電鍍廠遺留地塊土壤重金屬污染分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

摘要：以某電鍍廠遺留地塊土壤為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)分析重金屬含量，并結(jié)合ArcGIS中差值法分析土壤重金屬的空間分布，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)、地累積污染指數(shù)法評(píng)價(jià)重金屬污染土壤特征，結(jié)合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：土壤重金屬含量隨著土壤深度的加深逐漸降低，Cu、Cd、Ni和Pb的變異系數(shù)都大于1，屬于強(qiáng)變異，可能受人為活動(dòng)影響較大；土壤6種重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）平均值為0.458，地塊內(nèi)土壤基本清潔；重金屬Ni為主要污染因素，達(dá)到輕污染程度。土壤重金屬除了Ni的地累積污染指數(shù)（Igeo）平均值表現(xiàn)為輕度污染，其余元素均表現(xiàn)為無(wú)污染。研究區(qū)呈現(xiàn)明顯的點(diǎn)源污染，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）平均值呈現(xiàn)中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，主要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子為Cu、Ni、Cd。本研究通過(guò)對(duì)重金屬污染土壤分布特征和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為地塊安全利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬；地累積污染指數(shù)法；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）02-0-06

Distribution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metal Pollution in the Soil of the Leftover Site of Electroplating Factory

WANG Yuan

（Shanghai Nanhuan Environmental Planning amp; Design Co.， Ltd.， Shanghai 201101， China）

Abstract： Taking the soil left behind by a certain electroplating factory as the research object， the content of heavy metals was statistically analyzed， and the spatial distribution of heavy metals in the soil was analyzed using the ArcGIS difference method. The characteristics of heavy metal polluted soil were evaluated using the single factor pollution index method， Nemero comprehensive pollution index method， and ground accumulation pollution index method， and the potential ecological risk index method was used for soil heavy metal ecological risk assessment. The results showed that the content of heavy metals in soil gradually decreased with the deepening of soil depth， and the coefficients of variation of Cu， Cd， Ni， and Pb were all greater than 1， indicating strong variability， which may be greatly influenced by human activities. The average Nemerow comprehensive pollution index （PN） of six heavy metals in the soil is 0.458， indicating that the soil in the plot is basically clean; The heavy metal Ni is the main pollutant， reaching a light pollution level. Soil heavy metals show mild pollution except for the average soil accumulation index （Igeo） of Ni， while all other elements show no pollution. The research area presents obvious point source pollution， and the average comprehensive potential ecological risk index （RI） shows moderate potential ecological risk. The main potential ecological risk factors are Cu， Ni and Cd. This study evaluates the distribution characteristics and ecological risks of heavy metal contaminated soil， providing a basis for the safe utilization of land parcels.

Keywords： soil; heavy metals; ground accumulation pollution index; Nemerow comprehensive pollution index; potential ecological risk

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，眾多工礦企業(yè)從中心城區(qū)搬遷或關(guān)停，遺留地塊中存在較多污染物，給周邊環(huán)境造成較大的污染隱患[1-2]。工業(yè)企業(yè)遺留地塊中的重金屬污染是主要的土壤污染類型，重金屬具有難降解和遠(yuǎn)距離遷移的特性，通過(guò)遷移和富集對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害[3]。其中，典型電鍍行業(yè)的原材料及生產(chǎn)工序?qū)е略擃愋偷貕K中的重金屬含量水平較高[4]。以電鍍廠遺留地塊為研究對(duì)象，通過(guò)評(píng)價(jià)電鍍廠遺留地塊內(nèi)土壤重金屬污染分布特征和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為該電鍍廠遺留地塊安全利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣點(diǎn)布設(shè)

某電鍍企業(yè)地塊位于長(zhǎng)三角某市，成立于1984年，2018年關(guān)停搬遷。企業(yè)占地面積約為1.4 hm2，廠區(qū)包括廢水處理池、鍋爐房、五金工具房、電鍍車間、變電站以及檢驗(yàn)區(qū)等區(qū)域。企業(yè)歷史主營(yíng)鍍銅、鍍鎳以及鍍鉻業(yè)務(wù)。該遺留地塊后續(xù)規(guī)劃為二類用地。地塊所在區(qū)域淺部地層從上至下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土以及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。調(diào)查期間，地塊內(nèi)地下水流向由東北向西南。

根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.1—2019）和《建設(shè)用地土壤環(huán)境調(diào)查評(píng)估技術(shù)指南》要求[5-6]并結(jié)合地塊踏勘和資料收集結(jié)果，兼顧地塊內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，全場(chǎng)共布設(shè)11個(gè)土壤點(diǎn)位，以充分評(píng)估遺留地塊污染狀況。現(xiàn)場(chǎng)采用手持式X射線熒光光譜儀（X-ray Fluorescence Spectrometer，XRF）檢測(cè)土壤，根據(jù)快檢數(shù)據(jù)，篩選XRF偏高異常樣品，同時(shí)結(jié)合土層分布情況與現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室送檢。研究區(qū)具體平面布置和樣點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

1.2 研究方法

單因子污染指數(shù)（Pi）法為

（1）

式中：Ci為元素i的實(shí)測(cè)含量，mg/kg；C0為元素i的標(biāo)準(zhǔn)值，mg/kg。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）》（GB 36600—2018）中的第二類用地篩選值[7]作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，如表1所示。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）法[8]為

（2）

式中：Pi，ave和Pi，max為元素i單因子污染指數(shù)的平均值和最大值。

地累積污染指數(shù)（Igeo）[9-10]為

（3）

式中：Ci為元素i的實(shí)測(cè)含量，mg/kg；Si為研究區(qū)所在區(qū)域土壤元素i的環(huán)境背景值，mg/kg；k為修正造巖運(yùn)動(dòng)引起的背景值波動(dòng)而設(shè)定的系數(shù)。

根據(jù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[11-12]得出多種重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）為

RI=∑Ei=∑TiPi（4）

式中：Ei為單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ti為土壤重金屬的毒性系數(shù)[13]。

重金屬污染土壤風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬統(tǒng)計(jì)分析

研究區(qū)土壤重金屬含量如表3所示。由此可知，6種重金屬隨著土壤深度的加深，檢出濃度和變異系數(shù)均逐漸降低，根據(jù)變異系數(shù)大小的分級(jí)[14-15]，Cu、Cd、Ni及Pb的變異系數(shù)均大于1，屬于強(qiáng)變異，說(shuō)明這4種重金屬元素在土壤中的空間分布不均勻，可能受人為活動(dòng)影響較大。

2.2 土壤重金屬空間分布特征

利用ArcGIS軟件分析研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬檢出濃度差值。土壤重金屬含量空間分布如圖2所示，可以更直觀識(shí)別重金屬累積來(lái)源。由圖2可知，重金屬Cu和Ni高值區(qū)域主要分布在電鍍車間，重金屬Pb、Cd和As的高值分布則更集中在研究區(qū)的廢水處理站，重金屬Hg在研究區(qū)的變電站處出現(xiàn)局部高值。

2.3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

2.3.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)

研究區(qū)內(nèi)，土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，PN由大到小依次為Ni（2.135）＞As（0.252）＞Cu（0.167）＞Pb（0.161）＞Cd（0.032）＞Hg（0.004），重金屬Ni為主要污染因素，達(dá)到輕污染程度；6種重金屬元素的PN平均值為0.458，地塊內(nèi)土壤基本清潔。

2.3.2 地累積污染指數(shù)評(píng)價(jià)

土壤6種重金屬的地累積污染指數(shù)（Igeo）平均值的排序?yàn)镹i（0.57）＞Cu（-0.39）＞Pb（-0.78）＞As（-0.94）＞Cd（-1.40）＞Hg（-1.77）。其中，除了Ni的Igeo平均值表現(xiàn)為輕度污染，其余元素均表現(xiàn)為無(wú)污染。土壤重金屬Igeo評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4所示。污染較重的Ni元素分別有30.56%、5.56%、2.78%、5.56%、2.78%以及2.78%的樣品處于輕度污染、偏中度污染、中度污染、偏重度污染、重度污染和極重度污染；同樣污染程度較高的Cu元素分別有5.56%、8.33%和5.56%的土壤樣品處于輕度污染、偏中度污染和極重度污染；其余Pb、Cd、As和Hg分別有91.67%、91.67%、94.44%和97.22%的樣品處于無(wú)污染；研究區(qū)呈現(xiàn)明顯的點(diǎn)源污染。

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

土壤重金屬的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（Ei）平均值排序?yàn)镃d（37.2）＞Cu（34.4）＞Ni（31.0）＞Hg（20.6）＞As（8.68）＞Pb（5.22）。土壤重金屬Ei評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。由表4可知，研究區(qū)域主要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子為Cd、Cu、Ni，Cd的Ei值為6.92～683.00，存在輕微～極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中輕微和極強(qiáng)所占比例為92%和3%。

地塊內(nèi)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）平均值為137，呈現(xiàn)中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。重金屬Cu對(duì)研究區(qū)不同點(diǎn)位RI值的貢獻(xiàn)率為2.43%～88.98%，Ni的貢獻(xiàn)率為1.10%～71.87%，Cd的貢獻(xiàn)率為2.49%～85.33%，進(jìn)一步驗(yàn)證了Cu、Ni、Cd是造成研究區(qū)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加的主要重金屬因素。

3 結(jié)論

研究區(qū)內(nèi)重金屬Cu、Ni、Pb、Cd、As以及Hg的含量隨著土壤深度的加深，檢出濃度均逐漸降低。Cu、Cd、Ni及Pb的變異系數(shù)均大于1，屬于強(qiáng)變異，說(shuō)明這4種重金屬元素在土壤中的空間分布不均勻，可能受人為活動(dòng)影響較大。土壤6種重金屬的PN表現(xiàn)如下：重金屬Ni為主要污染因素，達(dá)到輕污染程度。6種重金屬元素的PN平均值為0.458，地塊內(nèi)土壤基本清潔。土壤6種重金屬的Igeo的表現(xiàn)如下：Ni的Igeo平均值表現(xiàn)為輕度污染，其余元素均表現(xiàn)為無(wú)污染，研究區(qū)呈現(xiàn)明顯的點(diǎn)源污染。土壤6種重金屬的Ei平均值排序?yàn)镃d（37.2）＞Cu（34.4）＞Ni（31.0）＞Hg（20.6）＞As（8.68）＞Pb（5.22），研究區(qū)RI平均值呈現(xiàn)中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究區(qū)域主要潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子為Cu、Ni、Cd。

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收稿日期：2024-12-09

作者簡(jiǎn)介：王媛（1992—），女，陜西渭南人，碩士，工程師。研究方向：土壤污染狀況調(diào)查等。