蚌埠市土壤重金屬污染與生態風險評價

周開勝，朱蘭保，賀冉冉

(蚌埠學院材料與化學工程學院環境科學實驗中心，安徽蚌埠 233030)

作為城市生態系統重要組成部分的城市土壤，是城市生態系統賴以生存和發展的物質基礎。城市土壤是城市進行綠化和生態環境建設的基本環境條件，土壤重金屬污染將惡化城市土壤生態系統，影響城市生態系統的結構和功能[1]。土壤重金屬具有隱顯性、不可降解性、持久性和生物毒性與生物放大性等特點[2]，重金屬污染將直接或潛在地對城市生態系統產生危害[3]。隨著城鎮化和工業化進程的加快，城市工業愈加密集,交通運輸日益繁忙，致使城市土壤接納了大量來自工業固體廢物、煙塵、汽車尾氣及其它活動產生的重金屬污染物，使城市土壤重金屬含量增高，污染加劇；城市土壤重金屬通過生物鏈、揚塵、滲漏和地表徑流等途徑污染生物、大氣和水體，使得土壤成為環境重金屬污染的源[4-5]。土壤重金屬通過飲食、呼吸和皮膚接觸等途徑進入人體，對人體健康造成危害。近年來，有關城市土壤重金屬污染和評價等研究多有報道[1,3,6-13]。

蚌埠市(117°11′～117°31′E,32°49′～33°01′N)是皖北最大城市之一，地處中國地理南北分界線，氣候從北亞熱帶向暖溫帶過渡，現有常住人口110多萬人，擁有化工、機械、電子、制藥等工業門類。因此，有必要對蚌埠市土壤重金屬污染及其潛在生態風險進行研究。

本研究通過對蚌埠市土壤重金屬含量測定分析，分別采用單因子污染指數法、綜合污染指數法和潛在生態危害指數法對土壤重金屬污染進行評價，旨在為蚌埠市土壤重金屬污染治理、城市生態環境建設和保護人體健康提供科學的參考依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2013年3月，在蚌埠市選取20個土壤采樣點(表1)，用木產將表土剝去2cm，采集2～15cm土壤樣品置于6號聚乙烯自封塑料袋內，密封、編號，并做好采樣記錄，帶回實驗室，置于4℃冰箱保存。

表1 采樣點布設

1.2 樣品處理與分析

將采集的土壤樣品平鋪在濾紙上，放在陰涼通風處，在室內自然晾干，去除碎石、根系等雜質，用瑪瑙研缽研磨后，過100目的尼龍篩，供分析測定用。土樣經三酸(H2SO4-HNO3-HClO4)消解后，用原子熒光法(AFS-920雙道原子熒光分光光度計，北京吉天儀器有限公司)測定土壤中As的含量；經四酸(HCl-HNO3-HF-HClO4)消解后，采用火焰原子吸收光譜法(石墨爐原子吸收分光光度計TAS-990，北京普析通用儀器有限責任公司)測定土壤中Pb、Cd、Cu和Cr的含量。

1.3 評價方法

1.3.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法計算公式[14]為：

Pi=Ci/SI.

式中：Ci為土壤中污染物i的實測值；Si為《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)中各元素的土壤含量上限；Pi為土壤中i污染物的單因子污染指數。

1.3.2 綜合污染指數法

綜合污染指數法計算公式[14-15]為：

P綜={[max(Pi)2+ave(Pi)2]/2}1/2.

式中：P綜為樣點的尼梅羅綜合污染指數；max(Pi)為樣點所有重金屬中單因子污染指數的最大值；ave(Pi)為樣點單因子污染指數的算術平均值。

土壤綜合污染程度分5級，分別為：Ⅰ級：P綜≤0.7，屬于安全等級，環境清潔；Ⅱ級：0.7

1.3.3 潛在生態危害指數法[16]

潛在生態危害指數法計算公式[16]為：

2 結果與分析

2.1 土壤重金屬含量

蚌埠市土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量差別較大(表2)，其中Cd含量最大值為8.00 mg·kg-1，最小值為2.00 mg·kg-1，均值為4.64 mg·kg-1，最大值是最小值的4倍；Cr含量最大值為123.50 mg·kg-1，最小值為47.25 mg·kg-1，均值為77.86 mg·kg-1，最大值是最小值的2.6倍；Pb含量最大值是146.50 mg·kg-1，最小值是5.50 mg·kg-1，均值為92.88 mg·kg-1，最大值是最小值的26.64倍；Cu含量最大值為57.75 mg·kg-1，最小值為3.75 mg·kg-1，均值為20.51 mg·kg-1；最大值是最小值的15.4倍；As含量最大值為1.77 mg·kg-1，最小值為0.13 mg·kg-1，均值為0.67 mg·kg-1，最大值是最小值的13.62倍。土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量均值分別是安徽省土壤背景值[19]的55.41、1.24、3.57、1.06和0.08倍，標準偏差分別是1.42、20.96、29.37、13.14和0.38，變異系數分別是30.57%、26.92%、31.63%、64.06%和56.40%，均屬中等變異。

表2 各采樣點土壤重金屬含量

2.2 土壤重金屬污染特征

蚌埠市區土壤pH>7.5[20]，采用土壤環境質量標準(GB15618-1995)[21]中的二級標準，Cd、Cr、Pb、Cu和As分別取0.60 mg·kg-1、250 mg·kg-1、350 mg·kg-1、200 mg·kg-1和25 mg·kg-1作為評價標準。土壤重金屬單因子污染指數計算結果見表3，各重金屬單因子污染指數均值由大到小依次是Cd>Cr>Pb>Cu>As，Cd污染最嚴重。綜合污染指數計算結果表明，P綜最大值為9.64，最小值為2.42，均值為5.59，屬于中度污染的樣點有2個(占10%)，重度污染的樣點有18個(占90%)。從綜合污染指數平均值來看，蚌埠市土壤重金屬污染屬重度污染。

表3 土壤重金屬單因子污染指數

2.3 潛在生態危害指數法評價

表4 蚌埠市土壤重金屬潛在生態危害系數和綜合潛在危害指數RI

表5 蚌埠市土壤重金屬與生態危害程度

2.4 討論

蚌埠市土壤重金屬含量與國內其它城市相比，Cd含量最高，高于其它城市；As含量低于其它城市；Cr含量除低于海口和徐州外，高于其它城市；Pb含量除低于沈陽外，高于其它城市；Cu含量除高于北京和廣州外，均低于其它城市(表6)。

各重金屬單因子污染指數均值和潛在生態危害系數均值由大到小依次為Cd>Cr>Pb>Cu>As和Cd>Pb>Cu>Cr>As。兩種方法評價結果表明，Cd污染最重，As污染最輕。從綜合污染指數和綜合潛在生態危害指數均值來看，評價結果一致，蚌埠市土壤重金屬污染屬重度污染，潛在生態危害程度強。

表6 國內部分城市土壤重金屬含量比較

表7 國內部分城市土壤重金屬及生態危害程度

3 結論

綜上分析，蚌埠市土壤中重金屬Cd、Cr、Pb、Cu和As含量分別在2.00～8.00 mg·kg-1、47.25～123.50 mg·kg-1、5.50～146.50 mg·kg-1、3.75～57.75 mg·kg-1和0.13～1.77 mg·kg-1之間變化，均值分別為4.64 mg·kg-1、77.86 mg·kg-1、92.88 mg·kg-1、20.51 mg·kg-1和0.67 mg·kg-1，除As元素外，其它4種元素含量均超出土壤背景值。各重金屬單因子污染指數均值由大到小依次為Cd>Cr>Pb>Cu>As，潛在生態危害程度由大到小依次為Cd>Pb>Cu>Cr>As，土壤重金屬污染屬重度污染，綜合潛在生態危害程度強；與國內其它城市相比，蚌埠市土壤重金屬污染嚴重，存在較強的潛在生態危害。