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        蚌埠市土壤重金屬污染與生態(tài)風險評價

        2018-12-20 08:54:48周開勝朱蘭保賀冉冉
        長春師范大學學報 2018年12期
        關鍵詞:危害污染生態(tài)

        周開勝,朱蘭保,賀冉冉

        (蚌埠學院材料與化學工程學院環(huán)境科學實驗中心,安徽蚌埠 233030)

        作為城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分的城市土壤,是城市生態(tài)系統(tǒng)賴以生存和發(fā)展的物質基礎。城市土壤是城市進行綠化和生態(tài)環(huán)境建設的基本環(huán)境條件,土壤重金屬污染將惡化城市土壤生態(tài)系統(tǒng),影響城市生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能[1]。土壤重金屬具有隱顯性、不可降解性、持久性和生物毒性與生物放大性等特點[2],重金屬污染將直接或潛在地對城市生態(tài)系統(tǒng)產生危害[3]。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的加快,城市工業(yè)愈加密集,交通運輸日益繁忙,致使城市土壤接納了大量來自工業(yè)固體廢物、煙塵、汽車尾氣及其它活動產生的重金屬污染物,使城市土壤重金屬含量增高,污染加??;城市土壤重金屬通過生物鏈、揚塵、滲漏和地表徑流等途徑污染生物、大氣和水體,使得土壤成為環(huán)境重金屬污染的源[4-5]。土壤重金屬通過飲食、呼吸和皮膚接觸等途徑進入人體,對人體健康造成危害。近年來,有關城市土壤重金屬污染和評價等研究多有報道[1,3,6-13]。

        蚌埠市(117°11′~117°31′E,32°49′~33°01′N)是皖北最大城市之一,地處中國地理南北分界線,氣候從北亞熱帶向暖溫帶過渡,現(xiàn)有常住人口110多萬人,擁有化工、機械、電子、制藥等工業(yè)門類。因此,有必要對蚌埠市土壤重金屬污染及其潛在生態(tài)風險進行研究。

        本研究通過對蚌埠市土壤重金屬含量測定分析,分別采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對土壤重金屬污染進行評價,旨在為蚌埠市土壤重金屬污染治理、城市生態(tài)環(huán)境建設和保護人體健康提供科學的參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 樣品采集

        2013年3月,在蚌埠市選取20個土壤采樣點(表1),用木產將表土剝去2cm,采集2~15cm土壤樣品置于6號聚乙烯自封塑料袋內,密封、編號,并做好采樣記錄,帶回實驗室,置于4℃冰箱保存。

        表1 采樣點布設

        1.2 樣品處理與分析

        將采集的土壤樣品平鋪在濾紙上,放在陰涼通風處,在室內自然晾干,去除碎石、根系等雜質,用瑪瑙研缽研磨后,過100目的尼龍篩,供分析測定用。土樣經三酸(H2SO4-HNO3-HClO4)消解后,用原子熒光法(AFS-920雙道原子熒光分光光度計,北京吉天儀器有限公司)測定土壤中As的含量;經四酸(HCl-HNO3-HF-HClO4)消解后,采用火焰原子吸收光譜法(石墨爐原子吸收分光光度計TAS-990,北京普析通用儀器有限責任公司)測定土壤中Pb、Cd、Cu和Cr的含量。

        1.3 評價方法

        1.3.1 單因子污染指數(shù)法

        單因子污染指數(shù)法計算公式[14]為:

        Pi=Ci/SI.

        式中:Ci為土壤中污染物i的實測值;Si為《土壤環(huán)境質量標準》(GB15618-1995)中各元素的土壤含量上限;Pi為土壤中i污染物的單因子污染指數(shù)。

        1.3.2 綜合污染指數(shù)法

        綜合污染指數(shù)法計算公式[14-15]為:

        P綜={[max(Pi)2+ave(Pi)2]/2}1/2.

        式中:P綜為樣點的尼梅羅綜合污染指數(shù);max(Pi)為樣點所有重金屬中單因子污染指數(shù)的最大值;ave(Pi)為樣點單因子污染指數(shù)的算術平均值。

        土壤綜合污染程度分5級,分別為:Ⅰ級:P綜≤0.7,屬于安全等級,環(huán)境清潔;Ⅱ級:0.7

        1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法[16]

        潛在生態(tài)危害指數(shù)法計算公式[16]為:

        2 結果與分析

        2.1 土壤重金屬含量

        蚌埠市土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量差別較大(表2),其中Cd含量最大值為8.00 mg·kg-1,最小值為2.00 mg·kg-1,均值為4.64 mg·kg-1,最大值是最小值的4倍;Cr含量最大值為123.50 mg·kg-1,最小值為47.25 mg·kg-1,均值為77.86 mg·kg-1,最大值是最小值的2.6倍;Pb含量最大值是146.50 mg·kg-1,最小值是5.50 mg·kg-1,均值為92.88 mg·kg-1,最大值是最小值的26.64倍;Cu含量最大值為57.75 mg·kg-1,最小值為3.75 mg·kg-1,均值為20.51 mg·kg-1;最大值是最小值的15.4倍;As含量最大值為1.77 mg·kg-1,最小值為0.13 mg·kg-1,均值為0.67 mg·kg-1,最大值是最小值的13.62倍。土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量均值分別是安徽省土壤背景值[19]的55.41、1.24、3.57、1.06和0.08倍,標準偏差分別是1.42、20.96、29.37、13.14和0.38,變異系數(shù)分別是30.57%、26.92%、31.63%、64.06%和56.40%,均屬中等變異。

        表2 各采樣點土壤重金屬含量

        2.2 土壤重金屬污染特征

        蚌埠市區(qū)土壤pH>7.5[20],采用土壤環(huán)境質量標準(GB15618-1995)[21]中的二級標準,Cd、Cr、Pb、Cu和As分別取0.60 mg·kg-1、250 mg·kg-1、350 mg·kg-1、200 mg·kg-1和25 mg·kg-1作為評價標準。土壤重金屬單因子污染指數(shù)計算結果見表3,各重金屬單因子污染指數(shù)均值由大到小依次是Cd>Cr>Pb>Cu>As,Cd污染最嚴重。綜合污染指數(shù)計算結果表明,P綜最大值為9.64,最小值為2.42,均值為5.59,屬于中度污染的樣點有2個(占10%),重度污染的樣點有18個(占90%)。從綜合污染指數(shù)平均值來看,蚌埠市土壤重金屬污染屬重度污染。

        表3 土壤重金屬單因子污染指數(shù)

        2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價

        表4 蚌埠市土壤重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和綜合潛在危害指數(shù)RI

        表5 蚌埠市土壤重金屬與生態(tài)危害程度

        2.4 討論

        蚌埠市土壤重金屬含量與國內其它城市相比,Cd含量最高,高于其它城市;As含量低于其它城市;Cr含量除低于??诤托熘萃?,高于其它城市;Pb含量除低于沈陽外,高于其它城市;Cu含量除高于北京和廣州外,均低于其它城市(表6)。

        各重金屬單因子污染指數(shù)均值和潛在生態(tài)危害系數(shù)均值由大到小依次為Cd>Cr>Pb>Cu>As和Cd>Pb>Cu>Cr>As。兩種方法評價結果表明,Cd污染最重,As污染最輕。從綜合污染指數(shù)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)均值來看,評價結果一致,蚌埠市土壤重金屬污染屬重度污染,潛在生態(tài)危害程度強。

        表6 國內部分城市土壤重金屬含量比較

        表7 國內部分城市土壤重金屬及生態(tài)危害程度

        3 結論

        綜上分析,蚌埠市土壤中重金屬Cd、Cr、Pb、Cu和As含量分別在2.00~8.00 mg·kg-1、47.25~123.50 mg·kg-1、5.50~146.50 mg·kg-1、3.75~57.75 mg·kg-1和0.13~1.77 mg·kg-1之間變化,均值分別為4.64 mg·kg-1、77.86 mg·kg-1、92.88 mg·kg-1、20.51 mg·kg-1和0.67 mg·kg-1,除As元素外,其它4種元素含量均超出土壤背景值。各重金屬單因子污染指數(shù)均值由大到小依次為Cd>Cr>Pb>Cu>As,潛在生態(tài)危害程度由大到小依次為Cd>Pb>Cu>Cr>As,土壤重金屬污染屬重度污染,綜合潛在生態(tài)危害程度強;與國內其它城市相比,蚌埠市土壤重金屬污染嚴重,存在較強的潛在生態(tài)危害。

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