù)热祟惢顒?dòng)。第二主成分(F2)的貢獻(xiàn)率為25.778%，S、PAHs、Zn和Pb在第二主成分中顯示出較高的因子負(fù)荷，經(jīng)矩陣變換后，F(xiàn)2包含As、Hg、Pb、Zn、Cd，與當(dāng)?shù)乇尘爸迪啾龋琙n和Pb的超標(biāo)率均為100%；在空間分布上，Zn、Pb和Hg含量的變化基本上是隨著與宣化鋼鐵廠燃煤區(qū)距離的增加而遞減，故推斷煤炭燃燒排放是其重要來(lái)源，另外與燃煤廢氣易于空間擴(kuò)散的特征相符，本次采樣區(qū)具有獨(dú)特的地理結(jié)構(gòu)，其位于西北-東南狹長(zhǎng)的河谷地帶，兩側(cè)為海拔相對(duì)較高的宣龍式山脈，導(dǎo)致該區(qū)域主要以西北風(fēng)為主，煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣會(huì)隨著大氣沉降的作用或者風(fēng)力擴(kuò)散，最終加劇了該地區(qū)粉塵中Zn、Pb和Hg含量的增加[30]。

在研究區(qū)表土樣中，第一主成分的貢獻(xiàn)率為57.212%，Cd、Pb、Hg和Zn在第一主成分中的因子負(fù)荷較高，這些元素的平均值均超過(guò)了當(dāng)?shù)氐耐寥辣尘爸担虼诉@些重金屬主要受人為活動(dòng)的影響，盡管這些元素都屬于第一主成分，但它們的富集也有可能是不同的人為因素所導(dǎo)致的：Cd含量在S-07、S-10號(hào)點(diǎn)位出現(xiàn)兩個(gè)峰值，而這兩處位于龍洋河附近，農(nóng)作物灌溉時(shí)需要施肥，已有研究表明Cd是化肥使用的標(biāo)志元素；Pb含量在S-18點(diǎn)位出現(xiàn)最大值，而此處有20 m高的煤矸石堆，煤矸石是洗煤過(guò)程中排放的固體廢棄物，已有研究表明煤炭廢棄物和汽車尾氣中含有大量的Pb；Hg含量最高值出現(xiàn)在S-01點(diǎn)位，這是因?yàn)镾-01點(diǎn)位旁邊有鋼鐵廠，煤炭燃燒和鋼鐵冶煉是Hg富集的主要原因，而研究區(qū)就在宣化鋼鐵廠周邊，因此可推斷鋼鐵廠是造成表土樣中Hg富集的主要原因；Zn含量最高值出現(xiàn)在S-16點(diǎn)位，此處交通比較發(fā)達(dá)，而Zn也是作為交通污染源的標(biāo)志元素。一般來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)主成分中同時(shí)包含Cd、Pb和Zn，就可以認(rèn)為該主成分中重金屬元素富集主要是受人為因素的影響。第二主成分的貢獻(xiàn)率為17.956%，As在第二主成分中的因子負(fù)荷比較高，在表土樣中As含量的變化程度高于其他元素，這說(shuō)明As元素受土壤母質(zhì)的影響，因此第二主成分主要來(lái)源于土壤母質(zhì)。

已有研究表明，表土和粉塵中的重金屬會(huì)發(fā)生遷移與重新分配[31]，粉塵會(huì)導(dǎo)致大氣干濕沉降總量的增加，而大氣干濕沉降是表土中重金屬的主要來(lái)源之一[32]，可見要完全掌握某地的重金屬污染成因有一定的難度，同時(shí)也說(shuō)明重金屬污染的因素不是唯一的。本研究區(qū)粉塵樣中，重金屬含量的最大值集中分布在第一弧度內(nèi)，距離燃煤企業(yè)最近，而且S含量與Cd、Pb、Zn含量之間具有顯著的相關(guān)關(guān)系，已有研究表明煤炭燃燒過(guò)程中會(huì)釋放S和Cd、Pb，故而推斷燃煤企業(yè)是污染源，表明地表土壤中的重金屬與人類活動(dòng)有很大的關(guān)系；在研究區(qū)表土樣中，重金屬含量的最大值集中分布在龍洋河以及燃煤企業(yè)附近，而且周圍有鐵路，可以推測(cè)污水灌溉、交通運(yùn)輸和燃煤是地表土壤重金屬污染的直接原因。

2.6 重金屬污染評(píng)價(jià)

2.6.1 重金屬污染評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)與方法

本文采用單因子污染指數(shù)法對(duì)研究區(qū)重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以《國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018)中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為參照基準(zhǔn)。

重金屬單因子污染指數(shù)是重金屬的實(shí)測(cè)濃度與其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值[33]，其計(jì)算公式為

(1)

根據(jù)單因子污染指數(shù)，可將重金屬污染的程度分為5個(gè)等級(jí)，見表7。

表7 重金屬污染程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.6.2 研究區(qū)表土和粉塵中重金屬污染評(píng)價(jià)

表8 研究區(qū)表土樣和粉塵樣中各重金屬的單因子污染指數(shù)

由表8可知，總體上研究區(qū)表土和粉塵中所有重金屬的污染水平皆屬于清潔范疇，處于清潔無(wú)污染的狀態(tài)，說(shuō)明張家口市宣化區(qū)工業(yè)區(qū)附近的土壤環(huán)境質(zhì)量屬于安全級(jí)別。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)張家口市宣化區(qū)粉塵樣和表土樣中重金屬含量的測(cè)定及分析，得到以下結(jié)論：

(1) 在研究區(qū)表土樣中，Zn含量與Pb含量，As含量與Cd、Cu、Pb、Ni含量，Ni含量與Cd、Cu，S與PAHs含量之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，以農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Zn、Cu、Ni、Cd含量有一定比例的超標(biāo)，而且其變異系數(shù)均較大，說(shuō)明其含量受人為因素的影響較為明顯；在研究區(qū)粉塵樣中，S含量與Hg、Cd、Pb、Zn含量，Cd含量與Cu、Hg、Pb、Ni含量，Hg含量與Cd含量，Pb含量與Zn含量之間有顯著的相關(guān)性，說(shuō)明元素之間有一定的同源性。已有研究表明，煤炭燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生S、PAHs和一些重金屬，據(jù)此可以推斷出燃煤企業(yè)對(duì)研究區(qū)表土和粉塵中重金屬含量的影響較為明顯。

(2) 在研究區(qū)表土樣中，位于龍洋河旁的采樣點(diǎn)重金屬含量較高，這可能與當(dāng)?shù)氐奈鬯喔确绞接嘘P(guān)；在粉塵樣中，重金屬含量隨著采樣點(diǎn)距燃煤企業(yè)距離的增加而減少，且各采樣點(diǎn)的重金屬含量都比當(dāng)?shù)乇尘爸蹈撸砻魅济浩髽I(yè)可能是粉塵中重金屬含量增加的原因之一。

(3) 總體來(lái)說(shuō)，研究區(qū)表土和粉塵中所有重金屬的污染水平皆屬于清潔范疇，但表土樣中Zn等在一定比例上處于輕污染水平，而土壤重金屬污染的地方位于工業(yè)區(qū)和河流附近，可見工業(yè)生產(chǎn)和污水灌溉與土壤重金屬的污染有一定的關(guān)系。雖然研究區(qū)土壤中重金屬Zn有一定比例的污染，但研究區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量處于安全水平。