高寒干旱區(qū)某冶煉廠周邊土壤及農(nóng)作物重金屬污染評(píng)價(jià)

摘要：運(yùn)用單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)青海省高寒干旱區(qū)某金屬冶煉廠周圍土壤重金屬污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該區(qū)域土壤中的Zn、Cd含量都出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)，少數(shù)樣點(diǎn)Cd污染十分嚴(yán)重，土壤中的Cr、Cu、Pb、As未超標(biāo)。在所采集的馬鈴薯、小麥、油菜樣品中，有部分農(nóng)產(chǎn)品Cd含量超出了國家規(guī)定的食品安全限制標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：土壤；污染；評(píng)價(jià)；金屬冶煉；高寒干旱區(qū)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）15-3504-03

由于現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，大量重金屬進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤嚴(yán)重惡化[1，2]。重金屬在土壤中的積累、遷移不僅危害區(qū)域生態(tài)安全[3，4]、影響動(dòng)植物的生長發(fā)育[5]，而且可通過食物鏈進(jìn)入人體[6，7]，危害人體健康[8]，導(dǎo)致一些慢性病、畸形、癌癥等的發(fā)生[9]。礦區(qū)和冶煉區(qū)比較容易產(chǎn)生土壤重金屬污染。研究區(qū)是青海省重要的有色金屬冶煉基地，位于青藏高原與黃土高原交界處，屬高寒干旱區(qū)，其經(jīng)過多年的工業(yè)發(fā)展，園區(qū)內(nèi)廢水、廢氣、廢渣的外排是否對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥罉?gòu)成污染，農(nóng)作物中重金屬含量是否超標(biāo)一直是民眾關(guān)注的問題。通過對(duì)研究區(qū)土壤重金屬含量的分析，采用單因素指數(shù)法[10，11]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[12，13]和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[14-16]對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤的重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并對(duì)研究區(qū)主要農(nóng)作物中重金屬的含量進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià)，以期為該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、預(yù)防修復(fù)治理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測定

1.1.1 土壤樣品采集與測定 在研究區(qū)采用梅花形布點(diǎn)法，采取5點(diǎn)土樣混合成一個(gè)樣品， 每個(gè)采樣點(diǎn)采集表層或耕作層（0～20 cm）土[17]，共采集31個(gè)土壤混合樣品。土樣采用HCl-HNO3-HClO4消煮法消解，用ICE3300原子吸收光譜儀（美國Thermo Fisher公司）測定重金屬Zn、Cd、Pb、Cr、Cu、As（由于As毒性顯著，類似于重金屬，故從環(huán)境污染角度劃為重金屬污染行列）含量。為保證處理和測定的準(zhǔn)確性，采用栗鈣土標(biāo)樣（GSS-2）作為質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 農(nóng)作物樣品采集與處理 在農(nóng)作物收獲季節(jié)，選擇當(dāng)?shù)刂饕N植的農(nóng)作物，采集8個(gè)同品種馬鈴薯塊莖樣品、12個(gè)同品種油菜子粒樣品、12個(gè)同品種小麥子粒樣品。將風(fēng)干的樣品在70 ℃下于烘箱中烘至恒重后研細(xì)，采用HNO3-H2O2微波消煮法進(jìn)行消煮，利用Agilent-7500a電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國安捷倫公司）測定消解液中Cd含量。采用小麥標(biāo)樣（GSB-2）作為質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)

1.2.1 單因子污染指數(shù)法 單因子污染指數(shù)的計(jì)算公式為。式中，C 為單因子污染指數(shù)；Ci為某一評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測濃度值；Sn為某一污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為時(shí)表示輕度污染；1≤C<3時(shí)表示中度污染，3≤C <6時(shí)表示重度污染；C ≥6時(shí)表示嚴(yán)重污染[18]。

1.2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法 單因子污染指數(shù)法只能反映各個(gè)污染物的污染程度，不能全面、綜合地反映土壤的污染程度，因此當(dāng)評(píng)定區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)量作為一個(gè)整體與外區(qū)域土壤質(zhì)量進(jìn)行比較，或研究區(qū)內(nèi)的土壤同時(shí)被多種重金屬元素污染時(shí)，需將單因子污染指數(shù)按一定方法綜合起來進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此引入內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)污染進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。內(nèi)梅羅指數(shù)的計(jì)算公式如下：

1.2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法 計(jì)算公式如下：

1.2.4 超標(biāo)率 超標(biāo)率=yi/n。式中，yi為樣品中超過污染物限量數(shù)；n為樣品總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

31個(gè)采樣點(diǎn)土壤樣品的Zn含量為97.2～

1 965.6 mg/kg，Cd含量為0.2～6.7 mg/kg，pH均大于7.5，根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 15618-1995，采用土壤環(huán)境質(zhì)量分類的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Cd≤0.6 mg/kg，Cu≤100 mg/kg，Zn≤300 mg/kg，Pb≤350 mg/kg，As≤25 mg/kg，Cr≤250 mg/kg），可以得到研究區(qū)土壤重金屬各單因子污染指數(shù)，結(jié)果見表1。其中有12個(gè)采樣點(diǎn)的Zn超標(biāo)，超標(biāo)率為38.7%，單因子污染指數(shù)為0.324～6.552；25個(gè)采樣點(diǎn)的Cd超標(biāo)，超標(biāo)率為80.6%，單因子污染指數(shù)為0.333～11.167?？傮w來看，研究區(qū)土壤重金屬污染因子順序?yàn)镃d >Zn>As>Pb>Cu>Cr；其中Zn、Cd含量出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)，少數(shù)地區(qū)土壤中的Zn、Cd含量污染十分嚴(yán)重。采用內(nèi)梅羅指數(shù)對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行綜合分析，結(jié)果（表1）顯示內(nèi)梅羅指數(shù)的平均值為2.70， 表明研究區(qū)普遍受到中度污染；內(nèi)梅羅指數(shù)最小值為0.57，最大值為6.04，說明個(gè)別地區(qū)達(dá)到了重度污染。

2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）可綜合反映土壤的Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb的污染水平及潛在生態(tài)危害性，研究區(qū)土壤中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的結(jié)果見表2。從表2可以看出，土壤中Cd的污染程度為較重危害，而Cr、Cu、Zn、As、Pb都為輕度危害。土壤中某一重金屬元素對(duì)RI的貢獻(xiàn)率順序?yàn)镃d>As>Zn>Pb>Cu>Cr，Cd是最主要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。由計(jì)算可知，研究區(qū)土壤重金屬污染的RI為114.98，小于150，說明研究區(qū)土壤存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，級(jí)別為1級(jí)，屬于輕度危害。

2.3 主要農(nóng)作物安全性評(píng)價(jià)結(jié)果

研究區(qū)的主要農(nóng)作物是馬鈴薯、小麥和油菜。上述對(duì)土壤中重金屬含量的分析結(jié)果表明，研究區(qū)的土壤受Cd、Zn污染，推斷農(nóng)作物中的Cd、Zn含量可能會(huì)受到影響。由于植物中的Zn含量在一定的范圍內(nèi)對(duì)人體是有益的，并且食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2005沒有對(duì)食物中Zn的含量作出限定，因此對(duì)馬鈴薯、小麥和油菜只抽檢測定Cd含量，結(jié)果見表3。由表3可知，與GB 2762-2005 （Cd≤0.1 mg/kg）相比，檢測的8個(gè)馬鈴薯塊莖樣品中有2個(gè)樣品Cd含量超標(biāo)，超標(biāo)率為25.0%；檢測的12份小麥子粒樣品中有4個(gè)樣品Cd含量超標(biāo)，超標(biāo)率為33.3%；檢測的12份油菜子粒樣品中有3個(gè)樣品Cd含量超標(biāo)，超標(biāo)率為25.0%，表明不同的農(nóng)作物對(duì)重金屬元素的富集能力不同。植物從周圍土壤中吸收重金屬的能力不僅與土壤中重金屬的有效形態(tài)、植物根部的分泌物、微生物的活動(dòng)有關(guān)，還與元素從土壤向根部表面遷移的能力，以及從根表向根內(nèi)部遷移能力等諸多因素有關(guān)[18]。

3 結(jié)論

1）運(yùn)用單因子污染指數(shù)法對(duì)土壤樣品各重金屬元素分析得出，Cd是研究區(qū)最為嚴(yán)重的污染元素，污染因子順序?yàn)镃d>Zn>As>Pb>Cu>Cr。用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)研究區(qū)整體環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)土壤達(dá)到了中度污染水平，以后應(yīng)加強(qiáng)該地的污染防治工作。

2）對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，其生態(tài)危害程度順序?yàn)镃d>As>Zn>Pb>Cu>Cr。Cd是最主要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，其生態(tài)危害程度達(dá)到較重危害，而As、Zn、Pb、Cu、Cr的生態(tài)危害程度均為輕度危害。從上述6種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來看，研究區(qū)土壤存在輕度危害潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3）通過與國家規(guī)定的糧食安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2005相比，得出所采集的馬鈴薯、小麥、油菜農(nóng)作物樣品中可食用部分的重金屬元素Cd含量出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)，說明土壤中Cd含量的超標(biāo)已經(jīng)影響到當(dāng)?shù)刈魑锸秤冒踩?。因此，一方面?yīng)該加大監(jiān)測力度，控制污染源；另一方面，有關(guān)部門應(yīng)進(jìn)行污染土壤修復(fù)可行性研究。

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