土壤生態(tài)地球化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

趙西強(qiáng)　王存龍　喻超

摘要以全國(guó)土地污染防治項(xiàng)目取得的地球化學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)樂(lè)陵-河口地區(qū)土壤重金屬含量水平、污染現(xiàn)狀、主要來(lái)源進(jìn)行系統(tǒng)研究，并在研究區(qū)內(nèi)開(kāi)展土壤生態(tài)地球化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：表層土壤中元素 Cd、Hg、Pb富集系數(shù)較大，其平均含量分別為0.16 mg/kg、0.030 mg/kg、21.8 mg/kg，表現(xiàn)出明顯的表層富集特征。區(qū)內(nèi)土壤重金屬元素潛在生態(tài)危害輕微級(jí)達(dá)到90.07%，中等的占9.58%，強(qiáng)的占0.35%，沒(méi)有很強(qiáng)和極強(qiáng)級(jí)別，土壤潛在生態(tài)危害不很嚴(yán)重。Hg、Cd、As 3種元素對(duì)土壤危害的貢獻(xiàn)率之和達(dá)到86.55%，Hg是調(diào)查區(qū)土壤污染最嚴(yán)重和危害最大的重金屬元素，其生態(tài)危害貢獻(xiàn)率就達(dá)到了48.03%；Cd次之，強(qiáng)和很強(qiáng)生態(tài)危害等級(jí)以上的土壤樣品占總數(shù)的0.32%；土壤重金屬元素危害程度從大到小的排序?yàn)镠g>Cd> Pb>As>Cu>Ni>Cr>Zn。該研究在制定重金屬污染防治對(duì)策、進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量保護(hù)等方面具有重要的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞土壤重金屬污染；生態(tài)地球化學(xué)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；樂(lè)陵-河口

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）28-09906-04

The Soil Ecological Geochemistry Risk Assessment——A Case Study in Leling Estuary Area

ZHAO Xiqiang， WANG Cunlong， YU Chao

（Shandong Institute of Geological Survey， Jinan， Shandong 250013）

AbstractBased on the geochemical data obtained from the national project about the prevention and control of soil contamination， through studying on the pollution investigation and the temporal and spatial variation of soil heavy metal， this study analyzed the pollution status and dynamic changes of soil heavy metals profoundly and systematically， carried out ecological geochemical assessment of risk in the study area. The results showed that： potential ecological risk of heavy metals in the soil was in slight level. The contribution the elements Hg， Cd， As in soil damage reached 86.55%. The contribution of the ecological hazards of the element Hg reached 48.03%. The samples that the degree of ecological hazard of Hg are very serious and extremely serious accounted for 9.69% of the total， The contribution of Hg in ecological hazard only reach 44.64% among the three elements； The samples of Cd above the level of serious ecological hazards accounted for 0.32% .The elements sorted in descending in ecological hazard is Hg> Cd> Pb> As> Cu> Ni> Cr> Zn. This study will provide technical support for heavy metal pollution prevention and soil environmental quality protection.

Key wordsSoil heavy mental pollution； Ecogeochemical； Risk assessment； LelingEstuary

調(diào)查區(qū)位于山東省北部邊緣，涉及德州、濱州、東營(yíng)3市所轄10個(gè)縣（市、區(qū)）部分地區(qū)，面積1.00萬(wàn)km2。地理坐標(biāo)為116°15′～119°15′ E，37°28′～38°22′ N。區(qū)內(nèi)屬于暖溫帶大陸型季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季干旱少雨多風(fēng)；夏季炎熱多雨濕度大；秋季旱澇不均；冬季嚴(yán)寒干燥，雨雪稀少。區(qū)內(nèi)水系十分發(fā)育，馬頰河、徒駭河、德惠新河獨(dú)流入海，多為季節(jié)性河流。衛(wèi)運(yùn)河及漳衛(wèi)運(yùn)河在工作區(qū)西北、北部穿過(guò)，為山東省與河北省的界河。馬頰河從陵縣進(jìn)入工作區(qū)，橫貫測(cè)區(qū)的寧津、樂(lè)陵、慶云到無(wú)棣縣北部入渤海，是區(qū)內(nèi)的主要河流。徒駭河從沾化縣進(jìn)入工作區(qū)，南北向穿越工作區(qū)，北入渤海。區(qū)內(nèi)除無(wú)棣縣碣石山有小面積的新生代玄武巖出露外，其余全為第四紀(jì)松散沉積物覆蓋。地形較為平坦。地面標(biāo)高一般小于70 m，總的地勢(shì)為西高東低，自南西向北東微傾。按地貌成因類型可劃分為黃河沖積平原、沖海積平原、現(xiàn)代黃河三角洲平原3種地貌單元[1-3]。近年來(lái)，由于化肥、農(nóng)藥的大量使用和城鎮(zhèn)污廢水排放，區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量污染嚴(yán)重。

1樣品采集與分析

1.1樣品采集

根據(jù)“多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范”技術(shù)要求[4]，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局現(xiàn)已開(kāi)展的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目分別采用1個(gè)樣/km2、1個(gè)樣/4 km2組合分析樣采集表層土壤樣品，采樣深度0～20 cm，以1個(gè)樣/4 km2、1個(gè)樣/16 km2組合分析樣采集深層土壤樣品，采樣深度150～200 cm。為使采集的土壤樣品具有代表性并兼顧均勻性與合理性，應(yīng)在采樣小格中心100 m范圍內(nèi)3～5處多點(diǎn)采集組合，樣品重量大于1 000 g。樣品分析As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等54項(xiàng)元素和指標(biāo)[5]。

1.2樣品測(cè)試分析

樣品分析測(cè)試由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所完成。元素As、Hg采用原子熒光光譜法（AFS）分析，元素Cd、Cu、Ni、Pb、Zn用等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）分析，Cr元素采用X射線熒光光譜法（XRF）測(cè)試。樣品測(cè)試分析方法檢出限均低于規(guī)范要求，其中As、Hg的檢出限分別為0.2 mg/kg、0.4 μg/kg，Cd的檢出限為0.02 mg/kg，Cu、Cr、Ni、Pb、Zn的檢出限分別為0.1 mg/kg、2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.5 mg/kg。

分析過(guò)程插入國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及5%密碼重復(fù)樣對(duì)元素的分析質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及密碼重復(fù)樣的計(jì)算結(jié)果表明元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn分析準(zhǔn)確度和精密度分別控制在0.01～0.03、 2%～4%，遠(yuǎn)低于規(guī)范質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。密碼重復(fù)樣合格率均大于85%，顯示樣品分析的重復(fù)性較好，達(dá)到分析測(cè)試規(guī)范要求。并經(jīng)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局專家驗(yàn)收通過(guò)，評(píng)分91分，評(píng)定等級(jí)為優(yōu)秀級(jí)。該研究所引用的分析數(shù)據(jù)，質(zhì)量?jī)?yōu)秀、真實(shí)可靠。

1.3數(shù)據(jù)處理

該研究參照中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《土壤地球化學(xué)基準(zhǔn)值與背景值研究若干要求》統(tǒng)計(jì)全區(qū)及各統(tǒng)計(jì)單元的基準(zhǔn)值和背景值，是針對(duì)統(tǒng)計(jì)樣品數(shù)不少于30個(gè)而言。當(dāng)單元統(tǒng)計(jì)樣品數(shù)較少（不足30個(gè)）時(shí)，則用中位數(shù)值（Xme）代表基準(zhǔn)值，算術(shù)平均值加減2倍算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Xme±2S）代表基準(zhǔn)值變化范圍。背景值的求取方法與基準(zhǔn)值相同。對(duì)于區(qū)域性數(shù)據(jù)的成圖采用MapGIS軟件參照多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范執(zhí)行并繪制。

2結(jié)果與分析

2.1重金屬元素含量特征

樂(lè)陵-河口地區(qū)土壤重金屬元素含量參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，深層土壤中重金屬元素含量范圍變化不大，其平均含量相比山東土壤背景和全國(guó)土壤背景較為接近。相對(duì)于深層土壤，表層土壤中元素 As、Cr、Cu、Ni、Zn的平均含量較為接近，而Cd、Hg、Pb富集系數(shù)較大，其平均含量分別為0.16 mg/kg、0.030 mg/kg、21.8 mg/kg，表現(xiàn)出明顯的表層富集特征。與山東土壤背景和全國(guó)土壤背景相比，表層土壤中As、Cd、Cr、Ni的含量水平較高，Cu、Pb的含量水平較低，其中Cd平均含量分別為山東土壤背景的1.9倍，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)表層土壤中As、Cd、Cr、Ni的污染程度略高，Cu、Pb的污染水平較低。

2.2土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

土壤重金屬元素污染等級(jí)劃分是土壤重金屬環(huán)境污染評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，是全國(guó)土地質(zhì)量調(diào)查與污染防治成果工作的重要組成部分。污染等級(jí)劃分是以土壤元素基準(zhǔn)值為基礎(chǔ)，以基準(zhǔn)值上限的n倍（n=1，2，3）對(duì)土壤重金屬含量進(jìn)行污染等級(jí)分等，以確定土壤重金屬污染的程度，為土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)估、生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警及土壤污染治理提供基礎(chǔ)地球化學(xué)依據(jù)[7-9]。

2.2.1重金屬污染單因子評(píng)價(jià)。

土壤重金屬元素單因子評(píng)價(jià)采用污染分指數(shù)法，逐一計(jì)算土壤中重金屬的污染分指數(shù)，以確定其污染程度。土壤中重金屬污染分指數(shù)計(jì)算式為：