中國(guó)土壤重金屬污染狀況及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

紀(jì)文貴 王珂 蒙建波 鄭金德 周林基 趙華榮

摘 要：為了解我國(guó)土壤重金屬污染的分布狀況，本文基于305篇已發(fā)表論文，利用內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬污染評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：（1）我國(guó)土壤重金屬污染等級(jí)為清潔、尚清潔、輕度、中度和重度的比例分別為64.59 %、9.84 %、13.12 %、1.64 %和10.82 %，潛在生態(tài)危害等級(jí)為輕微、中等、強(qiáng)和很強(qiáng)生態(tài)危害的比例分別為92.13 %、2.30 %、0.94 %和4.59 %。（2）305個(gè)點(diǎn)位中8種土壤重金屬元素的點(diǎn)位超標(biāo)率為：Cd=25.10 %、Cr=3.19 %、Hg=5.11 %、As=8.61 %、Pd=2.14 %、Cu=8.51 %、Zn=7.14 %、Ni=0.71 %。（3）四大地理區(qū)域的土壤重金屬污染程度為：西部>中部>東北>東部;潛在生態(tài)危害程度為：東北>西部>中部>東部。

關(guān)鍵詞：中國(guó) 土壤 重金屬污染 內(nèi)梅羅指數(shù)法 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

中圖分類號(hào)：X53;X825 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In order to understand the distribution of soil heavy metal pollution in China， we made an assessment on soil heavy metal pollution by consulting 305 published literatures and using Nemerow index and potential ecological risk index. The results showed that： （1） The soil heavy metal pollution levels are clean， slight clean， light， moderate and severe， respectively at 64.59%， 9.84%， 13.12%， 1.64%， and 10.82%， and the potential ecological hazards are slight， medium， strong and strong， respectively at 92.13%， 2.30%， 0.94% and 4.59%. （2） The over-standard rates of 8 soil heavy metal elements in 305 sites are： Cd=25.10%， Cr=3.19%， Hg=5.11%， As=8.61%， Pd=2.14%， Cu=8.51%， Zn=7.14%， Ni=0.71%. （3） The soil heavy metal pollution levels in the four geographical regions are as follows： west > middle > northeast > east; the potential ecological harm degrees are： northeast > west > middle > east.

Key words： China; soil; heavy metal pollution; Nemero index method; potential ecological hazard index method;

近幾十年來，隨著城市化的不斷推進(jìn)，舊工業(yè)企業(yè)的淘汰和搬遷遺留下大量土壤污染問題，耕地、工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境質(zhì)量問題突出，土壤環(huán)境質(zhì)量下降[1]。我國(guó)土壤污染面積已達(dá)到上千萬(wàn)公頃，而且逐漸表現(xiàn)為多種污染源、污染物含量大、污染面積廣、污染時(shí)間長(zhǎng)、毒性強(qiáng)的環(huán)境污染特征[2]。中國(guó)的土壤污染主要來源于重金屬[3]。根據(jù)2014年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[4]顯示，全國(guó)土壤總超標(biāo)率為16.1 %，耕地、林地、草地、未利用地的土壤點(diǎn)位超標(biāo)率分別為19.4 %、10.0 %、0.7 %、11.4 %，總體狀況不容樂觀。土壤重金屬污染會(huì)使重金屬元素在植物中累積，通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物體和人體中，最終危害動(dòng)物和人類健康，引發(fā)疾病。土壤重金屬污染防治刻不容緩[5]。我國(guó)在2000年左右開始土壤污染防治研究，尤其是近十年來土壤污染修復(fù)技術(shù)得到一定的發(fā)展，土壤重金屬污染動(dòng)態(tài)得到一定的監(jiān)測(cè)。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要有：物理修復(fù)技術(shù)（客土法和換土法、熱力恢復(fù)法、深耕翻土法和隔離包埋法、電動(dòng)修復(fù)法）、化學(xué)修復(fù)技術(shù)（化學(xué)改良修復(fù)法、化學(xué)淋洗修復(fù)法）、生物修復(fù)技術(shù)（植物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)）[6]。但由于相應(yīng)技術(shù)與相關(guān)政策的限制，重金屬污染土壤修復(fù)面積有限，土壤重金屬染污面積仍在擴(kuò)大，我國(guó)土壤重金屬污染態(tài)勢(shì)仍然嚴(yán)峻[1， 7]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)小區(qū)域的土壤重金屬污染做了大量研究[8-10]，但對(duì)全國(guó)土壤重金屬污染的分布狀況了解較少，而且我國(guó)關(guān)于重金屬污染可查詢的信息較少。本文通過內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法分析我國(guó)各省的土壤重金屬污染程度和生態(tài)危害等級(jí)狀況。本文通過收集全國(guó)范圍內(nèi)的土壤重金屬污染研究報(bào)告，經(jīng)過文獻(xiàn)篩選和數(shù)據(jù)處理，提取文獻(xiàn)中土壤重金屬的實(shí)測(cè)含量，利用內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行全國(guó)范圍內(nèi)的土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，繪制出全國(guó)各省土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)柱狀圖，最后進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，本研究結(jié)果將為我國(guó)土壤環(huán)境規(guī)劃和土壤重金屬污染防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集與分析

文獻(xiàn)檢索是在中國(guó)國(guó)家知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)中使用關(guān)鍵詞“重金屬”或“土壤重金屬”和“中國(guó)”或省級(jí)行政名稱進(jìn)行。文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容必須符合以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）應(yīng)在中國(guó)地域范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)地研究;（2）應(yīng)在中國(guó)表層土壤（0～15 cm或0～20 cm）取樣;（3）應(yīng)指明取樣地點(diǎn)和樣品數(shù)量;（4）土壤樣品的處理方法（如：土壤樣品進(jìn)行混合酸消解）和分析工具（如：通過ICP-MS，ICP-OES等測(cè)定土壤樣品）應(yīng)被科學(xué)界廣泛接受。經(jīng)過篩選，本文共選取305篇論文的研究數(shù)據(jù)作為本研究的數(shù)據(jù)來源。本文所選取的305篇論文的研究位置（點(diǎn)位）見圖1。

利用Excle? 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與分析，繪制中國(guó)土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)柱狀圖。

1.2 研究方法

1.2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

單因子指數(shù)可以評(píng)價(jià)單個(gè)元素的危害程度，其計(jì)算公式如下：

P i=Ci / Si

式中：Pi為重金屬元素i的污染指數(shù);Ci為重金屬元素i的實(shí)測(cè)含量;Si重金屬元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本研究采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

單因子指數(shù)只能反映單個(gè)重金屬元素的污染程度，而土壤的重金屬污染物一般不只一種，需要綜合考慮不同重金屬元素對(duì)土壤的污染程度，內(nèi)梅羅指數(shù)法[11]是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行重金屬綜合污染指數(shù)計(jì)算最常用的方法之一，其計(jì)算公式如下：

式中：P綜為采樣點(diǎn)土壤重金屬綜合污染指數(shù);Pimax為采樣點(diǎn)重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值;Piave為采樣點(diǎn)重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。內(nèi)梅羅指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.2.2 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法[12]被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)重金屬的潛在危害，該方法結(jié)合了生態(tài)學(xué)、環(huán)境化學(xué)和生態(tài)毒理學(xué)來反應(yīng)重金屬污染物對(duì)生態(tài)的綜合影響，其計(jì)算公式如下：

式中：Cif為重金屬元素i的富集系數(shù);Cis為重金屬元素i的實(shí)測(cè)含量;Cin為評(píng)價(jià)參比值;Tir為重金屬元素i的毒性響應(yīng)系數(shù)（Zn=1，Cr=2，Cu=5，Pd=5，Ni=5，As=10，Cd=30，Hg=40）;為多元素潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)收集土壤重金屬污染研究的文獻(xiàn)，通過內(nèi)梅羅指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以大概看出我國(guó)土壤重金屬污染的程度，各省污染狀況見圖2和圖3。在利用內(nèi)梅羅指數(shù)法分析的305個(gè)點(diǎn)位中，有78個(gè)點(diǎn)位的土壤重金屬污染等級(jí)超過警戒限（Ⅱ級(jí)），土壤重金屬污染的概率為25.57 %，見表4。值得注意的是，雖然有64.92 %的清潔土壤，但土壤重金屬污染等級(jí)為尚清潔的有9.84 %。在利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的305個(gè)點(diǎn)位中，土壤重金屬污染等級(jí)處于輕微生態(tài)危害、中等生態(tài)危害、強(qiáng)生態(tài)危害、很強(qiáng)生態(tài)危害的占比分別為92.13 %、2.30 %、0.94 %、4.59 %，見表5。從兩種評(píng)價(jià)方法結(jié)果中都可以看出我國(guó)土壤重金屬污染程度的形勢(shì)不容樂觀。值得關(guān)注的是，本文研究顯示的受污染土壤比例（25.57 %）高于《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中顯示的全國(guó)土壤總超標(biāo)率（16.1 %），主要原因可能是大部分的土壤重金屬污染研究是在研究者認(rèn)為某地區(qū)的土壤重金屬元素含量可能超標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。本文選取的305篇文獻(xiàn)中，土重金屬污染研究的土壤包括農(nóng)田土壤，礦山周邊農(nóng)田土壤，污灌區(qū)土壤，城市綠地土壤等，這些土壤的重金屬含量累積較快較多，我們尚未制定出一個(gè)收集不同功能用地土壤重金屬污染研究文獻(xiàn)的合理比例，從這方面來看，本文研究所顯示的土壤重金屬污染程度可能會(huì)偏高。

2.2 主要污染元素和超標(biāo)率

對(duì)8種土壤重金屬污染元素的超標(biāo)率進(jìn)行計(jì)算，見表6，結(jié)果顯示，除鎳元素的點(diǎn)位超標(biāo)率（0.71 %）低于《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中鎳元素的點(diǎn)位超標(biāo)率（4.8 %）以外，其余7種土壤重金屬元素點(diǎn)位超標(biāo)率均高于《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》[3]中對(duì)應(yīng)的土壤重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率（Cd=7.0 %，Cr=1.1 %，Hg=1.6 %，As=2.7 %，Pb=1.5 %，Cu=2.1 %，Zn=0.9 %）。有必要說明的是，本文所選取的305篇文獻(xiàn)統(tǒng)一采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為土壤重金屬污染的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如果采用點(diǎn)位所在地的土壤重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，各土壤重金屬元素的點(diǎn)位超標(biāo)率將會(huì)增大，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，評(píng)價(jià)結(jié)果就會(huì)不同。

從各土壤重金屬元素點(diǎn)位超標(biāo)占比的計(jì)算結(jié)果可以明顯看出，Cd的點(diǎn)位超標(biāo)率（25.10 %）遠(yuǎn)高于其他元素的點(diǎn)位超標(biāo)率，Cd是我國(guó)土壤的主要污染物與本文研究結(jié)論一致。Hg、As、Cu和Zn都有較高的點(diǎn)位超標(biāo)率，Cr、Pb、Ni的點(diǎn)位超標(biāo)率較小，但在小區(qū)域土壤重金屬污染防治方面仍需要重視。

2.3 四大地理區(qū)域土壤重金屬污染狀況

將全國(guó)劃分為東北地區(qū)（黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古）、中部地區(qū)（山西、河南、湖北、湖南、江西、安徽）、東部地區(qū)（北京、天津、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、海南）、西部地區(qū)（重慶、四川、廣西、貴州、云南、陜西、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、新疆、青海、西藏）四大地理區(qū)域，通過計(jì)算不同區(qū)域土壤重金屬污染等級(jí)占比，可以大致看出我國(guó)土壤重金屬污染的分布特點(diǎn)。通過四大地理區(qū)域內(nèi)梅羅指數(shù)不同等級(jí)的點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)，見表7，四大地理區(qū)域的土壤重金屬污染程度依次為：西部>中部>東北>東部，由此可見，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的土壤重金屬污染程度并不一定高于經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，其主要原因可能是，中、西部地區(qū)含有大量金屬礦物，礦場(chǎng)、煤炭等開采活動(dòng)頻繁。四大地理區(qū)域潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)不同等級(jí)的點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)顯示（表8），東北地區(qū)的生態(tài)危害程度要高于其他三大地理區(qū)域，原因可能是受東北老工業(yè)基地的影響，土壤含有較多重金屬，重金屬在土壤中的遷移效果不明顯且有一定量的累積[13]。

2.4 土壤重金屬污染的主要來源

（1）大氣沉降和降雨的影響。汽車尾氣的排放、工礦企業(yè)排放的有一定重金屬含量的粉塵，火力發(fā)電產(chǎn)生的廢氣等都可以通過大氣沉降和降雨造成土壤重金屬污染[14]。

（2）農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響。農(nóng)藥、化肥、畜禽糞的長(zhǎng)期使用是農(nóng)田土壤重金屬污染的主要來源。植物吸收利用化肥的比例小，例如植物對(duì)磷肥的利用比例只有10 %～20 %。禽畜飼料一般添加含有重金屬的物質(zhì)，大量施用禽畜糞會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬的累積[15]。此外，污水灌溉也會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬含量的累積。

（3）工業(yè)活動(dòng)的影響。重金屬企業(yè)排放處理未達(dá)標(biāo)的工業(yè)廢水會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬的快速累積，帶來嚴(yán)重的環(huán)境生態(tài)危害;礦山開采、重金屬礦物長(zhǎng)期露天堆放會(huì)使重金屬擴(kuò)散到周邊土壤導(dǎo)致其土壤重金屬含量超標(biāo)[16];各種化工廠的生產(chǎn)制造也會(huì)給土壤污染帶來嚴(yán)重影響。

（4）含汞電池等電子電器的使用和不合理的處理方式、汽車等機(jī)械部件和輪胎的磨損、生活污水不合理排放等也是土壤重金屬污染的重要來源。

3 結(jié)論

（1）本文經(jīng)過分析全國(guó)305個(gè)土壤重金屬污染點(diǎn)位，土壤重金屬污染等級(jí)為清潔、尚清潔、輕度污染、中度污染和重污染的比例分別為64.59 %、9.84 %、13.12 %、1.64 %和10.82 %;潛在生態(tài)危害等級(jí)為輕微生態(tài)危害、中等生態(tài)危害、強(qiáng)生態(tài)危害和很強(qiáng)生態(tài)危害的比例分別為92.13 %、2.30 %、0.94 %和4.59 %。結(jié)果表明，我國(guó)土壤重金屬污染的形勢(shì)不容樂觀，應(yīng)加大土壤重金屬防治力度。

（2）本文研究的305個(gè)點(diǎn)位中8種土壤重金屬元素的點(diǎn)位超標(biāo)率為：Cd=25.10 %、Cr=3.19 %、Hg=5.11 %、As=8.61 %、Pd=2.14 %、Cu=8.51 %、Zn=7.14 %、Ni=0.71 %。Cd是我國(guó)土壤的最主要污染物，其次為Hg、As、Cu和Zn，再者為Cr、Pd和Ni。

（3）四大地理區(qū)域的土壤重金屬污染程度依次為：西部>中部>東北>東部，但東北地區(qū)土壤重污染比例最大;四大地理區(qū)域潛在生態(tài)危害程度依次為：東北>西部>中部>東部。結(jié)果表明，土壤重金屬污染的程度不僅與區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度有關(guān)，還在很大程度上與區(qū)域的地質(zhì)條件及其經(jīng)濟(jì)發(fā)展形式有關(guān)。

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