基于潛在生態風險指數評價濟南市不同城市綠地土壤重金屬污染

趙超，王聰，王琦

（山東省生態環境監測中心，山東濟南250101）

綠地作為城市是城市生態系統的重要組成成分，不僅為人們提供了休閑游玩的場所，而且有助于改善城市生態環境質量、美化城市環境[1]。隨著城市化、工業化的快速發展，大量人類活動產生的污染物進入城市綠地，城市綠地土壤的各種性質發生變化。重金屬是城市綠地土壤中重要的污染物，不僅影響綠地生態系統，而且可以通過揚塵或直接接觸等途徑進入人體，危害人體健康[2]。因此，研究城市綠地土壤重金屬污染狀況，評價其潛在風險程度，是城市生態環境保護和治理的重要內容[3-8]。本研究以濟南市典型城市綠地為研究對象，通過對公園綠地、居民小區綠地和道路綠化帶等3種不同類型15個綠地土壤重金屬含量分析，采用潛在生態風險指數法對重金屬污染程度進行評價，旨在摸清城市綠地土壤重金屬污染現狀，以期為濟南市城區土壤重金屬污染防治和修復提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

濟南市位于山東省中部，地理位置為36°01′~37°32′N，116°11′~117°44′E，是著名的“泉城”和國家歷史文化名城，環渤海地區南翼和黃河中下游地區的中心城市，山東省政治、經濟、文化、科技、教育、區域性金融中心，常住人口695萬人。地處中緯度地帶，屬于暖溫帶半濕潤季風型氣候，四季分明，春季干旱少雨，夏季溫熱多雨，秋季涼爽干燥，冬季寒冷少雪，年平均氣溫13.8℃，年均降水量685mm。

1.2 樣品布點與采集

在濟南市城區東南西北中5個區域，分別選擇建成5年以上的公園綠地、居民小區綠地和道路綠化帶等3種類型城市綠地，每類選擇5個綠地，共15個綠地。每個綠地布設3個監測點位，共計45個監測點位。采集0～20cm表層土壤，混勻后用四分法取2kg左右，土壤樣品在室內自然風干，去除雜物后分別過2mm和0.15mm尼龍篩，裝瓶備用。

1.3 樣品處理

將樣品置于無塵、通風、避光的地方自然風干，風干過程中除去土壤中混雜的磚瓦石塊、石灰結核，根莖動植物殘體等。用瓷制研缽研磨后，過10目、60目、100目尼龍篩，裝瓶備用。

1.4 分析方法

Cd、Cu、As和Ni前處理用HCl-HNO3-HFHClO4消解，Hg、Pb前處理用1＋1王水消解。Cd用石墨爐原子吸收分光光度法測定，Hg、As用原子熒光光譜法測定，Pb、Cu、Ni用火焰原子吸收分光光度法測定。具體操作按照《土壤環境監測技術規范》（HJ/T166-2004）[9]和《土壤環境監測分析方法》[10]有關技術規定的要求進行。

2 評價方法及標準

2.1 潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數法是評價重金屬污染及生態危害的方法，由瑞典科學家Hakanson提出[11]。該指數不僅反映某一特定環境中各種污染物對環境的影響及多種污染物的綜合效應，而且用定量的方法劃分出潛在生態風險的程度[12]。計算公式如下：

式中：RI為潛在生態風險指數；Eri為潛在生態危害單項系數，Tri為某一重金屬的毒性相應系數，Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni的毒性相應系數分別為30、40、5、5、10和5[13]；Cfi為單項污染系數；C表層i為表層土壤重金屬含量實測值；Cni為土壤背景參考值。重金屬污染潛在生態風險系數和潛在生態風險指數分級標準見表1。

表1 潛在生態風險系數和潛在生態風險指數分級標準

2.2 評價標準

為了更準確地反映濟南市不同城市綠地土壤重金屬實際污染程度，本次研究以山東省土壤背景值[14]中的重金屬含量作為評價標準。

3 監測與評價結果

3.1 土壤重金屬含量分析

濟南市不同類型城市綠地土壤重金屬含量進行了統計分析（見表2），以探討濟南市城市綠地土壤重金屬的可能來源。結果顯示，公園綠地、居民小區綠地和道路綠化帶土壤Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni的平均含量均超過山東省土壤背景值，這表明工業生產、交通運輸和生活污染排放等人為活動已導致濟南市城市綠地土壤重金屬含量的升高。與山東省土壤背景值比較，公園綠地土壤中有14個點位Cd超背景值，13個點位Hg超背景值，9個點位Pb超背景值，12個點位Cu超背景值，6個點位As超背景值，13個點位Ni超背景值。居民小區土壤中有14個點位Cd超背景值，13個點位Hg超背景值，9個點位Pb超背景值，14個點位Cu超背景值，13個點位As超背景值，15個點位Ni超背景值。道路綠化帶土壤有14個點位Cd超背景值，12個點位Hg超背景值，11個點位Pb超背景值，14個點位Cu超背景值，7個點位As超背景值，15個點位Ni超背景值。這表明，濟南市城市綠地土壤受到強烈的人為因素干擾，相比山東省土壤背景值，濟南市城市綠地土壤已經受到污染。

表2 不同類型城市綠地土壤重金屬監測結果

3.2 潛在生態風險評價

3.2.1 單因子潛在生態風險評價

濟南市城市綠地土壤重金屬潛在生態風險系數統計結果見表3，潛在生態風險風險程度分布情況見表5。由表5可見，濟南市城市綠地土壤中Hg潛在生態風險系數最高，潛在生態風險系數范圍為12.31~611.69，均值為135.62。Cd的潛在生態風險系數次之，范圍為17.75~144.29，均值為57.75。Pb、Cu、As、Ni潛在生態風險系數較小，均值均小于40。

表3 土壤重金屬潛在生態風險系數統計結果

表5 不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態風險系數統計結果

由表4可見，45個監測點位土壤Pb、Cu、As、Ni潛在生態風險程度較小，均為低風險，Hg和Cd的潛在生態風險較強。Hg在各級別潛在生態風險都有分布，其中，9個點位為低風險，12個點位為中等風險，13個點位為較重風險，6個點位為重風險，5個點位為嚴重風險。Cd的潛在生態風險級別在低風險~較重風險之間，其中，14個點位為低風險，24個點位為中等風險，7個點位為較重風險。濟南市城市綠地土壤中各重金屬污染程度由強到弱依次為：Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni。

表4 土壤重金屬潛在生態風險風險程度情況

濟南市不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態風險系數見5。結果表明，3種類型城市綠地各重金屬潛在生態風險系數差異明顯。Cd的潛在生態風險系數均值在道路綠化帶最高，Hg的潛在生態風險系數均值在公園綠地最高，Pb、Cu、As、Ni的潛在生態風險系數均值在居民小區綠地最高。

濟南市不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態風險程度情況見圖1，結果表明，濟南市城市綠地土壤各重金屬潛在生態風險程度由強到弱依次為：Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni，Hg和Cd存在較大潛在生態風險，Hg對濟南市城市綠地土壤生態環境潛在風險最大。Cd處在低風險~較重風險之間，Hg在各級別潛在生態風險都有分布，重風險和嚴重風險點位占24.4%。

圖1 不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態風險程度情況

不同類型城市綠地Cd和Hg潛在生態風險存在差異。Cd在公園綠地土壤中有7個點位為低風險，7個點位為中等風險，1個點位為較重風險；在居民小區土壤中有5個點位為低風險，8個點位為中等風險，2個點位為較重風險；在道路綠化帶中有2個點位為低風險，9個點位為中等風險，4個點位為較重風險。Hg在公園綠地土壤中有4個點位為低風險，5個點位為中等風險，3個點位為較重風險，3個點位為嚴重風險；在居民小區土壤中有2個點位為低風險，2個點位為中等風險，6個點位為較重風險，4個點位為重風險，1個點位為嚴重風險；在道路綠化帶土壤中有3個點位為低風險，5個點位為中等風險，4個點位為較重風險，2個點位為重風險，1個點位為嚴重風險。相關研究表明，Cd主要來自冶煉、電池、電鍍、顏料等工業排放，Hg的主要來自于汽車尾氣、燃煤降塵、建筑揚塵等[15]，經干濕沉降進入到城市綠地土壤中，是城市綠地土壤重金屬污染的主要污染源。城市化進程、工業生產和交通運輸等人為活動加快了城市綠地土壤重金屬的外源性輸入速率，是造成濟南市城市綠地土壤重金屬污染的重要原因。

3.2.2 綜合潛在生態風險評價

為進一步摸清濟南市不同類型城市綠地土壤潛在生態風險程度，計算并統計了不同類型城市綠地各監測點位綜合潛在生態風險級別和各類型城市綠地綜合潛在生態風險級別，其結果見圖2和表7。由圖2可見，濟南市不同類型城市綠地多數監測點位綜合潛在生態風險程度處在輕微和中等風險，輕微和中等風險點占80%。但個別監測點位綜合生態風險指數較高，處在重度和嚴重生態風險，其中，6個點位為重度生態風險，3個點位為嚴重生態風險。

圖2 不同類型城市綠地各監測點位綜合潛在生態風險程度

表7 不同類型城市綠地綜合潛在生態風險程度

由表7可見，濟南市城市綠地土壤狀況總體處在輕微和中等生態風險，但個別綠地土壤處在重度生態風險。公園綠地中4個為輕微生態風險，1個位重度生態風險；居民小區綠地中1個為輕微生態風險，2個為中等生態風險，1個為重度生態風險；道路綠化帶中1個為輕微生態風險，2個為中等生態風險，1個為重度生態風險。不同類型綠地受重金屬綜合潛在生態風險程度依次是居民小區綠地>道路綠化帶>公園綠地。為確保城市綠地土壤環境健康，營造良好人居環境，應對該污染問題加以重視，采取相應措施綜合治理和修復土壤重金屬污染，尤其應該加強對土壤Cd和Hg的治理。

4 結果與討論

（1）濟南市不同類型城市綠地土壤Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni的平均含量均超過山東省土壤背景值，工業生產、交通運輸和生活污染排放等人為活動已導致濟南市城市綠地土壤重金屬含量的升高。

（2）濟南市城市綠地土壤各重金屬潛在生態風險程度由強到弱依次為：Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni，Hg和Cd存在較大潛在生態風險，Hg對濟南市城市綠地土壤生態環境潛在風險最大，不同類型城市綠地Hg和Cd潛在生態風險存在差異。

（3）濟南市城市綠地土壤狀況總體處在輕微和中等生態風險，個別綠地土壤處在重度生態風險，不同類型綠地受重金屬綜合潛在生態風險程度依次為：居民小區綠地>道路綠化帶>公園綠地。

（4）城市化進程、工業生產和交通運輸等人為活動加快了城市綠地土壤重金屬的外源性輸入速率，是造成濟南市城市綠地土壤重金屬污染的重要原因。為確保城市綠地土壤環境健康，營造良好人居環境，應采取相應措施綜合治理和修復土壤重金屬污染，尤其應該加強對土壤Cd和Hg的治理。