銅仁市玉碧松工業園區周邊土壤重金屬含量季節變化研究

田 丹， 張友，楊 李，匡 飛，石正馳，林 謙

(1.銅仁職業技術學院，貴州 銅仁 554300；2.中國農業科學院麻類研究所，湖南 長沙 410205)

1 引言

隨著我國經濟水平的不斷上升，工業化水平和城市化進程不斷加快。現代工業園區的發展是推動我國改革開放和經濟發展的重要載體，隨著生態工業園區理念不斷深入人心，社會各界越來越重視工業園區內及周邊的排污情況和環境的質量狀況。通過對工業園區的場地進行現場勘察、采樣、檢測，并評估土壤、大氣、水環境的質量，是了解掌握工業園區環境質量基本情況的方法。與大氣、水環境受污染后可較直觀的觀察到相比，土壤重金屬污染通常具有顯著的潛伏性、隱蔽性，不易被發現，還具有不可逆性、累積性及難去除性，通過食物鏈積累、吸入揚塵、皮膚接觸等途徑毒害人類健康，誘發癌癥等致命疾病。因此，土壤重金屬研究受到了廣泛關注[1]。加強對工業園區土壤重金屬污染的監測，對識別場地是否受到污染，判斷該場地是否能達到某種規劃用地的環境質量要求有著重要意義，從而為工業園區的整體規劃、開發和可持續利用提供背景資料和科學管理依據。

2 研究對象

本研究選取貴州省銅仁市大龍工業園區、大興工業園區、萬山工業園區和燈塔工業園區為研究對象。同時，考慮到銅仁市春季秋季不明顯，實驗時間為2019年夏季和冬季。本研究對上述4個園區周邊的土壤進行取樣分析，旨在了解周邊土壤重金屬含量及冬季夏季的變化規律。

3 研究方法

3.1 樣品處理及檢測方法

采用隨機布點法選取樣點，運用5點取樣法對每個工業園區分別選取5個樣點，采用混合采樣法采集樣品。土壤樣品經剔除雜質后室內進行風干，過100目篩。采用原子熒光光度計法測定土壤中的Hg 和 As的含量，原子吸收分光光度計法測定Cr、Pb、Cu和 Cd 的含量。

3.2 評價方法

3.2.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法是對土壤中某一重金屬的污染程度進行評價[2]，其計算公式為:

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中，Pi為土壤中某種重金屬元素的單因子指數；Ci為某種重金屬i的實測濃度，單位為mg /kg；Si為某種重金屬i的評價標準值，單位為mg /kg[3]。本文主要采用《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)中第二類管制值標準[4]。

3.2.2 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合污染指數法簡稱綜合污染指數法，該方法能全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，突出污染較嚴重污染物的作用[5]。其計算公式為:

(2)

式(2)中，PN為污染綜合指數；1/n∑Pi為土壤中各污染指數的平均值；PiMAX為土壤中各污染指數的最大值。

依據單因子污染指數法和綜合污染指數法，將土壤重金屬污染劃分為 5 個等級，具體分級標準如表1所示[6]。

表1 單因子污染指數法和綜合污染指數法的分級標準

4 結果與分析

4.1 重金屬特征及污染評價

根據所測數據，得出4個工業園區周邊土壤夏季和冬季的單因子污染指數和綜合污染指數，如表2。

對照表1表2可以看出:夏季4個工業園區中大龍工業園區和萬山工業園區Cr的Pi值在0. 7 < PN≤1. 0范圍內，從單因子污染指數看，污染等級屬于Ⅱ級，污染水平尚清潔；大興工業園區和燈塔工業園區的Pi值在1.0

表2 4個工業園區周邊土壤夏季冬季單因子污染指數Pi

4.2 不同層重金屬季節特征

綜合夏季和冬季的數據來看，各類重金屬元素夏季和冬季的含量均有差異，4個工業園區周邊土壤重金屬的含量呈現出Cr>Pb>Cu>As>Hg>Cd的趨勢。

圖1所示，大龍工業園區夏季土壤中Cr的濃度略高于冬季，夏季Pb、Cu、As的濃度略低于冬季，Cd、Hg夏季和冬季的含量差別不明顯；大興工業園區夏季土壤中Cr、Pb、Cu的濃度略高于冬季，夏季As的濃度略低于冬季，Cd、Hg夏季和冬季的含量差別不明顯；萬山工業園區夏季土壤中Pb明顯高于冬季，差值較大，夏季Cr、Cu、As的濃度略高于冬季，Cd、Hg夏季和冬季的含量差別不明顯；燈塔工業園區夏季土壤中Cr略高于冬季，夏季Cu、As的濃度明顯低于冬季，差值較大，夏季Pb的濃度略低于冬季，Cd、Hg夏季和冬季的含量差別不明顯。

圖1 4個工業園區土壤中重金屬含量夏季冬季對比

城市中的土壤由于區域內的化工、電池、冶煉電鍍等行業及各類工廠的影響，或多或少都會受到不同程度的重金屬污染[8]，銅仁市工業園區以大龍工業園區較為成熟，于2005年貴州省發改委確認為省級循環經濟工業基地，該區域主要入駐的企業有貴州能礦錳業集團有限公司、紅星發展大龍錳業有限責任公司、貴州大龍匯成新材料有限公司、貴州重力環保科技有限公司、貴州中偉投資集團有限公司等，這些企業主要從事電池材料研發、生產、銷售的化工企業，但是這些企業在專注于無機功能材料領域的同時還是創新型的高新技術企業，在高新技術的背景下，提倡節能環保，對環境污染的控制方面做出了較大貢獻。因此，從實驗結果也能看出，大龍工業園區土壤重金屬污染狀況的控制處于良好狀態。相關研究表明，交通運輸是環境中 Cu、Zn、Ni、Cd、Pb 的重要來源[9]，Cr 主要來源于工業生產和工業粉塵，易經干濕沉降進入到綠地土壤中[10]；As 主要來源于城市綠化過程中使用的除草劑、殺蟲劑等化學制品[11]。土壤鉻的來源主要有自然原因與人為原因[12]。自然環境中土壤鉻可通過巖土風化、火山爆發、生物轉化等方式進入，但大多以穩定的三價Cr沉淀形式存在，污水排放、污水灌溉及城市固廢是土壤鉻的重要來源[13]。此外，我國農業所用磷肥中含有多種重金屬元素，其中鉻、砷、鉛元素含量較高[14]；同樣，由于部分含鉻固廢(污泥、粉煤灰)可作為肥料二次使用[15]，有機肥在農產品種植、生產過程中也會將一些重金屬等有毒有害物質帶入土壤，由于有機肥物料來源廣泛，在中國商品有機肥中也存在重金屬超標現象，且較為嚴重[16]，這也會導致土壤鉻含量升高。燃煤、鐵路、耐火等工業材料的生產過程均會產生含鉻廢氣，需進行大氣排放，含鉻粉塵、含鉻廢氣的雨水、大氣沉降也是土壤鉻的來源之一[17]。除此之外，土壤內的重金屬濃度通常與母質土壤及人類活動的多樣性有很大關系，快速工業化、城市化、交通擁擠、非農業化學品的非法使用和未經處理的灌溉廢水等許多因素給當地環境帶來了巨大的壓力，這些人為活動加上自然投入和土壤本身的異質性使得難以確定重金屬的來源[18]。綜合分析大興工業園區和燈塔工業園區都是近年來新建的工業園區，由于城市化進程的推進和開發速度的加快，工業園區含鉻顆粒廢氣的排放，再加上附近農民農藥化肥等化學制品的使用和母質土壤本身成分原因，在大氣沉降及雨水沖淋作用下導致周邊土壤鉻含量提高。

對于本實驗結果，從圖1中可以看出，不同工業園區Cr、Pb、Cu、As夏季和冬季含量的變化趨勢各有不同，可能是受到地理位置差異、海拔高度的不同、氣候條件及人為活動的影響以及區域內工廠企業的差異所導致的，而Cd、Hg的含量則比較穩定，數據顯示，在4個工業園區中夏季和冬季的含量都非常低，遠低于均低于背景限制，其來源可能與地球化學性質有關，暫未出現重金屬累積現象。

5 結論

(1)單因子污染指數研究顯示：大龍工業園區Cr冬夏兩季均為二級污染等級。大興工業園區Cr夏季為三級污染等級，冬季為二級污染等級，萬山工業園區Cr冬夏兩季均為二級污染等級，燈塔工業園區Cr夏季污染等級為三級，冬季污染等級為二級。4個工業園區Cr污染相比其他重金屬偏高，需要定期進行監測了解該金屬的變化動態。4個園區的其他Pb、Cu、Cd、As、Hg金屬冬夏兩季均為一級污染等級，處于清潔狀態，污染風險低。

(2)內梅羅綜合污染指數法研究顯示：夏季4個工業園區中，萬山工業園區的PN< 0.7，屬于安全級別清潔水平，大興工業園區、大龍工業園區、燈塔工業園區土壤污染狀況尚清潔，污染等級為Ⅱ級。冬季的綜合污染指數只有大興工業園區的PN值超過0.7，說明該園區附近的土壤污染等級為Ⅱ處于尚清潔的水平，其余3個工業園區附近的土壤污染等級均為Ⅰ級安全等級，處于清潔水平，環境狀況好。從綜合污染指數的數據看，4大工業園區周邊的土壤處于清潔及尚清潔的狀態。

(3)重金屬污染季節變化特點：夏季和冬季的數據有一定的變化，整體土壤環境質量較好，但從單因子污染指數的數據可看出，對Cr含量的測定需要進一步深入研究，尋找其含量偏高的原因及變化規律，加強管控措施，確保對周邊居民的身體健康不造成危害，以便后續開發利用。綜合夏季和冬季的數據來看，各類重金屬元素夏季和冬季的含量均有差異，四個工業園區周邊土壤重金屬的含量呈現出Cr>Pb>Cu>As>Hg>Cd的趨勢。不同工業園區Cr、Pb、Cu、As夏季和冬季含量的變化趨勢各有不同，Cd、Hg的含量則比較穩定，數據顯示，在四個工業園區中夏季和冬季的含量都非常低，遠低于污染風險管控限制，暫未出現明顯的重金屬累積現象。