不同用地類型下土壤重金屬分布特征與風險評價

鄭 毓

(上海興東環(huán)?？萍加邢薰荆虾?200042)

為滿足城市居民生活和企業(yè)生產(chǎn)的需要，城市大片土地正在重新進行規(guī)劃建設，城市居民再次暴露于原建筑物覆蓋的土壤中。而國內(nèi)外大量研究顯示工業(yè)“三廢”、生活垃圾、交通等使得城市土壤重金屬超標問題日益突出[1-4]。重金屬進入土壤環(huán)境后不能被生物降解，并能經(jīng)口、皮膚、呼吸等途徑進入人體，在人體內(nèi)積累，危害人體健康[5]。本文通過對上海市不同歷史用地類型下場地建筑物拆遷后表層土壤中重金屬含量的調(diào)查，了解城市土壤中重金屬的富集特征和環(huán)境風險。

1 實 驗

1.1 研究區(qū)域和樣品采集

上海地處中國華東地區(qū)，是金融貿(mào)易、航運、科技創(chuàng)新中心和工業(yè)搖籃。本文選擇上海市不同歷史用地類型的場地進行研究，包括養(yǎng)豬場、倉儲用地、居住用地、石材加工場地、軋鋼廠。

采樣區(qū)域分布見圖1。本文根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2014)按照專業(yè)判斷布點法結(jié)合系統(tǒng)布點法進行采集0～20 cm的表層土壤樣品。為使樣品具有代表性，采集過程中避免生活垃圾、石子、植物根莖等。每個點位抓取約500 g土放入聚乙烯塑料樣品袋內(nèi)，于4 ℃保存。

圖1 土壤采樣點分布圖Fig.1 Distribution map of soil sampling sites

1.2 樣品分析

土壤樣品送至實樸檢測技術(shù)(上海)服務有限公司對各金屬進行檢測分析。

1.3 生態(tài)風險評價方法

本文采用單因子指數(shù)法和尼梅羅綜合指數(shù)法對研究區(qū)域土壤重金屬含量進行評價，并用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法和環(huán)境風險指數(shù)法對重金屬的生態(tài)風險程度進行評估。

表1 環(huán)境風險等級評價方法Table 1 Evaluation method of environmental risk level

上述環(huán)境風險評價方法的劃分標準見表1。

1.4 統(tǒng)計方法

本文統(tǒng)計采用Excel和SPSS25軟件完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 含量特征

從表2看出，僅軋鋼廠場地內(nèi)鉛、砷存在超標情況，但各歷史用地類型下的場地各金屬均超出上海市土壤背景值，說明城市化進程中居住、工業(yè)等人類生產(chǎn)生活活動均對環(huán)境背景值產(chǎn)生影響。

鎳、鈹、砷在不同歷史用地類型下的場地土壤中的含量差異不大，而銅、銻、鉛、鎘、汞差異顯著。如，養(yǎng)豬場和軋鋼廠場地銅的含量分別是居住用地的3.38和2.45倍，軋鋼廠場地鉛含量與石材加工場地相差4.95倍。在畜禽養(yǎng)殖過程中，飼料中均添加多種微量元素添加劑，大量研究報道養(yǎng)殖場周邊土地重金屬，尤其是銅超標情況嚴重[9-10]。而軋鋼廠使用的原材料鋼板等含大量銅、鉛重金屬，且軋鋼工藝有鉛淬火、鉛回火，因此軋鋼工藝會給場地帶來較多的銅、鉛污染。

表2 不同歷史用地類型土壤的重金屬含量狀況(濃度/(mg/kg))Table 2 Heavy metal content in soils of different historical land use types

續(xù)表2

此外，不同金屬在相同歷史用地類型下的場地土壤中呈現(xiàn)不同的分布情況。鎳、鈹、砷具有較小的變異系數(shù)(10.47%～48.67%)，表明這些金屬在這些歷史用地類型下的場地分布相對均一。而銅、銻、鉛、鎘、汞變異系數(shù)(50.84%～153.09%)較大，反映這些金屬在上述類別歷史用地類型下場地分布上波動性較大。

2.2 生態(tài)風險評價

單因子指數(shù)顯示養(yǎng)豬場場地土壤銅、鎘、汞為重度污染，軋鋼廠場地土壤鉛、汞為重度污染，銻、鈹、砷在各用地類型下呈輕度或無污染。而綜合污染指數(shù)評估表明養(yǎng)豬場和軋鋼廠場地呈重度污染，其他場地污染等級較低。Hakansan生態(tài)風險評價結(jié)果顯示僅汞在各場地土壤中呈中等～重度風險，這可能與城市土壤背景值本身偏高有關。環(huán)境風險指數(shù)評價指出養(yǎng)豬場、軋鋼廠場地重金屬有極高風險，居住用地風險中等。

原場地利用情況對土壤重金屬含量有顯著影響，不同城市功能區(qū)的重金屬分布呈現(xiàn)一定規(guī)律性[11]。居住用地土壤重金屬存在中度污染和中等風險，該區(qū)域污染源主要是生活垃圾隨意堆放、交通運輸?shù)热祟惢顒訉е轮亟饘贁U散滲漏至土壤中[1]。重金屬元素添加劑的使用在養(yǎng)豬場周圍土壤蓄積，造成環(huán)境污染，且潛在生態(tài)風險較重[12-13]。雖然較多文獻指出養(yǎng)殖活動是土壤重金屬來源之一，也有報道表明規(guī)?；i場的重金屬超標情況比非規(guī)?；i場較好，可能與豬場處理糞污的方式有關[14-15]。目前并未查找到軋鋼廠場地土壤的重金屬污染和生態(tài)風險狀況，本文可作為先例為后續(xù)研究做數(shù)據(jù)支撐。

表3 土壤重金屬的單因子和綜合污染指數(shù)Table 3 Single-factor and comprehensive pollution index of different heavy metals in soils

表4 土壤重金屬的生態(tài)風險指數(shù)Table 4 Ecological risk index of different heavy metals in soils

3 結(jié) 論

(1)上海城市土壤中各金屬含量普遍高于背景值，城市中生產(chǎn)生活活動對其影響較大。污染和生態(tài)風險最嚴重的場地均為養(yǎng)豬場和軋鋼廠，污染最嚴重的金屬有銅、鉛、鎘、汞，產(chǎn)生潛在生態(tài)風險最大的金屬是汞和鎘。

(2)不同重金屬在不同歷史用地類型下的場地土壤中含量分布表現(xiàn)也不同，這與原土地利用方式及其特征污染物相關。重金屬在相同歷史用地類型下場地的土壤中分布具有差異性，銅、銻、鉛、鎘、汞分布波動性較大。

(3)汞在各場地污染和生態(tài)風險程度均較高，因引起重視。要對生活及工業(yè)生產(chǎn)過程中的“三廢”加強監(jiān)管，從源頭消除重金屬帶來的環(huán)境污染。