天津?yàn)I海中心區(qū)綠地重金屬含量特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：X820.4

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0178-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Characteristics and Risk Evaluation of Heavy Metal Content in Greenland of Tianjin Binhai Center Area

Li Shuo’，Hou Jiantao2，Gao Hongsheng'，Wu Jin2，Ma Wuming （1.Tianjin Institute of Geological Survey，Tianjin 300191，China； 2.Tianjin Monitoring Central Station of Geological Environment，Tianjin 3Oo191，China）

Abstract：Inodertovestigatethedistributionpolltionessment，andpotentalecolgicalissofametalsineee spacesoftheBnhaiCentralDistrict，17soilsamplesfromteseareaswereanalyed.Theconcentrationsofeightheavymetals（Cr，Ni， Cu，Zn，Pb，AsHg，d）ndpeesereesudUsingomprativenalysis，eosatisticalalysis，ltionldided theimprovedHankansonecologicalriskindex，thestudyrevealedthefolowingresults：Althoughtheheavymetalconcentrationsinthe green space soils did not exceed the Level II screening values，there was a certain degree of accumulation.The concentration of Cr，Ni， Cu，Zn， Pb ，andCdwashighestinthesoutheast，folowedbythecentralregion，andthenthenorthwest.Hgconcentrationwas highest inthecentralgiongreaterthanthatintesoutheastandorthwestareas.HighconcentratiosfAsweredistrbutedtrouhotee gion，withthepriaryaluelcatedinesotheastetetialcoloicalisksssetidicatedattedyeais at moderate ecological risk，with Hg and Cd being the main contributing factors.Points of strong and very strong ecological risk are mainlylocated in thesoutheastern part of the studyarea，near the transportation routes leading to TianjinPort.

Keywords：green space；heavy metal；environmental assessment；ecological risk

前言

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和景觀效益[1]。然而，隨著城市化和工業(yè)發(fā)展，綠地土壤中的重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，重金屬具有毒性強(qiáng)、難降解、易積累等特點(diǎn)，通過(guò)揚(yáng)塵、呼吸和食物鏈等途徑影響居民健康[2-4]。目前，天津市關(guān)于綠地重金屬的研究主要集中在中心城區(qū)及周邊，探討了重金屬的累積程度、污染因子及分布特征等問(wèn)題。濱海中心區(qū)作為濱海新區(qū)的重要組成部分，區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人類(lèi)活動(dòng)頻繁，而針對(duì)區(qū)內(nèi)綠地重金屬污染和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究卻少有報(bào)道，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展大背景下，無(wú)論從城市規(guī)劃還是健康角度，摸清濱海中心區(qū)重金屬含量特征、分布特征、污染和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度都十分必要。

文章以濱海中心區(qū)綠地土壤為對(duì)象，重點(diǎn)研究了綠地土壤中重金屬含量特征及空間分布特征，采用污染載荷法對(duì)綠地土壤進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，采用改進(jìn)潛在生態(tài)危險(xiǎn)系數(shù)法對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，研究成果為綠地土壤重金屬變異提供基礎(chǔ)資料、為城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)和國(guó)土資源有效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)主要位于濱海新區(qū)中心區(qū)（原塘沽區(qū)），地理坐標(biāo)為北緯 38^°44^′～39^°13^′ ，東經(jīng) 117^°30^′～ 117^°46^′ ，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸與海洋過(guò)渡型季風(fēng)氣候。地勢(shì)低平，地貌上屬于海積低平原，區(qū)內(nèi)綠地主要有公園綠地、防護(hù)綠地、道路綠地、工業(yè)綠地和居民綠地，綠地土壤全部為客土，來(lái)源為周邊區(qū)縣的潮土，土壤在 0～20cm 質(zhì)地多為中壤土和重壤土，20cm 以下土壤成分復(fù)雜，多充填有碎磚、礫石。

1.2樣品采集與測(cè)試方法

綠地布點(diǎn)與綠地現(xiàn)狀相結(jié)合，在已建成區(qū)按照綠地地塊形狀與特點(diǎn)取樣，共采集綠地土壤樣品117件。綠地土壤采樣點(diǎn)采用混合采樣法，采集5個(gè)分樣點(diǎn)，每個(gè)分樣點(diǎn)取樣深度在 0～20cm ，根據(jù)綠地地塊不同，采取“S”型或者“X”型采樣，現(xiàn)場(chǎng)取好混合樣放入干凈布袋中，樣品過(guò)10目尼龍篩后取300g 作為分析備用。

樣品測(cè)試工作由天津市地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)試中心承擔(dān)，共測(cè)試9種指標(biāo)：總鉻（ （cr） 、總鎳（Ni）、總銅（Cu）、總鋅（ μ_μμ（Z_n） 、總鉛（Pb）、總碑（As）、總汞 ??Hg） 、總鎘（Cd）及 pH ，其中采用X射線熒光光譜法（XRF）對(duì) Ni，Zn. Pb.Cr.Cu 元素進(jìn)行測(cè)試；采用等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）對(duì)Cd進(jìn)行測(cè)試;采用原子熒光法（AFS）對(duì)As和 Hg 進(jìn)行測(cè)試;采用離子選擇性電極法（ISE）對(duì)pH進(jìn)行測(cè)試。樣品測(cè)試采用與國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（土壤）相結(jié)合的方法進(jìn)行，所有測(cè)試指標(biāo)準(zhǔn)確度和精密度均在監(jiān)控限內(nèi)，測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足質(zhì)控要求， Cr，Ni，Cu， （204號(hào)Zn，Pb，As，Hg，Cd 及 pH 的檢出限分別為5、2、1、4、2、1、0.0005、0.03mg?kg^-1 及 0.1×10^-2 0

1.3 研究方法

1.3.1重金屬污染評(píng)價(jià)方法

采用污染載荷法對(duì)綠地重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]，元素參比值采用的是天津市表層土壤背景值和綠化種植土壤（ CJ/T 340-2016） 中的 I 級(jí)篩選值；計(jì)算公式見(jiàn)式（1）-式（2）：

式（1）-式（2）中， CF_i 為重金屬 i 的污染指數(shù)；c_i 為重金屬 χ_i 的測(cè)試濃度 （mg?kg^-1 ）； c_n 為重金屬i的元素參比值；PLI為污染負(fù)荷指數(shù)， n 為參加評(píng)選的重金屬元素個(gè)數(shù)。土壤單項(xiàng)污染指數(shù)及污染負(fù)荷指數(shù)PLI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.3.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)基于Hankanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)[]，公式見(jiàn)式（3）-式（5）：

式（3）-式（5）中， C_fⁱ 為單項(xiàng)重金屬 i 的污染指數(shù)； C_sⁱ 為單項(xiàng)重金屬 i 在土壤中的實(shí)測(cè)值; C_nⁱ 為重金屬 i 的參比值（ T_rⁱ 比為重金屬 χ_i 的生物毒性響應(yīng)系數(shù)，反應(yīng)的是毒性水平和生物對(duì)其敏感程度， E_rⁱ 表表示的是單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子， RI 為多金屬潛在的生態(tài)危險(xiǎn)系數(shù)。Hankanson將 E_rⁱ 第一級(jí)上限值定為參評(píng)重金屬中最大毒理系數(shù)，其余等級(jí)依次乘2所得。此次研究中最大毒理系數(shù)為 Hg=40 數(shù)值與其一致，故 E_rⁱ 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不做改正。從多金屬潛在的生態(tài)危險(xiǎn)系數(shù)來(lái)看，當(dāng)時(shí)污染物毒理系數(shù)總和為133，Hankanson據(jù)此取整150作為 RI 第一級(jí)上限值，其余等級(jí)乘2所得。此次研究中多金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在Hankanson評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，原因是此次研究指標(biāo)與Hankanson并不相同，8項(xiàng)重金屬毒理系數(shù)總和為98，根據(jù)相應(yīng)比例取整110作為RI第一級(jí)上限值，其余等級(jí)依次乘2，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.4數(shù)據(jù)處理與繪圖方法

重金屬元素含量采用Microsoftexcel2016及SPSS19.0軟件統(tǒng)計(jì)元素的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)；利用ArcGIS10.8繪制重金屬含量分布圖。

2 結(jié)果與討論

2.1土壤重金屬及 ΔpH 參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征

117件綠地土壤樣品統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，濱海中心區(qū)綠地土壤pH均大于7.5，平均值為8.19，為堿性土壤，8項(xiàng)重金屬 Gr，Ni，Cu，Zn，Pb，As，Hg 和Cd的變化范圍分別為 56.9～3702.3.25.8～317.1， 21.8～231.7，62.2～464.1，20.8～86.3，7.13～23.2 10.02～0.25 和 0.08～1.36mg/kg ，平均含量分別為130.58、44.36、39.57、117.16、34.07、13.10、0.06和0.24mg?kg^-1 。雖然研究區(qū)綠地中重金屬絕大部分沒(méi)有超過(guò)綠化種植土壤（CJ/T340－2016）中的Ⅱ級(jí)篩選值，但與天津市表層土壤背景值相比，重金屬含量有所提高，存在一定程度的污染累積趨勢(shì)。

變異系數(shù)（Cv）能夠反映元素在綠地土壤中分布的均勻程度，變異系數(shù)由大到小依次為： Crgt;Cd gt;Hggt;Nigt;Cugt;Zngt;Pbgt;Asgt;pH ，參照Wilding對(duì)變異程度的分類(lèi)， CrCdHgNi，CuZn 這些元素變異系數(shù)均大于0.35，為強(qiáng)變異，表明其在土壤中分布不均，受人類(lèi)活動(dòng)影響變化大； Pb_?As 這兩種元素變異系數(shù)處于 0.16～0.35 之間，屬中等變異，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)其造成一定程度的影響； pH 變異系數(shù)小于0.15，說(shuō)明其在綠地土壤中分布較均勻。

2.2綠地重金屬空間分布特征

運(yùn)用ArcGIS軟件對(duì)綠地土壤中的重金屬含量進(jìn)行反距離加權(quán)平均插值處理，分析8項(xiàng)重金屬元素在濱海中心區(qū)的空間分布特征，結(jié)果如圖1所示，區(qū)域內(nèi)大多數(shù)元素（ ΔCr，Ni，Cu，Zn，Pb 和Cd）分布特征基本相似，總體上呈現(xiàn)出東南部高，中部次之，西北偏低的特點(diǎn)； Hg 和As含量分布與上述六種元素并不相同， Hg 在區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出中部高，東南部和西北部偏低的特點(diǎn)，As元素在區(qū)域內(nèi)分布零散，高值點(diǎn)在全區(qū)均有分布，主要高值區(qū)位于東南部。

2.3 綠地重金屬污染評(píng)價(jià)

以天津市土壤背景值（TJ）為基準(zhǔn)，8項(xiàng)重金屬均有不同程度的污染，平均指數(shù)為1.34，屬輕度污染，單項(xiàng)污染指數(shù)顯示 CF（Hg）gt;CF（Cd）gt;CF（Cr） gt;CF（Zn）gt;CF（Pb）gt;CF（Gu）gt;CF（Ni）gt;CF （As）， Hg 元素污染最重，重度污染占比在 10% ；以綠化種植土壤Ⅱ級(jí)篩選值（LD）為基準(zhǔn)，8項(xiàng)重金屬平均指數(shù)小于1，屬無(wú)污染等級(jí)，僅 Cr，Ni 存在少量重度污染（污染占比為 1.71% 和 0.85% ）， Zn，Cd 存在輕度污染（污染占比 0.85% 和 2.56% ）， Hg，Pb 、As，Cu 污染指數(shù)均小于1，未受污染。兩種結(jié)果不同的原因是綠化種植土壤Ⅱ級(jí)篩選值遠(yuǎn)高于天津市土壤背景值，以 Hg 為例，Ⅱ級(jí)篩選值是土壤背景值40倍。以TJ為基準(zhǔn)，塘沽綠地總體污染負(fù)荷指數(shù)屬輕度污染，主要污染點(diǎn)分布在研究區(qū)東南部，通往天津港交通線附近一帶；以LD為標(biāo)準(zhǔn)值，所有樣點(diǎn)均屬安全清潔范圍。

2.4綠地重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)能反映重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響潛力[]，文章中毒理系數(shù)采用的是 T_rⁱ 系數(shù)根據(jù)徐爭(zhēng)啟等研究成果， Pb?Cu?As?Cd?Cr?Hg?Cn?Ni 等的毒性系數(shù)分別為： ;5，5，10，30，2，40，1，5 。由前文可知，綠化種植土壤 I 級(jí)篩選值遠(yuǎn)高于天津市土壤背景值，為起到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)警示作用，重金屬i的參比值 C_nⁱ 選取的是土壤背景值與 I 級(jí)土壤篩選值中的最低值。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，塘沽綠地單一重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù) E_rⁱ 由大到小為 Hg=78.5gt;Cd= 48.3gt;As=10.9gt;Pb=6.8gt;Cu=6.6gt;Ni=6.33gt;Cu Cr=3.2gt;Zn=1.4 。八項(xiàng)重金屬中 Hg 的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高，極強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和很強(qiáng)烈生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分別為1.71% 和 3.42% ，其次為Cd，達(dá)到中等風(fēng)險(xiǎn)以上的占比為 55.56% 均屬輕度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)， E_rⁱlt;40 0

濱海中心區(qū)綠地土壤8項(xiàng)重金屬總體為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（ RI=162.03 ）， Hg 和Cd為主要貢獻(xiàn)因素，貢獻(xiàn)率分別為 48.43% 和 29.81% ，強(qiáng)烈生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和很強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與重度污染點(diǎn)分布基本一致，主要分布在研究區(qū)東南部，通往天津港交通線一帶。下一步，應(yīng)加強(qiáng)這一帶污染監(jiān)管與控制力度，防止污染進(jìn)一步擴(kuò)大與惡化。

3結(jié)論

研究以濱海中心區(qū)117件綠地土壤樣品為基礎(chǔ)，應(yīng)用對(duì)比分析、地統(tǒng)計(jì)分析、污染載荷法和改進(jìn)Hankanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行探討，結(jié)果顯示：濱海中心區(qū)綠地中重金屬大部分沒(méi)有超過(guò)綠化種植土壤中的Ⅱ級(jí)篩選值，但與天津市表層土壤背景值相比，重金屬存在一定程度集聚現(xiàn)象；重金屬空間分布表明，大多數(shù)重金屬含量呈現(xiàn)出東南部高，中部次之，西北偏低的特點(diǎn)， Hg 區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出中部高、東南部和西北部偏低的特點(diǎn)，As高值點(diǎn)在全區(qū)均有分布，主要高值區(qū)位于東南部;以天津市土壤背景值（TJ）和Ⅱ級(jí)篩選值（LD）為基準(zhǔn)，PLI分別呈現(xiàn)為輕度污染和清潔無(wú)污染等級(jí)；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，研究區(qū)為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)， Hg 和Cd為主要貢獻(xiàn)因素，強(qiáng)烈生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和很強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要分布在研究區(qū)東南部，通往天津港交通線一帶。

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