典型岱崮地貌地區(qū)土壤序列重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

程會(huì)爽，孫愛(ài)德，崔景文，高傳翔，郭勁松

(臨沂大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山東 臨沂 276005)

近年來(lái)，重金屬污染問(wèn)題所造成的危害日益嚴(yán)重，在不同程度上危害了人與自然的和諧。郴州血鉛中毒事件、瀏陽(yáng)鎘污染事件等多起事件都引起了社會(huì)極高的關(guān)注度，重金屬污染問(wèn)題的解決迫在眉睫。重金屬污染在土壤中具有潛在風(fēng)險(xiǎn)性[1]，一旦進(jìn)入土壤就很難去除。重金屬具有毒性，不能被微生物降解，可以在生物體內(nèi)富集[2]，最終通過(guò)食物鏈影響人體健康[3]。因此，研究土壤中重金屬來(lái)源，分析重金屬在土壤沉積物中的空間分布特征以及其潛在生態(tài)危害程度具有十分重要的意義，能夠?yàn)橹卫硗寥乐亟饘傥廴咎峁┫嚓P(guān)依據(jù)。

最近幾年，國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤重金屬污染的研究重心已經(jīng)從城市中的中心工業(yè)區(qū)域向城市周圍轉(zhuǎn)移[4-7]，比如說(shuō)城市周圍建筑、山地、農(nóng)田，其中山地既可以進(jìn)行相關(guān)工業(yè)開(kāi)發(fā)，又可以進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，所以對(duì)山地丘陵區(qū)域進(jìn)行土壤重金屬污染狀況研究具有重要意義[8-9]。土壤重金屬的來(lái)源十分復(fù)雜，研究過(guò)程中利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)天寶林場(chǎng)土壤重金屬污染進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，繪制土壤沉積剖面重金屬含量分布圖對(duì)研究區(qū)域土壤重金屬含量進(jìn)行更直觀的了解，進(jìn)一步分析重金屬的來(lái)源。

1 研究區(qū)概況

天寶林場(chǎng)屬于天寶風(fēng)景區(qū)，隸屬山東省臨沂市，地理坐標(biāo)為117°75′E、35°30′N，海拔約241.5 m，氣候上屬溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫在12.3～13.3℃之間，多山地丘陵。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品采集方法和處理

采集時(shí)間為 2018年3月，根據(jù)數(shù)字化地圖標(biāo)記的土壤采樣點(diǎn)，通過(guò) GPS 定位儀器對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行定位后進(jìn)行土壤采集。土壤剖面深2.75 m，每隔5 cm采集一個(gè)土樣，共采集55個(gè)樣品。

前期將土壤樣品研磨、風(fēng)干，過(guò)180目篩，密封保存。每份取0.1 g土樣，在50～80℃條件下，采用高壓密閉高溫消解技術(shù)處理土壤樣品，用于重金屬的分析。

2.2 儀器與試劑

2.2.1 儀器

iCap Q 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Thermo Fisher Scientific，美國(guó))；電子天平(Metter Toledo 公司，瑞士)；低速大容量多管離心機(jī)( LXJ-I18型)；一次性醫(yī)用注射器，水系針式孔徑0.45 μm過(guò)濾器，10 mL具塞離心管。

2.2.2 試劑

實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，As、Cd、Cu、Ni、Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL)購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

2.3 污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本文用到的評(píng)價(jià)方法是潛在生態(tài)危害指數(shù)法，潛在生態(tài)危害指數(shù)法是由Hakanson[10]提出，是國(guó)內(nèi)目前評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染潛在風(fēng)險(xiǎn)普遍使用的污染評(píng)價(jià)方法，計(jì)算公式為：

式中Ci為重金屬含量實(shí)測(cè)值，參考值Bi選用的是山東省東部地區(qū)土壤元素背景值，Ti為單重金屬元素毒性響應(yīng)參數(shù)，反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度。相關(guān)研究得出[11-12]，Cd、As、Cu、Ni、Pb毒性響應(yīng)參數(shù)分別為 30、10、5、5、5；Ei為單種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)，RI為多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害指數(shù)，等于各個(gè)重金屬Ei總和[13]。

表1 研究區(qū)土壤環(huán)境背景值

土壤污染評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

研究表明[14]Ei與RI不同，代表重金屬元素存在不同的生態(tài)危害。

表2 土壤污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 岱崮研究區(qū)域土壤重金屬含量空間分布

3.1 重金屬含量變化

為了解研究區(qū)重金屬含量的總體特征，本研究采用最大值、中值、最小值、變異系數(shù)、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和潛在生態(tài)危害指數(shù)7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)值 mg/kg

表 3顯示，研究區(qū)土壤重金屬 As、Cd、Cu、Ni、Pd 平均含量分別為 37.4、0.24、22.7、66.9、18.5 mg/kg，含量變化范圍分別為7.4～59.3、0.01～0.49、1.4～48.5、38.6～105.0、7.2～56.3 mg/kg；變異系數(shù)依次為20%、29%、37%、8.6%，49%。重金屬變異程度由大到小依次為：Pb > Cu >Cd >As>Ni，其中，Pb、Cu元素變異系數(shù)明顯高于其他元素，說(shuō)明土壤中Pb、Cu受到人為干擾比較明顯。

3.2 土壤重金屬空間分布特征

總體來(lái)看，五種重金屬含量在沿剖面的垂直分布比較均勻，不同深度含量差異不明顯(圖1)。As、Ni在不同深度的含量都超過(guò)背景值，研究區(qū)附近因果樹(shù)種植的農(nóng)藥噴灑對(duì)As元素的含量影響較大。Ni元素易遷移，考慮林場(chǎng)附近實(shí)際情況，可能是雨水的淋溶作用引起的[15]；Cd、Cu平均值超過(guò)背景值，表層土壤0～40 cm Cu含量遠(yuǎn)超背景值，但深層含量均在背景值附近，說(shuō)明研究區(qū)附近對(duì)果樹(shù)的農(nóng)藥噴灑對(duì)表層土壤有一定危害。Pb平均值未超過(guò)背景值，且整體含量分布均勻，說(shuō)明附近環(huán)境對(duì)Pb元素含量影響較小。

圖1 五種重金屬含量在沿剖面的垂直分布

4 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)

As、Cd、Cu、Ni、Pd 5種重金屬元素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用土壤元素背景值；評(píng)價(jià)方法采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法，對(duì)研究區(qū)各評(píng)價(jià)因子及綜合土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表 4。

表 4 土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4分析可知，重金屬元素As、Cd、Cu的Ei< 40，危害程度為低生態(tài)危害，處于清潔水平；Ni、Pb元素Ei在 40