羅瑩華

(韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院地理系，廣東韶關(guān) 512005)

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韶關(guān)某冶煉廠周邊土壤重金屬污染調(diào)查與生態(tài)風(fēng)險評價

羅瑩華

(韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院地理系，廣東韶關(guān) 512005)

[目的]研究韶關(guān)某冶煉廠周邊土壤重金屬的污染特征和分布規(guī)律，并進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價，以期為該地區(qū)土壤重金屬污染治理及生態(tài)恢復(fù)提供參考。[方法]以韶關(guān)某冶煉廠周邊土壤為研究對象，運用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和地累積指數(shù)法對冶煉廠周邊土壤的重金屬污染特征和潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行研究。[結(jié)果]Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬的平均含量均超過我國土壤環(huán)境背景值和廣東省土壤環(huán)境背景值，其中，Cd、As超過國家土壤環(huán)境二級標(biāo)準(zhǔn)值。Cd為重污染，pb、As為中污染，但局部存在重污染，Cr為輕污染。[結(jié)論]該冶煉廠周邊土壤存在不同程度的重金屬污染，生態(tài)風(fēng)險總體水平初步評價為中等以上。

冶煉廠；土壤；重金屬污染；生態(tài)風(fēng)險

土地是人類生存和生活的根本，土壤重金屬污染不僅降低了人們的生活質(zhì)量，且危害到生態(tài)環(huán)境和人類生存之本。從行業(yè)角度看，土壤重金屬污染來源可分為農(nóng)業(yè)污染源、工業(yè)污染源、交通污染源及醫(yī)療衛(wèi)生污染源等。金屬冶煉廠作為一種重要的工業(yè)污染源，在生產(chǎn)過程中會通過煙塵沉降、廢水外排、廢渣堆積等方式對周邊環(huán)境造成不同程度的污染。因而，冶煉廠周邊土壤重金屬污染成為學(xué)術(shù)界研究的熱點問題[1-6]。被污染的土壤重金屬可在農(nóng)作物中不斷累積，再經(jīng)過食物鏈的方式進(jìn)入人體，從而危害人體健康。研究表明，癌癥高發(fā)區(qū)與土壤重金屬污染區(qū)存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性[7-9]。土壤重金屬污染防治是國際上公認(rèn)的難題，國外學(xué)者對土壤重金屬污染的研究起步較早，成果較多[10-12]。我國學(xué)者也對土壤重金屬污染防治進(jìn)行了大量研究，探索并制定相應(yīng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或運用相應(yīng)評價方法對其環(huán)境影響進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價[13-17]。

韶關(guān)位于南嶺多金屬成礦帶上，礦產(chǎn)資源豐富，種類繁多，是全國著名的“有色金屬之鄉(xiāng)”，也是我國主要的重工業(yè)城市之一。采、選、冶工業(yè)發(fā)達(dá)，其中，金屬冶煉有近50年的歷史，環(huán)境影響不容忽視。盡管國內(nèi)外對冶煉廠周邊土壤重金屬污染的研究較多，但有關(guān)韶關(guān)地區(qū)的冶煉廠周邊環(huán)境的生態(tài)風(fēng)險研究較少。筆者以韶關(guān)某冶煉廠周邊環(huán)境為研究對象，通過對其周邊土壤中Cr、Pb、Cd和As 4種重金屬的污染狀況進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，研究各重金屬的污染特征和分布規(guī)律，并進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價，以期為該地區(qū)土壤重金屬污染治理及生態(tài)恢復(fù)提供參考。

1　數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1樣品的采集與預(yù)處理冶煉廠對周邊土壤的污染主要以煙塵沉降為主，降塵污染主要受季風(fēng)和距離的影響，故取樣點位主要布置在北西和南西方向距離冶煉廠1 km左右區(qū)域范圍內(nèi)的菜地或荒地上，并采用GPS定位，共設(shè)置17個采樣點(圖1)。在每個取樣點處采用扇形布點法等量采集5～8個子樣進(jìn)行混合。每個子樣均采集土壤表層0～20 cm的新鮮土壤，然后按四分法縮分為一個混合樣品，每個樣品重約2 kg。然后裝入無菌聚乙烯塑料袋中，并貼上標(biāo)簽，注明樣品號和取樣日期。樣品帶回實驗室后，放在陰涼、通風(fēng)、干燥的地方在室溫下自然風(fēng)干后，剔出植物殘體和碎石塊，用瑪瑙缽研磨，過100目篩，裝入塑料袋中待測。

1.2樣品分析方法土壤樣品分析方法參照GB15618—1995[18]。對土壤樣品進(jìn)行消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測定Pb、Cd的含量，用火焰原子吸收分光光度法測定Cr的含量，用硼氫化鉀-硝酸銀分光光度法測定As的含量。土壤 pH的測定采用電位法(PHS-2C 型 pH 計)。

為提高精確度，所有樣品均由空白樣、二次平行樣加標(biāo)回收率進(jìn)行質(zhì)量控制。質(zhì)量控制采用 ESS 系列土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，所分析元素的誤差均在 5%以內(nèi)。試驗所用玻璃器皿均在 10% 的HNO3或HCl 溶液中浸泡 24 h，分別用自來水、蒸餾水和去離子水各洗滌 3 次。試驗所用酸均為優(yōu)級純，其他試劑均為分析純。

1.3評價方法

圖1　采樣點分布示意Fig.1　Distribution of soil sampling points

1.3.1內(nèi)梅羅污染指數(shù)法。內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是目前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計算最常用的方法之一。內(nèi)梅羅污染指數(shù)法可全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，也突出了污染最嚴(yán)重的污染物對環(huán)境造成的危害[19]。其計算公式：

(1)

式中，PN為綜合污染指數(shù)；Ci為某污染物實測值；Si為某污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)[18]；(Ci/Si)max為各污染物中污染指數(shù)最大值；(Ci/Si)ave為各污染物中污染指數(shù)的算術(shù)平均值。按內(nèi)梅羅污染指數(shù)，可劃定5個污染等級[20](表1)。

表1土壤內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)

Table 1Evaluation standard of soil by Nemerow contamination index

等級Grade內(nèi)梅羅污染指數(shù)Nemerowcontam-inationindex污染等級PollutiongradeⅠPN≤0.7清潔(安全)Ⅱ0.73.0重污染

以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618—1995)作為土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，選取其中的Cd、Pb、Cr和As 4 種重金屬標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2　土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618—1995

1.3.2地累積指數(shù)法。地累積污染指數(shù)法是一種研究水體沉積物中重金屬污染的定量指標(biāo)[21]，被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染評價，其計算公式：

(2)

式中,Igeo為地累積污染指數(shù)，Ci為重金屬i的實測濃度，Bi為所測元素的環(huán)境背景值。選取廣東省土壤環(huán)境背景值作為依據(jù)[22]；K為常數(shù)，是對成巖作用可能引起背景值變動的修正，一般取K=1.5。根據(jù)Igeo數(shù)值的大小，可以將污染級別劃分為7個等級(表3)。

表3地累積指數(shù)法判斷土壤污染程度的標(biāo)準(zhǔn)

Table 3Standards for soil pollution level by geo-accumulation index

地累積指數(shù)值范圍Geo-accumulationindex污染級別Pollutiongrade污染強(qiáng)度PollutiondegreeIgeo<00無污染0≤Igeo<11無至輕污染1≤Igeo<22中度污染2≤Igeo<33中至強(qiáng)污染3≤Igeo<44強(qiáng)污染4≤Igeo<55強(qiáng)至極強(qiáng)污染5

2　結(jié)果與分析

2.1土壤重金屬含量分布特征對17個土壤樣品的Pb、Cd、Cr和As含量和pH進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。由表4可知，

表4　土壤重金屬含量和pH

該冶煉廠附近土壤的重金屬污染具有局部富集和含量增高的現(xiàn)象，樣品2、3、4、11、12、13和16的重金屬含量明顯高于其他樣品。與國家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值(GB15618—1995)相比，以上樣品中的Pb含量均超過國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)限值，樣品2、3、4、11和12的Cr含量超過國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)限值(圖2)，除1號樣品外，其余16個樣品的Cd含量均超標(biāo)，樣品2、3、4、5、11、12、13、16和17的As含量明顯超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)。從平均值看，Cd和As含量超標(biāo)，其中，Cd超國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)9倍以上，As超國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)1倍以上(圖3)。

注：國家標(biāo)準(zhǔn)值Pb 250 mg/kg,Cr 150 mg/kg。Note:The national standard limits of Pb and Cr are 250 and 150 mg/kg respectively.圖2　土壤樣品中Pb和Cr的含量Fig.2　Contents of Pb and Cr in the soil

注：國家標(biāo)準(zhǔn)值Cd 0.3 mg/kg,As 40 mg/kg。Note:The national standard limits of Cd and As are 0.3 and 40 mg/kg respectively.圖3　土壤樣品中Cd和As的含量Fig.3　Contents of Cd and As in the soil

2.2內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法進(jìn)行評價時，綜合考慮所有污染項目，兼顧污染最嚴(yán)重的因子，應(yīng)用“1.3.1”的計算公式計算綜合污染指數(shù)PN。評價結(jié)果顯示，Pb、Cr、As 3種重金屬輕度污染，Cd重污染(表5)。

表5內(nèi)梅羅污染指數(shù)計算及評價結(jié)果

Table 5Calculation and assessment results of soil pollution from heavy metals by Nemerow contamination index

元素ElementPN評價結(jié)果AssessmentresultPb1.6輕度污染Cr1.4輕度污染Cd16.2重污染As1.9輕度污染

2.3地累積指數(shù)法評價采用廣東省土壤環(huán)境背景值作為背景濃度，應(yīng)用“1.3.2”的地累積指數(shù)計算公式計算Igeo，其評價結(jié)果見表6。由表6可知，Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬均存在中度以上的污染，其中，Pb為中-強(qiáng)污染，Cr為中度污染，As為中-強(qiáng)污染，Cd為極強(qiáng)污染。可見4種重金屬中以Cd污染最為嚴(yán)重。而Cd在環(huán)境中的危害較大，土壤中的Cd可通過食物鏈的方式進(jìn)入人體，在人體中代謝較慢，日本因Cd中毒曾出現(xiàn)“痛痛病”。另外，As在環(huán)境中的危害性也不容忽視，其化合物三氧化二砷被稱為砒霜，是一種毒性很強(qiáng)的物質(zhì)。

表6地累積指數(shù)計算及污染評價結(jié)果

Table 6Calculation and assessment results of soil pollution from heavy metals by geo-accumulation index

元素Element背景濃度Backgroundvale∥mg/kg地累積指數(shù)IgeoGeo-accum-ulationindex評價結(jié)果AssessmentresultPb23.402.59中-強(qiáng)污染Cr36.141.11中度污染Cd0.0345.76極強(qiáng)污染As5.402.47中-強(qiáng)污染

注：背景濃度來源于廣東省環(huán)境監(jiān)測中心站等(1990年10月)[22]。

Note: Background vales were from the Guangdong Environmental Monitoring Center,etc.(in October 1990)[22].

3　結(jié)論

該研究在氣候條件下，充分考慮研究區(qū)污染特征，以隨機(jī)布點法在冶煉廠周邊荒地或山坡上采集土壤樣品。通過對Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬的含量分析和風(fēng)險評價，結(jié)果表明，冶煉廠周邊土壤在一定程度上已經(jīng)受到了嚴(yán)重的重金屬污染，Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬的平均含量分別為211.44、116.99、2.77、44.83 mg/kg，均超過了我國土壤環(huán)境背景值和廣東省土壤環(huán)境背景值。其中，Cd、As超過了國家土壤環(huán)境二級標(biāo)準(zhǔn)限值，而Pb和Cr雖未超過國家二級土壤標(biāo)準(zhǔn)限值，但局部累集明顯，其含量已遠(yuǎn)超過國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)。運用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和地累積指數(shù)法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價，結(jié)果表明，Pb、Cr、Cd、As 4種重金屬均存在不同程度的污染，其中，Cd的污染最為嚴(yán)重，達(dá)到重污染程度，其次是As，其污染也達(dá)到中度污染以上。而兩者均是環(huán)境中的有害元素，對人體的危害不容忽視。重金屬的環(huán)境毒性，除與其含量有關(guān)外，還與其在環(huán)境中的存在形態(tài)有關(guān)。由于土壤環(huán)境的物化性質(zhì)存在差異，從而影響各種化學(xué)元素在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化方式。而元素在環(huán)境中的存在形態(tài)和化學(xué)活性決定其毒性大小。因此，該研究僅限于對重金屬生態(tài)風(fēng)險的初步評價，而進(jìn)一步的評價則要深入研究其環(huán)境活性和遷移轉(zhuǎn)化方式等。

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Investigation of Soil Pollution from Heavy Metals and Assessment of Its Ecological Risk around a Smelting Plant in Shaoguan

LUO Ying-hua

(Department of Geography,College of Tourism and Geography,Shaoguan University,Shaoguan,Guangdong 512005)

[Objective] The characteristics and distribution of soil pollution from heavy metals around a smelting plant in Shaoguan were studied,and its ecological risk was assessed to provide theoretical references for the control and ecological restoration of soil pollution from heavy metals in the region.[Method] Soil samples were collected and analyzed from the smelting plant area,and the characteristics of soil pollution from heavy metals and potential ecological risk were studied by using the methods of Nemerow contamination index and geo-accumulation index.[Result] Average contents of Pb,Cr,Cd and As in the soil were higher than the background values of soil in Guangdong Province and China,and the contents of Cd and As exceeded the secondary standard of soil environment in China.Cd pollution was heavy,and Pb and As pollution were moderate,but the pollution was heavy in some areas; Cr pollution was mild.[Conclusion] Soil around the smelting plant has been polluted by heavy metals at different levels,and its potential ecological risk is moderate at least.

Smelting plant; Soil; Heavy metal pollution;Ecological risk

韶關(guān)學(xué)院校級科研項目(314-140695)。

羅瑩華(1968- )，女，壯族，廣西荔浦人，講師，博士，從事環(huán)境地理學(xué)研究。

2016-05-25

S 158.4

A

0517-6611(2016)19-133-04