趙 超，趙 杰，蘇勝男，王 聰，王 琦

(1.山東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟(jì)南 250101； 2.山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，山東 濟(jì)南 250013； 3.山東省中魯環(huán)境工程評估中心有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為人們提供了休閑游玩的場所，而且有助于改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、美化城市環(huán)境[1]。隨著城市化、工業(yè)化的快速發(fā)展，大量人類活動產(chǎn)生的污染物進(jìn)入城市綠地，城市綠地土壤的各種性質(zhì)發(fā)生變化。重金屬是城市綠地土壤中重要的污染物，不僅影響綠地生態(tài)系統(tǒng)，而且可以通過揚(yáng)塵或直接接觸等途徑進(jìn)入人體，危害人體健康[2]。因此，研究城市綠地土壤重金屬污染狀況，評價其潛在風(fēng)險程度，是城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理的重要內(nèi)容[3-8]。本研究以濟(jì)南市典型城市綠地為研究對象，通過對公園綠地、居民小區(qū)綠地和道路綠化帶等3種不同類型15個綠地土壤重金屬含量和污染程度分析，采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法對土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度進(jìn)行了評價，旨在摸清城市綠地土壤重金屬污染現(xiàn)狀和生態(tài)風(fēng)險程度，以期為濟(jì)南市城區(qū)土壤重金屬污染防治和修復(fù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市位于山東省中部，地理位置為36°01′N～37°32′N，116°11′E～117°44′E，是著名的“泉城”和國家歷史文化名城，環(huán)渤海地區(qū)南翼和黃河中下游地區(qū)的中心城市，山東省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、教育、區(qū)域性金融中心，常住人口695萬人。地處中緯度地帶，屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)型氣候，四季分明，春季干旱少雨，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季涼爽干燥，冬季寒冷少雪，年平均氣?3.8 ℃，年均降水量685 mm。

1.2 樣品布點(diǎn)與采集

在濟(jì)南市城區(qū)東南西北中5個區(qū)域，分別選擇建成5年以上的公園綠地、居民小區(qū)綠地和道路綠化帶等3種類型城市綠地，每類選擇5個綠地，共15個綠地。每個綠地布設(shè)3個監(jiān)測點(diǎn)位，共計45個監(jiān)測點(diǎn)位。采集0～20 cm表層土壤，混勻后用四分法取2 kg左右，土壤樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干，去除雜物后分別過2 mm和0.15 mm尼龍篩，裝瓶備用。

1.3 樣品處理

將樣品置于無塵、通風(fēng)、避光的地方自然風(fēng)干，風(fēng)干過程中除去土壤中混雜的磚瓦石塊、石灰結(jié)核、根莖動植物殘體等。用瓷制研缽研磨后，過10目、60目、100目尼龍篩，裝瓶備用。

1.4 分析方法

Cd、Cu、As和Ni前處理用HCl-HNO3-HF-HClO4消解，Hg、Pb前處理用1+1王水消解。Cd用石墨爐原子吸收分光光度法測定，Hg、As用原子熒光光譜法測定，Pb、Cu、Ni用火焰原子吸收分光光度法測定，具體操作按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)[9]和《土壤環(huán)境監(jiān)測分析方法》[10]有關(guān)技術(shù)規(guī)定的要求進(jìn)行。

2 污染與風(fēng)險評價

2.1 污染程度評價

采用單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法[11]對濟(jì)南市不同城市綠地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評價。

2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法是評價重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險的方法，由瑞典科學(xué)家Hakanson提出[12]，該指數(shù)不僅反映某一特定環(huán)境中各種污染物對環(huán)境的影響及多種污染物的綜合效應(yīng)，而且用定量的方法劃分出潛在生態(tài)風(fēng)險的程度[13]。計算公式如下：

RI=∑Eri

Eri=Tri×Cfi

Cfi=C表層i/Cni

表1 潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)

為更準(zhǔn)確反映濟(jì)南市不同城市綠地土壤重金屬實際污染程度，本次研究以山東省土壤背景值[15]中的重金屬含量作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

3 監(jiān)測與評價結(jié)果

3.1 土壤重金屬含量分析

對濟(jì)南市不同類型城市綠地土壤重金屬含量進(jìn)行了統(tǒng)計分析，以探討濟(jì)南市城市綠地土壤重金屬的可能來源，監(jiān)測結(jié)果詳見表2。結(jié)果顯示，公園綠地、居民小區(qū)綠地和道路綠化帶土壤Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni的平均含量均超過山東省土壤背景值，這表明工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和生活污染排放等人為活動已導(dǎo)致濟(jì)南市城市綠地土壤重金屬含量的升高。與山東省土壤背景值比較，公園綠地土壤中有14個點(diǎn)位的Cd含量超背景值，13個點(diǎn)位的Hg含量超背景值，9個點(diǎn)位的Pb含量超背景值，12個點(diǎn)位的Cu含量超背景值，6個點(diǎn)位的As含量超背景值，13個點(diǎn)位的Ni含量超背景值。居民小區(qū)土壤中有14個點(diǎn)位的Cd含量超背景值，13個點(diǎn)位的Hg含量超背景值，9個點(diǎn)位的Pb含量超背景值，14個點(diǎn)位的Cu含量超背景值，13個點(diǎn)位的As含量超背景值，15個點(diǎn)位的Ni含量超背景值。道路綠化帶土壤有14個點(diǎn)位的Cd含量超背景值，12個點(diǎn)位的Hg含量超背景值，11個點(diǎn)位的Pb含量超背景值，14個點(diǎn)位的Cu含量超背景值，7個點(diǎn)位的As含量超背景值，15個點(diǎn)位的Ni含量超背景值。這表明濟(jì)南市城市綠地土壤受到強(qiáng)烈的人為因素干擾，相比山東省土壤背景值，濟(jì)南市城市綠地土壤已經(jīng)受到污染。

表2 不同類型城市綠地土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果

3.2 污染程度評價

采用單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法對濟(jì)南市不同類型城市綠地土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評價，分析結(jié)果見表3。由表3可知，濟(jì)南市3種類型城市綠地土壤Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni均存在不同程度污染情況。Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni的超標(biāo)率分別為93.3%、84.4%、64.4%、88.8%、57.8%和95.5%。從單項污染指數(shù)來看，Hg和Cd污染程度最為嚴(yán)重，Pb、Cu、As和Ni的污染程度較輕。Hg有10個點(diǎn)位輕度污染，12個點(diǎn)位中度污染，5個點(diǎn)位重度污染；Cd有6個點(diǎn)位輕度污染，10個點(diǎn)位中度污染。Pb處在清潔至輕微污染之間，Cu、As和Ni處在清潔至輕微污染之間。

從綜合污染指數(shù)來看，濟(jì)南市城市綠地土壤綜合污染指數(shù)為0.92～7.83，土壤污染程度處在尚清潔至重度污染之間。45個監(jiān)測點(diǎn)位中，尚清潔點(diǎn)位占2.2%，輕度污染占44.4%，中度污染占37.8%，重度污染占15.6%。

不同類型城市綠地土壤污染程度存在差異。公園綠地土壤中，1個點(diǎn)位為尚清潔，9個點(diǎn)位為輕度污染，3個點(diǎn)位中度污染，2個點(diǎn)位重度污染；居民小區(qū)綠地土壤中，5個點(diǎn)位為輕度污染，8個點(diǎn)位中度污染，2個點(diǎn)位重度污染；道路綠化帶土壤中，6個點(diǎn)位為輕度污染，6個點(diǎn)位中度污染，3個點(diǎn)位重度污染。

表3 不同類型城市綠地土壤重金屬污染程度

3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險評價

3.3.1 單因子潛在生態(tài)風(fēng)險評價

濟(jì)南市城市綠地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表4，潛在生態(tài)風(fēng)險風(fēng)險程度分布情況見表5。由表4可見，濟(jì)南市城市綠地土壤中Hg潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)最高，潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)范圍為12.31～611.69，均值為135.62。Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)次之，范圍為17.75～144.29，均值為57.75。Pb、Cu、As、Ni潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)較小，均值均小于40。

表4 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

由表5可見，45個監(jiān)測點(diǎn)位土壤Pb、Cu、As、Ni潛在生態(tài)風(fēng)險程度較小，均為低風(fēng)險，Hg和Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險較強(qiáng)。Hg在各級別潛在生態(tài)風(fēng)險都有分布，其中，9個點(diǎn)位為低風(fēng)險，12個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，13個點(diǎn)位為較重風(fēng)險，6個點(diǎn)位為重風(fēng)險，5個點(diǎn)位為嚴(yán)重風(fēng)險。Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險級別在低風(fēng)險～較重風(fēng)險之間，其中，14個點(diǎn)位為低風(fēng)險，24個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，7個點(diǎn)位為較重風(fēng)險。濟(jì)南市城市綠地土壤中各重金屬污染程度由強(qiáng)到弱依次為：Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni。

表5 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度

濟(jì)南市不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)見表6。結(jié)果表明，3種類型城市綠地各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)差異明顯。Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均值在道路綠化帶最高，Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均值在公園綠地最高，Pb、Cu、As、Ni的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)均值在居民小區(qū)綠地最高。

表6 不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

濟(jì)南市不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度情況見圖1，結(jié)果表明，濟(jì)南市城市綠地土壤各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度由強(qiáng)到弱依次為：Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni，Hg和Cd存在較大潛在生態(tài)風(fēng)險，Hg對濟(jì)南市城市綠地土壤生態(tài)環(huán)境潛在風(fēng)險最大。Cd處在低風(fēng)險～較重風(fēng)險之間，Hg在各級別潛在生態(tài)風(fēng)險都有分布，重風(fēng)險和嚴(yán)重風(fēng)險點(diǎn)位占24.4%。

圖1 不同類型城市綠地土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度Fig.1 The degree of potential ecological risk of heavy metals in different types of urban green space

不同類型城市綠地Cd和Hg潛在生態(tài)風(fēng)險存在差異。Cd在公園綠地土壤中有7個點(diǎn)位為低風(fēng)險，7個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，1個點(diǎn)位為較重風(fēng)險；在居民小區(qū)土壤中有5個點(diǎn)位為低風(fēng)險，8個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，2個點(diǎn)位為較重風(fēng)險；在道路綠化帶中有2個點(diǎn)位為低風(fēng)險，9個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，4個點(diǎn)位為較重風(fēng)險。Hg在公園綠地土壤中有4個點(diǎn)位為低風(fēng)險，5個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，3個點(diǎn)位為較重風(fēng)險，3個點(diǎn)位為嚴(yán)重風(fēng)險；在居民小區(qū)土壤中有2個點(diǎn)位為低風(fēng)險，2個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，6個點(diǎn)位為較重風(fēng)險，4個點(diǎn)位為重風(fēng)險，1個點(diǎn)位為嚴(yán)重風(fēng)險；在道路綠化帶土壤中有3個點(diǎn)位為低風(fēng)險，5個點(diǎn)位為中等風(fēng)險，4個點(diǎn)位為較重風(fēng)險，2個點(diǎn)位為重風(fēng)險，1個點(diǎn)位為嚴(yán)重風(fēng)險。相關(guān)研究表明，Cd主要來自冶煉、電池、電鍍、顏料等工業(yè)排放，Hg的主要來自于汽車尾氣、燃煤降塵、建筑揚(yáng)塵等[16]，經(jīng)干濕沉降進(jìn)入到城市綠地土壤中，是城市綠地土壤重金屬污染的主要污染源。城市化進(jìn)程、工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)热藶榛顒蛹涌炝顺鞘芯G地土壤重金屬的外源性輸入速率，是造成濟(jì)南市城市綠地土壤重金屬污染的重要原因。

3.3.2 綜合潛在生態(tài)風(fēng)險評價

為進(jìn)一步摸清濟(jì)南市不同類型城市綠地土壤潛在生態(tài)風(fēng)險程度，計算并統(tǒng)計了不同類型城市綠地各監(jiān)測點(diǎn)位綜合潛在生態(tài)風(fēng)險級別和各類型城市綠地綜合潛在生態(tài)風(fēng)險級別，其結(jié)果分別見圖2和表7。由圖2可見，濟(jì)南市不同類型城市綠地多數(shù)監(jiān)測點(diǎn)位綜合潛在生態(tài)風(fēng)險程度處在輕微和中等風(fēng)險，輕微和中等風(fēng)險點(diǎn)占80%。但個別監(jiān)測點(diǎn)位綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較高，處在重度和嚴(yán)重生態(tài)風(fēng)險，其中，6個點(diǎn)位為重度生態(tài)風(fēng)險，3個點(diǎn)位為嚴(yán)重生態(tài)風(fēng)險。

圖2 不同類型城市綠地各監(jiān)測點(diǎn)位綜合潛在生態(tài)風(fēng)險程度Fig.2 The degree of comprehensive potential ecological risk in different types of urban green space monitoring points

由表7可見，濟(jì)南市城市綠地土壤狀況總體處在輕微和中等生態(tài)風(fēng)險，但個別綠地土壤處在重度生態(tài)風(fēng)險。公園綠地中4個為輕微生態(tài)風(fēng)險，1個位重度生態(tài)風(fēng)險；居民小區(qū)綠地中1個為輕微生態(tài)風(fēng)險，2個為中等生態(tài)風(fēng)險，1個為重度生態(tài)風(fēng)險；道路綠化帶中1個為輕微生態(tài)風(fēng)險，2個為中等生態(tài)風(fēng)險，1個為重度生態(tài)風(fēng)險。不同類型綠地受重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險程度依次是居民小區(qū)綠地>道路綠化帶>公園綠地。為確保城市綠地土壤環(huán)境健康，營造良好人居環(huán)境，應(yīng)對該污染問題加以重視，采取相應(yīng)措施綜合治理和修復(fù)土壤重金屬污染，尤其應(yīng)該加強(qiáng)對土壤Cd和Hg的治理。

表7 不同類型城市綠地綜合潛在生態(tài)風(fēng)險程度

4 結(jié)果與討論

(1)濟(jì)南市城市綠地土壤Cd、Hg、Pb、Cu、As和Ni的平均含量均超過山東省土壤背景值，Hg和Cd污染程度最為嚴(yán)重，Pb、Cu、As、Ni的污染程度較輕，工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和生活污染排放等人為活動已導(dǎo)致濟(jì)南市城市綠地土壤重金屬污染。

(2)濟(jì)南市城市綠地土壤污染程度處在尚清潔至重度污染之間，輕度污染、中度污染、重度污染點(diǎn)位分別占44.4%、37.8%、15.6%。

(3)濟(jì)南市城市綠地土壤各重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險程度由強(qiáng)到弱依次為：Hg>Cd>As>Pb>Cu>Ni，Hg和Cd存在較大潛在生態(tài)風(fēng)險，Hg對濟(jì)南市城市綠地土壤生態(tài)環(huán)境潛在風(fēng)險最大，不同類型城市綠地Hg和Cd潛在生態(tài)風(fēng)險存在差異。

(4)濟(jì)南市城市綠地土壤狀況總體處在輕微和中等生態(tài)風(fēng)險，個別綠地土壤處在重度生態(tài)風(fēng)險，不同類型綠地受重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險程度依次為：居民小區(qū)綠地>道路綠化帶>公園綠地。

(5)城市化進(jìn)程、工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)热藶榛顒蛹涌炝顺鞘芯G地土壤重金屬的外源性輸入速率，是造成濟(jì)南市城市綠地土壤重金屬污染的重要原因。為確保城市綠地土壤環(huán)境健康，營造良好人居環(huán)境，應(yīng)采取相應(yīng)措施綜合治理和修復(fù)土壤重金屬污染，尤其應(yīng)該加強(qiáng)對土壤Cd和Hg的治理。