雷州半島土壤重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

葉宇婷 羅財(cái)寶 楊坤美

摘要：利用網(wǎng)格法收集雷州半島表層土樣51個(gè)，檢測(cè)其Cu、Pb、Zn、Cd和Cr的含量，并分別運(yùn)用PLI（污染負(fù)荷指數(shù)）與RI（潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)）對(duì)雷州半島表土的重金屬污染和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用普通克里金空間插值法研究雷州半島土壤PLI與RI的空間分布，并簡(jiǎn)要分析了重金屬的來(lái)源。結(jié)果表明，雷州半島表土大多數(shù)出現(xiàn)了Cd元素重度污染，存在極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);Cr元素輕度污染，Cu、Zn和Pb沒(méi)有發(fā)生污染，均處于輕微風(fēng)險(xiǎn)等級(jí);各樣點(diǎn)5種重金屬平均PLI是1.75，平均RI是242.27，大體上處于輕度污染等級(jí)，屬于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Cd不僅是雷州半島土壤最嚴(yán)重的污染因子亦是最嚴(yán)重的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，Cd的來(lái)源主要與區(qū)域內(nèi)的化工廠(chǎng)煙塵排放和交通運(yùn)輸?shù)热藶橐蛩赜嘘P(guān)。

關(guān)鍵詞：雷州半島;重金屬;空間分布;潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

1 研究意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

1.1 研究意義 自然情況下，母巖與殘落的生物物質(zhì)是土壤重金屬的主要來(lái)源，可人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤重金屬分布的影響隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的發(fā)展而逐漸增強(qiáng)，土壤重金屬含量出現(xiàn)了增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。城市土壤重金屬污染（主要指Hg、Cd、Pb、Cr以及類(lèi)金屬砷（As）等生物毒性顯著的元素，也包括具有一定毒性的元素，如Zn、Cu、Co、Ni、Mn、Sn、Mo等）具有隱蔽性，人們不易覺(jué)察或注意[1]。因?yàn)橹亟饘俨灰滓苿?dòng)，且被微生物降解的難度較大，故進(jìn)入土壤環(huán)境后逐漸積累，容易導(dǎo)致土壤污染，并致使農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量降低，這關(guān)系到眾多的生命健康和城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性[2]。當(dāng)今中國(guó)的城市化發(fā)展十分迅速，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)增長(zhǎng)，加強(qiáng)對(duì)城市土壤中重金屬污染研究具有迫切性和重要性[3]。

雷州半島作為我國(guó)3大半島之一，處于我國(guó)大陸最南端，具備熱帶氣候特點(diǎn)。盡管我國(guó)不少地區(qū)都進(jìn)行過(guò)土壤重金屬污染方面的調(diào)查研究，可針對(duì)雷州半島這一地區(qū)的同類(lèi)報(bào)道卻不多見(jiàn)。本研究通過(guò)探查雷州半島土壤重金屬含量及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期為進(jìn)一步開(kāi)展綠色城市、旅游城市的認(rèn)證提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在城市化水平較高、工業(yè)化程度較大的歐美國(guó)家，關(guān)于城市土壤重金屬的研究起步較早，已先后開(kāi)展了城市土壤的特性、分類(lèi)、恢復(fù)等方面的研究[4-5]。

我國(guó)近幾年才逐漸展開(kāi)相關(guān)研究，但發(fā)展較為迅速?，F(xiàn)有文獻(xiàn)資料表明，國(guó)內(nèi)已有南京、杭州、重慶等近40個(gè)大中城市相繼開(kāi)展了城區(qū)土壤重金屬污染的調(diào)查研究，這些研究主要集中在城市土壤重金屬污染的來(lái)源、含量、分布、化學(xué)形態(tài)等方面[6-8]，但未涉及污染變化及其治理問(wèn)題，故近年來(lái)集中在城市土壤治理、土壤的修復(fù)、土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面的關(guān)注與研究越來(lái)越多[9-11]。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與測(cè)定

2.1.1 樣品采集 利用1∶10萬(wàn)比例的雷州半島區(qū)劃地圖，采用二分法對(duì)雷州半島劃分網(wǎng)格，有效網(wǎng)格（有較大范圍樹(shù)林的網(wǎng)格）51個(gè)。2018年7月對(duì)雷州半島進(jìn)行了實(shí)地考察和采樣站位的優(yōu)化布設(shè)，分別選取了51個(gè)樹(shù)林土樣站位進(jìn)行樣品采集工作，具體如圖1。2018年8月前往選取的有效網(wǎng)格進(jìn)行采樣，在各網(wǎng)格中心周?chē)x取林地采集土壤樣品，采樣點(diǎn)的定位主要依靠GPS技術(shù)。首先在各樣點(diǎn)2m2范圍內(nèi)照“梅花形”選取5個(gè)子樣點(diǎn)，采集5個(gè)表土子樣（0～15cm）后充分混合，最終獲得500g左右的表土樣品。

2.1.2 樣品處理與分析 首先，對(duì)土壤樣品進(jìn)行預(yù)處理，主要進(jìn)行自然風(fēng)干、烘干、研磨及過(guò)篩等工作。隨后把土壤樣品送到專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）對(duì)樣品中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr等重金屬進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果，從而得到51個(gè)采樣點(diǎn)（樹(shù)林土樣）中5種重金屬元素：鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）的含量。

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法 采用污染負(fù)荷指數(shù)（pollution load index，PLI）[13]進(jìn)行土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，

2.2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 因土壤重金屬污染的復(fù)合效應(yīng)及不同重金屬元素的生態(tài)毒性程度不同等情況，為了客觀(guān)評(píng)價(jià)雷州半島土壤中的重金屬污染情況，本文選用Hakanson[15]提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法來(lái)進(jìn)行雷州半島土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3 結(jié)果與分析

3.1 雷州半島土壤重金屬含量 如表2所示，雷州半島土壤元素的平均值都大于或遠(yuǎn)大于中值，表示其受極高值或最大值影響較大，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr 4種元素的變異系數(shù)分別是1.012、0.68、1.016、0.795、1.003。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看來(lái)，Cu、Zn、Cd、Cr4種元素均值受外來(lái)影響而偏高的可能性較大，Pb元素受其影響較小。

與中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比（表2），雷州半島表土中重金屬Cu、Pb和Zn均值均遠(yuǎn)低于中國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn);土壤中重金屬Cd、Cr的均值則介于我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之間。采用中國(guó)磚紅壤背景值作為雷州半島土壤背景值，數(shù)據(jù)顯示雷州半島表土中Cu、Zn、Cd、Cr 4種元素單值的均值分別為背景值的1.21、1.19、7.60和1.97倍，Pb元素的含量比背景值低39.5%，重金屬元素呈現(xiàn)富集及強(qiáng)富集狀態(tài)，各重金屬元素的極端異常值出現(xiàn)頻率均比較高，這說(shuō)明雷州半島土壤已經(jīng)出現(xiàn)富集重金屬Cu、Zn、Cd、Cr的情況，土壤已受到一定程度的污染。按雷州半島土壤重金屬的富集程度看來(lái)，其污染程度的大小順序?yàn)镃d>Cr>Cu>Zn>Pb，分析結(jié)果表明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)雷州半島土壤重金屬含量的影響較為顯著。

3.2 雷州半島土壤重金屬污染特征與空間分布 雷州半島土壤各重金屬元素平均污染指數(shù)（CF）的大小排序依次為：Cd（7.602）>Cr（1.978）>Cu（1.205）>Zn（1.189）>Pb（0.605），其中Cd元素為重度污染，Cr為輕度污染，Cu、Zn和Pb沒(méi)有發(fā)生污染。雷州半島土壤各重金屬元素負(fù)荷污染指數(shù)（PLI）的大小排序依次為：Cd（5.77）>Cr（1.10）>Cu（0.71）>Zn（0.70）>Pb（0.47），雷州半島土壤中5種重金屬平均PLI是1.75，屬于輕度污染，Cd元素是最主要的污染因子。