廣州某區(qū)重點(diǎn)企業(yè)土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張雪梅

(廣州開發(fā)區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 廣州 510663)

土壤環(huán)境是自然生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，大量污染物排入到生態(tài)環(huán)境中，使得土壤重金屬污染問題尤為顯著[2]。目前，關(guān)于我國城市土壤重金屬污染狀況和評(píng)價(jià)已開展了許多的研究，主要有土壤污染特征、重金屬形態(tài)分析、來源分析、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、健康風(fēng)險(xiǎn)及污染場地治理等。本文選取了廣州開發(fā)區(qū)工業(yè)企業(yè)土壤污染狀況為研究對(duì)象，通過對(duì)轄區(qū)內(nèi)73家重金屬企業(yè)廠區(qū)內(nèi)表層土壤采樣分析，并應(yīng)用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、Hakanson 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)其土壤環(huán)境質(zhì)量和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解掌握重點(diǎn)企業(yè)土壤污染特征，為環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域概況

廣州開發(fā)區(qū)位于廣州市東部，是首批國家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)之一，其位處珠江三角洲核心地帶。2014年，與黃埔區(qū)合并后，行政區(qū)域總面積484.17 km2。該區(qū)作為老工業(yè)區(qū)，匯聚了電子制造、石油化工、汽車制造、生物醫(yī)藥、精細(xì)化工、現(xiàn)代物流等重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，熱源豐富，雨量充沛。年平均日照射時(shí)數(shù)1906小時(shí)，日照率43%。年平均溫度為21 ℃，最冷月1月份平均為13.3 ℃，最熱月7月份平均為28.4 ℃，氣溫年際變化較小。年降雨量1694 mm，主要集中在4～9月。

1.2 樣品采集

依據(jù)廣州市重金屬污染企業(yè)監(jiān)管名單和行業(yè)類型，重點(diǎn)選取了中國石油化工股份有限公司廣州分公司、本田汽車(中國)有限公司、廣州美維電子有限公司等73家重金屬污染企業(yè)為監(jiān)測對(duì)象。監(jiān)測的重金屬企業(yè)主要分布在開發(fā)區(qū)中部和南部，布設(shè)的監(jiān)測點(diǎn)位見圖1。土壤樣品的采集嚴(yán)格按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行采樣，在生產(chǎn)車間旁裸露土壤采集0～20 cm 表層土壤，采樣過程中，避免樣品污染，并按要求做好樣品的保存、運(yùn)輸和流轉(zhuǎn)。

圖1 重點(diǎn)企業(yè)重金屬土壤監(jiān)測點(diǎn)位圖

1.3 樣品處理與分析

土壤監(jiān)測項(xiàng)目包括總鎘、總汞、總砷、總鉛、總銅、總鎳。測試分析方法選用《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)中表3推薦使用的分析方法。樣品分析過程，按照分析方法的要求進(jìn)行前處理及儀器測試，每批樣品按要求做好空白實(shí)驗(yàn)，抽取 10% 的樣品做平行樣測試進(jìn)行精密度檢驗(yàn)，10% 有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試(或全程加標(biāo)回收測定)進(jìn)行準(zhǔn)確度檢驗(yàn)，測試結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.1 單因子污染指數(shù)

單因子污染指數(shù)法[3-4]是以土壤單項(xiàng)重金屬含量的測定值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值表征土壤中某一重金屬的環(huán)境污染程度。重金屬環(huán)境質(zhì)量指數(shù)Pi計(jì)算公式為：

(1)

式中：Pi為土壤中重金屬污染物i(i=1，2，3…)的單因子污染指數(shù)；Ci為土壤中重金屬污染物i的測定值(mg/kg)；Si為重金屬污染物i的土壤環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg)。本文選取《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)》(GB 36600-2018)中二類用地篩選值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)Pi值的不同，將土壤污染分為 5類：Pi<1，非污染；1 5，重度污染。

1.4.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

內(nèi)梅羅指數(shù)法是以單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)的結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合最大環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，以此來評(píng)價(jià)出研究區(qū)域主要污染因子和污染點(diǎn)位的一種方法[5]。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的計(jì)算公式為：

(2)

式中：Pn為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pi為重金屬污染物i的單因子污染指數(shù)；max(Pi) 為重金屬污染物 i的單因子污染指數(shù)最大值；avg(Pi) 為重金屬污染物 i的單因子污染指數(shù)平均值。內(nèi)梅羅指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：Pn≤0.7，為安全；0.73，為重度污染。

1.4.3 Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是 1980 年瑞典科學(xué)家Hkanson 根據(jù)重金屬性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)的角度出發(fā)，用于土壤或沉積物中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一種方法。

單一重金屬污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式為：

(3)

多種重金屬污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式為：

(4)

式中，Ei為重金屬污染物 i 的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；Ti為重金屬污染物i的毒性系數(shù)；RI值是n種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)之和。本文選取《土壤 重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)篩選值 珠江三角洲》中背景值為參比值。潛在生態(tài)危害程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1；重金屬元素毒性系數(shù)見表 2[6]。

表1 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 土壤重金屬元素的毒性系數(shù)

2 結(jié)果與評(píng)價(jià)

2.1 土壤重金屬污染特征

研究區(qū)域73個(gè)點(diǎn)位重金屬監(jiān)測數(shù)據(jù)分析(結(jié)果見表3)，土壤中重金屬Hg、As、Cd、Cu、Pb、Ni平均濃度分別為0.120 mg/kg、6.80 mg/kg、0.36 mg/kg、57 mg/kg、 111 mg/kg、23 mg/kg，是珠三角土壤背景值的0.90倍、0.27倍、3.24倍、1.76倍、1.85倍、0.80倍。對(duì)照《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)》(GB 36600-2018)表 1 第二類用地篩選值，中船黃埔文沖船舶有限公司土壤中的砷超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)0.57倍；其它點(diǎn)位土壤重金屬均符合標(biāo)準(zhǔn)。

重點(diǎn)區(qū)域表層土壤環(huán)境質(zhì)量與人類活動(dòng)關(guān)系密切，且易受人為活動(dòng)影響。有研究表明，土壤環(huán)境中重金屬含量變異系數(shù)可反映人為活動(dòng)對(duì)重金屬含量的影響，變異系數(shù)越大，表明受人為活動(dòng)干擾越強(qiáng)烈[7]。本文重金屬變異系數(shù)依次為Cu>As>Ni>Cd>Pb>Hg ，其中Hg和Pb變異系數(shù)小于100%，屬于中等變異；其它重金屬變異系數(shù)均大于100%，為強(qiáng)變異。結(jié)果表明研究區(qū)域中Cu、 As、 Ni、 Cd空間差異性較大，受人為因素的影響較大。

表3 土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析 (mg/kg)

2.2 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

圖2 研究區(qū)域土壤重金屬污染指數(shù)對(duì)比圖

研究區(qū)域土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果表明，重金屬的單因子污染指數(shù)(Pi)平均值均小于1，依次為：Pb>As>Ni>Cd>Cu>Hg。土壤中重金屬As的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為1.11，屬于輕微污染；其它重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，且綜合污染指數(shù)平均值為0.34，表明土壤中重金屬平均水平整體未受污染，處于清潔狀態(tài)。但需留意的是，個(gè)別點(diǎn)位超出建設(shè)用地土壤風(fēng)險(xiǎn)管控值標(biāo)準(zhǔn)，其土壤受到一定程度的重金屬As污染，需加強(qiáng)對(duì)個(gè)別超標(biāo)企業(yè)土壤的風(fēng)險(xiǎn)防控。

2.3 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

研究區(qū)域土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果表明，6項(xiàng)重金屬的單項(xiàng)污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Ei)平均值大小依次為Cd(97.4)>Hg(36.1)>Pb(9.25)>Cu(8.84)>Ni(4.02)>As(2.72)，Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值明顯高于其他重金屬元素，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ei大于80，屬于強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，是研究區(qū)域土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)因子，其次是Hg。土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)變化范圍介于12.6～906，平均值為158，總體表現(xiàn)為強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(見表 4)。其中，處在輕微、中等、強(qiáng)、很強(qiáng)、極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的比例分別為 82.65%、10.05%、4.34%、1.82%和1.14%。

表4 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及百分比統(tǒng)計(jì)

3 結(jié) 論

本文對(duì)廣州開發(fā)區(qū)73家重點(diǎn)重金屬企業(yè)廠區(qū)內(nèi)表層土壤進(jìn)行采樣分析，結(jié)果表明：

(1)研究區(qū)域土壤中重金屬Hg、As、Cd、Cu、Pb、Ni平均濃度分別為0.120 mg/kg、6.80 mg/kg、0.36 mg/kg、57 mg/kg、 111 mg/kg、23 mg/kg，是珠三角土壤背景值的0.90倍、0.27倍、3.24倍、1.76倍、1.85倍、0.80倍。

(2)選取《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)》(GB 36600-2018)表 1 第二類用地篩選值進(jìn)行綜合污染狀況評(píng)價(jià)，土壤中重金屬As的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為1.11，屬于輕微污染；其它重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均小于0.7，且綜合污染指數(shù)平均值為0.34，表明土壤中重金屬平均水平整體未受污染，處于清潔狀態(tài)。個(gè)別企業(yè)的重金屬超出風(fēng)險(xiǎn)管控限值，需重點(diǎn)加強(qiáng)超標(biāo)企業(yè)土壤污染防控與治理。

(3)選取《土壤 重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)篩選值 珠江三角洲》中背景值為參比值進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，研究區(qū)域土壤綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)變化范圍介于12.6～906，平均值為158，總體表現(xiàn)為強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。影響該區(qū)域土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)因子是Cd，其次是Hg。由于土壤中重金屬污染具有污染范圍廣、隱蔽、持續(xù)時(shí)間長、不可逆和不易治理等特點(diǎn)[8]，建議制定相應(yīng)的土壤污染防治措施，持續(xù)開展高污染企業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測，推行清潔生產(chǎn)，降低土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。