河北省邯鄲市畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬含量調(diào)查及污染評價(jià)

栗　萍程　瑞李玉玲徐　暉

（1河北省邯鄲市環(huán)境監(jiān)測中心站，河北邯鄲056002；2河北省邯鄲市畜牧技術(shù)推廣站，河北邯鄲056002；3河北省邯鄲市環(huán)境保護(hù)局，河北邯鄲056002）

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河北省邯鄲市畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬含量調(diào)查及污染評價(jià)

栗萍1程瑞2李玉玲3徐暉3

（1河北省邯鄲市環(huán)境監(jiān)測中心站，河北邯鄲056002；2河北省邯鄲市畜牧技術(shù)推廣站，河北邯鄲056002；3河北省邯鄲市環(huán)境保護(hù)局，河北邯鄲056002）

摘要：為了解河北省邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤的重金屬含量狀況及污染情況，本研究選取不同方位的3個(gè)養(yǎng)殖場15個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，測定了土壤中9種重金屬的含量，并用污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果顯示這9種重金屬含量均處于國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級范圍。運(yùn)用污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)，結(jié)果顯示其污染程度分別為清潔（安全）和輕微生態(tài)危害水平；用污染指數(shù)法評價(jià)，結(jié)果顯示重金屬元素中污染最嚴(yán)重的為鎳（Ni），污染最小的為汞（Hg），污染程度按由高到低排列的順序?yàn)椋烘嚕∟i）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）＞砷（As）＞鉛（Pb）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）＞銅（Cu）＞汞（Hg）；用潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價(jià)，污染最嚴(yán)重的是鎘（Cd），污染最小的為鋅（Zn）和錳（Mn），污染程度按由高到低排列的順序?yàn)椋烘k（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞鎳（Ni）＞鉛（Pb）＞銅（Cu）＞鉻（Cr）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）。結(jié)論是邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤保護(hù)狀況良好，重金屬污染狀況屬于清潔和輕微生態(tài)危害水平；其中鎳（Ni）、砷（As）、鉛（Pb）在兩種評價(jià)方法中均處于前五位，應(yīng)加強(qiáng)對其的關(guān)注度，避免累積速度過快增長。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖場；土壤重金屬；內(nèi)梅羅污染指數(shù)法；潛在生態(tài)危害指數(shù)法；污染評價(jià)

近年來，隨著國家不斷加大污染治理力度，工業(yè)領(lǐng)域所形成的重金屬污染形勢有所緩解，但在土壤污染尤其是養(yǎng)殖場周邊土壤的重金屬污染方面的研究相對欠缺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河北省邯鄲市2010—2014年畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的年均增速為7%。土壤的環(huán)境承載力日益加重。特別是重金屬，由于難以被消解，累積效應(yīng)會逐漸延伸至種植業(yè)和地下水中，直接或間接地影響人類健康。

邯鄲市作為河北省的畜禽養(yǎng)殖大市，養(yǎng)殖量一直名列前茅。為深入了解邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬的環(huán)境質(zhì)量及污染評價(jià)，本研究以不同種類的規(guī)?；B(yǎng)殖場周邊土壤為對象，通過九種重金屬含量的測定，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法以及潛在生態(tài)危害指數(shù)法對重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)研究，以期為邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤環(huán)境重金屬污染的防治和水源地保護(hù)提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

研究區(qū)域地處邯鄲市東部、北部和西部的三個(gè)規(guī)模化養(yǎng)殖場。養(yǎng)殖種類分別為肉雞（1#）、奶牛（2#）和生豬（3#）。養(yǎng)殖數(shù)量分別為30萬羽（出欄）、400頭（存欄）和10 000頭（出欄）。該區(qū)域均處于平原地區(qū)，氣候特征四季分明，為北溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候。自然植被狀況均為耕地，常年種植玉米和小麥。畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤類型分別為亞黏土、黏土；輕壤土，暗棕輕微沙化；山地黃棕壤。養(yǎng)殖場均無污染物排污口。

1.2樣品采集

每個(gè)畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤共布設(shè)5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，在養(yǎng)殖場外圍500 m范圍內(nèi)采用網(wǎng)格法進(jìn)行隨機(jī)布點(diǎn)，網(wǎng)格大小為100 m×100 m，通過查隨機(jī)數(shù)表，得到5個(gè)隨機(jī)數(shù)，即得到隨機(jī)數(shù)對應(yīng)的網(wǎng)格編號，以該網(wǎng)格的中心點(diǎn)作為監(jiān)測點(diǎn)位。

每個(gè)點(diǎn)位采集混合土樣，每份樣品采集量為2 kg，采集深度為0～20 cm，采樣時(shí)間為2015年5月下旬和6月上旬，共采集樣品數(shù)量15個(gè)。

土樣經(jīng)風(fēng)干后粗磨過2 mm篩，采用四分法進(jìn)行處理，再細(xì)磨過100目的尼龍篩，裝瓶備用。

土樣經(jīng)氫氟酸、硝酸、高氯酸消解，取上清液用火焰原子吸收分光光度法測定銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）；用石墨爐原子吸收分光光度法測定鉛（Pb）、鎘（Cd）；用原子熒光法測定砷（As）、汞（Hg）；用原子吸收分光光度法測定錳（Mn）。

1.3評價(jià)方法

1.3.1單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法適用于單一因子污染的特定區(qū)域的評價(jià)，可以反映單一污染物的污染程度，是其他環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量分級和綜合評價(jià)的基礎(chǔ)，表達(dá)式如下：

式（1）中Pi為土壤中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，Ci為污染物i的實(shí)測含量，Sip為污染物i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)Pi的大小，將土壤污染程度劃分為五級。若Pi≤1，表示土壤未受到人為污染，否則表示土壤已受到人為污染，P越大，則表示受到的污染程度越高。分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

表1　單因子評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)分級

1.3.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法反應(yīng)了各項(xiàng)污染物對土壤的作用，同時(shí)突出了高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，兼顧了單因子污染指數(shù)平均值和最大值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN）的計(jì)算公式如下：

根據(jù)PN的大小，將土壤污染程度劃分為五級，PN越大，則表示受到的污染程度越高。分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2　土壤內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典科學(xué)家Hakanson提出的沉積物中重金屬危害性的評價(jià)方法，可使區(qū)域質(zhì)量評價(jià)更具代表性和可比性。根據(jù)這一方法，對土壤中單一重金屬i的潛在生態(tài)危害指數(shù)E，可表示為：

式（3）中Ti為重金屬i的毒性系數(shù)，F(xiàn)i為重金屬i的污染因子。

土壤中多種重金屬元素的潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）是各單一重金屬元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)E之和，其表達(dá)式如下：

本研究涉及到的汞（Hg）、鎘（Cd）、砷（As）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、錳（Mn）等9種重金屬的毒性系數(shù)分別為40、30、10、5、5、2、2、1、1。各種重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)與污染程度的關(guān)系如表3所示。

2結(jié)果與分析

2.1養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬含量

從表4可以看出，邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤表面重金屬含量均符合《中華人民共和國國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）的二級標(biāo)準(zhǔn)。最大超標(biāo)倍數(shù)均為0。

2.2養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀評價(jià)

2.2.1單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

參照國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果（表5）表明，邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬污染最小的為汞（Hg），其Pi平均值為0.05；污染最嚴(yán)重的為鎳（Ni），其Pi平均值為0.69。污染程度按由高到低排列的順序?yàn)椋烘嚕∟i）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）＞砷（As）＞鉛（Pb）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）＞銅（Cu）＞汞（Hg）。15個(gè)采樣點(diǎn)PN的平均值為0.53，可知邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬元素均值的污染水平屬于安全范疇，污染水平為清潔。

表3　重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)（Ei）與污染程度的關(guān)系

表4　邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬含量結(jié)果統(tǒng)計(jì)?。╩gg//kkgg）

2.2.2潛在生態(tài)危害指數(shù)法

由表6可知，從單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)來看，邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤中鎘（Cd）元素的Ei值最高，為6.6；鋅（Zn）和錳（Mn）元素的Ei值最低，均為0.36；監(jiān)測的9種重金屬的Ei值和RI值均遠(yuǎn)小于40 和150，屬于輕微生態(tài)危害。其Ei值按由高到低排列的順序?yàn)椋烘k（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞鎳（Ni）＞鉛（Pb）＞銅（Cu）＞鉻（Cr）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）。15個(gè)采樣點(diǎn)RI的平均值為16.65，可知邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬元素的污染水平屬于輕微生態(tài)危害。

比較不同重金屬污染評價(jià)方法，可以發(fā)現(xiàn)用污染指數(shù)法表征土壤受污染程度時(shí)，污染最嚴(yán)重的為鎳（Ni），但是用潛在生態(tài)危害指數(shù)法表征土壤受污染程度時(shí)，潛在生態(tài)危害最嚴(yán)重的為鎘（Cd），雖然兩種方法檢測的污染水平均在污染最小狀態(tài)和安全水平，但是元素鎘（Cd）的污染水平應(yīng)引起我們的注意，因其負(fù)擔(dān)率排在首位。

表5　邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬含量污染現(xiàn)狀評價(jià)結(jié)果

表6　邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬潛在生態(tài)危害評價(jià)

3結(jié)論

⑴邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬的污染水平達(dá)到國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)。

⑵運(yùn)用污染指數(shù)法對邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果顯示該地區(qū)污染最小的是汞（Hg），其Pi平均值為0.05；污染最嚴(yán)重的為鎳（Ni），其Pi平均值為0.69。污染程度按由高到低排列的順序?yàn)椋烘嚕∟i）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）＞砷（As）＞鉛（Pb）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）＞銅（Cu）＞汞（Hg）。由此可知，邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬元素均值的污染水平屬于安全范疇，污染水平為清潔。

⑶運(yùn)用潛在生態(tài)危害指數(shù)法在對邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬污染的現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，可知其中元素鎘（Cd）的潛在生態(tài)危害系數(shù)最高，Ei值為6.6；鋅（Zn）和錳（Mn）元素的潛在生態(tài)危害系數(shù)最低，Ei值均為0.36。其Ei值按由高到低排列的順序?yàn)椋烘k（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞鎳（Ni）＞鉛（Pb）＞銅（Cu）＞鉻（Cr）＞鋅（Zn）＞錳（Mn）。15個(gè)采樣點(diǎn)RI的平均值為16.65，可知邯鄲市養(yǎng)殖場周邊土壤重金屬元素的污染水平屬于輕微生態(tài)危害水平。

⑷其中鎳（Ni）、砷（As）、鉛（Pb）在兩種評價(jià)方法中均處于前五位中。應(yīng)加強(qiáng)對這3種元素的關(guān)注度，避免累積效應(yīng)的快速提高。

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作者簡介：栗萍（1973-），女，河北邯鄲人，漢族，環(huán)保工程副高級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染減排、環(huán)境監(jiān)測等

收稿日期：2015-11-04

中圖分類號：X53，X820.2（222HD）

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-4645(2016)01-0067-04