新建公園綠地項目前期土壤重金屬調查與評價

龐少東

（太原植物園，山西 太原 030000）

0 引言

城市綠地系統(tǒng)是城市建設的重要組成部分，對于凈化城市空氣、降塵降噪、凈化水質和提高土壤環(huán)境質量有著重要作用，同時，還有助于豐富物種多樣性，調節(jié)城市氣候環(huán)境，改善城市居住環(huán)境，提高城市品位。土壤作為植被正常生長的立地條件和營養(yǎng)來源，是城市綠地生態(tài)系統(tǒng)物質轉化和能量循環(huán)的重要必要環(huán)節(jié)，其質量水平直接影響植物園等綠地系統(tǒng)的園林綠化效果[1-2]。土壤是自然界各環(huán)節(jié)聯(lián)系的關鍵節(jié)點，是物質和能量交換的主要場所，城市土壤是城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，同時，也是城市污染物的主要排放場所，直接影響土壤環(huán)境，通過食物鏈和直接接觸等方式進入人體[3-4]。近年來，城市土壤生態(tài)系統(tǒng)的保護逐漸受到人們的普遍重視，隨著城市化的進程，城市土壤逐漸受到了各種污染物的威脅。其中，重金屬作為一種不能降解，易對人體造成危害的土壤污染物，受到環(huán)境研究者的普遍關注。

太原作為山西省會，位于山西中部，是山西的經(jīng)濟和文化中心，土壤以堿性褐土為主，在各土壤類型中占比最大，成土母質以沖洪積物為主。太原市是以冶金、機械、化工、煤炭為支柱，以輸出能源、原材料、礦山機械產(chǎn)品為主。作為典型的工業(yè)城市，土壤重金屬污染較重，且多種重金屬指標均超過土壤環(huán)境質量國家二級標準，城區(qū)土壤相對污染較輕。太原植物園項目是太原市新建綠地項目，面積達180hm2，包括25 個專類園，良好的種植土壤是植物園可持續(xù)發(fā)展的有力保障。本文針對項目區(qū)前身為工商業(yè)區(qū)的地塊土壤進行重點研究分析，以土壤重金屬污染分析研究為主，為以后的土壤污染治理、土壤改良和生態(tài)環(huán)境保護等工作提供數(shù)據(jù)支持和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣品采集

太原植物園位于太原市西南方向，龍山東側，是一個集科普、科研、觀光于一體的綜合性植物園，包括竹園、盆景園、宿根花卉園、APG 分類園等25 個專類園區(qū)。本次調查主要針對項目區(qū)范圍內(nèi)前期用地性質為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、苗圃地的區(qū)域進行采樣分析，共采集混合土壤樣品15 個，其中工業(yè)區(qū)7 個樣點（編號3、5、6、7、8、12、14），商業(yè)區(qū)4 個樣點（編號10、11、13、15），苗圃地4 個樣點（編號1、2、4、9），樣點編號如圖1 所示。

通過對太原植物園專類園范圍進行70m×70m 網(wǎng)格分區(qū)，在每個網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)進行混合樣點的采集，并記錄每個網(wǎng)格中心區(qū)域坐標、平均高程、地表植被、土地利用性質、時間等基本情況；每個混合樣點采用“S”形取樣法進行取樣，取5~7 個土壤樣品進行混合；取樣深度為0~30cm。圖1 為各專類園內(nèi)土壤樣點。

圖1 土壤樣點位置及編號

1.2 樣品處理及分析

將土壤樣品中的塊石、樹根等雜物去除，待自然風干后用瑪瑙研缽研磨，粗磨過20 目篩，再細磨全部過100 目篩，裝袋編號備用，測定土壤重金屬。

測定指標：土壤重金屬Cr、Pb、Cd 采用硝酸-雙氧水-氫氟酸三酸聯(lián)合微波消解，Cr 采用火焰原子吸收分光光度法；Cu、Zn、Ni 采用火焰原子吸收分光光度法；Pb、Cd 采用石墨爐原子吸收分光光度法；As 采用王水水浴消解，原子熒光光度法測定。分析方法準確度和精密度采用國家土壤標準物質（GBW07453）.

1.3 評價標準及評價方法

本次評價采用《土壤環(huán)境質量標準》（GB 36600—2018）中二級標準（6.5＜pH＜7.5）作為評價標準，對不同用地性質區(qū)域土壤重金屬含量進行環(huán)境污染評價[5]。評價方法采用內(nèi)梅羅指數(shù)法分別進行單因子指數(shù)評價法和綜合指數(shù)評價法進行污染評價。

單因子污染指數(shù)法是對土壤中某一重金屬元素的累積污染程度進行評價。其計算公式如式（1）所示。

式中：Pi——重金屬元素污染指數(shù)；Ci——重金屬含量實測值；Si——土壤環(huán)境質量標準值。

Pi≤0.7 為清潔，0.7＜Pi≤1.0 為安全，1.0＜Pi≤2.0 為輕污染，2.0＜Pi≤3.0 為中度污染，Pi＞3.0 為重污染。重金屬污染越嚴重，Pi數(shù)值越大。

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法是對土壤中幾種重金屬的累積污染程度進行綜合評價，突出高濃度污染物對土壤環(huán)境質量的影響。其計算式為：

式中：P——綜合污染指數(shù)；Pimax——單項污染指數(shù)最大值；Piave——單項污染指數(shù)平均值。P≤0.7 為清潔，0.7＜P≤1.0 為安全，1.0＜P≤2.0 為輕污染，2.0＜P≤3.0 為中污染，P＞3.0 為重污染。

2 結果與分析

2.1 各區(qū)域重金屬污染概況

對不同區(qū)域重金屬含量比較發(fā)現(xiàn)，工業(yè)區(qū)較其他區(qū)域各重金屬含量普遍較高，且Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As含量均高于國家二級標準值，依次高于標準值117.9%、25.1%、191.4%、146.7%、52.4%、47.6%；商業(yè)區(qū)較工業(yè)區(qū)各重金屬除As 外，其余重金屬含量均低于工業(yè)區(qū)，Zn、Pb、Cd、As 均高于國家二級標準，依次高于標準值13.7%、28.9%、23.3%、58%；苗圃區(qū)各重金屬含量最低，明顯低于其他兩個區(qū)域，且均低于國家二級標準值。工業(yè)區(qū)重金屬Cu、Pb、Cd 污染較重，可能與工業(yè)區(qū)主要以洗煤廠為主，煤矸石及煤炭等直接污染有關，煤矸石中氧化物結合態(tài)及酸溶態(tài)重金屬Cu、Zn、Pb、Cr、Cd 易被溶解造成土壤重金屬的積累和污染。表1 為不同區(qū)域土壤重金屬含量。

表1 不同區(qū)域土壤重金屬含量 單位：mg·kg-1

2.2 各區(qū)域重金屬污染評價

對不同區(qū)域的重金屬含量進行單項污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)評價，各評價指數(shù)如表2 所示。

表2 不同區(qū)域重金屬污染指數(shù)

苗圃地土壤各金屬單項污染指數(shù)均小于1，說明土壤未受到上述7 種重金屬的污染；綜合污染指數(shù)為0.77，0.7＜P綜＜1，屬于尚清潔狀態(tài)，但位于警戒線。工業(yè)區(qū)土壤Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 單項污染指數(shù)均大于1，且Cu、Pb、Cd 單項污染指數(shù)均大于2，說明工業(yè)區(qū)土壤受到Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 污染，且Cu、Pb、Cd 污染較重；綜合污染指數(shù)為2.41，2＜P綜＜3，屬于中度污染。商業(yè)區(qū)土壤Zn、Pb、Cd、As 單項污染指數(shù)均大于1，說明工業(yè)區(qū)土壤受到了Zn、Pb、Cd、As 污染；綜合污染指數(shù)為1.31，1＜P綜＜2，屬于輕污染。

在3 個區(qū)域所測土壤中，工業(yè)區(qū)土壤污染最重，受到Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 污染，其中Cu、Pb、Cd 污染較重，可能與工業(yè)區(qū)前期以洗煤廠為主有關，重金屬主要來源于煤矸石及煤炭。商業(yè)區(qū)重金屬污染次之，可能與前期該區(qū)域以修理廠、飯店等商業(yè)活動對土壤造成的影響有關。苗圃地未受到明顯重金屬污染。

2.3 有機污染物多環(huán)芳烴評價

煤、木材、石油等有機高分子化合物，當不完全燃燒時就會產(chǎn)生揮發(fā)性碳氫化合物，也就是多環(huán)芳烴（PAHs），這是環(huán)境和食品的重要污染物來源之一。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的200 多種PAHs 中，絕大部分都具有致癌性，如苯并α 芘，苯并α 蒽等。

多環(huán)芳烴主要是自然源和人為源。自然源一般是森林火災、火山爆發(fā)等燃燒以及沉積物成巖過程、生物轉化過程和焦油礦坑內(nèi)氣體等生物合成情況。同時在原煤石油中也存在大量的多環(huán)芳烴。人為源則是通過工業(yè)工藝過程、不完全燃燒、垃圾焚燒填埋或者直接交通排放、輪胎磨損等形式產(chǎn)生。同時隨著工業(yè)生產(chǎn)的大力發(fā)展，人為源成為環(huán)境中PAHs 總量的大部分。溢油事件也成為PAHs 人為源的一部分。

2.3.1 采樣方法及采樣點

由于項目區(qū)范圍內(nèi)多處為洗煤廠及儲煤場等煤炭工業(yè)用地，且周圍分布多個汽車修理廠、木材廠等工廠，緊挨太古公路和舊晉祠路，交通繁忙，車流量大，可能存在較大的多環(huán)芳烴潛在污染，所以，本次多環(huán)芳烴調查同重金屬污染調查采樣區(qū)域一致，主要針對項目區(qū)范圍內(nèi)前期用地性質為工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、苗圃地的區(qū)域進行采樣分析，共采集混合土壤樣品15 個，其中工業(yè)區(qū)7 個樣點（編號3、5、6、7、8、12、14），商業(yè)區(qū)4 個樣點（編號10、11、13、15），苗圃地4 個樣點（編號1、2、4、9），樣點編號如圖1 所示。

2.3.2 各區(qū)域多環(huán)芳烴污染評價

此次評價采用荷蘭科學家MaliszewskaˉKordybach提出的PAHs 污染分級方法，將PAHs 質量分數(shù)＜200μg/kg、200 ~600μg/kg、600 ~1000μg/kg、＞1000μg/kg分別劃分為不同污染區(qū)間[6]，如表3 所示。

表3 PAHs 污染分級

通過對不同區(qū)域PAHs 平均值的計算，按照污染分級標準對各區(qū)域進行多環(huán)芳烴污染評價，如表4 所示。

表4 不同區(qū)域污染評價

通過對不同區(qū)域PAHs 評價可知，工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)污染最重，可能與該區(qū)域的土地利用性質有關，洗煤廠、修理廠等產(chǎn)生的有機污染物對本區(qū)域造成了較嚴重的污染；苗圃區(qū)輕度污染可能由該區(qū)域臨近交通要道有關，汽車尾氣、周邊環(huán)境產(chǎn)生的污染物對本區(qū)域造成一定污染，大氣中有機污染物沉降也可能造成一定污染。

3 結語

（1）太原植物園項目區(qū)域不同利用性質土地土壤重金屬含量有較明顯差異。

（2）工業(yè)區(qū)較其他區(qū)域各重金屬含量普遍較高，且Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、As 含量均高于國家二級標準值；商業(yè)區(qū)Zn、Pb、Cd、As 含量均高于國家二級標準；苗圃區(qū)各重金屬含量最低，明顯低于其他兩個區(qū)域，且均低于國家二級標準值。

（3）通過對不同區(qū)域重金屬污染評價，工業(yè)區(qū)土壤污染最重，屬于中度污染，其中，Cu、Pb、Cd 污染較重，可能與工業(yè)區(qū)前期以洗煤廠為主有關，重金屬主要來源于煤矸石及煤炭；商業(yè)區(qū)重金屬污染次之，屬于輕污染，可能與前期該區(qū)域商業(yè)活動對土壤造成的影響有關；苗圃地未受到明顯重金屬污染，屬于尚清潔狀態(tài)。

（4）土壤重金屬超過國家二級標準的區(qū)域，建議采取客土方式結合種植土各肥力指標進行改良。