粉煤灰質(zhì)農(nóng)用地土壤污染狀況分析及評(píng)價(jià)方法

（華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊(duì) 河北廊坊 065201）

1 粉煤灰農(nóng)用地污染來(lái)源

某地由于洪水沖刷，大面積土壤流失，導(dǎo)致當(dāng)?shù)鼐用駸o(wú)耕地種植莊稼，然后采取當(dāng)?shù)仉姀S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(jīng)實(shí)地調(diào)查，通過(guò)分別在電廠下游粉煤灰地塊及上游農(nóng)用地中選擇清潔對(duì)照點(diǎn)，樣品分析結(jié)果顯示：粉煤灰地塊中的Cd、Pb、Hg 3 種重金屬含量均有超標(biāo)現(xiàn)象，無(wú)粉煤灰農(nóng)用地中這3 種重金屬含量均未超標(biāo)，且明顯低于粉煤灰地塊農(nóng)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(nóng)用地中Cd、Pb、Hg 污染物來(lái)源于粉煤灰。

2 粉煤灰土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)前期筆者調(diào)查分析，本粉煤灰農(nóng)用地土壤pH＞7.5，根據(jù)綜合比較，本文將采用表1 中的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù) 單位：mg／kg

2.2 評(píng)價(jià)方法

目前有關(guān)農(nóng)田土壤重金屬影響的研究方法主要有環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法，包括單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法；生態(tài)指數(shù)法，包括地質(zhì)積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法；模型法等。

單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法是通過(guò)對(duì)土壤環(huán)境中某一項(xiàng)特征污染物的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而確定單項(xiàng)土壤環(huán)境質(zhì)量參數(shù)的一種評(píng)價(jià)方法。該評(píng)價(jià)方法是各類土壤污染綜合評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)。

內(nèi)梅羅指數(shù)法由單因子指數(shù)法發(fā)展而來(lái)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)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(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，能夠較全面地反映各種污染物的協(xié)同作用，從而較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)各類環(huán)境要素的污染程度。具有計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、物理概念清晰、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

生態(tài)指數(shù)法基于污染物質(zhì)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)和毒理特征，定量評(píng)價(jià)重金屬對(duì)環(huán)境的影響并對(duì)其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度劃分等級(jí)。生態(tài)指數(shù)法因其直觀性、定量性和對(duì)于潛在生態(tài)危險(xiǎn)預(yù)測(cè)性等特點(diǎn)，在沉積物、土壤和街道灰塵等多種介質(zhì)和全國(guó)多地區(qū)不同類型土地的重金屬元素生態(tài)影響研究中廣泛應(yīng)用，為生態(tài)環(huán)境的改善和人類健康提供了科學(xué)依據(jù)。

本次采用單因子污染指數(shù)法、加權(quán)法改進(jìn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對(duì)項(xiàng)目區(qū)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(jìn)行污染評(píng)價(jià)。

3 粉煤灰農(nóng)用地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 土壤中重金屬元素環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法

3.1.1 單因子污染指數(shù)法［3］

式中：Pi為土壤中污染物i 的單項(xiàng)污染指數(shù)（Pi＞1 表示土壤受污染，且值越大污染程度越嚴(yán)重）；Ci為土壤中污染物i 的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；Si為污染物i 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)單因子指數(shù)法，可以得出超標(biāo)元素的種類和程度，土壤單項(xiàng)污染環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)見(jiàn)表2。

3.1.2 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

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

為突出不同重金屬元素對(duì)作物、環(huán)境及生態(tài)的影響程度，采用重金屬毒性加權(quán)法（Swaine）［4］對(duì)公式（2）中的計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)：

表2 土壤單項(xiàng)污染環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)

重金屬元素影響程度等級(jí)與權(quán)重值見(jiàn)表3。

表3 重金屬元素影響程度等級(jí)與權(quán)重值

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法計(jì)算結(jié)果，對(duì)土壤中重金屬元素的綜合影響劃分等級(jí)并評(píng)價(jià)其對(duì)土壤環(huán)境與農(nóng)作物的影響程度。等級(jí)指標(biāo)體系見(jiàn)表4。

表4 重金屬元素綜合影響程度等級(jí)指標(biāo)體系

3.2 土壤中重金屬元素潛在生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方法

3.2.1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法［5］

單項(xiàng)重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Eri）和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）的計(jì)算公式分別為：

各重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)表見(jiàn)表5。

表5 各重金屬元素的毒性響應(yīng)系數(shù)表

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)易受沉積物中金屬元素含量、所含重金屬元素?cái)?shù)量及組分、金屬元素毒性及敏感性等條件因素影響，其分級(jí)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表6 所示。

表6 在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)程度等級(jí)表

4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

4.1 重金屬元素現(xiàn)狀與差異性

4.1.1 單元素土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)單因子指數(shù)法，分別計(jì)算出所列元素的單項(xiàng)污染指數(shù)，其詳細(xì)結(jié)果如表7。

表7 地塊內(nèi)單元素土壤污染物評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)單因子污染指數(shù)法得出，區(qū)內(nèi)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(xiàng)目區(qū)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(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

依據(jù)前述評(píng)價(jià)計(jì)算方法，以鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）污染物作為有害元素評(píng)價(jià)因子，按照土壤綜合質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。各級(jí)土壤綜合質(zhì)量等級(jí)分區(qū)和面積統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8。

表8 土壤綜合質(zhì)量等級(jí)分區(qū)

區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)表顯示，防治區(qū)面積占比66%，控制區(qū)面積占比34%。綜合質(zhì)量劃分結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)分區(qū)圖

4.2 土壤中重金屬元素潛在生態(tài)效應(yīng)

依據(jù)單元素土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，以鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）污染物作為本次有害元素評(píng)價(jià)因子。

根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，項(xiàng)目區(qū)土壤中鉛（Pb）的Eri值均小于40，屬于輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；鎘（Cd）輕微、中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均有分布，其中SX-T24、SX-T28及SX-T46 三處采樣點(diǎn)的Eri值超過(guò)40，屬于中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，占總采樣點(diǎn)的11.1%，約占項(xiàng)目區(qū)面積的20%；汞（Hg）輕微、中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也均有分布，其中SX-T23、SXT27、SX-T29、SX-T38、SX-T39 及SX-T40 六處采樣點(diǎn)的值超過(guò)40，占總采樣點(diǎn)的22.2%，約占項(xiàng)目區(qū)面積的25%。所有采樣點(diǎn)鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）的RI 值均小于150，屬于輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。綜合來(lái)看，盡管項(xiàng)目區(qū)內(nèi)RI 值均小于150，但多處采樣點(diǎn)鎘（Cd）、汞（Hg）的Eri值出現(xiàn)大于40 的現(xiàn)象，即處于中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。此現(xiàn)象值得引起注意。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 項(xiàng)目區(qū)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

5 小結(jié)

（1）該粉煤灰質(zhì)農(nóng)用地土壤受鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）污染，部分區(qū)域重金屬含量超過(guò)污染臨界值，土壤與作物開(kāi)始受到影響范圍，并存在中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

（2）本次運(yùn)用的單因子污染指數(shù)法、加權(quán)法改進(jìn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法能夠較全面的評(píng)價(jià)該粉煤灰農(nóng)用地土壤的環(huán)境質(zhì)量。

（3）該污染嚴(yán)重區(qū)域建議運(yùn)用客土+改良+鈍化/穩(wěn)定化組合修復(fù)技術(shù)進(jìn)行重金屬修復(fù)，避免農(nóng)作物中的重金屬含量過(guò)高，造成人類健康隱患。