粉煤灰質農用地土壤污染狀況分析及評價方法

（華北地質勘查局綜合普查大隊 河北廊坊 065201）

1 粉煤灰農用地污染來源

某地由于洪水沖刷，大面積土壤流失，導致當地居民無耕地種植莊稼，然后采取當地電廠粉煤灰、礦渣等作為耕地使用，形成大面積分布粉煤灰地塊。經實地調查，通過分別在電廠下游粉煤灰地塊及上游農用地中選擇清潔對照點，樣品分析結果顯示：粉煤灰地塊中的Cd、Pb、Hg 3 種重金屬含量均有超標現象，無粉煤灰農用地中這3 種重金屬含量均未超標，且明顯低于粉煤灰地塊農用地。以往研究表明，粉煤灰中廣泛含有鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）等重金屬元素［1-2］，因此，粉煤灰農用地中Cd、Pb、Hg 污染物來源于粉煤灰。

2 粉煤灰土壤質量評價方法

2.1 評價標準

根據前期筆者調查分析，本粉煤灰農用地土壤pH＞7.5，根據綜合比較，本文將采用表1 中的標準對重金屬進行評價。

表1 土壤質量評價依據 單位：mg／kg

2.2 評價方法

目前有關農田土壤重金屬影響的研究方法主要有環境質量指數法，包括單因子指數法、內梅羅指數法；生態指數法，包括地質積累指數法和潛在生態風險指數法；模型法等。

單因子污染指數評價方法是通過對土壤環境中某一項特征污染物的污染程度進行評價，從而確定單項土壤環境質量參數的一種評價方法。該評價方法是各類土壤污染綜合評價方法的基礎。

內梅羅指數法由單因子指數法發展而來，是當前國內外進行綜合污染指數計算最常用的方法之一。該方法是一種兼顧極值或突出最大值的計權型多因子環境質量指數，能夠較全面地反映各種污染物的協同作用，從而較準確地評價各類環境要素的污染程度。具有計算過程簡單、物理概念清晰、可操作性強等優點。

生態指數法基于污染物質的生態環境效應和毒理特征，定量評價重金屬對環境的影響并對其潛在生態風險程度劃分等級。生態指數法因其直觀性、定量性和對于潛在生態危險預測性等特點，在沉積物、土壤和街道灰塵等多種介質和全國多地區不同類型土地的重金屬元素生態影響研究中廣泛應用，為生態環境的改善和人類健康提供了科學依據。

本次采用單因子污染指數法、加權法改進的內梅羅綜合污染指數法和潛在生態危害指數法，對項目區土壤中的鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）和鉛（Pb）總共7 種重金屬元素進行污染評價。

3 粉煤灰農用地土壤質量評價

3.1 土壤中重金屬元素環境質量指數法

3.1.1 單因子污染指數法［3］

式中：Pi為土壤中污染物i 的單項污染指數（Pi＞1 表示土壤受污染，且值越大污染程度越嚴重）；Ci為土壤中污染物i 的實測數據；Si為污染物i 的評價標準。

通過單因子指數法，可以得出超標元素的種類和程度，土壤單項污染環境質量評價分級見表2。

3.1.2 內梅羅綜合指數法

式中：P綜合為土壤中重金屬元素的綜合污染指數；為平均單項重金屬元素污染指數；為最大重金屬元素污染指數。

為突出不同重金屬元素對作物、環境及生態的影響程度，采用重金屬毒性加權法（Swaine）［4］對公式（2）中的計算方法進行改進：

表2 土壤單項污染環境質量評價分級

重金屬元素影響程度等級與權重值見表3。

表3 重金屬元素影響程度等級與權重值

根據內梅羅綜合指數法計算結果，對土壤中重金屬元素的綜合影響劃分等級并評價其對土壤環境與農作物的影響程度。等級指標體系見表4。

表4 重金屬元素綜合影響程度等級指標體系

3.2 土壤中重金屬元素潛在生態效應評價方法

3.2.1 潛在生態風險指數法［5］

單項重金屬元素潛在生態風險指數（Eri）和綜合潛在生態風險指數（RI）的計算公式分別為：

各重金屬元素的毒性響應系數表見表5。

表5 各重金屬元素的毒性響應系數表

潛在生態風險指數易受沉積物中金屬元素含量、所含重金屬元素數量及組分、金屬元素毒性及敏感性等條件因素影響，其分級與評價標準如表6 所示。

表6 在生態風險指數及生態風險效應程度等級表

4 評價結果分析

4.1 重金屬元素現狀與差異性

4.1.1 單元素土壤環境質量評價

根據單因子指數法，分別計算出所列元素的單項污染指數，其詳細結果如表7。

表7 地塊內單元素土壤污染物評價統計表

依據單因子污染指數法得出，區內土壤主要污染物主要為鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）。鎘（Cd）輕度污染范圍占項目區總面積的27%，汞（Hg）占總面積的14.3%，鉛（Pb）占總面積的23.8%。

4.1.2 土壤環境質量綜合評價

依據前述評價計算方法，以鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）污染物作為有害元素評價因子，按照土壤綜合質量分級標準進行了評價。各級土壤綜合質量等級分區和面積統計見表8。

表8 土壤綜合質量等級分區

區內土壤質量綜合評價表顯示，防治區面積占比66%，控制區面積占比34%。綜合質量劃分結果見圖1。

圖1 土壤質量綜合評價分區圖

4.2 土壤中重金屬元素潛在生態效應

依據單元素土壤環境質量評價結果，以鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）污染物作為本次有害元素評價因子。

根據潛在生態風險指數法評價結果顯示，項目區土壤中鉛（Pb）的Eri值均小于40，屬于輕微潛在生態風險；鎘（Cd）輕微、中等潛在生態風險等級均有分布，其中SX-T24、SX-T28及SX-T46 三處采樣點的Eri值超過40，屬于中等潛在生態風險，占總采樣點的11.1%，約占項目區面積的20%；汞（Hg）輕微、中等潛在生態風險等級也均有分布，其中SX-T23、SXT27、SX-T29、SX-T38、SX-T39 及SX-T40 六處采樣點的值超過40，占總采樣點的22.2%，約占項目區面積的25%。所有采樣點鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）的RI 值均小于150，屬于輕微潛在生態風險。綜合來看，盡管項目區內RI 值均小于150，但多處采樣點鎘（Cd）、汞（Hg）的Eri值出現大于40 的現象，即處于中等潛在生態風險等級。此現象值得引起注意。計算結果見表9。

表9 項目區重金屬潛在生態風險指數評價結果

5 小結

（1）該粉煤灰質農用地土壤受鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）污染，部分區域重金屬含量超過污染臨界值，土壤與作物開始受到影響范圍，并存在中等潛在生態風險區。

（2）本次運用的單因子污染指數法、加權法改進的內梅羅綜合污染指數法和潛在生態危害指數法能夠較全面的評價該粉煤灰農用地土壤的環境質量。

（3）該污染嚴重區域建議運用客土+改良+鈍化/穩定化組合修復技術進行重金屬修復，避免農作物中的重金屬含量過高，造成人類健康隱患。