山東省某產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

陳潤(rùn)甲 李正潔 張鈞 陳星 曹素珍

摘? ? 要：為探究山東省某產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，本文根據(jù)園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析土壤中重金屬以及揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)污染物的含量，同時(shí)采用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，園區(qū)土壤狀態(tài)呈酸性，土壤環(huán)境質(zhì)量達(dá)到清潔水平，未受揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物污染。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，2個(gè)基本農(nóng)田監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和4個(gè)建設(shè)用地監(jiān)測(cè)點(diǎn)位均未受重金屬污染。鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、鎳（Ni）等8項(xiàng)重金屬含量均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618-2018）和《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB36600-2018）中的標(biāo)準(zhǔn)限值。同時(shí)本研究結(jié)合園區(qū)實(shí)際情況對(duì)今后土壤環(huán)境治理工作提出合理的建議，為產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤環(huán)境污染的防控提供參考。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)園區(qū);土壤;現(xiàn)狀調(diào)查;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：X703? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.09.004

Abstract： To explore the current situation of soil environmental quality in an industrial area， the content of heavy metals and organic pollutants were analyzed based on the monitoring data of soil environmental quality in the area.According to the relevant standards， the single-factor pollution index method ，the Nemero comprehensive pollution index method and and the potential ecological risk index were used to evaluate the degree of soil pollution.The results showed that the soil condition of the area was acid， the soil environmental quality was up to the clean level， and it was not polluted by volatile organic compounds and semi volatile organic compounds. According to the results of risk assessment， two monitoring points of basic farmland and four monitoring points of construction land were not polluted by heavy metals. Eight kinds of heavy metals （ Cd， Zn， Pb， Cu， As， Cr， Ni， Hg） were all lower than the standard limits in the standard for risk control of soil pollution on agricultural land of soil environmental quality （Trial） （GB15618-2018） and the standard for risk control of soil pollution on construction land of soil environmental quality （Trial） （GB36600-2018）. Meanwhile， combined with the actual state of the area， some reasonable suggestions were put forward for the future soil environmental control work and some reference were provided for the prevention and control of the soil environmental pollution in this study.

Key words： industrial area; soil; actuality investigation; risk assessment

土壤環(huán)境質(zhì)量與人體健康和生態(tài)安全息息相關(guān)[1]。重金屬是土壤主要污染物之一，會(huì)通過(guò)改變土壤的理化性質(zhì)及生態(tài)結(jié)構(gòu)功能對(duì)賴以生存的動(dòng)植物產(chǎn)生毒性，從而直接或間接對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生危害[2-3]。揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)物是一類(lèi)特殊的土壤污染物，成分復(fù)雜，被列為環(huán)境中潛在危險(xiǎn)性大、應(yīng)優(yōu)先控制的毒害性污染物[4]。土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物不僅會(huì)污染空氣、水體，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致人體中毒甚至致癌[5-6]。工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)由于受到工廠排放污染物等影響，其周邊土壤環(huán)境極易受到污染，目前國(guó)內(nèi)已有不少相關(guān)研究，劉芳等[7]研究了新疆準(zhǔn)東煤炭產(chǎn)業(yè)區(qū)周邊土壤重金屬含量，評(píng)價(jià)了不同土壤深度重金屬污染程度和對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果顯示產(chǎn)業(yè)區(qū)Cr、Hg、As 污染程度較嚴(yán)重;王古月[8]以鎮(zhèn)江市綠色化工新材料產(chǎn)業(yè)園為主要研究區(qū)域，研究了該產(chǎn)業(yè)園重金屬的污染現(xiàn)狀，結(jié)果顯示產(chǎn)業(yè)園區(qū)總體處于輕微生態(tài)危害，Cd元素對(duì)各采樣點(diǎn)生態(tài)危害的貢獻(xiàn)率最大，其次是Ni，而Zn元素的貢獻(xiàn)率最小;王國(guó)鋒等[4]對(duì)江西某污染地塊土壤揮發(fā)性有機(jī)物污染進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果表明，土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物可能會(huì)對(duì)未來(lái)的敏感受體產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行相關(guān)調(diào)查有助于確定土壤污染狀態(tài)，為后續(xù)土壤修復(fù)與治理奠定工作基礎(chǔ)。因此，本研究以山東省某產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例，依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)資料，分析土壤中重金屬以及揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)污染物含量，并進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，為該區(qū)域土壤污染的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對(duì)當(dāng)?shù)刂苓呁寥赖奈廴痉乐翁峁┫嚓P(guān)建議和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究園區(qū)位于山東省東南沿海城市，屬暖溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)大陸性氣候。根據(jù)累年氣象統(tǒng)計(jì)，本地區(qū)常年年平均風(fēng)速3.2 m·s-1;年平均氣溫13.5 ℃;年均降雨量797.9 mm，年際變化顯著，時(shí)空分布不均。年均相對(duì)濕度為70%，年均日照時(shí)數(shù)為2 421.5 h。

該鋼鐵配套產(chǎn)業(yè)園于2019年9月批準(zhǔn)設(shè)立，規(guī)劃面積為3 010 hm2。緊鄰兩大鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。以鋼材精深加工產(chǎn)業(yè)、鋼鐵配套服務(wù)業(yè)、鋼鐵下游延伸產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)、物流產(chǎn)業(yè)、商業(yè)配套服務(wù)業(yè)等七大產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，重點(diǎn)圍繞兩大龍頭鋼鐵企業(yè)發(fā)展精深加工及配套服務(wù)，形成較完整的鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈。

1.2 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)說(shuō)明

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166 -2004）中對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境和建設(shè)項(xiàng)目土壤環(huán)境評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)的相關(guān)規(guī)定[9]，本次調(diào)查共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體見(jiàn)表1。

1.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

1#、3#點(diǎn)位為農(nóng)田用地，土壤監(jiān)測(cè)指標(biāo)確定為：pH值和8種重金屬元素Cd、Pb、Hg、As、Zn、Cr、Cu、Ni。

2#、4#、5#、6#為建設(shè)用地，土壤監(jiān)測(cè)指標(biāo)確定為：pH值、重金屬（Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu、Ni）和無(wú)機(jī)物，揮發(fā)性有機(jī)物（四氯化碳、1，1-二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、1，1-二氯乙烯、氯仿、氯甲烷、順-1，2-二氯乙烯、反-1，2-二氯乙烯、二氯甲烷、1，2-二氯丙烷、1，1，2，2-四氯乙烷、鄰二甲苯、氯乙烯等），半揮發(fā)性有機(jī)物（硝基苯、苯胺、2-氯酚、苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽等）共45項(xiàng)。

1.4 監(jiān)測(cè)時(shí)間

監(jiān)測(cè)時(shí)間為2018年9月11日全天。

土壤樣品采集及處理分析

1.5 樣品采集

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166 -2004）中對(duì)農(nóng)田土壤和建設(shè)項(xiàng)目土壤的采樣要求，1#、3#、4#、5#、6#點(diǎn)位采用200 m×200 m網(wǎng)格布點(diǎn)法采樣，每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)設(shè)置1個(gè)0～20 cm農(nóng)田土壤表層樣點(diǎn)，再根據(jù)梅花形采樣法，以5 m為對(duì)角線，分別采集5個(gè)土壤樣品均勻混合，按照四分法取樣，約1 000 g;2#點(diǎn)位采集土壤剖面樣品，采樣次序自下而上，先采剖面的底層樣品，再采中層樣品，最后采上層樣品，柱狀樣取樣深度為300 cm，分別取3個(gè)土樣：表層樣（0～50 cm），中層樣（50～150 cm），深層樣（150～300 cm），剖面每層樣品采集 1 kg 左右，所有土壤樣品裝入聚乙烯自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室備用。

1.6 樣品處理與分析

土壤樣品放置于陰涼通風(fēng)處，完全風(fēng)干后經(jīng)瑪瑙研缽研磨過(guò)2 mm尼龍篩去除石子、砂礫等雜質(zhì)，混合均勻后繼續(xù)研磨分別通過(guò)孔徑0. 84 mm（20目）篩、0. 25 mm（60目）篩和孔徑0. 15 mm（100目）篩，用于土壤樣品pH值、重金屬和有機(jī)物的分析。土壤理化性質(zhì)的測(cè)定參照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166 -2004）中的相關(guān)規(guī)定;土壤Cd、Pb的測(cè)定根據(jù)石墨爐原子吸收分光光度法（ GB /T 17141-1997） ，As的測(cè)定采用冷原子吸收法（ GB /T 17136-1997） ，砷的測(cè)定采用原子熒光法（ GB /T 22105.2-2008） ;Cu、Zn、Cr、Ni分別采用火焰原子吸收分光光度法（ GB /T 17138-1997） 、（ HJ 491-2009） 和（ GB /T17139-1997）分別測(cè)定;揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（ HJ 605-2011）。每個(gè)土壤樣品重復(fù)3次，全程做空白試驗(yàn)，并通過(guò)加標(biāo)樣分析等方式進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.7 土壤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

1#、3#點(diǎn)位為農(nóng)用地，執(zhí)行《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618-2018）[10]中其他農(nóng)用地的風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值，具體標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)? ?表2;2#、4#、5#、6#為第二類(lèi)建設(shè)用地，執(zhí)行《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB36600-2018）[11]中第二類(lèi)用地的風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值（表3）。

土壤理化性質(zhì)和有機(jī)物評(píng)價(jià)方法采用單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)法，重金屬分別采用單因子污染指數(shù)法和綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)各樣點(diǎn)污染程度。

單因子污染指數(shù)是重金屬污染物的實(shí)測(cè)濃度與該污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值，用于確定單個(gè)重金屬的污染情況。單項(xiàng)污染指數(shù)可以直觀的反映環(huán)境介質(zhì)中各個(gè)重金屬的污染水平[12]，公式如下：

式中：Pi 為土壤中污染物i 的單項(xiàng)污染指數(shù)，Ci 為污染物i 實(shí)測(cè)值，Si 為污染物i 標(biāo)準(zhǔn)限值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4;

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法[12]具體為首先根據(jù)測(cè)得污染物濃度及標(biāo)準(zhǔn)限值計(jì)算單項(xiàng)污染指數(shù)，然后根據(jù)單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算內(nèi)梅羅污染指數(shù)，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法可用于評(píng)價(jià)整個(gè)區(qū)域被多種重金屬污染的土壤，突出污染指數(shù)最大的污染物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響和作用[13]，能比較客觀地反映土壤的環(huán)境質(zhì)量狀況，公式如下：

式中：PN為內(nèi)梅羅污染指數(shù)，P為單因子指數(shù)平均值，Pi max為i采樣點(diǎn)重金屬污染物單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是將不同重金屬之間的毒性差異和環(huán)境對(duì)重金屬污染的敏感程度反應(yīng)作為考慮因素[14]，引入重金屬毒性系數(shù)確定土壤重金屬潛在危害程度[15]。公式如下：

式中，Ci r —重金屬i的富集系數(shù);Ci 實(shí)測(cè)—重金屬i的實(shí)測(cè)含量（mg·kg-1）;Ci n —重金屬i 的評(píng)價(jià)參考值（mg·kg-1），Ei r —重金屬i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù); T? i r—毒性系數(shù)，反映重金屬i的毒性水平以及生物對(duì)其污染的敏感程度，RI—綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。重金屬毒性系數(shù)值見(jiàn)表6，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表7。

1.8 數(shù)據(jù)處理

土壤重金屬含量分析與統(tǒng)計(jì)采用軟件Excel 2016、SPSS 22.0處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查結(jié)果

研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查結(jié)果如表8所示，由于6個(gè)點(diǎn)位中均未檢出揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)物，因此不再具體分析。從表中數(shù)據(jù)可知，1#和3#點(diǎn)位為基本農(nóng)田，土壤pH值分別為5.37和5.15，呈酸性;1#點(diǎn)位8種重金屬含量大小為：Zn>Cr>Cu> Ni>Pb>As>Cd>Hg，與農(nóng)用地土壤篩選值相比，Cu含量為52 mg·kg-1，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，3#點(diǎn)位8種重金屬含量大小為：Cr>Ni>Zn>Pb>Cu>As>Cd>Hg，均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值;2#、4#、5#和6#點(diǎn)位為建設(shè)用地，土壤pH值分別為6.16，5.75，6.62和5.77，土壤呈酸性，與建設(shè)用地土壤篩選值相比，重金屬含量均在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍之內(nèi)。

2.2 園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

本研究采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)研究區(qū)土壤重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體結(jié)果見(jiàn)表9及表10。根據(jù)單因子污染指數(shù)法評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，1#點(diǎn)位土壤中Cu的單因子污染指數(shù)為1.04，根據(jù)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為輕度污染，除Cu之外，其余7種重金屬的單因子污染指數(shù)均在小于1范圍之內(nèi)，農(nóng)田土壤質(zhì)量為未污染狀態(tài)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PN可以看出，其內(nèi)梅羅污染指數(shù)在0.05 ～0.83之間，1#點(diǎn)位污染程度為“尚清潔”，其余點(diǎn)位污染程度均為“清潔”，整體看來(lái)，園區(qū)土壤總體上屬安全水平，尚未受重金屬污染。

以農(nóng)用地土壤篩選值和建設(shè)用地土壤篩選值為評(píng)價(jià)參考值，得出園區(qū)8種重金屬的潛在生態(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)和綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如表10所示。從表中Ei r 值可知，單個(gè)重金屬中，各個(gè)點(diǎn)位的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均在40以下，污染程度較低。根據(jù)綜合污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI值得結(jié)果來(lái)看，RI值均小于150，總體看來(lái)，園區(qū)土壤未收到重金屬污染，這與單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果相一致。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)3.1中對(duì)重金屬含量的分析結(jié)果，1#點(diǎn)位Cu含量為52 mg·kg-1，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，其余各點(diǎn)位土壤重金屬含量均在篩選值范圍內(nèi)，不存在重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，針對(duì)整體研究區(qū)域來(lái)看，風(fēng)險(xiǎn)程度相對(duì)較輕。園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，園區(qū)土壤污染程度較低，基本不存在重金屬污染狀況。而針對(duì)園區(qū)各點(diǎn)位土壤環(huán)境呈酸性的現(xiàn)狀，應(yīng)盡快實(shí)施防控措施，合理使用化肥和農(nóng)藥，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)給土壤帶來(lái)的污染，改善土壤性質(zhì)，提高土壤肥力，同時(shí)也要對(duì)生活污水、生活垃圾等進(jìn)行無(wú)害化處理，持續(xù)控制和消除土壤重金屬污染源[18]。綜合以上結(jié)果分析與討論，筆者得到以下結(jié)論：

（1）山東省某沿海產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤狀態(tài)呈酸性，通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查與分析，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位土壤中均未檢出揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物，表明土壤未受到有機(jī)物污染。與農(nóng)用地和建設(shè)用地風(fēng)險(xiǎn)篩選標(biāo)準(zhǔn)值相比，除1#點(diǎn)位Cu含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值50 mg·kg-1，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的重金屬含量均在標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)，且根據(jù)單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分析，園區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量未受到重金屬污染。

（2）建議下一步園區(qū)土壤的治理工作應(yīng)集中在控制土壤酸化和重金屬等污染物的來(lái)源方面，通過(guò)采取措施保持土壤環(huán)境質(zhì)量，合理利用和保護(hù)土地資源。目前，本文對(duì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的土壤環(huán)境質(zhì)量?jī)H處于初步調(diào)查，后續(xù)工作中仍需進(jìn)行深入研究和完善。

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