高密市土壤重金屬調(diào)研—以醴泉街道為例

諸葛星辰

(青島科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)，山東 青島 266000)

土壤重金屬污染指的是土壤中的各種重金屬元素超過土壤所能承受的閾值，對土壤的結(jié)構(gòu)功能造成嚴(yán)重破壞，土壤中出現(xiàn)的重金屬元素主要有汞、鎘、鉛、鉻、鋅、銅等。近年來，土壤中的重金屬含量還呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，對我國的食品安全與國民健康構(gòu)成了風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要對種植可食用農(nóng)作物的農(nóng)田進(jìn)行土壤重金屬污染含量調(diào)研，以便為重金屬污染的防治工作提供理論依據(jù)[1]。本文以微波消解—火焰原子吸收分光光度法測定土壤樣品中的Cu、Zn、Cr三種重金屬的含量，并計(jì)算分擔(dān)率；采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)評估當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘傥廴境潭?，旨在對高密市醴泉街道的土壤重金屬源及污染狀況進(jìn)行分析，以期為后續(xù)土壤防治工作提供數(shù)據(jù)支撐。

1 采樣地概況

在保證采樣方便和滿足實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容的前提下，選擇山東省高密市醴泉街道作為采樣地點(diǎn)。該地處山東半島東部膠東地區(qū)，膠萊平原腹地，屬季風(fēng)性暖溫帶大陸性半濕潤氣候，春分以后，多西南風(fēng)，夏季盛行暖濕的東南季風(fēng)，多雨，冬季氣候干燥寒冷，多西北風(fēng)，土壤類型為潮土土類，土地利用方式主要為旱地，種植農(nóng)作物。采集表層0～20 cm的土壤樣品，在采樣、樣品運(yùn)輸和樣品處理過程中均采用非金屬容器，防止樣品污染[1]。針對當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)風(fēng)向及工廠空間分布特征，并結(jié)合大氣重金屬沉降特征和沉降通量，采用放射狀布點(diǎn)方式選定5個(gè)采樣點(diǎn)，并記錄采樣點(diǎn)坐標(biāo)、種植農(nóng)作物種類等信息，采樣時(shí)間為2018年7月22日。

2 研究方法

為更加系統(tǒng)準(zhǔn)確地評估實(shí)踐地土壤狀況，對研究區(qū)域土壤重金屬污染狀況采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行綜合評價(jià)。

2.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法計(jì)算公式為:

Pi=Ci/Si

(1)

當(dāng)Ci≤Xa時(shí),

Pi=Ci/Si=Ci/Xa

(2)

當(dāng)Xa

P=1+(Ci-Xa)/(Xc-Xa)

(3)

當(dāng)Xc

P=2+(Ci-Xc)/(Xp-Xc)

(4)

當(dāng)Xp

P=3+(Ci-Xp)/Xp

(5)

式中：Pi為土壤中污染物 i 的環(huán)境質(zhì)量指數(shù); ci為污染物 i 的百萬分濃度(mg·kg-1) ; S 為污染物 i 的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg·kg-1) ，Xa,Xc和Xp分別為《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中一、二、三級標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式為:

(6)

式中，I為綜合污染指數(shù)；Si依據(jù)各元素的一級土壤含量上限確定?？蓪⑼寥乐亟饘傥廴緞澐譃?5 個(gè)等級，如表 1所示。

表1 土壤重金屬污染分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification Standard for heavy metal pollution in soils

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬含量檢測

表2 土樣中Cu、Zn和總Cr含量的測定結(jié)果Table 2 Determination of copper,zinc and total chromium in soil samples

運(yùn)用微波消解-火焰原子吸收法測定樣品中Cu、Zn、Cr的含量。測定結(jié)果如表2。對比《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的國家二級標(biāo)準(zhǔn)(pH值<6.5)，5號采樣點(diǎn)處Cu含量超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)214%，1號采樣點(diǎn)處Zn含量超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)。對于Cr來說，采樣點(diǎn)含量均低于閾值。

3.2 評估污染狀況

實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合上述兩種評價(jià)方法對采集樣品的污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。表3是以單因子指數(shù)法對實(shí)踐地土壤中各金屬污染狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。有3個(gè)樣品受到Cu的中度污染，Cu的污染范圍較大，且程度較重。土壤受Zn金屬不同程度的污染，分別為輕度污染、重度污染。2個(gè)采樣點(diǎn)的土壤受到Cr的輕度污染。

表3 土壤樣點(diǎn)重金屬污染情況Table 3 Pollution situation of heavy metal in soil samples

高密市土壤重金屬含量及污染情況如表4所示。表中單項(xiàng)污染指數(shù)以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中各元素的一級土壤含量(自然背景值)上限為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),由內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法中單項(xiàng)污染指數(shù)公式求得[2]。各重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)平均值均大于1.0，土壤總體呈輕度污染狀態(tài)，且Cu的變異系數(shù)較大。按土壤污染分擔(dān)率(土壤中某項(xiàng)污染指數(shù)占各項(xiàng)污染指數(shù)之和的比例)分析，表4中3項(xiàng)污染物分擔(dān)率的排序?yàn)?Cu(40.85%)> Zn(26.28%)> Cr(32.85%)，Cu是土壤中的主要污染物。計(jì)算各種重金屬的變異系數(shù)，3種重金屬的變異系數(shù)大小的排序?yàn)镃u(49.63%)> Zn(42.31%)> Cr(16.37%)。Cu、Zn 變異系數(shù)相對較大，為49.63%、42.31%，說明其空間分布不均勻，可能具有同源性。

表4 土壤重金屬含量及污染情況Table 4 contents and pollution of heavy metals in soil

土壤中重金屬污染常是多種重金屬復(fù)合污染,用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價(jià)每一土壤樣點(diǎn)多種重金屬污染的綜合污染程度。土壤重金屬污染指數(shù)和污染評價(jià)結(jié)果如表5所示，1、2、5號采樣點(diǎn)受到重金屬輕度污染，3、4號土壤樣品達(dá)到警戒限水平，處于尚清潔狀態(tài)。

Cu、Zn的地區(qū)分布差異大，分析來源主要為附近工廠排放的含銅、鋅廢水。對于種植作物的農(nóng)田，Cu可能來源還有銅素農(nóng)藥(如波爾多液)、化肥的大量使用[3]。1號、5號采樣點(diǎn)接近道路主干道，汽車輪胎磨損造成的煙塵、道路灰塵可能對Zn的富集有較大貢獻(xiàn)[4]。Cr的含量分布比較穩(wěn)定，且均未超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，故推測它的來源多為自然源。

表5 土壤重金屬污染評價(jià)結(jié)果Table 5 Results of evaluation of heavy metal pollution in soils

4 結(jié)論

(1)從重金屬統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，Cu、Zn存在超標(biāo)現(xiàn)象，可能給食品安全帶來風(fēng)險(xiǎn)。Cu、Zn分別在5號、1號采樣點(diǎn)超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)；對于Cr來說，采樣點(diǎn)含量均低于閾值。檢測的污染物分擔(dān)率排序?yàn)?Cu> Zn> Cr，Cu是土壤中的主要污染物。

(2)通過單項(xiàng)污染指數(shù)法與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,依據(jù)國家土壤重金屬污染評價(jià)的二級標(biāo)準(zhǔn)研究得出1、2、5號采樣點(diǎn)受到重金屬輕度污染，3、4號土壤樣品達(dá)到警戒限水平，處于尚清潔狀態(tài)。

(3)Cu、Zn 變異系數(shù)相對較大，為49.63%、42.31%，說明其空間分布不均勻，同時(shí)可能存在同源性。Cr的離散性較小，應(yīng)當(dāng)來源于母質(zhì)等自然源。