某污染地塊不同功能區土壤重金屬污染特征與來源分析

楊金蘭，蔣 皓，陳澤智

（1.廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司，廣東 廣州 510599；2.廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣東 廣州510500；3.廣東省科學院測試分析研究所（中國廣州分析測試中心），廣東 廣州 510070）

0 引言

由于城市化的發展和“退二進三”戰略的推進，一些原位于市區的重污染、能耗大、效益差的企業有重點、分層次、分區域、分時段進行搬遷或關閉停產，這些地塊中殘存大量污染物，重金屬污染尤為嚴重［1-5］。

郭登魁等［6］對某廢棄硫酸廠場地中 As、Cd、Pb、Cu 和 Zn 的污染特征和來源進行了分析，發現這些元素均存在超標現象，超標倍數從 12.42 倍增至 466.00 倍，且發現隨著深度的增加，污染物還發生了垂向遷移。任劍峰等［7］對某廢棄油庫的區域土壤中 Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Hg 和 As 的污染進行評價，發現潤滑油罐區、汽油罐區、柴油罐區和發貨平臺均受到重度污染。本研究選擇廣州市某廢棄的污染地塊為研究對象，考察地塊辦公區、生活區、生產區和加工區的土壤重金屬污染特征和來源。

1 材料、樣品和數據分析方法

1.1 研究區概況

該地塊歷史早期為農田，2016 年前為一家電子器件生產企業，占地面積約 8 km2，該廠年產電子元器件 3 000 萬件，主要原料為銅片、鋅片、電鍍液和樹脂等，主要涉及的工藝為電鍍、五金加工、機械加工、手工組裝等。根據地塊內土地的使用情況，將地塊分為辦公區、生活區、生產區、加工區。其中，辦公區包括辦公樓、綠化、道路；生活區包括宿舍、食堂；生產區包括注塑車間、模具車間、煅燒車間、原料倉庫；加工區包括組裝車間、焊接車間、成品倉庫。

1.2 樣品的采集及預處理

按照典型性和代表性的原則，采用分區布點法。于 2016 年 11 月，采集土壤表層樣品 78 個，其中辦公區 15 個，生活區 15 個，生產區 24 個，加工區 24 個。采樣深度為 0～20 cm，利用木質采樣工具進行樣品采集，采樣點周圍利用多點采樣方式，四分法棄取，采集 1 kg 裝入采樣袋，作為該采樣單元的土壤樣品。

1.3 樣品的分析

采用 HJ 680－2013《土壤和沉積物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》測定土壤中的 Hg 和 As；采用 HJ 491－2019《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》測定土壤中的 Cu、Zn、Cr 和 Ni；采用 GB/T 17141－1997《土壤質量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》測定土壤中的。

1.4 數據處理與分析

采用 Pearson 相關系數和主成分分析等多元統計方法對土壤中重金屬的來源進行分析，統計分析均利用 SPSS19.0 軟件進行，利用 origin 8.0 進行制圖。

2 結果與討論

2.1 地塊土壤重金屬含量特征

地塊土壤重金屬污染特征統計如表 1 所示，Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni 和 Zn 的平均值分別為 0.19、14.2、0.11、84.0、46.1、43.8、35.2、66.5 mg·kg-1，8 種重金屬元素的均值均未超過國家農用地土壤污染風險值，但是除 Hg 外，其它重金屬元素的最高值均已超過國家農用地土壤污染風險值。8 種重金屬元素的均值分別為廣東省土壤背景值的 2.4、1.6、2.0、1.7、2.7、1.2、2.4、1.4 倍；說明在工業生產等人類活動影響下，8 種重金屬在表層土壤存在不同程度的富集。根據 Wilding［8］對變異系數的分類，As 的變異系數為 0.33，為中等變異，Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni 和 Zn 的變異系數為 0.45、0.83、0.74、1.20、0.63、1.51、1.04，均為高度變異（CV＞0.36）。說明 8 種金屬受外界因素的影響較大，這可能是受污染源分布的影響。8 種重金屬的偏度大小順序為 Zn＞Ni＞Cd＞Cr＞Cu＞Pb＞Hg＞As，均呈尖頂峰的正偏態分布。

表1 土壤重金屬的特征統計

2.2 生產區-加工區與生活區-辦公區土壤重金屬含量的差異性分析

采用 Mann-Whitney U 檢驗對生產區-加工區與生活區-辦公區土壤重金屬含量進行差異性分析，如表 2 所示，生產區-加工區與生活區-辦公區土壤中 Cr、Cu 和 Ni 存在顯著性差異，這可能是因為生產加工過程中的原料以及工藝有關。辦公區中 Pb 的含量均值最高，生產區中 Zn 的含量均值最高，加工區中 Cr、Cu 和 Ni 的含量均值較高，這種濃度差別主要是由各功能區污染源差異所導致。

表2 生產區-加工區與生活區-辦公區土壤重金屬的統計

2.3 重金屬來源

1）相關性分析。對地塊土壤重金屬含量進行Pearson 相關分析，如表 3 所示，Cr-Cu-Ni 兩兩之間存在顯著的相關性（P<0.01），其中 Cr、Cu、Ni 的相關系數均大于 0.7，表明 Cr-Cu-Ni 可能具有相同的來源，從功能區的劃分來看，Cr、Cu 和 Ni 的高值點多出現在加工區，這可能與加工區的工藝流程有關。

表3 8 種重金屬的相關系數

2）主成分分析。數據經 KMO 和 Bartlett 球形檢定，KMO 指數為 0.714>0.5，p 值為 0.00<0.05，說明作主成分分析，其結果具有統計學意義。研究區土壤重金屬元素的主成分分析如表 4 所示，8 種重金屬主要可以分成 3 種主成分，累積貢獻率為 76.956 %。

表4 土壤重金屬的主成分分析

主成分1（PC1）的方差貢獻率為 37.377%，Cr、Cu、Ni 和 Zn 的因子載荷分別達到 0.780、0.842、0.800 和 0.777，且區域變異性較大，表明這些元素主要受人為因素的影響［10］，前述差異性分析結果表明，Cr、Cu 和 Ni 在生產區-加工區與生活區-辦公區存在顯著性差異，且 Zn-Cr-Cu-Ni 存在顯著相關性，說明污染主要來源于生產區-加工區的產品生產、電鍍和金屬表面處理等工藝，這與李泗清等［11］報道的結果類似。主成分 2（PC2）的方差貢獻率為 26.309 %，Cd 和 Pb 具有較高的正載荷，含量高于相應的背景值，區域變異性較大，有研究發現，交通污染是土壤中 Cd 和 Pb 的重要來源，汽車排放的 Cd 來自油類（汽油和潤滑油）燃燒和輪胎磨損（輪胎中的 Cd 含量為 2.6 mg·kg-1），Pb 來自汽油燃燒和剎車里襯磨損［12，13］。說明 PC2 反映的是交通污染等人為來源的影響。主成分 3（PC3）的方差貢獻率為 13.270 %，As 有較高的正載荷，含量高于相應的背景值，變異系數高。黃慶熙等［14］研究發現農藥、工業和生活廢棄物是造成 As 污染的重要原因。Hg 在 PC2 和 PC3 上均有相當的載荷，可認為 Hg 來源于交通污染源和工業或生活廢棄物，這與張文新等人［15］報道的結果類似。

3 結語

1）研究區土壤重金屬 Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni 和 Zn 的平均值均高于背景值，金屬含量空間分布不均勻，受人類活動影響較大。生產區-加工區與生活區-辦公區土壤中的 Cr、Cu 和 Ni 存在顯著性差異。

2）研究區土壤重金屬來源可分為 3 類：Cr、Cu、Ni 和 Zn（PC1）主要來源于生產區-加工區的產品生產、電鍍和金屬表面處理等工藝；Cd 和 Pb（PC2）主要來源于交通污染；As（PC3）主要來源于農藥、工業和生活廢棄物；Hg 為 PC2 和 PC3 的混合來源。Q