張婉璐，吳 云

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程管理系，太原 030027）

土壤是萬物之源，是一切生命之本。隨著近年來社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，土壤污染問題已日益顯現(xiàn)，其中，以土壤重金屬污染問題表現(xiàn)最為突出。土壤重金屬污染主要指Hg、Cd、Pb、Cr和As等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的Zn、Cu、Ni等元素的含量超過土壤背景值而對土壤造成污染。我國受Cd、Zn、Pb、Hg、As等重金屬污染的耕地面積近2 000萬hm2，約占全國總耕地面積的1/5[1]。這些過量重金屬元素能引起植物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)，而且在土壤中移動性很小，不易隨水淋濾，不易被微生物分解，易在土壤及農(nóng)作物中富集，通過食物鏈進(jìn)入人體后，潛在危害極大。土壤重金屬污染問題已經(jīng)引起了全世界的高度重視和深入探討[2]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對土壤重金屬污染已進(jìn)行了大量研究，提出的研究方法和評價模型種類繁多。與此同時，新的評價方法也不斷涌現(xiàn)，其中以內(nèi)梅羅指數(shù)法、模糊綜合評判法、富集因子法、地質(zhì)累積指數(shù)法等評價方法應(yīng)用最為廣泛。這些評價方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍也不盡相同。本文以長江三角洲南翼典型的縣級城市海寧市為研究對象，對海寧市土壤中的Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Hg、As八種重金屬元素，分別運(yùn)用內(nèi)梅羅指數(shù)法和地質(zhì)累積指數(shù)法進(jìn)行評價，并對兩種評價結(jié)果的差異進(jìn)行分析討論，探討更適合該區(qū)土壤類型的評價方法。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

筆者選取海寧市八個主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）進(jìn)行取土采樣，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)以蛇形布點(diǎn)取30個樣品，采用五點(diǎn)法取樣，采樣深度為土壤表層0～20 cm。將研究區(qū)域采集的所有土壤樣品存袋密封送至試驗室進(jìn)行Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Hg、As八種重金屬元素含量的測定試驗并記錄測定結(jié)果。為了便于對八個研究區(qū)域進(jìn)行土壤評價，筆者分別對每個研究區(qū)域的重金屬元素測定結(jié)果求平均值，結(jié)果如表1所示。

表1 土壤重金屬含量值

1.2 評價方法

1.2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是目前進(jìn)行環(huán)境評價廣泛采用的方法。通過該方法進(jìn)行污染評價，人們不僅可以得到重金屬的綜合污染狀況，還可以得到單項重金屬因子的污染狀況。另外，該方法將不同重金屬元素所占的權(quán)重值納入計算，考慮了不同重金屬元素對土壤環(huán)境影響不同這一現(xiàn)實問題，克服了平均值法各種污染物分擔(dān)的缺陷[3]。其計算公式為：

式中，Pi為元素i的單項污染指數(shù)；Ci為元素i的實測值；Si為土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值（本研究采用國家二級標(biāo)準(zhǔn)值）。

式中，P為采樣點(diǎn)的綜合污染指數(shù)；Pimax為采樣點(diǎn)重金屬污染物單項污染指數(shù)中的最大值；P—i是用加權(quán)計算法求出的單項污染指數(shù)平均值。

1.2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)法是由德國科學(xué)家Muller在20世紀(jì)60年代提出的。這種研究方法不僅考慮了自然地質(zhì)過程造成的背景值影響，也充分注意了人為活動對重金屬污染的影響，已經(jīng)被各國科學(xué)家廣泛應(yīng)用于由人為活動引起的土壤重金屬污染研究中[4]。其計算公式為：

式中，Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；Cn為樣品中元素n的實測值；Bn為元素n的地球化學(xué)背景值；1.5為修正系數(shù)。值得注意的是，地質(zhì)累積指數(shù)法通常選用普通頁巖的平均值作為土壤重金屬元素的地球化學(xué)背景值，但由于不同沉積作用形成的沉積物有所不同，如果采用普通頁巖的地球化學(xué)背景值做地質(zhì)累積指數(shù)計算過程中的背景值，難免會以偏概全，對評價結(jié)果造成誤差，難以準(zhǔn)確反映污染狀況[5]?；诖丝紤]，本研究選用長江三角洲地區(qū)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值作為背景值來進(jìn)行地質(zhì)累積指數(shù)計算[6]，其具體數(shù)值如表2所示。

表2 長江三角洲地區(qū)土壤地球化學(xué)背景值

2 研究區(qū)域重金屬污染評價結(jié)果

2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果

經(jīng)計算，各研究區(qū)域的八種重金屬元素的單項污染指數(shù)如表3所示，綜合污染指數(shù)如表4所示。從表3的單項污染指數(shù)評價結(jié)果可看出，硤石街道、長安鎮(zhèn)的重金屬元素Cd、Cr達(dá)到輕微污染狀態(tài)，周王廟鎮(zhèn)、袁花鎮(zhèn)的Cr處于輕度污染狀態(tài)，許村鎮(zhèn)的Zn達(dá)到中度污染狀態(tài)，鹽官鎮(zhèn)的Cu、Cr均處于輕微污染狀態(tài)。從表4的評價結(jié)果可看出，這八個主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，只有馬橋街道和丁橋鎮(zhèn)屬于無污染狀態(tài)，袁花鎮(zhèn)處于無污染和輕度污染的臨界，硤石街道、鹽官鎮(zhèn)、長安鎮(zhèn)屬于輕度污染狀態(tài)，周王廟鎮(zhèn)和許村鎮(zhèn)已經(jīng)達(dá)到中度污染狀態(tài)。

表3 研究區(qū)域單項污染指數(shù)評價結(jié)果

表4 研究區(qū)域綜合污染指數(shù)評價結(jié)果

2.2 地質(zhì)累積指數(shù)法評價結(jié)果

經(jīng)計算，各研究區(qū)域的八種重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)如表5所示。從表5結(jié)果可看出，八個研究區(qū)域的重金屬元素Hg均達(dá)到中度污染狀態(tài)。除此之外，硤石街道的Cd也達(dá)到中度污染狀態(tài)，周王廟鎮(zhèn)的Cd同樣達(dá)到中度污染狀態(tài)，Cr甚至達(dá)到中重度污染狀態(tài)，許村鎮(zhèn)的Zn達(dá)到中重度污染狀態(tài)，鹽官鎮(zhèn)的Ni處于輕度污染狀態(tài)，Cu、Cr均達(dá)到中度污染狀態(tài)，長安鎮(zhèn)的Cd、Cr達(dá)到了中度污染狀態(tài)，袁花鎮(zhèn)的Ni 處于輕度污染狀態(tài)，Pb、Cr達(dá)到中度污染狀態(tài)。依據(jù)木桶效應(yīng)，以各重金屬元素污染的最高級別來表示該研究區(qū)域的污染程度，可以得出硤石街道、馬橋街道、鹽官鎮(zhèn)、丁橋鎮(zhèn)、長安鎮(zhèn)、袁花鎮(zhèn)均達(dá)到中度污染狀態(tài)，周王廟鎮(zhèn)和許村鎮(zhèn)甚至達(dá)到中重度污染狀態(tài)。

3 結(jié)果與討論

對海寧市這八個主要研究區(qū)域的內(nèi)梅羅指數(shù)法和地質(zhì)累積指數(shù)法的評價結(jié)果進(jìn)行比較可看出，兩種方法對重金屬元素Hg的評價結(jié)果差異最大。內(nèi)梅羅指數(shù)法的評價結(jié)果顯示，八個研究區(qū)域的Hg均處于無污染狀態(tài)，而地質(zhì)累積指數(shù)法則顯示Hg均達(dá)到中度污染狀態(tài)。結(jié)合海寧市的工業(yè)情況進(jìn)行分析，全市涉及重金屬重點(diǎn)排放的行業(yè)主要有金屬表面處理及熱處理加工業(yè)、皮革制造及加工業(yè)、蓄電池制造業(yè)等，這些工業(yè)活動排放的重金屬污染物主要含有Cd、Cr、Zn、Pb、Cu、Ni等重金屬元素，而Hg的排放量并不多，并不會構(gòu)成污染。因此，地質(zhì)累積指數(shù)法的評價結(jié)果略有夸大，原因是地質(zhì)累積指數(shù)法過分強(qiáng)調(diào)重金屬元素地球化學(xué)背景值的影響，而本研究選用的長江三角洲土壤地球化學(xué)背景值中Hg元素的背景值明顯低于土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值，所以造成Hg元素的評價結(jié)果偏大。

對于另外七種重金屬元素，除了元素As的兩種評價結(jié)果一致，均處于無污染狀態(tài)外，其余六種元素Cd、Cr、Zn、Pb、Cu、Ni均處于輕度或中度污染，且地質(zhì)累積指數(shù)法的評價結(jié)果顯示這六種元素的污染程度更加嚴(yán)重，內(nèi)梅羅指數(shù)法的評價結(jié)果相對保守，其原因可能是內(nèi)梅羅指數(shù)法描述的評價結(jié)果是非連續(xù)的，使其對環(huán)境質(zhì)量評價的靈敏性不夠高。另外，兩種評價方法對八個研究區(qū)域的綜合污染程度評價結(jié)果也不盡相同，內(nèi)梅羅指數(shù)法的評價結(jié)果顯示，三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于輕度污染狀態(tài)，兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到中度污染，而地質(zhì)累積指數(shù)法的評價結(jié)果顯示，六個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均達(dá)到中度污染狀態(tài)，兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至達(dá)到中重度污染狀態(tài)。

筆者認(rèn)為，出現(xiàn)這種差異的原因可能是內(nèi)梅羅指數(shù)法過分突出污染指數(shù)最大的重金屬元素對環(huán)境質(zhì)量的影響，在評價時可能會人為夸大或縮小一些元素的影響作用，使計算結(jié)果難以區(qū)分土壤環(huán)境污染程度的差別。同時，地質(zhì)累積指數(shù)法過分強(qiáng)調(diào)了重金屬元素地球化學(xué)背景值的影響，如果背景值選擇不恰當(dāng)，也會影響評價結(jié)果。因此，內(nèi)梅羅指數(shù)法和地質(zhì)累積指數(shù)法在評價土壤重金屬污染中各有優(yōu)缺點(diǎn)，人們在評價過程中應(yīng)結(jié)合運(yùn)用才能更加全面地反映研究區(qū)域的土壤污染狀況。

4 結(jié)語

結(jié)合兩種評價方式的優(yōu)缺點(diǎn)，筆者認(rèn)為，馬橋街道和丁橋鎮(zhèn)屬于無污染狀態(tài)，硤石街道、鹽官鎮(zhèn)、長安鎮(zhèn)、袁花鎮(zhèn)屬于中度污染狀態(tài)，周王廟鎮(zhèn)和許村鎮(zhèn)屬于中重度污染狀態(tài)。

1 陳懷滿.環(huán)境土壤學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

2 Li X D，Lee S L，Wong S C，etal.The Study of Metal Contamination in Urban Soil of Hong Kong Using a GIS-based Approach[J].Environmental Pollution，2004，129（1）：113-124．

3 郭笑笑，劉叢強(qiáng)，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.

4 趙慶令，李清彩，謝江坤，等.應(yīng)用富集系數(shù)法和地累積指數(shù)法研究濟(jì)寧南部區(qū)域土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險評價[J].巖礦測試，2015，34（1）：129-137.

5 滕彥國，度先國，倪師軍，等.應(yīng)用地質(zhì)累積指數(shù)評價沉積物中重金屬污染：選擇地球化學(xué)背景的影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2002，（2）：7-10.

6 陳國光，奚小環(huán)，梁曉紅，等.長江三角洲地區(qū)土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值及其應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（6）：1041-1048.