客運索道支架處土壤重金屬評價

周成軍，盧秀琳，黃曉麗，周新年，巫志龍，劉富萬，呂世文

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002；2.福建省南平市農(nóng)業(yè)局，福建 南平 353000)

客運索道支架處土壤重金屬評價

周成軍1，盧秀琳1，黃曉麗2，周新年1，巫志龍1，劉富萬1，呂世文1

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002；2.福建省南平市農(nóng)業(yè)局，福建 南平 353000)

為研究客運索道建設(shè)對所在景區(qū)索道支架處土壤的重金屬污染狀況，以及對我國今后客運索道建設(shè)與發(fā)展提出建議，以福建和廣東兩省不同地域的4條客運索道支架處土壤為研究對象，運用對比樣方法對土壤取樣并測定其鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)含量，基于沉積學(xué)的理論，采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對客運索道支架處的土壤進行評價。結(jié)果表明，鼓山索道支架處土壤受到重金屬鎘(Cd)中度污染及鉛(Pb)重度污染；仙公山索道支架處土壤受到重金屬鉛(Pb)中度污染；麒麟山索道支架處土壤受到重金屬鎘(Cd)重度污染及鉛(Pb)重度污染；大俠谷索道支架處土壤受到重金屬鎘(Cd)輕度污染。研究表明，在客運索道支架處的干擾樣方與對照樣方重金屬污染程度存在顯著差異，由此可推斷客運索道對其支架周邊土壤具有一定程度的重金屬污染。

客運索道；沉積學(xué)；重金屬污染；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)；潛在生態(tài)危害指數(shù)

0 引言

土壤是人類賴以生存的重要資源之一，人類社會的高速發(fā)展以及工業(yè)化進程的加快，導(dǎo)致土壤同其它資源一樣面臨著各種各樣的污染威脅，其中土壤的重金屬污染現(xiàn)象已經(jīng)逐步成為全世界共同面臨的一大難題。由于人類的生產(chǎn)活動和開發(fā)建設(shè)，導(dǎo)致土壤環(huán)境中微量重金屬元素含量超過歷史背景值，逐漸過量沉積而造成含量過高的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為土壤重金屬污染[1]。土壤中重金屬元素含量過多會對土壤中的各種微生物產(chǎn)生抑制毒害作用，導(dǎo)致土壤的生產(chǎn)力大幅降低。此外，重金屬元素直接作用于各類植物，嚴重影響植物的生長、發(fā)育和繁殖，最終破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡[2]。

隨著我國日益增長的客運索道數(shù)量和公眾不斷增強的環(huán)保意識，人們在關(guān)注客運索道帶來的便利和經(jīng)濟效益的同時，也開始關(guān)注客運索道對周邊環(huán)境造成的影響[3-4]?？瓦\索道大多建在風(fēng)景區(qū)，施工的復(fù)雜性以及索道支架在景區(qū)的搭建對于周邊環(huán)境會造成一定影響[5-6]，其中客運索道支架通常為鋼支架，鋼支架對土壤環(huán)境污染較低，但為了防止鋼支架銹蝕、提高使用壽命以及出于美觀考慮，索道鋼支架一般選擇涂覆油漆，加之客運索道支架長期暴露在空氣中，受風(fēng)沙與雨水等影響，容易產(chǎn)生脫皮和掉漆等現(xiàn)象，并在補漆與換漆過程中油漆可能滴入土壤造成污染。油漆中的重金屬污染元素包括鉻(Cr)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)、銻(Sb)、硒(Se)和砷(As)等，其中汞(Hg)、銻(Sb)、硒(Se)與砷(As)屬于易揮發(fā)元素難于檢測，而鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)等元素不易揮發(fā)，會長時間存在于土壤中并產(chǎn)生較大危害，且其分析檢測準(zhǔn)確度高[7]，故客運索道支架處土壤重金屬評價中將鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)作為研究評價的目標(biāo)重金屬元素。本研究基于沉積學(xué)理論，選取內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法，深入調(diào)查分析客運索道支架周邊土壤的重金屬污染程度，并對其污染做出相應(yīng)評價，提出重金屬污染治理措施和建議，對于探索建設(shè)新型綠色客運索道、實現(xiàn)我國客運索道的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[8]。

1 數(shù)據(jù)調(diào)查方法及結(jié)果

1.1 地域差異調(diào)查法

選取福建省及廣東省具有代表性的4條客運索道：①鼓山索道(福建福州)；②仙公山索道(福建泉州)；③麒麟山索道(福建三明)；④大俠谷索道(廣東深圳)。

1.2 對比樣方調(diào)查法

采用主觀取樣法，根據(jù)索道沿線地形與地勢，隨機選擇包含東、西、南、北坡4個不同坡向及粘土、粘壤土、壤土、砂壤土與砂土5種不同土質(zhì)的客運索道支架點，以支架(約1.2 m×1.2 m)為中心，布設(shè)2.5 m×2.5 m的干擾樣方，在該樣方沿水平方向約5 m處的非索道區(qū)域，土壤基本不受索道支架干擾，故設(shè)相同尺寸的對照樣方，每條索道選取10個索道支架，設(shè)20個樣方。對每個干擾樣方和對照樣方，按照梅花布點法，先進行樣方的整修、清理，鏟去表層的植被及浮土，從中心部位自上而下分6層挖至深度為30 cm，每層取1 cm土樣，共取厚度為5 cm的土樣，然后將所取的樣方土樣均勻混合，裝入帶有樣方編號的潔凈的容器中，晾干。每個樣點取土的深度、厚度及寬度都基本相同。最后將每條索道所取的干擾樣方和對照樣方土壤分別混合均勻，按四分法取適量，用ICP-MS測定有效態(tài)鉻(Cr)(HCL浸提)及鎘(Cd)、鉛(Pb)(DATA浸提)濃度，進行室內(nèi)測試分析，記錄并分析結(jié)果中鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的含量。

1.3 實驗結(jié)果

經(jīng)取樣與測定，得4條索道各10個支架、20個樣方中鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)三種重金屬平均濃度，見表1。以表1中各重金屬濃度值及最大誤差正值為依據(jù)，分析土壤重金屬的污染程度。

表1 各索道干擾樣方和對照樣方重金屬濃度值

2 評價方法及標(biāo)準(zhǔn)

土壤重金屬污染評價分析方法較多，如內(nèi)梅羅指數(shù)法、單因子指數(shù)法、潛在生態(tài)危害系數(shù)法、層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法等[9-12]。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法突出了污染指數(shù)最大的污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響和作用，適用于將所評價區(qū)域土壤與外區(qū)域土壤質(zhì)量進行比較，以及土壤同時涉及多元素重金屬污染的土壤；潛在生態(tài)危害指數(shù)法從多種有害元素的加和作用作為出發(fā)點，同時引入毒性相應(yīng)系數(shù)，消除了區(qū)域差異影響，適用于大區(qū)域范圍內(nèi)的土壤或沉積物中重金屬污染程度及其潛在生態(tài)危害的綜合評價?？紤]本研究涉及的樣地包括干擾樣方與對照樣方，且4條客運索道所屬區(qū)域差異較大，因此，采用適用于對照比較的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和適用于大區(qū)域范圍土壤分析的潛在生態(tài)危害系數(shù)法[13-15]。

2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

其計算公式為：

Pi=Ci/Si。

(1)

(2)

式中：P綜合為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)；Pi為單項污染指數(shù)；Ci為污染物實測值；Si為根據(jù)需要選取的評

當(dāng)P綜合≤1時，評價結(jié)果為非污染；當(dāng)13時，評價結(jié)果為重度污染。

2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

其計算公式為：

(3)

(4)

土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險程度分級見表2。

2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)

為反映特定研究區(qū)域分異性及實際污染狀況，評價均以各條索道所在區(qū)域(鼓山索道、仙公山索道及麒麟山索道所屬福建省區(qū)域和大俠谷索道所屬廣東省區(qū)域)土壤環(huán)境背景值為基準(zhǔn)[17-19]見表3。

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險程度分級Tab.2 Grades of potential ecological risk

表3索道所在省區(qū)土壤環(huán)境中各重金屬元素背景值

mg/kg

3 結(jié)果與分析

3.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果

各條索道干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬內(nèi)梅羅指數(shù)評價結(jié)果對比見表4。

表4 干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬內(nèi)梅羅指數(shù)法評價值Tab.4 Evaluation of heavy metal pollution under Nemero comprehensive index

由表4可知，多數(shù)索道土壤干擾樣方與對照樣方的污染程度有明顯差異，干擾樣方土壤出現(xiàn)明顯的重金屬污染現(xiàn)象，對照樣方則為輕污染或非污染。其中，鼓山索道干擾樣方的鎘(Cd)與鉛(Pb)分別呈現(xiàn)中度污染與重度污染，而對照樣方為輕污染與非污染；仙公山索道干擾樣方的鎘(Cd)與鉛(Pb)呈現(xiàn)輕度污染與中度污染，而對照樣方為輕度污染與非污染；麒麟山索道干擾樣方的鎘(Cd)與鉛(Pb)呈現(xiàn)重度污染，而對照樣方均為非污染；大俠谷索道干擾樣方的鎘(Cd)呈現(xiàn)輕度污染，而對照樣方為非污染。

3.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價結(jié)果

各條索道干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)評價結(jié)果見表5。

表5 干擾樣方與對照樣方的土壤重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價值Tab.5 Grades of potential ecological risk of heavy metal pollution

由表5可知，除了麒麟山索道土壤重金屬干擾樣方與對照樣方的鎘(Cd)污染程度有明顯差異外，其它地區(qū)索道土壤干擾樣方與對照樣方的各種重金屬污染程度雖無生態(tài)風(fēng)險程度差異，但所得風(fēng)險參數(shù)值有明顯差異：干擾樣方的風(fēng)險參數(shù)值高于對照樣方。其中鼓山索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風(fēng)險參數(shù)分別為對照樣方風(fēng)險參數(shù)的8.14、1.17和7.40倍；仙公山索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風(fēng)險參數(shù)分別為對照樣方風(fēng)險參數(shù)的3.03、1.05和22.90倍；麒麟山索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風(fēng)險參數(shù)分別為對照樣方風(fēng)險參數(shù)的6.08、7.10和16.82倍；大俠谷索道干擾樣方鉻(Cr)、鎘(Cd)和鉛(Pb)的風(fēng)險參數(shù)分別為對照樣方風(fēng)險參數(shù)的1.20、6.88和1.36倍。

3.3 結(jié)果分析

(1)由內(nèi)梅羅指數(shù)評價法得出：鼓山索道對照樣方土壤受到重金屬鎘(Cd)中度污染及鉛(Pb)重度污染；仙公山索道對照樣方土壤受到重金屬鉛(Pb)中度污染；麒麟山索道對照樣方土壤受到重金屬鎘(Cd)重度污染及鉛(Pb)重度污染；大俠谷索道對照樣方土壤受到重金屬鎘(Cd)輕度污染。

(2)由潛在生態(tài)危害指數(shù)評價法得出：除了麒麟山索道土壤重金屬干擾樣方與對照樣方的鎘(Cd)污染程度有明顯差異外，其它地區(qū)索道土壤干擾樣方與對照樣方的各種重金屬污染程度雖無生態(tài)風(fēng)險程度差異，但所得風(fēng)險參數(shù)值有明顯差異，干擾樣方的潛在風(fēng)險參數(shù)值均高于對照樣方。

(3)兩種不同的土壤重金屬評價方法由于計算方法與評價分級不同，所得數(shù)據(jù)結(jié)果存在差異，但所得結(jié)果基本一致，可以明顯看出各條索道所選干擾樣方與對照樣方土壤重金屬元素含量存在差異，干擾樣方的土壤重金屬污染程度強于對照樣方，由此證明客運索道支架確實對其周邊土壤產(chǎn)生了重金屬污染。本研究選取不同區(qū)域的客運索道土壤進行研究，其中鼓山索道、仙公山索道和麒麟山索道選用福建省土壤環(huán)境背景值，大俠谷索道選用廣東省土壤環(huán)境背景值。雖然各條索道位于不同的土壤環(huán)境背景值區(qū)域，但由評價結(jié)果來看，各條客運索道支架干擾樣方周邊土壤的重金屬元素含量都有所增加，與其對照樣方相比均產(chǎn)生了重金屬污染現(xiàn)象，由此可以證明在不同區(qū)域與不同土壤背景值的景區(qū)中客運索道支架都會對土壤造成重金屬污染，客運索道支架處土壤的重金屬污染現(xiàn)象普遍存在。

(4)由4條客運索道支架處土壤所受污染程度可以看出，索道的運營時間越長，其支架周邊的土壤重金屬綜合污染程度越大，以對照樣地土壤重金屬實驗值為背景值，本研究得到4條索道支架處土壤綜合污染程度均達到重度污染，其污染程度與索道運營時間成正比關(guān)系。

4 結(jié)論與討論

應(yīng)用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法分別對福建鼓山、仙公山與麒麟山以及廣東大俠谷4條客運索道的支架處土壤進行重金屬污染評價，其結(jié)果顯示干擾樣方與對照樣方土壤中，各重金屬評價數(shù)值有明顯差異，且干擾樣方數(shù)值均高于對照樣方，說明客運索道支架處對周邊土壤存在重金屬污染現(xiàn)象，進而表明客運索道的建設(shè)與運營會對景區(qū)土壤的生態(tài)環(huán)境造成一定程度的不利影響。

土壤對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和環(huán)境健康狀況有著重要的影響，然而國內(nèi)外關(guān)于客運索道支架處對土壤環(huán)境影響的分析評價甚少。我國客運索道建設(shè)已越來越重視生態(tài)環(huán)境的保護，今后應(yīng)設(shè)立相關(guān)考評標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，加強監(jiān)督管理，加大檢查力度，使得客運索道建設(shè)更加規(guī)范有序，并且在建設(shè)過程中有關(guān)高污染材料的使用應(yīng)得到限制，將索道建設(shè)對景區(qū)環(huán)境的影響降到最低。對已受到污染的景區(qū)應(yīng)及時進行土壤修復(fù)治理，深入調(diào)查污染范圍和程度，合理提出解決方案，早日恢復(fù)景區(qū)的土壤環(huán)境安全。對索道沿線進行植被調(diào)查，根據(jù)不同客運索道所處區(qū)域的不同氣候條件、土質(zhì)及植被生長情況，在各索道沿線范圍內(nèi)，因地適宜地培育具有重金屬改善及吸附能力的植被，防護和修復(fù)客運索道支架位置的土壤環(huán)境。有關(guān)土壤重金屬污染治理的研究將會有廣闊的發(fā)展前景，為包括客運索道支架處土壤重金屬污染治理在內(nèi)的問題找到更好的解決辦法，找到更加合理的土壤修復(fù)手段使已經(jīng)受到重金屬污染的土壤得到一定程度的恢復(fù)。另外有關(guān)客運索道的科研投入應(yīng)有所增加，加快研究新型環(huán)保索道的步伐。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，在客運索道支架材料使用方面會有新的改變，新型輕質(zhì)環(huán)保無污染材質(zhì)支架將取代舊的金屬支架，進而從根本上解決客運索道支架土壤重金屬污染的問題，環(huán)境友好無污染的新型綠色客運索道建設(shè)指日可待。

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AssessmentofHeavyMetalinSoilNearbyPassengerRopewayBracket

Zhou Chengjun1，Lu Xiulin1，Huang Xiaoli2，Zhou Xinnian1， Wu Zhilong1，Liu Fuwan1，Lv Shiwen1

(1.College of Transportation and Civil engineering，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002； 2.Nanping Bureau of Agriculture of Fujian Province，Nanping 353000)

In order to study the situation of heavy metal pollution in the passenger ropeway bracket in the scenic area，and to make suggestions for the construction and development of China’s passenger ropeway，soil of four passenger ropeways in different regions of Fujian and Guangdong Province were selected as the research object.Compared quadrat method was used to collect the soil samples and the contents of Cr，Cd and Pb were analyzed.Then evaluation on the soil test data was carried out by using the Nemoro synthesis index and potential ecological risk index，which was based on sedimentology.Research indicates that，soil of Gushan ropeway suffered moderate Cd pollution and severe Pb pollution；soil of Xiangongshan ropeway suffered moderate Pb pollution；soil of Qilinshan ropeway suffered severe Cd pollution and severe Pb pollution；soil of Daxiagu ropeway suffered severe Cd pollution.The results showed that there was a significant difference in the degree of heavy metal pollution between experimental samples and control samples，and it can be deduced that the passenger ropeway had a certain degree of heavy metal pollution to its surrounding soil.

Passenger ropeway；sedimentology；heavy metal pollution；Nemoro synthesis index；potential ecological risk index

S 714.2

A

1001-005X(2017)06-0031-05

2017-06-27

國家自然科學(xué)基金資助項目(30972359)；國家“工程索道”精品資源共享課程資助項目(教高函[2013]115號111zj0588)；福建省林業(yè)廳科學(xué)基金資助項目(閩林科[2013]5號K851310301)；福建省工程索道工程技術(shù)研究中心開放課題基金資助項目(ptjh16006)；福建農(nóng)林大學(xué)高水平大學(xué)建設(shè)資助項目(113-612014018)

周成軍，碩士，講師。研究方向：森林工程、工程索道。E-mail：zhouchengjun07@qq.com

周成軍，盧秀琳，黃曉麗，等.客運索道支架處土壤重金屬評價[J].森林工程，2017，33(6)：31-35.