鹽城市公路兩側土壤重金屬污染風險評價

陳愛晶 徐漢億 顧愛祥

（鹽城市耕地質量保護站，鹽城 224002）

土壤是人類賴以生存和發展的基礎，隨著經濟社會的快速發展，資源被大量消耗，土壤重金屬污染等環境問題也日益凸顯。重金屬污染會造成土壤肥力和糧食產量品質雙下降，且重金屬進入食物鏈后還會危害動植物和人類健康[1-3]。同時，土壤重金屬污染的來源廣泛、危害嚴重，具有隱蔽性、不可逆性、長期性、難降解等特點，故其已成為環境污染治理中的熱點和難點問題[4]。在此背景下，為了對江蘇省鹽城市公路兩側土壤重金屬污染風險進行科學評價，筆者對鹽城市公路兩側1 170個土壤樣品中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg重金屬含量進行分析，旨在合理利用、規劃和管理公路兩側的土地，保護生態環境和人類健康。現將相關研究結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和預處理

以縣為單位，選取開通5年以上、車流量大的公路作為研究對象。在距公路兩側25、50、100 m左右處分別采集土壤樣品6個，采用梅花狀取樣法，采樣深度為20 cm，共采集土壤樣品1 170個。其中，東臺、大豐、射陽每地采集土壤樣品150個，亭湖、鹽都、建湖、濱海、阜寧、響水每地采集土壤樣品120個。每個土壤樣品均由10個采樣點混合而成，土樣經風干去雜后用四分法逐級過篩，并裝瓶待測。

1.2 樣品測定方法

所有重金屬元素的測定標準均參照國家相關標準進行。其中，土壤重金屬總量提取采用HCl-HNO3-HF-HClO4消解法，土壤重金屬Zn、Cr、Ni、Cu含量利用火焰原子吸收分光光度法測定，土壤重金屬Cd、Pb利用石墨爐原子吸收分光光度法測定，土壤重金屬Hg、As含量利用原子熒光法測定，土壤pH采用玻璃電極法測定。

1.3 評價方法

1.3.1 地積累指數法

地積累指數法[5]又稱Muller指數法，該方法既反映了某一特定環境中各種污染的影響，又反映了多種污染物的綜合影響，并以定量的方法劃分出潛在生態危害的程度，是目前國內外土壤(沉積物)中重金屬污染評價研究的先進方法之一[6]。其計算公式為：Igeo=log2[Ci÷(1.5×Bi)]，式中，Ci是元素n在沉積物中的含量（單位為mg/kg），Bi是元素n的地球化學背景值（單位為mg/kg），本研究采用的是江蘇省A層土壤算術平均背景值[7]，Cu為22.3 mg/kg、Zn為62.6 mg/kg、Pb為26.2 mg/kg、Cd為0.126 mg/kg、Cr為 77.8 mg/kg、Ni為26.7 mg/kg、As為10 mg/kg、Hg為0.289 mg/kg。Igeo與污染程度分級的關系[8]，見表1。

表1 地累積指數與污染程度分級的關系

1.3.2 潛在生態危害指數法

潛在生態危害指數法[9]可用于反映特定環境中各種污染的影響和多種污染物的綜合影響，并能以定量的方法劃分出潛在生態危害的程度，其計算公式為：，式中，為某重金屬的單因子污染指數，為土壤重金屬的實測含量，為重金屬的參比值，為單項重金屬潛在生態危害指數，為單項重金屬毒性響應參數，反應其毒害水平和生物對其污染的敏感程度，RI為區域多因子重金屬綜合潛在生態危害指數。8種重金屬毒性響應系數Cu為5、Zn為1、Pb為5、Cr為2、Cd為30、Ni為5、As為10、Hg為40[10]。單項重金屬潛在生態危害指數、區域多因子重金屬綜合潛在生態危害指數RI和污染程度的關系采用寧曉波等[11]和陳靜生等[12]的劃分標準，見表2。

表2 潛在生態危害指數與污染程度分級的關系

2 結果與分析

2.1 鹽城市公路兩側土壤重金屬含量分析

由表3可知，鹽城市公路兩側土壤重金屬含量差異較大，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的含量范圍分別為 5.537 8～87.608 7、7.900 0～342.672 8、5.134 4～956.000 0、0.008 9～0.804 0、16.721 0～151.756 7、8.414 7～58.988 3、1.510 8～21.849 6、0.001 8～0.362 6 mg/kg。從平均值來看，8種重金屬含量均未超過《食用農產品產地環境質量評價標準》的相關標準，其中，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均含量分別為22.659 0、77.762 7、28.715 3、0.107 1、62.227 3、28.509 3、8.884 7、0.050 9 mg/kg。對比分析鹽城市公路兩側土壤重金屬平均含量與江蘇省土壤背景值可知，鹽城市公路兩側土壤中Cu、Zn、Pb、Ni的平均含量超過了江蘇省土壤背景值，表明這4種重金屬元素在鹽城市公路兩側土壤中有一定的積累。8種重金屬元素的變異系數為25.69%～105.76%，其中，Pb的變異系數最大，為105.76%，達強變異水平，說明鹽城市公路兩側土壤中Pb元素的分布差異較大；其次是Hg和Cd，變異系數分別為76.34%和53.09%，處于中等變異高位水平，說明鹽城市公路兩側土壤中Hg、Cd元素也存在分布差異；Zn、As、Cu、Cr、Ni的變異系數較小且很接近，均處于中等變異低位水平，說明這5種重金屬元素的空間分布相對均勻，存在污染程度的相似性。

表3 鹽城市公路兩側土壤中重金屬含量統計

2.2 地累積指數法評價鹽城市公路兩側土壤重金屬污染程度

采用地累積指數法評價鹽城市公路兩側土壤重金屬污染程度，結果表明，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均Igeo值分別為-0.64、-0.37、-0.64、-0.99、-0.96、-0.54、-0.85、-3.39，均小于0，說明鹽城市公路兩側土壤整體無污染。不同樣點及不同重金屬元素間表現為絕大多數樣點是0級無污染。但不同重金屬元素的污染程度有所不同，其中，Hg的Igeo指數，所有樣點均小于0，無Hg污染；Cr、Ni、As的Igeo指數，部分樣點污染級別為1級，占比分別為0.25%、7.38%、5.00%；Cu、Zn、Pb的Igeo指數，部分樣點污染級別為1級和2級，1級的占比分別為7.04%、22.14%、17.30%，2級的占比分別為0.17%、0.42%、0.85%；Cd的Igeo指數，部分樣點污染級別為1級、2級、3級，占比分別為7.97%、0.17%、0.08%。

2.3 潛在生態危害指數法評價鹽城市公路兩側土壤重金屬污染程度

采用潛在生態危害指數法評價鹽城市公路兩側土壤重金屬污染程度，結果表明，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg 的平均值分別為 3.39、0.83、3.65、17.00、1.07、3.56、5.92、4.69，均低于40，說明鹽城市公路兩側土壤表現為輕微污染。經進一步分析，Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg的單項污染風險指數值，所有樣點均低于40，表明這6種重金屬元素為輕微污染；Pb的單項污染風險指數值，除1個樣點在80～160之間為較強污染外，其他樣點均低于40，為輕微污染；Cd的單項污染風險指數值，有0.27%的樣點在80～160之間，為較強污染，有1.53%的樣點在40～80之間，為中等污染，有98.20%的樣點低于40，為輕微污染。以上結果表明，Cd和Pb是鹽城市公路兩側土壤重金屬污染的主導因子。

鹽城市公路兩側土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的區域多因子重金屬綜合潛在生態危害指數RI范圍為19.38～172.10，平均值為40.11，為輕微污染。從不同污染程度來看，有99.83%的樣品為輕微污染，僅有0.17%的樣品為中等污染。以上結果表明，鹽城市公路兩側土壤整體表現為輕微污染，雖然目前重金屬污染對農業的危害較小，但相關部門也應高度重視。

3 結論與討論

研究結果表明，鹽城市公路兩側土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均含量分別為22.659 0、77.762 7、28.715 3、0.107 1、62.227 3、28.509 3、8.884 7、0.050 9 mg/kg，均未超過《食用農產品產地環境質量評價標準》的相關標準，與江蘇省土壤背景值相比，8種重金屬元素的平均含量或增或減，究其原因可能與背景值來源、重金屬遷移[13]等有關。但是，鹽城市公路兩側土壤中Cu、Zn、Pb、Ni的平均含量超過了土壤背景值，表明這4種重金屬元素在鹽城市公路兩側土壤中有一定的積累。區域重金屬元素含量的變異系數可反映該元素在該區域的分布和污染程度差異，變異系數越大，說明各采樣點在總體樣本中的平均變異程度越大[14]。本研究中，Pb的變異系數最大，為強變異，說明鹽城市公路兩側土壤中Pb元素的分布波動性和外援干擾較大；其他7種重金屬的變異系數在10%～100%之間，為中等變異，說明其他7種重金屬元素的空間分布相對均勻，存在污染程度的相似性。

采用地累積指數法評價公路兩側土壤重金屬污染程度，8種重金屬元素的平均Igeo值均小于0，說明鹽城市公路兩側土壤整體無污染，但部分樣點中Cu、Zn、Pb的污染程度已達2級（中度污染），且Cd的污染程度已達2級（中度污染）或3級（中度-強度污染）。采用潛在生態危害指數法評價鹽城市公路兩側土壤重金屬污染程度，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均值均低于40，說明鹽城市公路兩側土壤表現為輕微污染，但有1個樣點中Pb為較強污染，有部分樣點中Cd為中等或較強污染。

地積累指數法和潛在生態危害指數法的評價結果存在一定差異，究其原因，地積累指數法側重于重金屬含量與背景值的對比評價，主要反映外源重金屬的富集程度，而潛在生態危害指數法不僅考慮重金屬含量，還考慮不同重金屬的生物毒性影響[13]。累積指數法得出有部分樣點中Zn、Cu、Pb、Cd達到中度污染或中度—強度污染，但不同重金屬元素的毒性響應系數不同，其中，Cd為30，Pb、Cu、Zn分別為5、5、1，故單項污染風險指數也不同。因此，Cd和Pb是鹽城市公路兩側土壤重金屬污染的主導因子。

采用潛在生態危害指數法評價鹽城市公路兩側土壤重金屬污染程度，鹽城市公路兩側土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的區域多因子重金屬綜合潛在生態危害指數RI范圍為19.38～172.10，平均值為 40.11，僅有 0.17%的樣品為中等污染，也表明鹽城市公路兩側土壤整體表現為輕微污染，雖然目前重金屬污染對農業生產的危害較小，但相關部門也應高度重視。