李鋒

（運城市環(huán)境保護監(jiān)測站， 山西 運城 044000）

試（實）驗研究

某鋼廠周邊土壤重金屬含量測定及分析

李鋒

（運城市環(huán)境保護監(jiān)測站， 山西 運城 044000）

主要對晉南某鋼廠周邊土壤重金屬含量進行了測定與分析，結(jié)果表明，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七種重金屬元素含量均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—2008)二級標準，但卻嚴重超過了山西省土壤環(huán)境背景值，其中Cd、Cr、Pb三種元素超標率均為100%，Cu、Mn、Zn三者超標率也高于50%，Ni元素超標率較小，為10%。按平均單項污染指數(shù)分析，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn五種重金屬元素屬于輕微污染，Pb屬于中度污染，Ni元素處于無污染水平。

鋼廠 周邊土壤 重金屬 測定

土壤是生產(chǎn)、孕育植物的大母體，其能提供植物生長發(fā)育所需的肥力要素。間接地說，土壤是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，隨著人口的急劇增多及工業(yè)的迅猛發(fā)展，土壤環(huán)境遭到了嚴重的破壞。土壤污染成因主要有三方面，首先是固體廢棄物在土壤表面的大量傾倒和堆放，其細小殘渣和剝離物混入土壤，導(dǎo)致的土壤污染；其次是混有多種污染物質(zhì)的廢水不斷將有害物質(zhì)滲透到土壤，造成土壤污染；第三是大氣中的有害氣體及飄塵向土壤表面的滲入及飄落，或者不斷隨雨水降落在土壤中，致使土壤遭到污染。雖然土壤有自身過濾、調(diào)節(jié)、吸附等對污染物自凈的能力，但當有害物質(zhì)不斷在土壤積累并達到一定數(shù)量時，土壤不僅不能發(fā)揮孕育農(nóng)作物等植物的正常功能，其有害污染物還會通過農(nóng)產(chǎn)品如糧食、蔬菜、水果等直接影響人體健康[1]，因此，對土壤污染物種類及其含量的檢測、分析和研究意義重大。

重金屬具有難以被微生物降解、移動性小等特點，是環(huán)境長期、潛在的污染物。土壤重金屬污染是指受人類活動的影響，土壤中重金屬元素不斷沉積，致使其含量明顯高于其土壤背景值，而引起土壤環(huán)境質(zhì)量遭到破壞的現(xiàn)象[2]。大量調(diào)查和研究表明，目前我國土壤重金屬污染狀況嚴重，并呈現(xiàn)潛伏性、間接性、累積性、隱藏性、伴生性和不可逆性等特點[3]，已經(jīng)成為影響群眾身體健康和社會穩(wěn)定的重要因素。土壤重金屬工業(yè)污染源中，鋼鐵行業(yè)是最主要的來源。監(jiān)測和分析鋼廠周邊土壤重金屬種類和含量，了解土壤環(huán)境污染的程度，對積極采取有效措施改善環(huán)境，防止人類健康受到威脅具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

1 研究材料及方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)某鋼廠位于晉南某縣郊區(qū)，建廠于2001年，占地0.65 km2，是一家集冶煉、軋鋼和物流、銷售為一體的小型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。鋼鐵廠污染類型復(fù)雜，污染源多，主要包括焦化廠、煤廠、料場及鋼材加工廠等污染區(qū)域。某鋼廠周邊地區(qū)大部分為農(nóng)田，主要種植小麥、玉米等農(nóng)作物。

1.2 測定主要儀器及試劑

主要測定儀器：原子分光光度計（AA320-N）；銅、鉛、鋅空心陰極燈；可調(diào)式電熱板（ML-3-4型）；數(shù)顯鼓風干燥箱（GZX-9030 MBE）；氣浴恒溫振蕩器（THX-92A）；分析天平（FA2004N）；pH計（Phs-3C）；激光粒度儀（Master-sizer）；磁化率儀（MS2）。

主要化學試劑：鹽酸（HCl）、硝酸（HNO3）、高氯酸（H4ClO7）、氫氟酸（HF）、重鉻酸鉀（K2Cr2O7）、硫酸亞鐵（FeSO4）、硝酸銅（Cu（NO3）2）、硝酸鉛（Pb（NO3）2）、硝酸鋅（Zn（NO3）2）等的分析純及六偏磷酸鈉（（NaPO3）6）。

1.3 土壤樣品采集及預(yù)處理

為了保證所取某鋼鐵廠周邊農(nóng)田土壤樣品具有代表性，取樣時以某鋼廠為中心，并結(jié)合鋼廠當?shù)刂鲗?dǎo)方向，分別在正東、正南、正西、正北及東南、西北方向布設(shè)樣點，變程50 m，每個方向布設(shè)5個采樣點，每個采樣點用GPS定位[4]。同時，采樣時盡量避開最近被人工擾動過的土層和外來土壤，以保證樣品具有代表性和實際性。

所采土壤樣品剔除大石塊、植物根系等雜質(zhì)，裝入塑料自封袋，并貼上標簽以注明取樣點詳細信息。將帶回實驗室的土壤樣品放在通風處自然風干，并碾磨后分別過篩，用于測定土壤理化性質(zhì)和重金屬含量。

1.4 理化性質(zhì)分析及重金屬含量測定

土壤理化性質(zhì)測定指標主要有吸濕水含量、pH值、有機質(zhì)含量、土壤粒徑組成和土壤磁化率，其研究分析方法分別為烘干稱重法、電位法、重鉻酸鉀外加熱法、Master-sizer激光粒度儀測定法及MS-2型磁化率儀測定法。

用原子吸收光譜儀分別測定不同土樣中各重金屬含量，重金屬含量的計算方法具體為[5]

式中：m為重金屬含量，mg·kg-1，C為檢測的質(zhì)量濃度，μg·mL-1，V為測定液體積，mL；n為分取倍數(shù)；M為樣品凈質(zhì)量，g。

數(shù)據(jù)處理方法為：用Excel 2003和SPSS 17.0軟件對所有數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整理與分析。

1.5 重金屬污染評價方法

研究采用單項污染指數(shù)法進行某鋼廠周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀評價。單項污染指數(shù)法即根據(jù)土壤中污染物i的單項污染指數(shù)Pi大小來判斷污染物的污染程度。一般而言，單項污染指數(shù)越大，污染越嚴重，根據(jù)Pi的大小，可將土壤污染程度劃分為無污染（Pi≤1）、輕微污染（1＜Pi≤2）、輕度污染（2＜Pi≤3）、中度污染（3＜Pi≤5）以及重度污染（Pi＞5）五級；土壤中污染物i的實測Ci（mg·kg-1）與污染物j的評價標準或參考值Si（mg·kg-1）的比，即為單項污染指數(shù)大小，具體公式為：Pi=Ci/Si。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 某鋼廠周邊農(nóng)田土壤重金屬含量

對某鋼廠廠區(qū)周邊農(nóng)田土壤30個樣品進行重金屬含量測定，同時，分別以中國國家標準《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB15618—2008）二級標準和山西省土壤環(huán)境背景值為標準進行分析，具體結(jié)果如表1、圖1所示。

表1 廠區(qū)周邊農(nóng)田土壤重金屬元素含量及統(tǒng)計特征表格

圖1 廠區(qū)周邊農(nóng)田土壤各重金屬元素超標率（山西背景）

由表1和圖1可知，某鋼廠周邊農(nóng)田土壤明顯受到了鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、錳（Mn）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鉛（Pb）等7種重金屬元素的污染，其中，Cd、Cr、Pb三種重金屬超標最為嚴重，Mn、Zn、Cu超標較為嚴重，Ni超標情況較小。具體的來說，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七種重金屬元素的含量范圍分別為0.14～0.32 mg/kg、66.1～198.6 mg/kg、9.4～71.1 mg/kg、262.3～1 019.3 mg/kg、41.52～138.4 mg/kg、12.1～45.8 mg/kg和58.3～79.9mg/kg，平均含量分別為0.22mg/kg、107.2 mg/kg、33.1 mg/kg、582.1 mg/kg、86.3 mg/kg、21.4 mg/kg和68.2 mg/kg。與山西省土壤環(huán)境背景值為標準進行比較，7種重金屬元素均超標，其中Cd、Cr、Pb三種元素超標率均為100%，Cu、Mn、Zn三者超標率也高于50%，Ni元素超標率較小，為10%；7種重金屬元素均值分別為山西省土壤背景值的1.72倍、1.73倍、1.23倍、1.05倍、1.14倍、0.67倍和4.32倍。與國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618—2008）二級標準相比，鋼廠周邊農(nóng)田土壤Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七種重金屬元素均沒有出現(xiàn)超標點位。

某鋼廠周邊土壤Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七種重金屬元素統(tǒng)計分析可得，其變異系數(shù)分別為13.6%、24.4%、35.4%、19.8%、22.4%、37.3%和3.9%，分別屬弱變異、中度變異、中度變異、中度變異、中度變異、中度變異和弱變異。

2.2 某鋼廠周邊土壤重金屬污染評價

采用單項污染指數(shù)法對某鋼廠周邊土壤重金屬污染現(xiàn)狀進行評價，具體結(jié)果如表2、表3所示。

表2 廠區(qū)周邊農(nóng)田土壤重金屬元素單項污染指數(shù)（一）

表3 廠區(qū)周邊農(nóng)田土壤重金屬元素單項污染指數(shù)（二）

按照中國國家標準《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618—2008）二級標準對各重金屬元素含量進行單因子污染指數(shù)評價，結(jié)果如表2所示，某鋼廠周邊農(nóng)田土壤各重金屬指數(shù)范圍及平均值均小于1，土壤目前未受到污染，尚處于清潔水平。Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七種重金屬平均污染指數(shù)大小排序為PPb（0.853）＞PCr（0.536）＞PCd（0.489）＞PMn（0.388）＞PZn（0.345）＞PCu（0.331）＞PNi（0.238），相對而言，某鋼廠周邊土壤受Pb污染最嚴重，受Ni污染最小。

以山西省土壤背景值作為評價標準，各重金屬元素單因子污染指數(shù)評價結(jié)果如表3所示。七種重金屬均有不同程度的積累，按平均污染指數(shù)分析，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn五種重金屬元素屬于輕微污染，Pb屬于中度污染，Ni元素處于無污染水平。具體看來，其樣品中Cd有53%屬于輕微污染，47%屬于輕度污染；Cr有57%屬于輕微污染，33%屬于輕度污染，10%屬于中度污染；Cu有17%屬于無污染，67%屬于輕微污染，16%屬于輕度污染；Mn有87%屬Cu于無污染，13%屬于輕微污染；Zn有77%屬于無污染，23%屬于輕微污染；Ni有83%屬于無污染，17%屬于輕微污染；Pb有100%屬于中度污染，說明Pb的積累程度較深且范圍比較廣，屬于大面積覆蓋，這主要與鋼廠排放的粉塵有關(guān)。

3 結(jié)論

通過對晉南某鋼廠周邊土壤重金屬含量測定及分析，可得如下結(jié)論：

1）某鋼廠周邊土壤樣品中，與國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618—2008）二級標準相比，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七種重金屬元素均沒有出現(xiàn)超標點位，各重金屬指數(shù)范圍及平均值均小于1，土壤目前未受到污染。

2）與山西省土壤背景值相比，7種重金屬元素均超標，其中Cd、Cr、Pb三種元素超標率均為100%，Cu、Mn、Zn三者超標率也高于50%，Ni元素超標率較小，為10%；7種重金屬元素均值分別為山西省土壤背景值的1.72倍、1.73倍、1.23倍、1.05倍、1.14倍、0.67倍、4.32倍；按平均污染指數(shù)分析，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn五種重金屬元素屬于輕微污染，Pb屬于中度污染，Ni元素處于無污染水平。

[1] 耿婷婷，張敏，蔡五田.北方某鋼鐵廠部分廠區(qū)土壤重金屬污染的初步調(diào)查[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2011，34（S1）：349-352.

[2] 柴世偉，溫琰茂，張云霓，等.廣州市郊區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量特征[J].中國環(huán)境科學，2003，23（6）：592-596.

[3] 張輝，馬東升.城市生活垃圾向土壤釋放重金屬研究[J].環(huán)境化學，2001，20（1）：43-47.

[4] 閆倩，戴霜，劉海嬌，等，蘭州某鋼廠附近土壤磁化率特征及其環(huán)境意義[J].中國環(huán)境科學，2011，31（10）：1 732-1 737.

[5] 唐將，鐘遠平，王力.三峽庫區(qū)土壤重金屬背景值研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2008，16（4）：848-852.

（編輯：苗運平）

Determination and Analysis of Heavy Metals in Soils around A Steel Plant

Li Feng
（Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station,Yuncheng Shanxi 044000）

The study mainly makes a determination and analysis on the content of heavy metals in soils around a mill in Jinnan.The results showed that heavy metal elements of Cd,Cr,Cu,Mn,Zn,Ni and Pb did not exceed the secondary standard of"soil environmental quality standard" (GB15618-2008),but seriously exceeded the background value in Shanxi soil environment,in which over-standard rate of Cd,Cr,Pb were 100%,the over-standard rate of Cu, Mn,Zn were also higher than 50%,and the over-standard rate of Ni was 10%.According to the average single pollution index analysis,heavy metal elements of Cd,Cr,Cu,Mn,Zn are slightly polluted,Pb is moderately polluted, and Ni element is in no pollution level.

steel mill,surrounding soil,heavy metal,determination

X114

A

1672-1152（2017）01-0034-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.15

2016-10-03

李鋒（1969—），男，山西夏縣人，運城市環(huán)境保護監(jiān)測站，1990年7月畢業(yè)于山西礦業(yè)學院，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境保護等方面工作與研究。