巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)土壤重金屬分布特征及污染評(píng)價(jià)

鐘先錦,劉明祥,胡翰林

1.合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物系，安徽巢湖,238000；2.安徽工程大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽蕪湖，241000

巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)土壤重金屬分布特征及污染評(píng)價(jià)

鐘先錦1,劉明祥2,胡翰林1

1.合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物系，安徽巢湖,238000；2.安徽工程大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽蕪湖，241000

為揭示開發(fā)區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，以巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)為研究區(qū)域，采用網(wǎng)格法布點(diǎn)采樣，采集表層土壤樣共計(jì)30個(gè)，對(duì)土壤中的重金屬Hg,Cd,As,Cr,Pb,Cu,Zn的含量進(jìn)行測(cè)定分析。其單因子平均污染指數(shù)分別為：0.78,1.47,0.32,0.30,0.25,0.62,0.25。結(jié)果表明研究區(qū)土壤屬于輕微鎘污染，基本沒(méi)有受到鉛、鉻、汞、砷、銅、鋅污染。不同功能區(qū)域土壤的重金屬含量分布不平衡，工業(yè)區(qū)明顯高于生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)。

開發(fā)區(qū)；重金屬；污染指數(shù)

重金屬是最嚴(yán)重的環(huán)境污染物之一，它進(jìn)入環(huán)境后難以被降解，且會(huì)通過(guò)生物富集作用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成直接和間接威脅[1]，因此由重金屬引起的環(huán)境污染問(wèn)題日益受到關(guān)注[2]。土壤中的重金屬不僅影響和改變土壤的生態(tài)功能，而且通過(guò)植物傳遞或者直接接觸危害人體健康。因此，研究土壤重金屬污染特征，評(píng)價(jià)其潛在生態(tài)危害是必要的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研究了一些城市土壤重金屬的污染狀況，但是對(duì)于城市開發(fā)區(qū)土壤重金屬的污染及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)尚未見報(bào)道[3]。

地方開發(fā)區(qū)是地方經(jīng)濟(jì)改革開放和參與國(guó)際經(jīng)濟(jì)交往的前沿陣地，是聯(lián)系國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的橋梁與紐帶，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生輻射、示范和帶動(dòng)作用[4]。合肥巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)成立于1992年8月，由三大區(qū)域即半湯區(qū)、花山區(qū)、溫泉度假區(qū)構(gòu)成。其中，半湯區(qū)是生活配套區(qū)，溫泉度假區(qū)是療養(yǎng)區(qū)，花山區(qū)是工業(yè)區(qū)。本文以開發(fā)區(qū)中不同功能區(qū)的土壤為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)查與評(píng)價(jià)開發(fā)區(qū)土壤重金屬的污染特征，為合理地規(guī)劃和利用開發(fā)區(qū)土壤、改善和提高開發(fā)區(qū)環(huán)境質(zhì)量、保障人群健康提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 樣品采集與分析

1.1 樣品采集

開發(fā)區(qū)土壤是一個(gè)開放的緩沖動(dòng)力學(xué)體系，與外環(huán)境之間不斷地進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，但又具有物質(zhì)和能量相對(duì)穩(wěn)定和分布均勻性差的特點(diǎn)[5]。為使布設(shè)的采樣點(diǎn)具有代表性和典型性，本研究采用網(wǎng)格布點(diǎn)法[5]取樣。在工業(yè)區(qū)域內(nèi)按1 000 m×1 000 m布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，其他區(qū)域按2 000 m×2 000 m布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，共設(shè)30個(gè)采樣點(diǎn)。采樣時(shí),用竹鏟采集植物根系土,采樣深度為0～20 cm；每個(gè)采樣點(diǎn)用竹鏟取樣，應(yīng)先鏟出一個(gè)斷面，再平行于斷面下鏟取土。取土深度及采樣量應(yīng)均勻一致，注意多點(diǎn)等量混合，以避免局部偶然因素，每點(diǎn)采集土壤樣約1.5 kg。

樣品預(yù)處理：采用陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，避免陽(yáng)光直曬。在風(fēng)干過(guò)程中，揀出碎石、砂礫及植物殘?bào)w等雜質(zhì)。取風(fēng)干后的樣品用竹片碾碎并用瑪瑙研缽研磨，分別過(guò)10目、60目和100目的尼龍篩。用四分法[5]取約10 g作為樣品，裝入聚乙烯塑料袋作為分析樣。

1.2 樣品分析

以濕法消化作樣品預(yù)處理，選取汞、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鋅作為土壤分析中的主要項(xiàng)目，分析土壤中這些元素的含量和土壤pH值。其中pH值采用玻璃電極法，汞、砷采用原子熒光法，鎘、鉛、鉻、銅、鋅采用原子吸收法測(cè)定[6]。

1.3 藥品及儀器

汞、砷、鎘、鉛、鉻、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)品(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心)、雙硫腙(分析純，上海振企化學(xué)試劑有限公司)、濃硫酸(分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)、酒石酸鉀鈉(分析純，天津市津北精細(xì)化工有限公司)、pH計(jì)(MP511，上海三信)、熒光分光光度計(jì)(F93，上海第三分析儀器廠)、原子吸收分光光度計(jì) (TAS-990AFG，北京普析通用有限責(zé)任公司)、冷原子吸收測(cè)汞儀(NCG-1，金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司)。

2 結(jié)果與評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

2.1.1 評(píng)價(jià)方法

土壤的評(píng)價(jià)方法采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法[7]。

(1)單因子指數(shù)法計(jì)算式為：

Pi=Ci/Si

式中，Pi為土壤中污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci為調(diào)查點(diǎn)位土壤中污染物i的實(shí)測(cè)濃度，Si為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

(2)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法計(jì)算式為：

式中，P為土壤污染物的綜合指數(shù)，Pi為土壤中污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)。

根據(jù)Pi的大小，可將土壤污染程度劃分為五級(jí)，表1列出了污染等級(jí)和Pi的關(guān)系。

表1 基于污染指數(shù)的土壤質(zhì)量分級(jí)

2.1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]。

表2 土壤中重金屬含量的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)mg·kg-1

CdPbCrHgAsCuZn10.4377.966.30.3310.867.354.320.5783.276.40.4211.476.865.230.64103.778.70.6213.7100.776.440.3769.856.30.2710.254.334.750.4870.265.20.3411.477.960.160.5488.370.60.4012.187.876.870.63123.788.20.4513.898.288.280.81134.390.40.6716.7134.397.590.92130.390.00.7117.4150.6143.3100.90122.188.30.9214.3123.7132.0110.1945.740.20.324.377.2100.1120.2334.844.50.315.649.978.3130.3433.254.70.287.856.756.7140.3867.560.80.408.965.557.2150.4778.967.90.3511.278.267.1160.65100.477.20.6514.599.188.9170.6778.383.10.4913.888.167.9180.72145.7100.10.6818.9100.590.4190.3465.857.20.3412.678.345.3200.3576.450.30.3716.367.249.2210.3765.245.60.293.433.154.3220.4276.967.20.304.518.367.3230.1844.523.50.215.414.318.9240.2334.030.60.094.823.123.1250.2143.831.40.133.912.320.8260.2856.228.30.324.87.832.0270.3332.134.70.185.65.645.7280.3445.347.30.244.34.557.2290.1146.443.10.371.73.113.6300.0939.829.30.292.11.26.7平均值0.4473.859.60.399.561.962.3標(biāo)準(zhǔn)差0.05033.3121.810.18755.04541.9532.30變異系數(shù)11.38%45.14%36.60%48.08%53.10%67.76%51.84%偏度系數(shù)0.560.670.131.030.110.120.52峰度系數(shù)-0.39-0.51-1.090.99-1.26-0.790.47

2.2 土壤中重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)30個(gè)采樣點(diǎn)位的土壤樣品進(jìn)行重金屬含量監(jiān)測(cè)，計(jì)算它們的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、偏度系數(shù)、峰度系數(shù)，監(jiān)測(cè)及計(jì)算結(jié)果見表2。表2中，編號(hào)1至20是工業(yè)園區(qū)采樣點(diǎn)，編號(hào)21至30是生活區(qū)及療養(yǎng)區(qū)采樣點(diǎn)。由表2可以看出，7種重金屬元素的變異系數(shù)變化幅度較大。變異系數(shù)是反映總樣本中個(gè)樣本的平均變異程度，研究區(qū)域中，銅的變異系數(shù)最大，達(dá)到67.76%；鎘的變異系數(shù)最小，為11.38%。7種元素的變異系數(shù)由小到大的順序?yàn)殒k、鉻、鉛、汞、鋅、砷、銅。另外，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析30個(gè)取樣點(diǎn)的土壤重金屬含量，可以看出，46.7%的樣點(diǎn)土壤Cd含量超過(guò)國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]，屬于輕污染；20%的樣點(diǎn)土壤Cd含量超過(guò)國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)2倍，屬于中度污染；6.7%的樣點(diǎn)土壤Cd含量超過(guò)國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3倍，屬于重污染。除了Cd以外，少數(shù)采樣點(diǎn)的Hg和Cu超過(guò)土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其他4種重金屬在研究區(qū)土壤中的含量都小于國(guó)家土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。Cd污染樣點(diǎn)主要分布在工業(yè)區(qū)土壤，其他采樣點(diǎn)離工業(yè)區(qū)越近污染越明顯。這可能與工業(yè)區(qū)內(nèi)部分企業(yè)的重金屬污染排放有關(guān)，導(dǎo)致Cd在表層土壤積累。

2.3 不同功能區(qū)土壤重金屬的平均含量

將工業(yè)園區(qū)、生活配套區(qū)、療養(yǎng)區(qū)的重金屬含量分別進(jìn)行比較分析，結(jié)果見表3。由表3可以看出，不同區(qū)域土壤的重金屬含量不同，總的來(lái)說(shuō)工業(yè)區(qū)土壤重金屬鉻、鉛、鉻、汞、砷、銅、鋅的含量都大于生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)。生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)土壤中的重金屬含量接近且明顯低于工業(yè)區(qū)，由此得出工業(yè)區(qū)重金屬含量偏高是由企業(yè)排放導(dǎo)致的。通過(guò)對(duì)生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)土壤的理化性質(zhì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，N、P、K的含量較高，這說(shuō)明該區(qū)域農(nóng)藥和化肥的施用量較大。一般農(nóng)藥和化肥含有少量的重金屬，致使該區(qū)域土壤中含有少量的重金屬。但由于生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)離工業(yè)區(qū)較遠(yuǎn)，企業(yè)排放的重金屬?zèng)]有在其表面土壤大量富集，因此生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)土壤中重金屬的含量低。

表3 不同功能區(qū)土壤重金屬含量分布mg·kg-1

CdPbCrHgAsCuZn工業(yè)區(qū)0.5386.4770.320.4712.2986.6276.48生活區(qū)0.2852.8839.660.204.420.2236.88療養(yǎng)區(qū)0.2343.9636.540.283.74.4431.04

2.4 土壤重金屬污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)30個(gè)采樣表層土壤主要重金屬單因子污染指數(shù)，數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見表4。從表4可以看出，鉛、鉻、汞、砷、銅、鋅單因子污染指數(shù)的平均值分別為0.25、0.30、0.78、0.32、0.62、0.25，低于1，說(shuō)明上述6種重金屬在表層土壤中的含量低于安全水平，研究區(qū)基本沒(méi)有受到鉛、鉻、汞、砷、銅、鋅污染；而鎘單因子污染指數(shù)的平均值為1.47，大于1但小于2，研究區(qū)土壤屬于輕微鎘污染。研究區(qū)重金屬單因子污染指數(shù)平均值從大到小為：鎘>汞>銅>砷>鉻>鋅=鉛。從研究區(qū)土壤樣品7種重金屬單因子污染指數(shù)變異系數(shù)來(lái)看，7種重金屬變異系數(shù)數(shù)值比較接近。從偏度系數(shù)和峰度系數(shù)來(lái)看，7種重金屬的系數(shù)值基本呈正態(tài)分布。

表4 開發(fā)區(qū)土壤重金屬單因子污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

(續(xù)表)

CdPbCrHgAsCuZn162.170.340.341.300.480.990.36172.230.260.120.980.460.880.27182.400.490.151.360.631.010.36191.130.220.160.680.420.780.18201.170.260.140.740.540.670.20211.230.220.170.580.110.330.22221.400.260.240.600.150.180.27230.600.150.220.420.180.140.08240.770.110.150.180.160.230.09250.700.150.440.260.130.120.08260.930.190.450.640.160.080.13271.100.110.450.360.190.060.18281.130.150.440.480.140.050.23290.370.160.200.740.060.030.05300.30.130.220.580.070.010.03平均值1.470.250.300.780.320.620.25標(biāo)準(zhǔn)差0.750.110.120.370.170.420.13變異系數(shù)51.02%44%40%47.44%53.13%67.74%52%偏度系數(shù)0.560.670.131.030.110.120.52峰度系數(shù)-0.39-0.44-1.520.99-1.26-0.790.47

3 結(jié) 論

(1)除了鎘以外，其他6種重金屬單因子污染指數(shù)的平均值低于1，說(shuō)明研究區(qū)基本沒(méi)有受到鉛、鉻、汞、砷、銅、鋅污染；鎘單因子污染指數(shù)的平均值為1.47，大于1但小于2，說(shuō)明研究區(qū)土壤屬于輕微鎘污染，利用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法得出研究區(qū)土壤屬于輕污染。

(2)不同區(qū)域土壤的重金屬含量是不同的，總的來(lái)說(shuō)工業(yè)區(qū)土壤重金屬的含量要大于生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.07.029

2015-01-18

合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)基金資助項(xiàng)目“巢湖開發(fā)區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)查及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”(zryb201309)。

鐘先錦(1980-)，安徽含山人，碩士，講師，主要研究方向：環(huán)境污染控制。

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1673-2006(2015)07-0106-04