長(zhǎng)壽地區(qū)土壤重金屬元素污染特征及評(píng)價(jià)

龔曉波 ，廖阮穎子，孟 標(biāo)，郭道軍，胡 陽(yáng)，凌亞軍

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)隊(duì)，成都 611130)

長(zhǎng)壽地區(qū)土壤重金屬元素污染特征及評(píng)價(jià)

龔曉波 ，廖阮穎子，孟 標(biāo)，郭道軍，胡 陽(yáng)，凌亞軍

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)隊(duì)，成都 611130)

為查明長(zhǎng)壽城區(qū)及周邊區(qū)域表層土壤中As、Cd、Hg等8個(gè)重金屬元素的污染情況，進(jìn)行土壤測(cè)量結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)Cr、Hg、Ni等大部分元素的平均含量高于三峽庫(kù)區(qū)深層土壤背景值，Hg、Pb的后期疊加作用最為強(qiáng)烈；除Hg外，其余7個(gè)元素含量間存在顯著正相關(guān)，其中Cr、Ni最為顯著；隨著pH值增加，Ni、Cr、Cd、Cu含量顯著增加；單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)均顯示研究區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量總體較好，污染區(qū)域較少，以輕度污染-中度污染為主，重污染約占全區(qū)面積的0.3%，Hg元素為研究區(qū)內(nèi)最主要的污染元素。

重金屬元素；污染評(píng)價(jià)；土壤；長(zhǎng)壽區(qū)

長(zhǎng)壽區(qū)位于重慶市東北部、長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)上游，是重慶重要的化工工業(yè)衛(wèi)星城市。境內(nèi)主要工廠及企業(yè)主要集中分布于長(zhǎng)壽城區(qū)西部的晏家工業(yè)園區(qū)及長(zhǎng)江主要支流龍溪河、桃花溪等附近。

通過對(duì)長(zhǎng)壽城區(qū)及周邊主要工業(yè)集中區(qū)開展表層土壤采樣，測(cè)試并研究區(qū)域內(nèi)8個(gè)重金屬元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）及pH值分布規(guī)律，采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法（Nemerow Index）依據(jù)國(guó)家二級(jí)土壤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該區(qū)域內(nèi)表層土壤重金屬元素污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，為下步防治重金屬污染提供依據(jù)。

1 研究區(qū)背景

研究區(qū)范圍北從長(zhǎng)壽區(qū)八顆鎮(zhèn)南至江南鎮(zhèn)，面積約為170km2。研究區(qū)西部為晏家工業(yè)園，區(qū)內(nèi)有鋼鐵、化工、制藥等大型企業(yè)分布。其中江南鎮(zhèn)為重鋼所在地，城區(qū)以西朱家鎮(zhèn)有四川維尼綸廠，城區(qū)鄰近長(zhǎng)江位置有四川染料廠、長(zhǎng)壽制藥廠等，城區(qū)西北-北部的渡舟-八顆鎮(zhèn)主要為旱地，種植玉米、稻谷等農(nóng)作物。區(qū)內(nèi)地貌特征以低山為主，相對(duì)高差約100～200m，長(zhǎng)江從中部流經(jīng)，區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)為北部的菩提山，高程為596m，最低點(diǎn)為長(zhǎng)江江面，高程約為160m。出露的地層以侏羅系為主，主要有珍珠沖組、新田溝組、沙溪廟組以及遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)組和少量第四系，巖性以淺湖及河湖交替相沉積的砂巖、泥巖為主，斷裂及褶皺構(gòu)造均不發(fā)育，礦產(chǎn)資源甚為稀少。

圖1 研究區(qū)地理、地質(zhì)及采樣范圍簡(jiǎn)圖

2 樣品采集與測(cè)試分析

本次工作采樣布置以500×500m為基本布樣單元，每個(gè)基本單元進(jìn)一步分為A、B、C、D四個(gè)小格，樣品基本均勻地布設(shè)在A、D小格內(nèi)，試驗(yàn)采樣密度為8件/ km2，采樣深度為0～30cm土柱。為提高每個(gè)采樣點(diǎn)上樣品的代表性，在采樣小格中沿路線采集3～5處組合成一件樣品，土樣原始重量不低于1 000g。本次共采集樣品1 358件，較為均勻的分布于研究區(qū)不同區(qū)域內(nèi)。

樣品采集加工后，送至西昌測(cè)試中心采用多測(cè)試方法套合測(cè)試方案（表1）。采樣密度、分布及采樣數(shù)量等均能保證樣品對(duì)樣點(diǎn)周圍土壤地球化學(xué)環(huán)境的代表性；采用重復(fù)樣采集的方式對(duì)分析質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)果表明測(cè)試的數(shù)據(jù)較為可靠。

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬元素含量及分布特征

1∶20萬(wàn)涪陵幅化探成果表明，研究區(qū)內(nèi)地層中Hg元素含量起伏較大，其他元素主要是以低背景為主。根據(jù)樣品中8種重金屬元素測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以及與三峽庫(kù)區(qū)及全國(guó)土壤背景值進(jìn)行對(duì)比（表2）。表明研究區(qū)重金屬元素含量及分布呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，其平均含量水平排序?yàn)椋篫n＞Cr＞Pb＞Ni＞Cu＞As＞Hg＞Cd。全區(qū)而言，Cr、Hg、Ni、Pb、Zn明顯大于三峽庫(kù)區(qū)土壤重金屬含量及全國(guó)土壤背景值，Cd、Cu平均含量低于三峽庫(kù)區(qū)及全國(guó)土壤背景值，As略高于三峽庫(kù)區(qū)背景值而低于全國(guó)值。這說(shuō)明這些元素在一定程度上呈現(xiàn)局部富集現(xiàn)象。元素的疊加強(qiáng)度顯示，研究區(qū)內(nèi)Hg元素的后期疊加作用強(qiáng)度較大，受人類活動(dòng)影響程度較高，Pb的疊加強(qiáng)度為4.9，說(shuō)明Pb元素在成土后存在中等的疊加作用；同時(shí)As、Cu的疊加強(qiáng)度在2～4之間，說(shuō)明也有弱的疊加作用，而其他元素的疊加作用較弱。

表1 土壤樣品重金屬元素測(cè)試方法及檢出限

表2 長(zhǎng)壽區(qū)表層土壤中重金屬元素特征值（μg/g）

平均值反映元素含量的集中趨勢(shì),變異系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比率）則反映元素的離散程度[3]，區(qū)內(nèi)As、Cu、Hg、Pb、Zn變異系數(shù)明顯大于0.5呈中等分異分布，表明表層土壤中As、Cu、Hg、Pb、Zn五種元素含量數(shù)據(jù)較為離散，受人類活動(dòng)或者外界作用的影響較大；Cd、Cr、Ni三種元素的變異系數(shù)處于0.25～0.5之間，呈均勻-弱分異分布，說(shuō)明這三種元素受到外源干擾作用或人類活動(dòng)影響較小。

從不同采樣區(qū)域分析來(lái)看，長(zhǎng)壽區(qū)江南鎮(zhèn)地區(qū)As、Cr、Pb、Zn平均含量明顯高于較其他地區(qū)同類元素平均含量，這可能與該區(qū)域內(nèi)的重鋼生產(chǎn)基地的工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)；而長(zhǎng)壽城區(qū)范圍內(nèi)的重金屬元素平均含量明顯存在高As、Cr、Cu、Hg、Zn，其他元素平均含量處于中間狀態(tài)，整體平均pH呈中性略偏堿性，這可能是由密集的人類活動(dòng)引起；城西地區(qū)重金屬元素中As、Hg、Ni、Zn含量較高，推測(cè)可能與晏家

表3 不同采樣區(qū)域重金屬元素含量總平均值（μg/g）

工業(yè)園、川維等化工企業(yè)的工業(yè)活動(dòng)有關(guān)；城北主要為旱地，該區(qū)域內(nèi)各類重金屬元素的平均含量略高于城區(qū)臨近周邊外，而整體低于其他區(qū)域，整體土壤偏酸性。

綜上所述，長(zhǎng)壽地區(qū)重金屬元素的分布主要與人類活動(dòng)、農(nóng)田施肥及成巖母巖等多方面因素有關(guān)。研究區(qū)內(nèi)主要土壤屬侏羅系紅層土壤，多為巖石就地風(fēng)化形成，土壤中重金屬元素的含量受母巖控制程度較高；研究區(qū)內(nèi)多個(gè)重金屬元素的含量高于背景值含量，尤其是Hg元素，其疊加強(qiáng)度高達(dá)23.5，極有可能是因?yàn)榇髿忸w粒通過干濕沉降進(jìn)入土壤，造成重金屬含量的普遍偏高。

3.2 重金屬元素相關(guān)性分析

表4 長(zhǎng)壽區(qū)表層重金屬元素含量間Pearson相關(guān)系數(shù)

表5 長(zhǎng)壽區(qū)表層重金屬元素含量與pH值間Pearson相關(guān)系數(shù)

研究表明，利用土壤中重金屬含量的相關(guān)性可以推測(cè)重金屬的來(lái)源是否相同，若元素間相關(guān)性顯著和極顯著，則說(shuō)明元素間一般具有同源關(guān)系或是復(fù)合污染[4]。研究區(qū)內(nèi)除Hg元素外，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn元素含量之間存在不同程度的正相關(guān)，說(shuō)明這些元素同源的可能性較高，同時(shí)，Cr、 Ni之間也存在明顯的正相關(guān)，而其他元素間相關(guān)系數(shù)為0.2～0.4之間，這也說(shuō)明了Cr、Ni元素同源的可能性最高。這些元素間表現(xiàn)的正相關(guān)，可能暗示了研究區(qū)域內(nèi)不同土壤類型、工業(yè)類型及人類活動(dòng)等控制著重金屬元素的含量和分布特征。3.3 重金屬分布與pH值關(guān)系

pH值是土壤重要的化學(xué)指標(biāo)，研究表明土壤pH值升高將導(dǎo)致土壤重金屬元素吸附量和吸附能力急劇上升[5～8]。研究區(qū)內(nèi)僅城區(qū)土壤略偏堿性，其余區(qū)域內(nèi)的土壤均偏酸性，變化不大，但從相關(guān)性來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)pH值與Ni、Cr、Cd、Cu元素含量間存在明顯的正相關(guān)性，其中與Ni、Cr間呈顯著相關(guān)。這也從一定程度上說(shuō)明，隨著pH值的增大，土壤對(duì)Ni、Cr、Cd、Cu元素的富集作用增加。推測(cè)這可能是由于隨著pH值得增大，土壤中粘土礦物、有機(jī)質(zhì)等表面電荷增加，對(duì)元素離子的吸附能力增強(qiáng)[9]。而區(qū)內(nèi)pH值與As、Hg、Pb、 Zn等元素含量間無(wú)明顯的相關(guān)性，這也有待于下一步試驗(yàn)研究。

3.4 污染評(píng)價(jià)

表層土壤重金屬元素污染實(shí)質(zhì)是表層土壤重金屬元素相比于土壤第一環(huán)境背景值的局部表生富集異常, 反映自然地質(zhì)作用及人為作用下外源性重金屬元素對(duì)土壤體系的輸入強(qiáng)度, 以及環(huán)境對(duì)土壤體系化學(xué)組成的影響程度[10]，目前國(guó)內(nèi)外最常用的評(píng)價(jià)方法采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法（Nemerow Index）。方法是首先用每個(gè)樣品每個(gè)元素與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值（國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值）的比值確定單個(gè)元素的污染指數(shù)，然后取所有樣品中重金屬污染物單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值和所有元素污染指數(shù)的平均值計(jì)算綜合污染指數(shù)。這種方法可以反映各種污染元素對(duì)土壤的作用，同時(shí)突出了高濃度污染元素對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響[11～14]。

表6 長(zhǎng)壽區(qū)城區(qū)及周邊重金屬元素污染指數(shù)

依據(jù)國(guó)家二級(jí)土壤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照pH值為6.5～7.5所對(duì)應(yīng)的土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)對(duì)研究區(qū)內(nèi)重金屬元素單元素污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表6），結(jié)果表明長(zhǎng)壽區(qū)內(nèi)8種重金屬元素存在不同程度的污染，形狀多呈斑塊狀，其中污染指數(shù)小于的1的非污染區(qū)域面積較大，基本占全區(qū)面積的95%；污染指數(shù)在1～2之間的輕污染較為發(fā)育，Cu、Hg、Ni往往可見不均勻分布的7～11處輕污染，但面積大小不一，在城區(qū)、城西、江南地區(qū)大面積分布，As、Cd、Cr、Pb、Zn元素輕污染的地區(qū)僅有1～3處；污染指數(shù)在2～3之間的中度污染的元素主要有As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn，數(shù)量為1～3處，面積較小，多呈圓形-橢圓形狀，主要分布于長(zhǎng)壽城區(qū)長(zhǎng)江北岸的三洞村、渡舟鎮(zhèn)以及南岸的石廟村附近；污染指數(shù)大于3的重污染元素主要有As、Hg、Zn，其中以Hg元素污染最為嚴(yán)重，重污染區(qū)域可達(dá)3個(gè)，面積較大，主要分布于江南鎮(zhèn)、桃花溪及八顆鎮(zhèn)與渡舟鎮(zhèn)交界位置，污染原因可能與工業(yè)生產(chǎn)等人類活動(dòng)密切相關(guān)。

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)1358件樣品中大部分樣品屬清潔安全等級(jí)，58件處于尚清潔的警戒線樣品，21件樣品屬輕度污染，5件樣品中度污染，僅3件樣品重度污染（表7）。

從圖3上看出研究區(qū)大部分土壤環(huán)境質(zhì)量較好，為清潔安全的，約占全區(qū)面積的93.1%，處于尚清潔的警戒線區(qū)域約占全區(qū)的4.9%，輕度污染區(qū)域約占1.5%，中污染區(qū)域約占0.2%，重污染區(qū)域約占0.3%，污染區(qū)域均呈小斑塊散布，污染較為嚴(yán)重的區(qū)域位于長(zhǎng)壽城區(qū)、城區(qū)西部、江南的大堡村、八顆鎮(zhèn)的八顆村等，北部的污染較輕。從長(zhǎng)江沿線的幾個(gè)樣品來(lái)看，處于尚清潔的警戒線區(qū)域有7塊，呈斑狀，輕度污染2處，分別位于上游的養(yǎng)蠶堆和龍溪河與長(zhǎng)江交匯部位的三洞村。江南的大堡村、八顆鎮(zhèn)的八顆村及長(zhǎng)壽城區(qū)近郊的朱家大灣發(fā)現(xiàn)有規(guī)模不等的重度污染，面積分別為0.13、0.15和0.20km2，工業(yè)污染是該類地區(qū)污染的主要原因。處于長(zhǎng)壽城區(qū)北部的農(nóng)田區(qū)域污染稍弱，江南地區(qū)除由工業(yè)污染引起的零星幾個(gè)污染外，整體污染較弱，處于安全-警戒線之間。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)反映的長(zhǎng)壽區(qū)城區(qū)及周邊的重金屬污染情況與單因子污染指數(shù)中的Hg的污染情況類似，也從一定程度上說(shuō)明了Hg為研究區(qū)內(nèi)最主要的污染元素。

表7 土壤綜合污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論

對(duì)長(zhǎng)壽區(qū)城區(qū)及周邊表層土壤中重金屬含量、變化、相關(guān)性及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分析結(jié)果表明，表層土壤中Cr、Hg、Ni、Pb、Zn、As元素含量高于三峽庫(kù)區(qū)深層土壤重金屬元素背景值，而城區(qū)樣品中元素含量明顯高于周邊地區(qū)。表層土壤中除Hg元素外，其余元素含量間存在不同程度的正相關(guān)性，以Cr、Ni元素間相關(guān)性最為明顯。同時(shí)，pH值與Ni、Cr、Cd、Cu元素呈顯著正相關(guān)，表層土壤中Ni含量隨著pH值增加的最為顯著，其次為Cr、Cd、Cu。表層土壤單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示研究區(qū)中重金屬污染以輕污染為主，Hg元素的污染程度及范圍最高，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示研究區(qū)大部分面積為清潔安全的，污染最為嚴(yán)重的為長(zhǎng)壽城區(qū)及近郊、城西以及江南地區(qū)，污染情況與單因子評(píng)價(jià)結(jié)果相似。工作結(jié)果證實(shí)，結(jié)合單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)可以獲得較為符合實(shí)際的土壤重金屬污染信息。

圖2 研究區(qū)土壤重金屬元素綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)圖

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Assessment of Heavy Metal Pollution of Soil in the Changshou Region

GONG Xiao-bo LIAO Ruan-yinzi MENG Biao GUO Dao-jun Hu Yamg Ling Yajan
(No. 106 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611130)

Pedogeochemical survey indicates that average contents of 8 heavy metal elements such as Cr, Hg, Ni, etc. in Changshou and its neighborhood are higher than the deep soil background values in the Three Gorges Reservoir Region, and later superposition of Hg, Pb is obvious. With the exception of Hg, the remaining seven elements, especially Cr and Ni, are in notable positive correlation. Contents of Ni, Cr, Cd and Cu increase with pH value. Single factor pollution index assessment and N. L. Nemerow comprehensive index assessment show that soil in the study area is subjected to light and moderate pollution with area of heavily pollution accounts for about 0.3% of the whole area. Hg is principal pollution element.

heavy metal; pollution evaluation; soil; Changshou region

P632+1；P69

A

1006-0995（2014）04-0620-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.034

2013-09-22

龔曉波（1986-），男，四川南充人，工程師，主要從事基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)找礦工作