馬嶺工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險評價

朱守立 詹孝慈 樊啟明張 垠 張國義

（1.興義民族師范學(xué)院， 貴州 興義 562400；2.民族藥用生物資源研究與開發(fā)實驗室，貴州興義 562400；3.黔西南州食品藥品監(jiān)管局， 貴州 興義 562400）

馬嶺工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險評價

朱守立1.2詹孝慈1.2樊啟明3張 垠1.2張國義1.2

（1.興義民族師范學(xué)院， 貴州 興義 562400；2.民族藥用生物資源研究與開發(fā)實驗室，貴州興義 562400；3.黔西南州食品藥品監(jiān)管局， 貴州 興義 562400）

以馬嶺工業(yè)區(qū)周邊10km2區(qū)域為研究區(qū),通過等距網(wǎng)格布點,采集表層土壤樣品共計30個,采用污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法，對其主要工業(yè)區(qū)的土壤重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg的污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險進行了評價。結(jié)果表明,土壤受到了不同程度的Zn、Pb、Cd、Hg污染,其中Hg污染最為嚴重;從土壤綜合污染指數(shù)來看,綜合污染指數(shù)在0.27～5.83之間,均值為1.73,馬嶺工業(yè)區(qū)土壤綜合評價為輕度污染。土壤重金屬元素的潛在生態(tài)危害性為Hg＞Cd＞As＞Pb＞Cu＞Zn,其中Hg和Cd是主要的生態(tài)風(fēng)險貢獻因子。土壤總體處于輕度污染狀態(tài)，但Hg局部污染程度已具有較強的潛在生態(tài)風(fēng)險，應(yīng)引起重視，加強管理和風(fēng)險控制，需要持續(xù)跟蹤評價，及時進行工程阻隔、固化、穩(wěn)定化等土壤系統(tǒng)修復(fù)工作。

馬嶺工業(yè)區(qū);土壤;重金屬;潛在生態(tài)風(fēng)險

Abstract:By equidistant grid arrangement of samples,30 surface soil samples are collected in 10 km2Maling industrial area.The Pollution index and potential ecological risk index are used to evaluate pollution situation ofCu、Zn、Pb、Cd、As and Hg in Maling industrial area.The results showed that the soil has been contaminated by Zn,Pb,Cd and Hg,and Hg pollution is the most seriousamong them.Soil comprehensive pollution indexes of Maling industrial area range from 0.27 to 5.83,with an average of 1.73,which implies the soil is lightlypolluted.Potential ecological harm ofheavy metal elements was Hg＞ Cd＞ As＞Pb＞ Cu＞ Zn,ofwhich,Hg and Cd are the main contribution to the ecological risk factors.The total pollution of the soil is slightly polluted,but the local pollution of mercury has a strong potential ecological risk,which should be paied great attention.The management and risk control are to be strengthened,continuous tracking and evaluation need to be done,engineering barrier,curing,stabilization and other soil system repaiingrwork are tobe carried out in time.

Key Words:Malingindustrial area;soil;heavymetal;potential ecological risk

隨著工業(yè)化和城市化的飛速發(fā)展，城市土壤環(huán)境污染日益嚴重，城市土壤環(huán)境問題越來越受到重視，城市工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染日趨嚴重[1]。近十幾年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對各地工業(yè)區(qū)周邊土壤重金屬進行了大量的調(diào)查研究，研究顯示工業(yè)區(qū)土壤重金屬積累明顯，均受到不同程度的重金屬污染[2-7]。因此，加強對工業(yè)區(qū)周邊土壤中重金屬污染研究尤為迫切。

貴州省興義市馬嶺工業(yè)園區(qū)是以機械裝配制造業(yè)、電子信息及產(chǎn)品制造業(yè)和服裝制造業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)的輕工業(yè)園區(qū)，經(jīng)過十余年的發(fā)展，目前入駐有貴州宜化、貴州興化，同益塑業(yè)、浙興商貿(mào)城等一批大型工廠企業(yè)及商貿(mào)物流中心，園區(qū)發(fā)展初具規(guī)模，產(chǎn)業(yè)聚集步伐不斷加快，其集化工、制造業(yè)、物流業(yè)為一體的主要產(chǎn)業(yè)性質(zhì)決定了該工業(yè)園區(qū)周邊環(huán)境可能會受到重金屬污染。目前關(guān)于興義市馬嶺工業(yè)園區(qū)重金屬的污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險評價的研究缺乏，因此有必要對該區(qū)域土壤開展重金屬特征研究及環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評價，以期為該區(qū)域重金屬污染研究和防治提供基礎(chǔ)性指導(dǎo)。

一、材料與方法

1.樣區(qū)設(shè)計與樣品采集

查閱相關(guān)文字資料及貴州省興義市最新政區(qū)圖，確定了本研究的目標范圍為距離興義市區(qū)以北11公里的馬嶺工業(yè)園區(qū)，并進行實地考察；在綜合考慮研究區(qū)內(nèi)地貌、土壤、交通網(wǎng)絡(luò)等各種因素的基礎(chǔ)上,確定以馬嶺工業(yè)園區(qū)南北向約4km、東西向2.5km為研究區(qū)，面積約10km2。結(jié)合“3S”技術(shù)，樣點布置基本采用等距網(wǎng)格布置，并根據(jù)具體地形情況、土地利用與覆蓋狀況、功能區(qū)等進行微調(diào),并最終在工作圖上標定所有樣點位置（圖1）。采樣過程土壤樣點用GPS精確定位，并采用混合樣的采集方法，共采集土壤樣品30個（圖2）

圖1 研究區(qū)設(shè)計及樣點布置流程Fig.1 The flow chart study area locating and sampling design

圖2 土壤采樣點分布示意圖Fig.2 Soil sampling sites in the study area

2.樣品處理及分析方法

土壤樣品現(xiàn)場充分混合后采用四分法棄去多余土壤，保留1kg左右的土壤樣品帶回實驗室。將取好的土樣平鋪在潔凈牛皮紙上讓其自然風(fēng)干，使用木質(zhì)工具進一步用瓷缽磨碎研細并過10目、60目和100目的尼龍篩，采用HF-HClO4-HNO3消解法對土壤樣品進行消解，消解后冷卻，定容至25ml。土壤中全量鋅、銅、鉛采用火焰原子吸收分光光度法測定，土壤汞采用冷原子吸收法測定，土壤砷采用原子熒光光譜法測定，全量鎘采用石墨爐原子吸收分光光度法[8]。

3.土壤重金屬污染評價

（1）污染指數(shù)法

①單因子污染指數(shù)法：

單個重金屬元素的污染程度采用單項污染指數(shù)法評價,計算公式為：Pi=Ci/Si。其中，Pi為污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；Ci為污染物i的實測濃度（mg/kg）；Si為國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準。根據(jù)研究區(qū)域的土壤性質(zhì)，本研究采用我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618-1995）二級標準作為評價依據(jù)，對各項污染物的含量限值進行污染評價（表1）。

表1 我國重金屬元素的土壤pH環(huán)境質(zhì)量標準Tab.1 Soilenvironmentquality standard ofheavymentalelements in China

②內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法：

多種重金屬的綜合污染指數(shù)采用內(nèi)梅羅指數(shù)法[9]，計算公式為其中，P綜為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pimax為各單因子環(huán)境質(zhì)量污染指數(shù)中最大值；Pˉi為所有單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)平均值。依據(jù)單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法可將土壤重金屬污染劃分為5個等級，如表2所示．

表2 土壤重金屬污染指數(shù)分級標準Tab.2 Classification standard ofheavy metalpollution index

（2）潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法由瑞典科學(xué)家Hakanson[10]提出,分為單一金屬潛在風(fēng)險指標及多金屬潛在風(fēng)險指標兩種評價體系[11]。

單一金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指標計算為：

多金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指標計算為：

依據(jù)Hakanson制定的標準化重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)作為評價標準，幾種重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)分別為 Cu=5，Zn=1，Pb=5，Cd=30，As=10，Hg=40。重金屬潛在風(fēng)險評價指標與分級具體見表3。

表3 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價指標與分級Tab.3Indices and grades ofpotentialecologicalrisk index ofheavy metals

4.數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

本研究采用Eecel及SPSS下完成進行數(shù)據(jù)的處理與統(tǒng)計。

二、結(jié)果

1.土壤污染指數(shù)

以中國土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準為評價標準進行土壤污染評價，從單項污染指數(shù)（表4）可以看出研究區(qū)域30個表層土壤受到了不同程度的Zn、Pb、Cd、Hg污染。其中，Hg污染最為嚴重，達到了中污染水平，污染形勢嚴峻；其次為Cd，達輕污染水平，表明土壤開始受到污染；Zn和Pb為尚清潔，污染等級為警戒級，表明要引起足夠重視；工業(yè)園區(qū)土壤均未受到Cu和As的污染，污染等級為安全，土壤污染水平為清潔。從土壤綜合污染指數(shù)來看，綜合污染指數(shù)在0.27～5.83間，均值為1.73，馬嶺工業(yè)區(qū)土壤綜合評價為輕度污染。

表4 土壤重金屬污染評價指數(shù)Tab.4 Pollution appraisalindexes ofsoilheavy metal

2.潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

從表5看出,根據(jù)馬嶺工業(yè)區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價的結(jié)果，生態(tài)風(fēng)險參數(shù)（）值，Hg生態(tài)危害最大,為89.20，屬于較高生態(tài)危害，是最主要的生態(tài)風(fēng)險的貢獻因子；其次是Cd,為 42.81,屬于中度生態(tài)危害;Cu、Zn、Pb、As為低生態(tài)危害，由于Zn毒性系數(shù)低，其潛在生態(tài)危害性是六個元素中較輕的。6種重金屬元素生態(tài)危害依次為Hg>Cd>As>Pb>Cu>Zn。

評價結(jié)果表明，馬嶺工業(yè)區(qū)重金屬污染已存在一定程度的生態(tài)風(fēng)險，Hg和Cd是馬嶺工業(yè)區(qū)表層土壤中主要的污染元素，應(yīng)對Hg和Cd應(yīng)給與重點關(guān)注。研究區(qū)整體污染程度為低度，雖未達到嚴重的程度，但對研究區(qū)不同區(qū)域樣點的檢測發(fā)現(xiàn)，已存在部分區(qū)域有惡化的趨勢，需要采取必要措施規(guī)避風(fēng)險和進行污染防治。據(jù)已有研究報道[12，13]，貴州省大部分地區(qū)土壤重金屬中的Hg和Cd具有較高的生態(tài)風(fēng)險，與本研究結(jié)果一致。

表5 馬嶺工業(yè)區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價結(jié)果Tab.5 Potential ecological risk assessment ofheavymetals in soils around MalingIndustryPark

三、結(jié)論

1.馬嶺工業(yè)區(qū)土壤重金屬綜合污染指數(shù)在0.27～5.83之間，平均值為1.73，表明土壤中重金屬處于輕度污染狀態(tài)。從單因子污染指數(shù)來看，在研究區(qū)的表層土壤中，Hg的單因子污染指數(shù)最大，為2.23，為中度污染狀態(tài)，Cd為1.43，為輕度污染狀態(tài)，Zn、Pb雖處于尚清潔狀態(tài)，兩者均已達到警戒水平，要引起重視。其余2種重金屬元素處于安全級別，說明該區(qū)域土壤重金屬污染染以Hg和Cd為主。

2.以土壤單項潛在生態(tài)危害系數(shù)來看，潛在生態(tài)危害的重金屬主要是Hg，處于較高生態(tài)危害；Cd 次之，處于中度生態(tài)危害。而 Cu、Zn、Pb、As均顯示為低度生態(tài)危害程度，土壤重金屬元素的潛在生態(tài)危害性為Hg>Cd>As>Pb>Cu>Zn,馬嶺工業(yè)區(qū)土壤潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)為RI=146.55，說明土壤中重金屬污染為低度生態(tài)危害。

3.采用污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法兩種評價方法結(jié)果一致，說明馬嶺工業(yè)區(qū)中表層土壤重金屬存在不同程度的累積，部分重金屬的空間分布差異較大，其中Hg和Cd為主要的生態(tài)風(fēng)險貢獻因子，Hg和Cd均為有害重金屬物質(zhì)，直接影響到人類的健康和安全，應(yīng)列為該區(qū)域優(yōu)先控制污染元素。

[1]Chen X,XiaX H,ZhanY,etal.Heavy metal concentrations in roadside soils and correlation with urban traffic in Beijing,China [J].Journal of Hazardous Materials,2010,181(1-3):640-646.

[2]張孝飛,林玉鎖,俞飛,等.城市典型工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染狀況研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2005,14(4):512-515.

[3]陳玲,夏俊,李宇慶,等.上海化學(xué)工業(yè)區(qū)土壤環(huán)境背景值調(diào)查[J].生態(tài)學(xué)雜志,2005,24(1):65-69.

[4]王友保,張鳳美,王興明,等.蕪湖市工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染狀況研究[J].土壤,2006,38(2):196-199.

[5]MachenderG,DhakateR,PrasannaL,etal.Assessment of heavy metal contamination in soils around Balanagar industrial area,Hyderabad, India [J].Environment Earth Sciences,2010,10:325-334.

[6]Soriano-DislaJM,SpeirT W,GómezI,et al. Evaluation of different extraction methods for the assessment of heavy metal bioavailability in various soils[J].Water,Air,and Soil Pollution,2010,213: 471-483.

[7]張倩,陳宗娟,彭昌盛,等.大港工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險評價 [J].環(huán)境科學(xué),2015,36(11):4232-4240.

[8]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1999:474-489.

[9]郭笑笑,劉叢強,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.

[10]HakansonL.An ecologicalrisk index for aquatic pollution control.A sedimentological approach[J].Water research,1980,14(8):975-1001.

[11]徐爭啟,倪師軍,庹先國,等.潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價中重金屬毒性系數(shù)計算[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2008,31(2):112-115.

[12]胡江良,胡恭任,于瑞蓮,等.六盤水工業(yè)區(qū)表層土壤的重金屬污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(7):188-192.

[13]余菲,肖玲,康苗苗,等.貴陽市中心城區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀及其評價[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2011,24(3):5-8.

責(zé)任編輯：鄭玉國

AssessmentofPotentialEcologicalRiskofHeavyMetals inSoils fromMaLingIndustrialArea

ZHU Shou-li1.2ZHAN Xiao-ci1.2FAN Qi-ming3ZHANG Yin1.2ZHANG Guo-yi1.2
（1.Xingyi Normal Universityfor Nationalities,Xingyi,Guizhou 562400,China；2.KeyLaboratoryofResearch and Development of Ethnomedicinal Biological Resources,Xingyi Guizhou 562400,China；3.Qianxinan Food and DrugAdministration,Xingyi,Guizhou 562400,China）

1009—0673（2016）06—0120—05

X53;X826

A

2016—12—10

黔西南州科技計劃課題（編號：2014-31）。

朱守立（1982— ），女，貴州黎平人，興義民族師范學(xué)院生物與化學(xué)學(xué)院講師，碩士，研究方向：區(qū)域環(huán)境污染評價。