土壤重金屬元素分布與生態風險評價研究

高心怡，鄭雨爽，嵇靈燁，陶 鐘

（1.浙江瑞博思檢測科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.納海環境科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江傳超環保科技有限公司，浙江 杭州 311100；4.杭州通標環境檢測技術有限公司，浙江 杭州 311200）

0 引言

生活廢棄物胡亂填埋、農藥過量使用與工業氣體排放為當前區域土壤重金屬元素的重要來源。工業生產中的廢水與廢氣會產生大量重金屬元素，而該類元素又借助降雨、降塵形式進入土壤中，隨著進入時間的增加對土壤造成的傷害也帶有不可逆性質，要對該類污染物的元素數量與分布狀態進行科學檢測、處理。

1 土壤重金屬元素分布特點

1.1 收集樣品

為更好地探究區域土壤重金屬元素分布特點，相關部門詳細了解與掌握了區域農田、工業中土壤重金屬元素的主要類型，其以鎘、鋅、鉛與銅等重金屬元素為主，文中分別用Cd、Zn、Pb、Cu 等符號來表示。操作人員要科學收集土壤內部不同重金屬元素樣品，利用樣品檢測來找尋出各項重金屬元素的分布情況。具體來看，操作人員可挑選10 塊面積相同的土地，挖出土壤剖面，設計出標準的土壤檢測樣塊，在各項樣塊內合理設置土壤元素含量檢測深度，可將深度劃分成40～60cm、20～40cm、0～20cm 等。在完成土壤樣品的收集工作后，要將相同深度的樣品開展適當混合，再根據合適的取樣方法來清理土壤樣品中的各項雜質，將土壤樣品研磨碾碎以后，借助尼龍篩開展過濾工作，以確認土壤重金屬元素分布特征探究的準確性[1]。

1.2 垂直分布特點

在全面了解區域土壤重金屬元素垂直分布特征時，可發現Cd、Zn、Pb、Cu 等元素的分布特征存在較大區別，要進行合理記錄。例如，農田中土壤重金屬元素多為Zn、Pb 與Cu，Zn 會出現在40～60cm、20～40cm、0～20cm 等不同區域內；Pb 與Cu 則多產生在0～20cm 的深度區域中，其3 種元素含量都隨著深度的增加而縮減，即上述污染物質多出現在表層土壤中，要采用合適的處理方法加以控制，確保區域土壤整體質量。

1.3 水平分布特點

在充分了解了土壤重金屬元素垂直分布特征后，還要觀察各項元素的水平分布特征。一般來講，水平分布特征的檢測需用到變異系數，要對變異系數的變化范圍進行合理規范。借助合適的檢測手段，相關部門了解到區域Cd、Zn、Pb、Cu 等元素的變異系數分別為0.63、0.55、0.52、0.42，可看出上述重金屬元素的變異系數都處在較高水平，即變異速度較快、變異范圍較大。由于Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的變異系數較高，全部處在快速變化中，可說明土壤內部不同重金屬的集中程度較弱，即水平分布處在不均勻狀態。相關部門在合理了解與掌握土壤重金屬元素垂直與水平的分布特征后，要根據合適方法精準掌握不同金屬元素所形成的生態風險，將生態風險評價控制在理想范圍中。

2 土壤重金屬元素生態風險評價設計

2.1 明確生態風險標準

為明確土壤重金屬元素的生態風險，操作人員在開展生態風險評價設計前，要確認生態風險標準。仍以上文Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素為例，該類元素的實際含量極易出現超標情況，要利用合適的檢測方法，確認不同重金屬含量范圍，通過與生態風險標準的詳細比較后，確認各項重金屬元素的超標數值，找尋出合適的風險控制方法。具體來看，當前Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的生態風險標準為0.3、200、70、50，而在完成不同元素的含量檢測后，可發現其具體含量分別為0.59、156.23、92.36、59.32，除Zn 元素外，Cd、Pb、Cu 等重金屬元素含量都出現明顯增長，極大影響土壤內部含量的合理性，降低土壤整體質量。在明確Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素在土壤中的具體含量后，要及時探索不同含量超標后形成的風險隱患，再將不同類型的生態隱患引入生態風險評價中，確保區域土壤檢測工作的整體質量。當前操作人員要借助生態風險標準，科學規劃區域內部不同位置土壤重金屬元素含量，再詳細開展生態風險指標的評價工作，確認土壤樣品應用效果[2]。

2.2 檢測土壤樣品

相關部門在開展土壤重金屬元素生態風險評價時，為提升風險評價的準確性，要科學執行不同土壤樣品的含量質量檢測工作。操作人員在該區域內選擇了土壤含量檢測的樣品，采樣深度在0～20cm，且相同位置的樣點要維持在5 個，確保該項數值的準確性、規范性。還要在正式檢測土壤樣品前，將不同位置的土壤進行科學混合，待各類土壤樣品內部性能指標較一致后，可將其帶入試驗室中。

土壤樣品處理前，要科學除去土壤樣品內部的各項雜質，將各種樣品進行磨碎風干，并將其分別放置到試驗用的小袋中，為此后土壤檢測工作打下較好基礎。操作人員將0.5g 的土樣投放到50mL 容量的比色管內，借助少量水來加強土壤濕潤度，避免土壤產生不完全消解現象[3]。還要在土壤與水混合的過程中添加鹽酸硝酸混合類試劑，該試劑容量約在10mL 左右，攪勻煮沸并靜置2h 后，可取出冷卻后的土壤樣品，為此后土壤重金屬元素含量檢測提供充分準備。進行土壤樣品各項重金屬元素含量檢測期間，要明確土壤內部Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素標準檢測方法，將標準光度計運用到不同重金屬元素含量檢測中，高效提取土壤內部各項重金屬元素，圖1 為土壤樣品檢測過程，明確含量變化范圍。操作人員還可借助電熱板加熱法來逐漸消解土壤中不同重金屬元素含量，利用微波形式完成消除工作后，將各項樣品重新放置到比色管內，再合理探測比色管中各項重金屬元素含量的變化范圍，將不同重金屬元素數值控制在一定范圍中。相關部門還要采取全譜光譜儀進行Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素含量的讀取工作，并在測試分析時合理運用平行樣品、空白樣品，對不同類型樣品中的土壤物質進行質量控制。在完成Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素含量檢測工作后，要根據不同元素含量的變化范圍，確認其出現的生態風險。

圖1 土壤檢測過程

2.3 開展風險評價

開展區域土壤重金屬元素生態風險評價前，要找尋出合適的風險評價方法。當前評價土壤重金屬元素生態風險的方法包含潛在生態危害指數法與內梅羅指數法，操作人員通過合適的分析與判斷，將前者當成當前生態風險評價的有效方法，將土壤重金屬元素中的敏感性、毒性、含量與種類等內容進行合理比對，繼而得到較為準確的土壤質量，該項方法帶有精準、快速與簡便等優勢，可增加該方式的應用頻率[4]。在設計區域土壤重金屬元素生態風險評價期間，要明確重金屬元素中潛在生態的危害指數、潛在危害參數、潛在生態的富集系數等，利用對該類數值的合理規范，確保生態風險評價整體質量。

在探究潛在生態富集系數時，可對某污染元素進行富集系數測試，明確污染元素中的富集系數，繼而獲取土壤重金屬元素實際測試值。還要在區域土壤重金屬元素生態風險評價期間，設置出不同類型的生態污染等級，例如，將污染等級系數劃分到6，0～1 為輕度污染、1～3 為中度污染、3～6 位重度污染、6 以上為較嚴重污染等，操作人員可根據各項數值來判斷區域生態污染的嚴重程度。

觀察本文中Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素時，可發現其生態富集系數分別為6.78、2.67、2.54、1.78，即Cd富集系數在6 以上，屬嚴重污染；剩余重金屬元素富集系數多在1～3，即為中度污染。操作人員還要對區域土壤重金屬元素生態潛在危害進行合理計算，率先測算出不同重金屬元素的危害風險標準值，根據重金屬元素內部毒性響應狀態可知，Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的毒性響應系數分別為30、1、5、5，再根據上述標準來測算重金屬元素毒性響應值，其具體數值分別為31.65、1.54、5.65、9.65，即重金屬元素中的毒性均超出測試標準，土壤內部毒性已達到較高水平。操作人員要詳細分析不同區域土壤重金屬元素毒性的變化范圍，為此后的科學處理提供準確數據。

2.4 分析重金屬元素生態風險

在詳細探究Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的生態風險評價前，要明確當前各項重金屬元素整體分布狀態。為更好地統計出土壤內部重金屬元素的具體含量，要在實際檢測中明確Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的極小值、極大值、標準差與平均差等，利用對各項系數的全方位規范，了解到各項土壤重金屬含量值。應用潛在生態風險指數法時，合理運用生態風險評價的計算公式，即式（1）：

式中：Tir——重金屬毒性的響應系數；Eir——重金屬元素i 的潛在生態風險；Pi——重金屬元素i 中的因子污染系數；i——具體的重金屬元素。

在分析不同重金屬元素生態風險評價時，已知Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的毒性系數，即30、1、5、5。

操作人員還要將潛在生態危害指數與因子污染系數劃分成不同等級，根據各項等級來確認相關因子的污染程度，確認Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的生態污染狀態。例如，當Eir在40 以內，且潛在風險指數在150以下時，重金屬元素的生態風險程度處在“低”等級中；若Eir在40～80，且潛在風險指數維持在150～300，則重金屬元素的生態風險程度為“中”等級；當Eir在80～160，且潛在風險指數維持在300～600 時，重金屬元素的生態風險程度為“高”等級，將不同重金屬元素生態危險程度把控在理想范圍中。操作人員還要為Pi設計出合適的污染等級，將污染等級劃分為Pi＜1、Pi為1～2、Pi為2～3、Pi＞3，其具體的污染程度分別為警戒線、輕度、中度、重度，確保潛在生態危害計算的準確性。文中項目中Cd、Zn、Pb、Cu 等重金屬元素的標準差分別為0.06、12.26、2.84、4.75，在全面了解不同重金屬元素中各項具體的污染指數后，明確區域土壤污染范圍，并設計出合適的重金屬元素生態風險處理方法，提升風險危害處理的科學性。

2.5 改進措施

在全面了解區域土壤重金屬元素生態風險評價后，根據其出現的不同風險，要采用合適的改進方法，降低各類重金屬元素對區域土壤形成的更大風險。

首先，區域內部要縮減工業氣體排放數量，找尋出合適的工業廢氣廢水排放方法，將排放過程中生出的重金屬元素排放量、含量把控在標準范圍中。同時，還要合理開展生活廢棄物處理與農藥使用，不斷提升農藥應用標準，減少農藥使用數量，借助該項舉措來遏制土壤重金屬元素生態風險的源頭，合理控制酸性土壤中的各項指標，酸性土壤具體狀態如圖2 所示[5]。

圖2 酸性土壤

其次，操作人員還要定期開展土壤修復與檢測工作，其應用的土壤質量檢測儀器如圖3 所示。在明確區域土壤內部重金屬元素污染的具體類型后，增加土壤修復方法的應用頻率，將化學修復法與生物修復法充分結合，切實減少土壤重金屬生態風險的產生次數。在完成定期的土壤檢測與修復工作后，還要對土壤修復后的數據進行合理記錄，精準評價當前區域土壤不同重金屬元素分布特征與產生的具體危害，確保土壤重金屬污染的處理效果。

圖3 土壤質量檢測儀器

最后，為提升土壤重金屬元素生態風險控制效果，還要改變區域人群的生態風險控制意識，在業余時間開展合適的環境教育，使區域內部人群養成較佳的環境保護意識，在該項意識的全面引領下，科學保護地區土壤資源。

3 結語

綜上所述，在開展土壤重金屬元素生態風險評價時，要合理探究各項重金屬元素的分布特征與具體含量，再根據上述數值來比照生態風險標準，確認區域內部的生態風險類型，再根據土壤重金屬元素的生態風險現狀來給出合適的風險解決方案，確保不同重金屬元素生態風險設計的合理性、科學性。