某污染地塊不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征與來源分析

楊金蘭，蔣 皓，陳澤智

（1.廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司，廣東 廣州 510599；2.廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州510500；3.廣東省科學(xué)院測試分析研究所（中國廣州分析測試中心），廣東 廣州 510070）

0 引言

由于城市化的發(fā)展和“退二進(jìn)三”戰(zhàn)略的推進(jìn)，一些原位于市區(qū)的重污染、能耗大、效益差的企業(yè)有重點、分層次、分區(qū)域、分時段進(jìn)行搬遷或關(guān)閉停產(chǎn)，這些地塊中殘存大量污染物，重金屬污染尤為嚴(yán)重［1-5］。

郭登魁等［6］對某廢棄硫酸廠場地中 As、Cd、Pb、Cu 和 Zn 的污染特征和來源進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這些元素均存在超標(biāo)現(xiàn)象，超標(biāo)倍數(shù)從 12.42 倍增至 466.00 倍，且發(fā)現(xiàn)隨著深度的增加，污染物還發(fā)生了垂向遷移。任劍峰等［7］對某廢棄油庫的區(qū)域土壤中 Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Hg 和 As 的污染進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)潤滑油罐區(qū)、汽油罐區(qū)、柴油罐區(qū)和發(fā)貨平臺均受到重度污染。本研究選擇廣州市某廢棄的污染地塊為研究對象，考察地塊辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和加工區(qū)的土壤重金屬污染特征和來源。

1 材料、樣品和數(shù)據(jù)分析方法

1.1 研究區(qū)概況

該地塊歷史早期為農(nóng)田，2016 年前為一家電子器件生產(chǎn)企業(yè)，占地面積約 8 km2，該廠年產(chǎn)電子元器件 3 000 萬件，主要原料為銅片、鋅片、電鍍液和樹脂等，主要涉及的工藝為電鍍、五金加工、機(jī)械加工、手工組裝等。根據(jù)地塊內(nèi)土地的使用情況，將地塊分為辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、加工區(qū)。其中，辦公區(qū)包括辦公樓、綠化、道路；生活區(qū)包括宿舍、食堂；生產(chǎn)區(qū)包括注塑車間、模具車間、煅燒車間、原料倉庫；加工區(qū)包括組裝車間、焊接車間、成品倉庫。

1.2 樣品的采集及預(yù)處理

按照典型性和代表性的原則，采用分區(qū)布點法。于 2016 年 11 月，采集土壤表層樣品 78 個，其中辦公區(qū) 15 個，生活區(qū) 15 個，生產(chǎn)區(qū) 24 個，加工區(qū) 24 個。采樣深度為 0～20 cm，利用木質(zhì)采樣工具進(jìn)行樣品采集，采樣點周圍利用多點采樣方式，四分法棄取，采集 1 kg 裝入采樣袋，作為該采樣單元的土壤樣品。

1.3 樣品的分析

采用 HJ 680－2013《土壤和沉積物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》測定土壤中的 Hg 和 As；采用 HJ 491－2019《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》測定土壤中的 Cu、Zn、Cr 和 Ni；采用 GB/T 17141－1997《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測定 石墨爐原子吸收分光光度法》測定土壤中的。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Pearson 相關(guān)系數(shù)和主成分分析等多元統(tǒng)計方法對土壤中重金屬的來源進(jìn)行分析，統(tǒng)計分析均利用 SPSS19.0 軟件進(jìn)行，利用 origin 8.0 進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 地塊土壤重金屬含量特征

地塊土壤重金屬污染特征統(tǒng)計如表 1 所示，Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni 和 Zn 的平均值分別為 0.19、14.2、0.11、84.0、46.1、43.8、35.2、66.5 mg·kg-1，8 種重金屬元素的均值均未超過國家農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險值，但是除 Hg 外，其它重金屬元素的最高值均已超過國家農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險值。8 種重金屬元素的均值分別為廣東省土壤背景值的 2.4、1.6、2.0、1.7、2.7、1.2、2.4、1.4 倍；說明在工業(yè)生產(chǎn)等人類活動影響下，8 種重金屬在表層土壤存在不同程度的富集。根據(jù) Wilding［8］對變異系數(shù)的分類，As 的變異系數(shù)為 0.33，為中等變異，Hg、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni 和 Zn 的變異系數(shù)為 0.45、0.83、0.74、1.20、0.63、1.51、1.04，均為高度變異（CV＞0.36）。說明 8 種金屬受外界因素的影響較大，這可能是受污染源分布的影響。8 種重金屬的偏度大小順序為 Zn＞Ni＞Cd＞Cr＞Cu＞Pb＞Hg＞As，均呈尖頂峰的正偏態(tài)分布。

表1 土壤重金屬的特征統(tǒng)計

2.2 生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)與生活區(qū)-辦公區(qū)土壤重金屬含量的差異性分析

采用 Mann-Whitney U 檢驗對生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)與生活區(qū)-辦公區(qū)土壤重金屬含量進(jìn)行差異性分析，如表 2 所示，生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)與生活區(qū)-辦公區(qū)土壤中 Cr、Cu 和 Ni 存在顯著性差異，這可能是因為生產(chǎn)加工過程中的原料以及工藝有關(guān)。辦公區(qū)中 Pb 的含量均值最高，生產(chǎn)區(qū)中 Zn 的含量均值最高，加工區(qū)中 Cr、Cu 和 Ni 的含量均值較高，這種濃度差別主要是由各功能區(qū)污染源差異所導(dǎo)致。

表2 生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)與生活區(qū)-辦公區(qū)土壤重金屬的統(tǒng)計

2.3 重金屬來源

1）相關(guān)性分析。對地塊土壤重金屬含量進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析，如表 3 所示，Cr-Cu-Ni 兩兩之間存在顯著的相關(guān)性（P<0.01），其中 Cr、Cu、Ni 的相關(guān)系數(shù)均大于 0.7，表明 Cr-Cu-Ni 可能具有相同的來源，從功能區(qū)的劃分來看，Cr、Cu 和 Ni 的高值點多出現(xiàn)在加工區(qū)，這可能與加工區(qū)的工藝流程有關(guān)。

表3 8 種重金屬的相關(guān)系數(shù)

2）主成分分析。數(shù)據(jù)經(jīng) KMO 和 Bartlett 球形檢定，KMO 指數(shù)為 0.714>0.5，p 值為 0.00<0.05，說明作主成分分析，其結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義。研究區(qū)土壤重金屬元素的主成分分析如表 4 所示，8 種重金屬主要可以分成 3 種主成分，累積貢獻(xiàn)率為 76.956 %。

表4 土壤重金屬的主成分分析

主成分1（PC1）的方差貢獻(xiàn)率為 37.377%，Cr、Cu、Ni 和 Zn 的因子載荷分別達(dá)到 0.780、0.842、0.800 和 0.777，且區(qū)域變異性較大，表明這些元素主要受人為因素的影響［10］，前述差異性分析結(jié)果表明，Cr、Cu 和 Ni 在生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)與生活區(qū)-辦公區(qū)存在顯著性差異，且 Zn-Cr-Cu-Ni 存在顯著相關(guān)性，說明污染主要來源于生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)的產(chǎn)品生產(chǎn)、電鍍和金屬表面處理等工藝，這與李泗清等［11］報道的結(jié)果類似。主成分 2（PC2）的方差貢獻(xiàn)率為 26.309 %，Cd 和 Pb 具有較高的正載荷，含量高于相應(yīng)的背景值，區(qū)域變異性較大，有研究發(fā)現(xiàn)，交通污染是土壤中 Cd 和 Pb 的重要來源，汽車排放的 Cd 來自油類（汽油和潤滑油）燃燒和輪胎磨損（輪胎中的 Cd 含量為 2.6 mg·kg-1），Pb 來自汽油燃燒和剎車?yán)镆r磨損［12，13］。說明 PC2 反映的是交通污染等人為來源的影響。主成分 3（PC3）的方差貢獻(xiàn)率為 13.270 %，As 有較高的正載荷，含量高于相應(yīng)的背景值，變異系數(shù)高。黃慶熙等［14］研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥、工業(yè)和生活廢棄物是造成 As 污染的重要原因。Hg 在 PC2 和 PC3 上均有相當(dāng)?shù)妮d荷，可認(rèn)為 Hg 來源于交通污染源和工業(yè)或生活廢棄物，這與張文新等人［15］報道的結(jié)果類似。

3 結(jié)語

1）研究區(qū)土壤重金屬 Hg、As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni 和 Zn 的平均值均高于背景值，金屬含量空間分布不均勻，受人類活動影響較大。生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)與生活區(qū)-辦公區(qū)土壤中的 Cr、Cu 和 Ni 存在顯著性差異。

2）研究區(qū)土壤重金屬來源可分為 3 類：Cr、Cu、Ni 和 Zn（PC1）主要來源于生產(chǎn)區(qū)-加工區(qū)的產(chǎn)品生產(chǎn)、電鍍和金屬表面處理等工藝；Cd 和 Pb（PC2）主要來源于交通污染；As（PC3）主要來源于農(nóng)藥、工業(yè)和生活廢棄物；Hg 為 PC2 和 PC3 的混合來源。Q