摘要：運用單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)及潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)對青海省高寒干旱區(qū)某金屬冶煉廠周圍土壤重金屬污染狀況進行了評價。結(jié)果表明，該區(qū)域土壤中的Zn、Cd含量都出現(xiàn)了不同程度的超標，少數(shù)樣點Cd污染十分嚴重，土壤中的Cr、Cu、Pb、As未超標。在所采集的馬鈴薯、小麥、油菜樣品中，有部分農(nóng)產(chǎn)品Cd含量超出了國家規(guī)定的食品安全限制標準，存在一定的安全風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：土壤；污染；評價；金屬冶煉；高寒干旱區(qū)

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3504-03

由于現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，大量重金屬進入土壤，導(dǎo)致土壤嚴重惡化[1，2]。重金屬在土壤中的積累、遷移不僅危害區(qū)域生態(tài)安全[3，4]、影響動植物的生長發(fā)育[5]，而且可通過食物鏈進入人體[6，7]，危害人體健康[8]，導(dǎo)致一些慢性病、畸形、癌癥等的發(fā)生[9]。礦區(qū)和冶煉區(qū)比較容易產(chǎn)生土壤重金屬污染。研究區(qū)是青海省重要的有色金屬冶煉基地，位于青藏高原與黃土高原交界處，屬高寒干旱區(qū)，其經(jīng)過多年的工業(yè)發(fā)展，園區(qū)內(nèi)廢水、廢氣、廢渣的外排是否對當?shù)氐耐寥罉?gòu)成污染，農(nóng)作物中重金屬含量是否超標一直是民眾關(guān)注的問題。通過對研究區(qū)土壤重金屬含量的分析，采用單因素指數(shù)法[10，11]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[12，13]和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法[14-16]對研究區(qū)內(nèi)土壤的重金屬污染現(xiàn)狀進行評價和潛在生態(tài)風(fēng)險評價，并對研究區(qū)主要農(nóng)作物中重金屬的含量進行了安全性評價，以期為該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、預(yù)防修復(fù)治理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測定

1.1.1 土壤樣品采集與測定 在研究區(qū)采用梅花形布點法，采取5點土樣混合成一個樣品， 每個采樣點采集表層或耕作層（0～20 cm）土[17]，共采集31個土壤混合樣品。土樣采用HCl-HNO3-HClO4消煮法消解，用ICE3300原子吸收光譜儀（美國Thermo Fisher公司）測定重金屬Zn、Cd、Pb、Cr、Cu、As（由于As毒性顯著，類似于重金屬，故從環(huán)境污染角度劃為重金屬污染行列）含量。為保證處理和測定的準確性，采用栗鈣土標樣（GSS-2）作為質(zhì)控標準。

1.1.2 農(nóng)作物樣品采集與處理 在農(nóng)作物收獲季節(jié)，選擇當?shù)刂饕N植的農(nóng)作物，采集8個同品種馬鈴薯塊莖樣品、12個同品種油菜子粒樣品、12個同品種小麥子粒樣品。將風(fēng)干的樣品在70 ℃下于烘箱中烘至恒重后研細，采用HNO3-H2O2微波消煮法進行消煮，利用Agilent-7500a電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國安捷倫公司）測定消解液中Cd含量。采用小麥標樣（GSB-2）作為質(zhì)控標準。

1.2 評價方法及指標

1.2.1 單因子污染指數(shù)法 單因子污染指數(shù)的計算公式為。式中，C 為單因子污染指數(shù)；Ci為某一評價指標的實測濃度值；Sn為某一污染物的評價標準。其評價標準為時表示輕度污染；1≤C<3時表示中度污染，3≤C <6時表示重度污染；C ≥6時表示嚴重污染[18]。

1.2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法 單因子污染指數(shù)法只能反映各個污染物的污染程度，不能全面、綜合地反映土壤的污染程度，因此當評定區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量作為一個整體與外區(qū)域土壤質(zhì)量進行比較，或研究區(qū)內(nèi)的土壤同時被多種重金屬元素污染時，需將單因子污染指數(shù)按一定方法綜合起來進行評價，因此引入內(nèi)梅羅指數(shù)法對污染進行綜合評價。內(nèi)梅羅指數(shù)的計算公式如下：

1.2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法 計算公式如下：

1.2.4 超標率 超標率=yi/n。式中，yi為樣品中超過污染物限量數(shù)；n為樣品總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)評價結(jié)果

31個采樣點土壤樣品的Zn含量為97.2～

1 965.6 mg/kg，Cd含量為0.2～6.7 mg/kg，pH均大于7.5，根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準GB 15618-1995，采用土壤環(huán)境質(zhì)量分類的二級標準（Cd≤0.6 mg/kg，Cu≤100 mg/kg，Zn≤300 mg/kg，Pb≤350 mg/kg，As≤25 mg/kg，Cr≤250 mg/kg），可以得到研究區(qū)土壤重金屬各單因子污染指數(shù)，結(jié)果見表1。其中有12個采樣點的Zn超標，超標率為38.7%，單因子污染指數(shù)為0.324～6.552；25個采樣點的Cd超標，超標率為80.6%，單因子污染指數(shù)為0.333～11.167。總體來看，研究區(qū)土壤重金屬污染因子順序為Cd >Zn>As>Pb>Cu>Cr；其中Zn、Cd含量出現(xiàn)了不同程度的超標，少數(shù)地區(qū)土壤中的Zn、Cd含量污染十分嚴重。采用內(nèi)梅羅指數(shù)對研究區(qū)土壤重金屬污染狀況進行綜合分析，結(jié)果（表1）顯示內(nèi)梅羅指數(shù)的平均值為2.70， 表明研究區(qū)普遍受到中度污染；內(nèi)梅羅指數(shù)最小值為0.57，最大值為6.04，說明個別地區(qū)達到了重度污染。

2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價結(jié)果

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）可綜合反映土壤的Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb的污染水平及潛在生態(tài)危害性，研究區(qū)土壤中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險性評價的結(jié)果見表2。從表2可以看出，土壤中Cd的污染程度為較重危害，而Cr、Cu、Zn、As、Pb都為輕度危害。土壤中某一重金屬元素對RI的貢獻率順序為Cd>As>Zn>Pb>Cu>Cr，Cd是最主要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子。由計算可知，研究區(qū)土壤重金屬污染的RI為114.98，小于150，說明研究區(qū)土壤存在潛在生態(tài)風(fēng)險，級別為1級，屬于輕度危害。

2.3 主要農(nóng)作物安全性評價結(jié)果

研究區(qū)的主要農(nóng)作物是馬鈴薯、小麥和油菜。上述對土壤中重金屬含量的分析結(jié)果表明，研究區(qū)的土壤受Cd、Zn污染，推斷農(nóng)作物中的Cd、Zn含量可能會受到影響。由于植物中的Zn含量在一定的范圍內(nèi)對人體是有益的，并且食品中污染物限量標準GB 2762-2005沒有對食物中Zn的含量作出限定，因此對馬鈴薯、小麥和油菜只抽檢測定Cd含量，結(jié)果見表3。由表3可知，與GB 2762-2005 （Cd≤0.1 mg/kg）相比，檢測的8個馬鈴薯塊莖樣品中有2個樣品Cd含量超標，超標率為25.0%；檢測的12份小麥子粒樣品中有4個樣品Cd含量超標，超標率為33.3%；檢測的12份油菜子粒樣品中有3個樣品Cd含量超標，超標率為25.0%，表明不同的農(nóng)作物對重金屬元素的富集能力不同。植物從周圍土壤中吸收重金屬的能力不僅與土壤中重金屬的有效形態(tài)、植物根部的分泌物、微生物的活動有關(guān)，還與元素從土壤向根部表面遷移的能力，以及從根表向根內(nèi)部遷移能力等諸多因素有關(guān)[18]。

3 結(jié)論

1）運用單因子污染指數(shù)法對土壤樣品各重金屬元素分析得出，Cd是研究區(qū)最為嚴重的污染元素，污染因子順序為Cd>Zn>As>Pb>Cu>Cr。用內(nèi)梅羅指數(shù)法對研究區(qū)整體環(huán)境質(zhì)量評價發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)土壤達到了中度污染水平，以后應(yīng)加強該地的污染防治工作。

2）對土壤中的重金屬進行潛在生態(tài)風(fēng)險評價，其生態(tài)危害程度順序為Cd>As>Zn>Pb>Cu>Cr。Cd是最主要的潛在生態(tài)風(fēng)險因子，其生態(tài)危害程度達到較重危害，而As、Zn、Pb、Cu、Cr的生態(tài)危害程度均為輕度危害。從上述6種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)來看，研究區(qū)土壤存在輕度危害潛在生態(tài)風(fēng)險。

3）通過與國家規(guī)定的糧食安全衛(wèi)生標準GB 2762-2005相比，得出所采集的馬鈴薯、小麥、油菜農(nóng)作物樣品中可食用部分的重金屬元素Cd含量出現(xiàn)了不同程度的超標，說明土壤中Cd含量的超標已經(jīng)影響到當?shù)刈魑锸秤冒踩Ｒ虼?，一方面?yīng)該加大監(jiān)測力度，控制污染源；另一方面，有關(guān)部門應(yīng)進行污染土壤修復(fù)可行性研究。

參考文獻：

[1] 趙鎖志，劉麗萍，王喜寬，等.黃河內(nèi)蒙古段上覆水、懸浮物和底泥重金屬特征及生態(tài)風(fēng)險研究[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（2）：304-312.

[2] 鄧秋靜，宋春然，謝 鋒，等.貴陽市耕地土壤重金屬分布特征及評價[J].土壤，2006，38（1）：53-60.

[3] 鄧繼福，王振中，張友梅，等.重金屬污染對土壤動物群落生態(tài)影響的研究[J].環(huán)境科學(xué)，1996，17（2）：1-6.

[4] 許學(xué)宏，紀從亮.江蘇蔬菜產(chǎn)地土壤重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查與評價[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2005，21（1）：35-37.

[5] 李德明，鄭 昕，張秀娟.重金屬對植物生長發(fā)育的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（1）：74-75.

[6] KAISER J. Toxicologists shed new light on old poisons[J]. Science，1998，279：1850-1851.

[7] MARKUS J A， MCBRANTHEY A B. A review of the contamination of soil with lead II. Spatial distribution and risk assessment of soil lead[J]. Environment International，2001，27（5）：399-411.

[8] ABRAHAMS P W. Soils： their implications to human health[J]. Science of the Total Environment，2002，291（1-3）：1-32.

[9] LARISON J R， LIKENS GENE E， FITZPATRICK J W， et al. Cadmium toxicity among wildlife in the Colorado Rocky Mountains[J]. Nature，2000，406：181-183.

[10] 余世清，許文峰，王泉源.杭州城區(qū)河道底泥重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].四川環(huán)境，2011，30（4）：36-43.

[11] 許 光，章巧秋，姬丙艷，等.青海民和—海石灣一帶土壤重金屬異常生態(tài)效應(yīng)評價[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2011，25（5）：1007-1012.

[12] 徐 燕，李淑芹，郭書海，等.土壤重金屬污染評價方法的比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（11）：4615-4617.

[13] 劉衍君，湯慶新，白振華，等.基于地質(zhì)累積與內(nèi)梅羅指數(shù)的耕地重金屬污染研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（20）：174-178.

[14] 陳 峰，胡振琪，柏 玉，等.矸石山周圍土壤重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險評價[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，25（增刊）：575-578.

[15] 何太蓉，劉存東，莊紅娟.重慶市清水溪河流沉積物重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（7）：1229-1332.

[16] 郭笑笑，劉叢強，朱兆洲，等.土壤重金屬污染評價方法[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（5）：889-896.

[17] HJ/T 166-2004，土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[18] PATRA M，BHOWMIK N， BANDOPADHYAY B， et al. Comparison of mercury， lead and arsenic with respect to genotoxic effects on plant systems and the development of genetic tolerance[J]. Environmental and Experimental Botany，2004， 52（3）：199-223.