垃圾填埋場土壤重金屬污染特征及生態風險分析

鄧凱文

（北京市地質勘察技術院，北京 100120）

某垃圾填埋場位于北京市豐臺區南部，該垃圾填埋場是豐臺區垃圾填埋深度最大、填埋量最多的，分布在永定河東側的廢棄砂石坑中，對地表土壤污染物幾乎沒有防護能力[1]。其周邊分布有永定河、地下水源地、村莊、住宅小區、公園及企業等，居住人口眾多，垃圾填埋場的垃圾滲濾液成分十分復雜，各類重金屬離子濃度一般都較高，可使土壤中的重金屬含量升高[2]，當重金屬含量積累到一定量后，會污染土壤生態環境，從而對區域生態系統、人體健康等造成不良后果[3]。基于此，綜合考慮研究區的功能屬性，以建設用地土壤污染風險管控標準值[4]和北京表層土壤背景值[5]進行對比，采用內梅羅綜合污染指數和潛在生態風險指數進行土壤重金屬污染綜合評價，可使結果更為準確。

1 材料與方法

如圖1所示，研究區分為垃圾填埋場加密區及垃圾填埋場外圍區。在研究區內共采集550件有代表性的表層土壤混合樣（0～20 cm），每件樣品質量約為1 kg。樣品采樣中心點位用全球定位系統（GPS）精準定位。樣品前處理及分析執行《全國土壤污染狀況調查樣品分析測試方法技術規定》。

圖1 研究區土壤采樣點位分布

2 評價方法

2.1 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合污染指數法反映了各污染物對土壤的作用，同時突出高濃度污染物對土壤環境質量的影響，計算公式為：

式中：PN為內梅羅綜合污染指數；Piave為各元素Pi值的算術平均值；Pimax為單一重金屬i的污染指數最大值；土壤各重金屬評價標準采用相關國家標準[4]列出的篩選值一類用地標準；根據PN值劃分污染等級，分別為清潔（PN≤0.7）、輕微污染（0.7＜PN≤1.0）、輕度污染（1.0＜PN≤2.0）、中度污染（2.0＜PN≤3.0）、重度污染（PN＞3.0）。

2.2 潛在生態風險指數法

采用瑞典于1980年建立的一套應用沉積學原理評價重金屬污染及生態危害的方法評價研究區的潛在生態風險指數（RI），計算方法如下：

式中：Ei為重金屬元素i的潛在生態風險單項系數；Ti為重金屬元素i的毒性響應系數；Ci為表層土壤中重金屬元素i的實測濃度，mg/kg；C0為區域土壤背景值，mg/kg；RI為潛在生態風險指數（潛在生態風險單項系數Ei的總和）。

為體現區域的分異性，本文采用北京表層土壤背景值[5]。各重金屬毒性響應系數如下：Hg=40，Cd=30，As=10，Cu=Ni=Pb=5，Cr=2，Zn=1。重金屬污染的生態風險分級如表1所示。

表1 重金屬的潛在生態風險單項系數和潛在生態風險指數

2.3 數據分析與制圖

在本研究中，土壤重金屬數據整理和統計用Excel 2017完成，統計分析用SPSS 20完成，采樣點分布圖用MapGIS 6.7完成。

3 結果與討論

3.1 土壤重金屬含量特征

研究區土壤重金屬含量有較大的差異（見表2），土壤pH介于7.09～10.00，研究區pH的平均值、中位值均高于北京表層土壤背景值。加密區土壤重金屬As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb及Zn的含量最大值、含量平均值均大于外圍區。變異系數越大，元素的分布越不均勻，離散程度越大。加密區的土壤重金屬Hg、Pb、Zn均呈現強變異，其中Pb變異系數最大，達189.0%，不均勻性最高。外圍區土壤重金屬僅Hg呈現強變異，變異系數達134.5%。由此可見，加密區土壤重金屬不均勻性和受到人類活動的影響均高于外圍區。

依據相關標準[4]，研究區所有土壤樣品中，除Pb元素外，其他評價的重金屬元素含量均小于建設用地土壤污染風險篩選值第一類用地標準，為安全無污染等級；有1件土壤樣品中Pb含量超過建設用地土壤污染風險管制值第一類用地標準，位于加密區內，受到人類活動的影響較大，應引起重視[5]。

3.2 土壤重金屬內梅羅綜合污染指數

研究區土壤重金屬內梅羅綜合污染指數PN介于0.1～2.3，均值為0.2，表明研究區內土壤重金屬內梅羅綜合污染指數PN相對較低，總體環境相對安全；加密區土壤重金屬有1件PN處于中度污染等級，占加密區樣品總數的0.18%；外圍區PN全部處于安全等級。

3.3 土壤重金屬潛在生態風險指數

研究區土壤潛在生態風險單項系數Ei的評價結果（見表3）顯示，加密區土壤重金屬Cr、Cu、Ni、Zn的Ei均小于40，為輕微生態風險；外圍區土壤重金屬除Cd、Hg的Ei均大于40外，其余均呈現為輕微生態風險；加密區Hg存在中等至極強生態風險，其占加密區總樣品數的比例分別為29.8%、23.0%、12.2%、11.2%；加密區Cd也存在中等至極強風險，其占加密區總樣品數的比例分別為10.8%、3.6%、0.4%、0.2%，以輕微生態風險為主；加密區Pb僅存在1件中等和強生態風險，其余均為輕微生態風險；外圍區Hg存在中等至極強生態風險，其占外圍區總樣品數的比例分別為28.0%、20.0%、6.0%、4.0%，以輕微生態風險為主；外圍區Cd有4件樣品為中等生態風險，其余均為輕微生態風險。

表3 研究區表層土壤重金屬潛在生態風險單項系數（Ei）

如表4所示，加密區土壤重金屬潛在生態風險指數RI的均值均大于外圍區；加密區RI存在輕微至很強生態風險，其占加密區總樣品數的比例分別為60.6%、23.2%、9.4%、6.8%，以輕微生態風險為主；外圍區RI以輕微生態風險為主，其占外圍區總樣品數的70.0%。RI數據表明，加密區填埋的生活垃圾導致Cd、Hg和Pb等土壤重金屬生態風險較高；外圍區受到人類活動的影響，Cd和Hg存在一定的潛在生態風險。

表4 研究區表層土壤重金屬潛在生態風險指數（RI）

4 結論

研究區表層土壤整體上未受到污染，但部分樣品的土壤重金屬元素呈現污染，重金屬在加密區土壤中呈現明顯的富集，加密區元素Hg、Pb和Zn屬于強變異元素。研究區內土壤重金屬內梅羅綜合污染指數PN相對較低，總體環境相對安全，在加密區有1件土壤樣品Pb含量超過建設用地土壤污染風險管制值第一類用地標準，對土壤的污染影響應引起重視。研究區土壤重金屬潛在生態風險以輕微生態風險為主，加密區內填埋的生活垃圾導致Cd、Hg和Pb等重金屬生態風險較高；受人類活動的影響，外圍區內，Hg和Cd存在一定的潛在生態風險。