胡昱欣，宋 煒，周瑞靜

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

近些年，隨著“退二進(jìn)三”“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移”“土十條”等政策相繼落地，北京市對(duì)生產(chǎn)工藝落后、生產(chǎn)方式粗放、污染較重的工業(yè)企業(yè)逐步采取關(guān)閉、搬遷與騰退等措施。國(guó)內(nèi)外從不同研究對(duì)象與用地類型等角度已開(kāi)展了大量關(guān)于重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)、污染與來(lái)源等方面的研究（Zhao Xingqing et al., 2020；Chen Mo et al., 2017；Ahmed et al., 2016；Al-Hammad et al., 2016；Han Ping et al., 2014；Nwachukwu et al., 2010）。表層土壤為與人類接觸最密切的土壤介質(zhì)，易受外界環(huán)境的污染，尤以重金屬富集最為常見(jiàn)。北京市從區(qū)域尺度上對(duì)城市公園用地、城區(qū)用地、城市綠地表層土壤中重金屬污染分布特征與來(lái)源進(jìn)行分析（安永龍等，2016；劉軼軒等，2017；劉玲玲，2020）；從城區(qū)尺度上對(duì)順義、朝陽(yáng)區(qū)五環(huán)內(nèi)的綠地表層土壤重金屬地球化學(xué)特征與影響因素進(jìn)行了研究（余洪慧，2019；李婧等，2019）。然而，對(duì)于目前無(wú)法關(guān)?；虬徇w的在產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部、周邊一定范圍內(nèi)表層土壤環(huán)境狀況的關(guān)注較高，對(duì)周邊環(huán)境的影響研究仍待完善。

土壤污染評(píng)價(jià)方法較多，以單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法在污染評(píng)價(jià)中應(yīng)用最多（沈城等，2020；黃安林等，2020）。地累積指數(shù)法反映人類活動(dòng)對(duì)土壤本底環(huán)境的影響，被廣泛應(yīng)用于土壤中重金屬累積評(píng)價(jià)（常家華等，2019；徐玉霞等，2013）。潛在生態(tài)危害指數(shù)法用于定量評(píng)價(jià)重金屬污染物的生態(tài)危害程度，采用多種方法評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量是目前廣泛采用的手段，可更好的反應(yīng)土壤環(huán)境狀況。本文以海淀區(qū)10家重點(diǎn)在產(chǎn)企業(yè)周邊表層（0～20 cm）土壤為研究對(duì)象，采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法與潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)2018—2020年企業(yè)周邊表層土壤重金屬進(jìn)行污染、累積與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，綜合分析其累積來(lái)源與時(shí)空分布特征，對(duì)深入、細(xì)化地研究北京市海淀區(qū)土壤環(huán)境污染狀況，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海淀區(qū)位于北京市西北部，為典型的北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候（王志剛等，2020），常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。全區(qū)面積為430.77 km2（李茹茹，2017），約占北京市總面積的2.53%。本次研究選取了海淀區(qū)10家有代表性的重點(diǎn)在產(chǎn)企業(yè)，包括石油化工（ZSH）、垃圾填埋場(chǎng)（LLT）、半導(dǎo)體（RS）、醫(yī)用材料（AT）、電子所（SW）與其他5家涉密企業(yè)，主要位于海淀區(qū)中心及東部區(qū)域。具有涉密企業(yè)較多、關(guān)注度較高、敏感性較強(qiáng)、涵蓋行業(yè)類別較廣的特點(diǎn)，且企業(yè)產(chǎn)生的生活污水排入市政管網(wǎng)，生產(chǎn)廢水均經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后方排入市政管網(wǎng)，部分企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中少量廢氣存在無(wú)組織排放，故主要考慮在大氣沉降等作用下企業(yè)生產(chǎn)對(duì)周邊環(huán)境的影響。

1.2 樣品采集與分析

以重點(diǎn)企業(yè)為中心構(gòu)建緩沖區(qū)，在海淀區(qū)主導(dǎo)方向下風(fēng)向（西南向）距離企業(yè)75 m、200 m、400 m緩沖區(qū)處各設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，在西北方向、東北方向與東南方向200 m緩沖區(qū)處各設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)。其中2家公司由于距離較近，故合布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)；其他企業(yè)周邊均布設(shè)了6個(gè)土壤采樣點(diǎn)。2018年9月、2019年6月、2020年4月，分別采集了57個(gè)表層土壤樣品，并用高精度GPS對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采樣點(diǎn)位置進(jìn)行定位。每個(gè)點(diǎn)位采集的樣品量均不少于2.0 kg，于當(dāng)天送抵實(shí)驗(yàn)室以備測(cè)試。土壤中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Ni、As、Hg元素全含量測(cè)定均嚴(yán)格按照GB 36600－2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》推薦的方法，采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Distribution of sampling points in the study area

1.3 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)方法

（1）評(píng)價(jià)方法

采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)表層土壤重金屬污染，采用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)重金屬蓄積程度與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。其中，單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：P≤1為非污染，1 ＜P≤2為輕微污染，2 ＜P≤3為輕度污染，3 ＜P≤5為中度污染，P＞ 5為重度污染。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：PN≤0.7為安全，0.7≤PN≤1為清潔，1≤PN≤2為輕度污染，2≤PN≤3為中度污染，PN≥3為重度污染。地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：Igeo≤0為無(wú)污染，0 ＜Igeo≤1為輕度—中等污染，1 ＜Igeo≤2為中等污染，2 ＜Igeo≤3為中等—強(qiáng)污染，3 ＜Igeo≤4為強(qiáng)污染，4 ＜Igeo≤5為強(qiáng)—極嚴(yán)重污染，5 ＜Igeo≤10為極嚴(yán)重污染。潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：RI＜ 150為輕度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，150≤RI＜ 300為中度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，300≤RI＜ 600為強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，RI＞ 600為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（沈城等，2020；黃安林等，2020；徐玉霞等，2013；胡昱欣等，2021）。由于企業(yè)周邊采樣點(diǎn)處土壤現(xiàn)狀用地類型為建設(shè)用地中第二類用地，故重金屬篩選值選取第二類用地相應(yīng)指標(biāo)的篩選值或工業(yè)/商服用地的篩選值。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，北京市土壤中As、Pb、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn元素的篩選值、北京市背景值與毒性系數(shù)取值見(jiàn)表1（陳同斌等，2004；李春蘭等，1984；Hakanson，1980）。

表1 各重金屬篩選值、北京市背景值與毒性系數(shù)取值Tab. 1 The screening value,background value of Beijing and toxicity coefficient value of heavy metal

（2）數(shù)據(jù)分析處理

本次統(tǒng)計(jì)特征采用SPSS 24.0計(jì)算，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法與地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)采用Matlab 2020實(shí)現(xiàn)，繪圖采用Origin 2018、ESRI ArcGIS 10.4軟件實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)與趨勢(shì)分析

海淀區(qū)重點(diǎn)企業(yè)周邊表層土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)含量與陽(yáng)離子交換量3年均值范圍依次為8.09～8.33、15.10～19.00 g·kg-1、8.59～9.36 cmol·kg-1，土壤總體呈弱堿性環(huán)境。對(duì)Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Ni、Hg、As全含量進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，2018—2020年每年所取樣品數(shù)均為57，土壤中8項(xiàng)重金屬檢出率均為100%。由于重金屬全含量均低于第二類用地類型相應(yīng)指標(biāo)的篩選值，故超標(biāo)樣品數(shù)和超標(biāo)率均為0。2018—2020年海淀區(qū)重點(diǎn)企業(yè)周邊表層土壤中重金屬含量數(shù)理統(tǒng)計(jì)如表2所示，表層土壤中重金屬含量均值柱狀圖如圖2所示。

圖2 2018—2020年重點(diǎn)企業(yè)周邊土壤重金屬變化趨勢(shì)Fig. 2 Trend of soil heavy metals around key enterprises from 2018 to 2020

表2 土壤中重金屬數(shù)理統(tǒng)計(jì)參數(shù)（單位：mg·kg-1）Tab.2 Statistics of mathematical parameters of heavy metals in soil (unit: mg·kg-1)

變異系數(shù)可以更好地分析數(shù)據(jù)的離散程度，相較于標(biāo)準(zhǔn)偏差可消除不同單位與量綱的影響，反映重金屬空間分布差異性。結(jié)合表2與圖2可知，2018—2020年海淀區(qū)重點(diǎn)企業(yè)周邊表層土壤中Zn、Cr、Pb、Cd平均值逐年略有升高，Ni平均值逐年降低，其他元素存在微小幅度波動(dòng)?？傮w上，土壤中8項(xiàng)重金屬元素平均水平較穩(wěn)定，變化趨勢(shì)平穩(wěn)，不存在大幅度波動(dòng)。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)離散程度看，2019年、2020年土壤中Cu、Cr、Ni、As元素含量檢測(cè)值變異系數(shù)均低于0.20，為低變異度；Hg元素檢測(cè)值在2018—2020年變異系數(shù)均相對(duì)較高。分析發(fā)現(xiàn)，2018—2020年，RS周邊表層土壤中重金屬的標(biāo)準(zhǔn)偏差整體大于其他企業(yè)。

2.2 相關(guān)性分析

采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)各重金屬分布態(tài)勢(shì)得出，Cu、Cr、Ni、As、Zn、Pb、Cd、Hg不完全呈正態(tài)分布，故采用Spearman非參數(shù)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。由表3可知，Cu、Zn、Pb、Hg、Ni兩兩之間存在極顯著相關(guān)性，As與Cd、Ni相關(guān)性均較好；Cr與其他重金屬相關(guān)系數(shù)均低于0.22，相關(guān)性相對(duì)較弱，無(wú)極顯著相關(guān)性。總體上，除Cr外多數(shù)重金屬存在較好的相關(guān)性。

表3 土壤中重金屬相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of heavy metals in soil

2.3 重金屬污染與累積評(píng)價(jià)

采用單因子指數(shù)法與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行土壤污染評(píng)價(jià)，采用地累積指數(shù)法對(duì)2018—2020年土壤中8項(xiàng)重金屬累積程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，污染評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。重金屬全含量散點(diǎn)圖見(jiàn)圖3，重金屬各累積級(jí)別占比見(jiàn)圖4。

圖3 土壤8項(xiàng)重金屬全含量散點(diǎn)圖Fig. 3 Scatter diagram of total content about eight each heavy metal in soil

圖4 重金屬元素各累積級(jí)別百分比Fig. 4 Percentage of each cumulative level about heavy metal elements

表4 土壤污染評(píng)價(jià)結(jié)果Tab. 4 Results of pollution evaluation in soil

由表4可知，各重點(diǎn)企業(yè)周邊調(diào)查點(diǎn)處表層土壤中8項(xiàng)重金屬檢測(cè)值均低于篩選值，不存在上述重金屬污染。2018—2020年表層土壤中Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Ni、Hg、As元素單因子指數(shù)最大值（Pi,max）為0.77，小于1；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）最大值為0.55，小于0.7，各企業(yè)周邊采樣點(diǎn)處土壤環(huán)境質(zhì)量屬于安全等級(jí)。土壤中Cr含量連續(xù)3年均高于背景值；2018—2020年土壤中Hg元素超背景值倍數(shù)最大值均較高，依次為9.18、5.69、6.25，2018年RS-D-1調(diào)查點(diǎn)處表層土壤Hg元素超背景值倍數(shù)為9.18。RS周邊表層土壤中超背景值百分比接近100%，與地累積污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果一致，可見(jiàn)污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。

由圖4可知，2019—2020年表層土壤中Cr累積率均為100%。除Cr、Cu外，2018—2020年間其他重金屬元素地累積指數(shù)平均值均小于零。總體上，2018—2020年土壤中8項(xiàng)重金屬累積百分比變幅較小，各元素累積程度表現(xiàn)為ICr＞IHg＞ICu＞IZn＞IAs＞I(Cd,Pb,Ni)。Hg元素在RS周邊表層土壤中累積程度相對(duì)較高，最高為中等—強(qiáng)累積；Cu、Zn、As含量存在輕度—中等累積，其他元素累積風(fēng)險(xiǎn)可忽略。

2.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)2018—2020年海淀區(qū)重點(diǎn)企業(yè)周邊表層土壤中重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)，各污染風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別占比見(jiàn)圖5。

圖5 各污染風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別所占百分比Fig. 5 Percentage of each pollution risk level about heavy metal elements

由圖5可知，2018—2020年RI各風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別占比存在小幅度波動(dòng)，輕度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)占比各年均最高；中等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位數(shù)占比存在一定波動(dòng)，強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位數(shù)呈減小趨勢(shì)。分析企業(yè)評(píng)價(jià)結(jié)果得出，RS、SW和LLT周邊點(diǎn)位土壤中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。結(jié)合前述累積評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RS表層土壤累積程度亦相對(duì)較高，需要加強(qiáng)對(duì)上述3家企業(yè)周邊土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部自行監(jiān)測(cè)監(jiān)管等。

3 討論

3.1 評(píng)價(jià)方法對(duì)比

單因子指數(shù)法與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的優(yōu)勢(shì)在于方法簡(jiǎn)單，多用于評(píng)價(jià)土壤是否存在重金屬污染；地累積指數(shù)法側(cè)重于反映人類活動(dòng)對(duì)土壤本底環(huán)境的影響；潛在生態(tài)危害指數(shù)法則從重金屬的毒性角度評(píng)價(jià)土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，各方法可相互補(bǔ)充、綜合反映土壤環(huán)境狀況。通過(guò)評(píng)價(jià)可知，海淀區(qū)重點(diǎn)企業(yè)周邊表層土壤重金屬含量均低于篩選值，企業(yè)周邊采樣點(diǎn)處土壤不存在重金屬污染，但部分企業(yè)周邊表層土壤存在不同程度的重金屬累積，如RS、SW點(diǎn)等，重點(diǎn)企業(yè)周邊僅RS-D-3、LLT-O-3點(diǎn)位存在強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 累積來(lái)源淺析

土壤重金屬累積一般包括自然源和人為源，自然源包括大氣沉降、成土母質(zhì)等；人為源種類較多，如工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、污水灌溉等。2018—2020年土壤中Cr元素全含量變異系數(shù)0.11～0.25，空間分布差異性較小，分析Cr累積主要受成土母質(zhì)影響，這與前人研究結(jié)果一致（安永龍等，2016）。2018—2020年土壤Hg的變異系數(shù)均大于0.5，最大為1.1；在RS周邊表層土壤中最高為中等—強(qiáng)累積，超背景值倍數(shù)亦較高，分析Hg累積主要由于人為源中的點(diǎn)源污染造成。由于該公司主要生產(chǎn)半導(dǎo)體電子產(chǎn)品，存在涉重金屬生產(chǎn)工藝，會(huì)對(duì)周邊土壤Hg累積產(chǎn)生一定的影響。

4 結(jié)論

通過(guò)前述研究，獲得如下結(jié)論：

（1）從土壤重金屬污染和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控看，海淀區(qū)重點(diǎn)企業(yè)周邊采集的表層土壤樣品中8項(xiàng)重金屬元素全含量均低于篩選值，各企業(yè)周邊采樣點(diǎn)處土壤質(zhì)量為安全等級(jí)。RS、SW、LLT周邊土壤潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)略高，建議加強(qiáng)土壤監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)監(jiān)管。

（2）從土壤重金屬含量變化趨勢(shì)看，所有點(diǎn)位土壤中Zn、Cr、Pb、Cd歷年檢測(cè)平均值逐年略有升高，土壤中Ni平均值逐年略有降低，其他元素存在微小幅度波動(dòng)，總體上變化趨勢(shì)平穩(wěn)。2018—2020年，RS周邊表層土壤中重金屬的標(biāo)準(zhǔn)偏差整體大于其他企業(yè)，其中Cu、Zn、Hg元素標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)更大。

（3）從重金屬累積程度分析，表層土壤中Cr、Cu、Zn、Hg、As為主要累積元素，尤以Cr、Cu元素，且RS土壤累積程度相對(duì)較高。

（4）從重金屬相關(guān)性和累積來(lái)源看，Cu、Zn、Pb、Hg、Ni兩兩之間存在極顯著相關(guān)性，As與Cd、Ni相關(guān)性均較好，Cr與其他重金屬元素相關(guān)性相對(duì)較弱。分析企業(yè)周邊土壤中Cr累積主要受成土母質(zhì)影響，Hg累積主要由點(diǎn)源污染造成。