土壤重金屬污染風(fēng)險評價方法對比研究

周利東

（浙江海河環(huán)境科技有限公司，浙江 金華 321000）

在浙江某耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價工作中，工作小組是采取不同的評價方法獲取污染指數(shù)，并準(zhǔn)確計算結(jié)果，再借助surfer軟件繪制土壤重金屬污染指數(shù)的等值線，通過分析不同的等值線圖及其區(qū)域空間分布特征來全面了解耕地的污染情況。最終的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出了三項(xiàng)結(jié)論：第一，該檢測區(qū)域的耕地面積中不含Cr6＋，含量最高的是As，Pb次之，Hg含量最低，這三種重金屬尚未超過土壤環(huán)境污染標(biāo)準(zhǔn)。第二，工作小組在針對同一金屬元素的評價過程中，分別采取了地積累指數(shù)評價法和單項(xiàng)污染指數(shù)評價法，兩種評價方法最終獲取的單項(xiàng)污染物污染風(fēng)險評價結(jié)果基本一致。第三，工作小組分別使用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價法和潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)評價法對土壤中所含的所有重金屬產(chǎn)生的共同污染指數(shù)與程度展開了評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，綜合污染指數(shù)的等值線圖沒有顯著差異，兩種評價方法最終得出的污染程度基本一致。

1 浙江省某耕地研究區(qū)域概況

浙江省是中國東南沿海省份，位于長江三角洲南翼，東瀕東海，鄰閩、贛、皖、滬、蘇，省會為杭州市。面積10萬多平方千米，春秋分屬吳、越，戰(zhàn)國時期屬于楚國，秦朝分屬會稽、閩中等郡，漢朝屬揚(yáng)州刺史部，三國時期屬吳，南朝分屬揚(yáng)州、東揚(yáng)州。唐貞觀元年（627年）屬江南道分置浙江東道、浙江西道兩節(jié)度使，從此名為浙江。浙江省地形以丘陵山地為主，有雁蕩山、仙霞嶺、天臺山、會稽山、懷玉山、天目山、莫干山等。平原有杭嘉湖平原、寧紹平原和溫黃平原。河流有錢塘江、甬江、甌江等七大水系，以及京杭運(yùn)河、杭甬運(yùn)河等。湖泊有千島湖、西湖等。工業(yè)以防治、食品、機(jī)械為主，農(nóng)業(yè)以糧食、漁業(yè)、蠶繭、毛竹、茶葉、水果等為支柱。

基于以上概況，為了促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的良好發(fā)展，應(yīng)做好環(huán)境保護(hù)工作，進(jìn)而同步提高生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此，做好土壤重金屬污染的控制工作頗為重要[1]。對于土壤環(huán)境來說，重金屬污染有三大特征：第一，長時間累積性。最初，某一種重金屬或者幾種重金屬對土壤環(huán)境產(chǎn)生的污染都不是很嚴(yán)重，污染指數(shù)很低，但經(jīng)過長期累積，污染會越來越嚴(yán)重。第二，生態(tài)毒理性。重金屬均帶有毒性，隨著其含量的增加和污染時間的推移，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的污染愈加嚴(yán)重，毒性更大。第三，生物富集放大性。多種重金屬在土壤內(nèi)部不斷增加，污染指數(shù)持續(xù)遞增，必然會滋生生物富集現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會隨著時間的推移和污染程度的加劇而無限放大。所以，土壤污染問題對于浙江省耕地生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的發(fā)展影響不容忽視，而控制土壤污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展，必須要對土壤重金屬污染風(fēng)險展開客觀評價。因此，在具體評價工作中，應(yīng)選用科學(xué)適宜的評價方法對重金屬含量、污染風(fēng)險指數(shù)與程度進(jìn)行準(zhǔn)確評估。

當(dāng)前，在土壤重金屬污染評價工作中會使用多項(xiàng)評價方法，最成熟的評價體系當(dāng)屬指數(shù)評價體系，該體系能夠準(zhǔn)確反饋重金屬含量的數(shù)值和背景值的相關(guān)性，可以客觀評價重金屬污染風(fēng)險等級。在浙江省某耕地土壤重金屬污染風(fēng)險評價的工作中，工作小組綜合使用了潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價法、內(nèi)梅羅指數(shù)評價法、地積累指數(shù)評價法和單項(xiàng)污染指數(shù)評價法。檢測區(qū)域的耕地面積是24 km2，為沖積扇平原，第四系結(jié)構(gòu)分為三個含水層：第一層為淺層。該層次又細(xì)分為潛水含水層與承壓含水層，一般情況下，淺層的底板埋深在20～40 m，巖性組合結(jié)構(gòu)是粉砂、中細(xì)砂、中粗砂、砂質(zhì)黏土和粉質(zhì)砂土；第二層為中層。該層次的埋深在60～100 m，底板埋深則在80～120 m，組合結(jié)構(gòu)是黏性土和多層砂，單層厚度在5～10 m；第三層為深層。該層次的埋深在100～120 m，底板埋深在180～250 m，巖性組合結(jié)構(gòu)為中細(xì)砂和中粗砂含礫。

在土壤樣品采集工作中，工作小組采用鉆孔取樣技術(shù)，鉆孔間距是400 m，沿著地下水的流向布設(shè)了4條剖面線，這4條剖面線的間距是600 m，鉆孔深度是60 m，一共有60個鉆孔。工作人員依次檢測了地表之下30 m的土壤中所含的Cr6＋（六價鉻）、Pb（鉛）、As（砷）和Hg（汞）等重金屬。在對這些重金屬含量的檢測工作中，工作小組對于Cr6＋（六價鉻）含量檢測所使用的方法是比色法；Pb（鉛）含量檢測方法是KI-MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法；Hg（汞）含量檢測方法是冷原子吸收分光光度法；As（砷）含量檢測方法是硼氫化鉀－硝酸銀分光光度法[2]。

2 土壤重金屬污染風(fēng)險評價方法對比研究

2.1 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價法

在國際標(biāo)準(zhǔn)視角下的土壤環(huán)境污染檢測評估工作中，潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價法為常用的檢測方法，這種評價方法和生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)以及生物毒理學(xué)密切相關(guān)，是通過定量法對重金屬的潛在性危險程度進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。該方法所使用的計算公式如下：

其中，RI是指土壤內(nèi)部所含的重金屬污染物所潛在的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，i是指土壤里面的第i種重金屬污染物，n則是指土壤內(nèi)部所含的所有重金屬污染物的種類數(shù)量，Ci代指所測試的土壤重金屬污染物i的實(shí)測值（單位：mg/kg），Si是土壤中所含的重金屬污染物i的標(biāo)準(zhǔn)值或者背景值（單位：mg/kg），Pi是指土壤中所含的重金屬污染物i本身的單項(xiàng)污染指數(shù)，Ti用于表示土壤里面的重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù)。最終的評價結(jié)果顯示Pb（鉛）、As（砷）和Hg（汞）的Ti分布是5、10、40[3]。

2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)評價法

內(nèi)梅羅指數(shù)評價法是以單項(xiàng)污染指數(shù)評價法為基礎(chǔ)，綜合評估各種重金屬對土壤環(huán)境所產(chǎn)生的負(fù)面影響，對比而言，該方法主要是研究重金屬污染最大值對所檢測的土壤的環(huán)境污染程度，這樣可以全面了解土壤環(huán)境質(zhì)量的綜合污染狀況。內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價法計算公式如下：

其中，PN是指內(nèi)梅羅污染指數(shù)，i是指土壤內(nèi)所含的第i種污染性重金屬，Pimax則是指土壤里各種重金屬污染指數(shù)的最高值，Piavg是指土壤內(nèi)所含的各種重金屬污染指數(shù)平均值[4]。

2.3 地積累指數(shù)評價法

地積累指數(shù)又名“Mull指數(shù)”，起源于上世紀(jì)60年代的歐洲。當(dāng)時的歐洲科學(xué)家們用這種方法來研究沉積物中的金屬雜質(zhì)，后來逐漸開始用于研究其他物質(zhì)中所含的重金屬污染程度，將該指數(shù)作為定量指標(biāo)。地積累指數(shù)評價法的計算公式如下：

其中，Igeoi代指土壤中所含的重金屬污染物i的地積累指數(shù)，i則是指土壤內(nèi)部的第i種重金屬污染物，Ci代指所測試的土壤重金屬污染物i的實(shí)測值（單位用mg/kg表示），Pi是指土壤中所含的重金屬污染物i本身的單項(xiàng)污染指數(shù)，字母k則是指土壤結(jié)構(gòu)層的巖石差異所導(dǎo)致的背景值發(fā)生變動后最終所獲取的修正系數(shù)，通常，修正系數(shù)取1.5[5]。

在評價土壤內(nèi)部金屬污染的過程中，應(yīng)注意分析污染因素。從生態(tài)學(xué)的角度來看，土壤環(huán)境污染主要分為三大類：第一，農(nóng)業(yè)土壤污染。根據(jù)調(diào)查了解，國內(nèi)大多數(shù)耕地均存在一定的土壤污染問題，這是因?yàn)榇竺娣e的農(nóng)田灌溉用水來源于污水，同時，農(nóng)田也受到了固體廢棄物和大氣污染的負(fù)面影響，加劇了土壤污染問題，隨著污水侵蝕土壤，導(dǎo)致土壤酸性增加，重金屬會在土壤表層不斷累積，不僅嚴(yán)重污染了土壤環(huán)境，還會導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量下降。第二，區(qū)域性土壤環(huán)境污染。在城鎮(zhèn)化建設(shè)加快的背景下，各區(qū)域均致力于房地產(chǎn)開發(fā)和其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使大量的農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)榉康禺a(chǎn)開發(fā)用地和其他生產(chǎn)用地，雖然在一定程度上推進(jìn)了城市化建設(shè)，但卻造成了嚴(yán)重的區(qū)域性土壤環(huán)境污染問題。第三，土壤環(huán)境復(fù)合型污染。這種污染問題是指多種污染物共存的土壤污染現(xiàn)象，其危害極為嚴(yán)重，能同時對土壤環(huán)境、人體、生物、水環(huán)境、大氣環(huán)境造成污染，且多種污染物會相互作用，以不同的化學(xué)狀態(tài)共存，從而愈演愈烈[6]。

目前，國內(nèi)已出現(xiàn)了土壤環(huán)境復(fù)合型污染現(xiàn)象，首先，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用大量不同的農(nóng)藥必然會導(dǎo)致土壤中含有藥物殘留，這些殘留的農(nóng)藥互相作用，就會使土壤中同時含有各種化學(xué)成分，當(dāng)這些化學(xué)成分產(chǎn)生反應(yīng)之后會加劇污染，同時，將污染元素傳遞給農(nóng)作物，當(dāng)人們食用這些被污染的農(nóng)作物后必然會危害身體健康。其次，城市化建設(shè)所產(chǎn)生的污泥和污水排放到土壤中也會加劇土壤環(huán)境的污染。因此，在運(yùn)用地積累指數(shù)評價法開展土壤重金屬污染評價工作時，通常會兼顧人為因素，綜合考慮各種污染引起的環(huán)境地球化學(xué)背景值變化和自然巖作用所引發(fā)的背景值變化，且還可對其他評價方法的應(yīng)用漏洞進(jìn)行彌補(bǔ)[7]。

2.4 單項(xiàng)污染指數(shù)評價法

2008年，在國家所發(fā)布的《全國土壤污染狀況評價技術(shù)規(guī)定》中，推薦使用單因子污染評價法，也就是單項(xiàng)污染指數(shù)評價法，這種方法應(yīng)用流程簡單，為對比分析工作提供了諸多便利，同時，能夠?yàn)榫C合評價、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評價、其他環(huán)節(jié)質(zhì)量分析工作提供準(zhǔn)確的參考基礎(chǔ)。單項(xiàng)污染指數(shù)評價法的計算公式如下：

其中，Pi是指土壤中所含的重金屬污染物潛在性風(fēng)險指數(shù)，i是指第i種重金屬污染物，Ci代指所測試的土壤重金屬污染物i的實(shí)測值（單位：mg/kg），Si是指測試土壤中的重金屬污染物i的標(biāo)準(zhǔn)值或者背景值（單位：mg/kg）。浙江省某耕地土壤各重金屬含量及其污染指數(shù)統(tǒng)計[8]的詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 浙江省某耕地土壤各重金屬含量及其污染指數(shù)統(tǒng)計表

在統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，Pb的參考值是530 mg/ kg，Hg的參考值是10 mg/kg，As的參考值是55 mg/kg。所使用的指數(shù)法不同，所對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)也各有差異。如果Pi≤1，則說明土壤環(huán)境不存在污染問題；如果Igeo≤0，則說明土壤內(nèi)部環(huán)境符合清潔度的標(biāo)準(zhǔn)要求；如果PN≤0.7，則說明土壤環(huán)境清潔衛(wèi)生，處于安全狀態(tài)；如果RI＜150，土壤環(huán)境則處于輕微的生態(tài)危害狀態(tài)。

結(jié)合土壤重金屬污染風(fēng)險評價結(jié)果，做好土壤環(huán)境保護(hù)工作，首先，要全面分析土壤環(huán)境污染類型與成因，準(zhǔn)確定位污染源頭，并分析多方面的土壤環(huán)境污染原因，以此科學(xué)制定針對性防治策略。其次，要全面觀察落實(shí)土壤環(huán)境安全管理方案與污染防治措施，并根據(jù)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)和城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展趨勢，不斷優(yōu)化土壤環(huán)境管理方案，積極推廣綠色無公害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，減少農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境污染問題。同時，還要控制好城市化建設(shè)污染與各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)污染，真正落實(shí)環(huán)境保護(hù)法，進(jìn)而促進(jìn)土壤環(huán)境安全與相關(guān)法律法規(guī)的有機(jī)結(jié)合。再次，要重視更新土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)設(shè)備，這利于提高土壤污染監(jiān)測效果。最后，要注重健全土壤環(huán)境保護(hù)體系，促進(jìn)土壤環(huán)境保護(hù)工作和水環(huán)境保護(hù)、大氣環(huán)境保護(hù)的有機(jī)融合，以及同步推進(jìn)各項(xiàng)環(huán)保工作，全面維護(hù)生態(tài)平衡。除此之外，還要重視做好土壤環(huán)境保護(hù)宣傳工作，可借助微信公眾號、抖音賬號、百度貼吧、QQ群論壇和微信群來引導(dǎo)人們樹立土壤環(huán)保意識，使之積極投入防治土壤污染工作，同時，讓人們參與綠色農(nóng)業(yè)建設(shè)事業(yè)，進(jìn)而控制農(nóng)業(yè)土壤污染問題。

3 結(jié)語

綜上所述，做好土壤重金屬污染評價工作，應(yīng)綜合采用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價法、內(nèi)梅羅指數(shù)評價法、地積累指數(shù)評價法和單項(xiàng)污染指數(shù)評價法，以此對土壤的重金屬污染狀況展開全面性評價。