土壤重金屬環境背景值在土壤污染識別的應用及建議
——以貴陽市為例

肖興艷 李 寧 彭園花

（1 貴陽市生態環境科學研究院 貴州貴陽 550081 2 貴陽市第四片區環境監測站 貴州貴陽 550081）

引言

土壤受到重金屬污染，不但會影響土壤功能的穩定性以及其生態結構，而且會逐步對土壤的生物特征、微生物群落以及理化性質等產生不利的影響。同時，土壤中的重金屬還會對作物生長產生不良影響，造成作物體內重金屬含量過高，從而對農產品及食品安全造成嚴重威脅，進而對人體健康產生不利影響[1]。

貴州省地處我國西南內陸地區腹地，是西南地區交通樞紐，長江經濟帶重要組成部分，多年來一直高度重視土壤保護工作。貴州省第3 次土壤調查，以高分辨衛星圖像為底圖，運用云計算、無人機等新技術，采取“互聯網+”的方式，嚴格實施“村-鄉-縣-市-省”的“五級質量控制系統”，使貴州省的土地利用狀況得到了較好的認識，并對數據進行了實時更新[2]。而貴陽市作為貴州省的省會城市，也是我國西南地區重要的中心城市之一，1999 年，國家有關部門對貴陽市土壤中54 個重金屬的本底值進行了統計和分析[3]。由于工業的迅猛發展，工業“三廢”排放量的增加以及金屬礦物質的開采，使得重金屬污染成為貴陽市最為嚴重和突出的土壤污染問題。

1 研究區概況

以貴陽市作為此次土壤重金屬環境背景值在土壤污染識別應用的研究區，其地理概況說明[4]如表1 所示。

表1 貴陽市地理概況

在土壤理化性質中，pH 是一個很重要的影響因子，它不僅影響土壤對重金屬的吸附，還影響重金屬在土壤中的存在形態和植物的吸收。酸性條件下，土壤中部分重金屬的活性增強，有利于作物對土壤中重金屬的吸收和釋放。因此，在國家標準和各類工業標準中，土壤重金屬的限值都是根據土壤 pH 來劃分的，除了砷以外，其它7 種金屬元素的限值都是隨著 pH 的降低而降低[5]。貴陽市由于地處西南高原腹地，四周多為山脈，且環境相對密封，不易于污染的擴散，是我國典型多酸雨的地區。貴陽市5 年內土壤平均PH 的詳細參數如表2 所示，土壤年平均pH 屬于中性，因此研究區的土壤未受到酸化侵蝕[6]。

表2 5 年內土壤平均PH 詳細參數

2 土壤樣品采集與重金屬測定

為更好對貴陽市進行土壤污染識別，需先對該地區的土壤進行樣品的采集，表3 為此次采集樣品采樣點的設定詳細數據[7]。

表3 土壤樣品采集

土壤取樣方案采取的是規則網格取樣法，每一個樣點都從網格的4 個頂點和中心點中抽取出來，每一個樣點都會從表層（0～30cm）的土壤中抽取2kg 左右土壤，在現場進行混合后作為該樣點的代表樣本。總共采集了350 個樣點，在取樣時，利用 GPS 進行了定位。在樣品的取樣、運輸、保存和處理過程中，都嚴格遵守有關規定，以避免對土壤樣品的污染[8]。

為了確保復測樣本檢測數據的精確度和客觀性，將每一次重測樣本分成5 個樣本，由5 名技術熟練的人員進行獨立檢測，并以5 名人員檢測結果的平均值為復測值。研究所用的土壤重金屬元素檢測方法都是按照美國環保局建議的消煮法進行，所用的土壤測試都是以優級純、高光譜純、超純水為主要的測試手段，在測定時也是以國家標準所規定的標準土樣為主要測試手段，測試結論也合乎國家標準的規定。對鈳元素含量測定采用多層石墨爐原子吸收分光光度法，銻元素含量測定采用原子熒光光譜法進行計算，鉛元素含量測定采用火焰原子吸收分光光度法。

3 土壤重金屬環境背景值的污染識別

目前，我國已將土壤重金屬環境背景值用于土壤污染場地篩選、土壤資源化推進、修復目標設定等，但具體運用方式仍不清楚。因此，在制定修復目標的同時需要根據土壤環境的本底大小來確定修復目標的大小，以及對土壤的資源化利用。本研究以在實際應用中經常使用的離群點識別方法為基礎，并結合單一方法對土壤重金屬環境背景值識別精度較低的現狀，采用數理統計方法和土壤重金屬背景值方法對整體離群點進行識別，采用局部空間自相關方法對土壤污染進行識別。土壤環境的背景值，是指在沒有受到人為因素顯著影響的情況下，土壤自身所具有的化學元素的成分與含量。通過對不同地理環境、地質等因素的分析，可揭示不同環境、地質、地理等因素對土壤重金屬污染的影響規律。因此，在此基礎上提出一種基于環境信息的土壤重金屬污染監測與評價方法。在實際工作中，由于人類活動和自然活動等原因，往往會出現一些離群點。而在眾多的離群點中，有些是客觀的，有些則是受人為錯誤操作和樣本處理方法錯誤的影響，不是客觀的，因而通過對離群點成因的研究，既能明確其可能的來源，又能減少人工干預帶來的誤差，從而提升數據的可信度。

在對數據中的異常值進行識別之前，要先對數據進行正態性檢查，因為如果數據不符合正態分布，就會造成比例效應，使得塊金值和基臺值發生改變，從而造成估值的不準確。相對于砷元素轉換后的數據，原始數據更接近正態分布；而鈳和鉛元素轉換后的數據，風度和偏度都有了很大的降低，說明轉換后的數據更符合正態分布。對貴陽市3 個元素的正態性檢驗發現所有的數據都不服從正態分布，因此將它們進行對數轉換后，發現除砷、鈳、鉛元素以外，其它的都呈正態分布。本研究選擇砷元素的原始數據與對數轉換后的數據進行了關聯運算。砷元素的正態性檢驗如圖1 所示，對砷、鈳、鉛元素進行土壤重金屬環境背景值的污染識別結果如表4 所示。

圖1 砷元素正態檢驗

表4 土壤重金屬元素污染數據識別統計

4 基于土壤污染識別的治理建議

隨著城鎮化的加速，重金屬通過多種方式進入土壤，不但使土壤污染日趨嚴重，也對周圍居民的生活環境和身體健康產生了巨大的威脅。因此，如何針對城市污染現狀及污染源展開研究，并加強防范管理，是貴陽市（研究區）開展土壤重金屬污染整治的第一任務。

4.1 研究區土壤重金屬污染治理建議

由于研究區土壤重金屬污染中鈳與鉛的污染比較嚴重，在對其進行監測時，需適當增加密度監測，以及提高監測頻率。但在土壤重金屬污染監測過程中，還要為后續的修復與防治工作打好基礎，既要保證監測網絡監測指標的完整性，又要保證站點的精確性。因此，除3 種主要重金屬元素外，可根據前期的研究結果，適當添加一些重金屬元素，如鉈、鈹、鍺等，同時還可通過對土壤理化性質的分析，進行動態監測。

根據表5 可以看出，這些重金屬元素由于其不可降解性與持久性導致了土壤污染的不可逆轉。結合研究區內的土地利用現狀，提出對受工業廢水污染較為嚴重的區域，采取土壤工程修復以及污染源控制等措施。另外，對非點源污染的農田，在充分考慮耕地的生產性功能后，可采用“先恢復后使用”的模式，嚴格控制農業投資；對受土壤污染風險較小的生態區域，禁止污染性操作，將注意力集中在成規模的畜禽養殖、礦產開采等操作中，確保土壤的生態凈化效果能夠正常進行。

表5 重金屬元素年殘留率

土壤是連接農業、城市、生態空間的基本物質，在治理研究區的土壤重金屬污染的時候，必須將“山水林田湖草”等生態修復的理念作為“整體保護、系統修復、綜合治理”的依據，對土地的開發和利用進行規范化管理，使土地的生產性和生態性達到平衡；對種植糧食、蔬菜等農作物的耕地，按照最嚴格的要求，確保耕地的質量與肥力；對那些不能進行生產的耕地，確定耕地變更標準。

由于在現行國土空間規劃的大背景下，農業用地的用途主要是在永久基本農田范圍內，因而在生態保護城鎮紅線開發范圍之內的土壤，更應重視它們的生態功能，如道路、工廠周邊的土壤，都可以被用來進行基礎綠化，其恢復程度只要達到生態用地的標準就可以。因此，通過對研究區土壤重金屬污染數據庫的構建和完善，實現研究區土壤重金屬污染風險的預測和預警；通過構建研究區土壤環境管理信息化平臺，實現研究區土壤重金屬污染防治的全過程數字化，保障修復成果的有效性；通過得到研究區土壤重金屬污染防治的數字化經驗，實現區域范圍內土壤重金屬污染防治的一體化。

4.2 研究區工業化地區土壤重金屬污染治理建議

研究區的工業企業密集分布，其產生的“三廢”對周圍的土壤造成了不同程度的污染。對這些高污染、易污染的企業，應從總體布局和總體生產能力的提高2 個方面進行改造，在確定各企業排放標準的基礎上，對產能落后、排放超限的企業進行整治停業及淘汰。首先，對已經造成周邊地區土壤重金屬污染的企業或者工廠，要明確其污染治理主體責任，并通過社會與政府的監督，確保地塊一旦污染就能立即得到治理。其次，在工業園區規劃指導下，對具有資質的工業企業進行分期搬遷，實現工業布局的可持續。最后，通過對“三廢”的深度處理，以及對廢水中的重金屬元素進行深度回收，進一步降低重金屬污染源向外釋放的風險，實現對重金屬污染的有效控制。

土壤重金屬污染治理涉及的利益主體多、治理環節多、修復技術多，由于法律、法規和政策的不完善，很多地區的土壤重金屬污染治理還存在著一些混亂，如企業責任難以明確，導致政府頻頻背鍋，農村污染企業倒閉，農田被污染后難以持續耕種，從而造成了大量的農村人口流失，因此需健全多元化的法律制度為其提供強有力的支持。此外，為避免采用單一式的區域土壤重金屬污染評價標準，還應以研究區土壤現狀、潛在污染風險以及重金屬污染來源為依據，結合土地使用狀況，確定相應的安全保護、恢復指標，并制定相關標準，建立多元化的重金屬污染評估準則，使治理流程規范化，讓不同污染區域都能有合適的治理方式。

結語

本文選取貴州省貴陽市為研究區，采集350份土壤樣品，進行土壤重金屬測定、重金屬污染現狀評估以及風險評估等方面的研究，并針對研究區反映出的土壤重金屬污染識別給出了相應的治理建議，同時還給出了工業發達地區的土壤重金屬污染治理的建議，為制定地區土壤重金屬污染識別與治理方法提供了一定的真實性參考。但由于目前研究區土壤重金屬污染時序資料匱乏，難以利用更為精確的模型預測研究區土壤重金屬污染的變化趨勢，因此本文的預測結論雖然可供參考，所使用的方法依然存在一些不足，未來還需繼續完善。