周開勝，朱蘭保，賀冉冉

(蚌埠學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)實驗中心，安徽蚌埠 233030)

作為城市生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分的城市土壤，是城市生態(tài)系統(tǒng)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。城市土壤是城市進行綠化和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的基本環(huán)境條件，土壤重金屬污染將惡化城市土壤生態(tài)系統(tǒng)，影響城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[1]。土壤重金屬具有隱顯性、不可降解性、持久性和生物毒性與生物放大性等特點[2]，重金屬污染將直接或潛在地對城市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害[3]。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的加快，城市工業(yè)愈加密集,交通運輸日益繁忙，致使城市土壤接納了大量來自工業(yè)固體廢物、煙塵、汽車尾氣及其它活動產(chǎn)生的重金屬污染物，使城市土壤重金屬含量增高，污染加??；城市土壤重金屬通過生物鏈、揚塵、滲漏和地表徑流等途徑污染生物、大氣和水體，使得土壤成為環(huán)境重金屬污染的源[4-5]。土壤重金屬通過飲食、呼吸和皮膚接觸等途徑進入人體，對人體健康造成危害。近年來，有關(guān)城市土壤重金屬污染和評價等研究多有報道[1,3,6-13]。

蚌埠市(117°11′～117°31′E,32°49′～33°01′N)是皖北最大城市之一，地處中國地理南北分界線，氣候從北亞熱帶向暖溫帶過渡，現(xiàn)有常住人口110多萬人，擁有化工、機械、電子、制藥等工業(yè)門類。因此，有必要對蚌埠市土壤重金屬污染及其潛在生態(tài)風(fēng)險進行研究。

本研究通過對蚌埠市土壤重金屬含量測定分析，分別采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對土壤重金屬污染進行評價，旨在為蚌埠市土壤重金屬污染治理、城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護人體健康提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2013年3月，在蚌埠市選取20個土壤采樣點(表1)，用木產(chǎn)將表土剝?nèi)?cm，采集2～15cm土壤樣品置于6號聚乙烯自封塑料袋內(nèi)，密封、編號，并做好采樣記錄，帶回實驗室，置于4℃冰箱保存。

表1 采樣點布設(shè)

1.2 樣品處理與分析

將采集的土壤樣品平鋪在濾紙上，放在陰涼通風(fēng)處，在室內(nèi)自然晾干，去除碎石、根系等雜質(zhì)，用瑪瑙研缽研磨后，過100目的尼龍篩，供分析測定用。土樣經(jīng)三酸(H2SO4-HNO3-HClO4)消解后，用原子熒光法(AFS-920雙道原子熒光分光光度計，北京吉天儀器有限公司)測定土壤中As的含量；經(jīng)四酸(HCl-HNO3-HF-HClO4)消解后，采用火焰原子吸收光譜法(石墨爐原子吸收分光光度計TAS-990，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)測定土壤中Pb、Cd、Cu和Cr的含量。

1.3 評價方法

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法計算公式[14]為：

Pi=Ci/SI.

式中：Ci為土壤中污染物i的實測值；Si為《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中各元素的土壤含量上限；Pi為土壤中i污染物的單因子污染指數(shù)。

1.3.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法計算公式[14-15]為：

P綜={[max(Pi)2+ave(Pi)2]/2}1/2.

式中：P綜為樣點的尼梅羅綜合污染指數(shù)；max(Pi)為樣點所有重金屬中單因子污染指數(shù)的最大值；ave(Pi)為樣點單因子污染指數(shù)的算術(shù)平均值。

土壤綜合污染程度分5級，分別為：Ⅰ級：P綜≤0.7，屬于安全等級，環(huán)境清潔；Ⅱ級：0.7

1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法[16]

潛在生態(tài)危害指數(shù)法計算公式[16]為：

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量

蚌埠市土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量差別較大(表2)，其中Cd含量最大值為8.00 mg·kg-1，最小值為2.00 mg·kg-1，均值為4.64 mg·kg-1，最大值是最小值的4倍；Cr含量最大值為123.50 mg·kg-1，最小值為47.25 mg·kg-1，均值為77.86 mg·kg-1，最大值是最小值的2.6倍；Pb含量最大值是146.50 mg·kg-1，最小值是5.50 mg·kg-1，均值為92.88 mg·kg-1，最大值是最小值的26.64倍；Cu含量最大值為57.75 mg·kg-1，最小值為3.75 mg·kg-1，均值為20.51 mg·kg-1；最大值是最小值的15.4倍；As含量最大值為1.77 mg·kg-1，最小值為0.13 mg·kg-1，均值為0.67 mg·kg-1，最大值是最小值的13.62倍。土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量均值分別是安徽省土壤背景值[19]的55.41、1.24、3.57、1.06和0.08倍，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是1.42、20.96、29.37、13.14和0.38，變異系數(shù)分別是30.57%、26.92%、31.63%、64.06%和56.40%，均屬中等變異。

表2 各采樣點土壤重金屬含量

2.2 土壤重金屬污染特征

蚌埠市區(qū)土壤pH>7.5[20]，采用土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-1995)[21]中的二級標(biāo)準(zhǔn)，Cd、Cr、Pb、Cu和As分別取0.60 mg·kg-1、250 mg·kg-1、350 mg·kg-1、200 mg·kg-1和25 mg·kg-1作為評價標(biāo)準(zhǔn)。土壤重金屬單因子污染指數(shù)計算結(jié)果見表3，各重金屬單因子污染指數(shù)均值由大到小依次是Cd>Cr>Pb>Cu>As，Cd污染最嚴(yán)重。綜合污染指數(shù)計算結(jié)果表明，P綜最大值為9.64，最小值為2.42，均值為5.59，屬于中度污染的樣點有2個(占10%)，重度污染的樣點有18個(占90%)。從綜合污染指數(shù)平均值來看，蚌埠市土壤重金屬污染屬重度污染。

表3 土壤重金屬單因子污染指數(shù)

2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法評價

表4 蚌埠市土壤重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)和綜合潛在危害指數(shù)RI

表5 蚌埠市土壤重金屬與生態(tài)危害程度

2.4 討論

蚌埠市土壤重金屬含量與國內(nèi)其它城市相比，Cd含量最高，高于其它城市；As含量低于其它城市；Cr含量除低于?？诤托熘萃?，高于其它城市；Pb含量除低于沈陽外，高于其它城市；Cu含量除高于北京和廣州外，均低于其它城市(表6)。

各重金屬單因子污染指數(shù)均值和潛在生態(tài)危害系數(shù)均值由大到小依次為Cd>Cr>Pb>Cu>As和Cd>Pb>Cu>Cr>As。兩種方法評價結(jié)果表明，Cd污染最重，As污染最輕。從綜合污染指數(shù)和綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)均值來看，評價結(jié)果一致，蚌埠市土壤重金屬污染屬重度污染，潛在生態(tài)危害程度強。

表6 國內(nèi)部分城市土壤重金屬含量比較

表7 國內(nèi)部分城市土壤重金屬及生態(tài)危害程度

3 結(jié)論

綜上分析，蚌埠市土壤中重金屬Cd、Cr、Pb、Cu和As含量分別在2.00～8.00 mg·kg-1、47.25～123.50 mg·kg-1、5.50～146.50 mg·kg-1、3.75～57.75 mg·kg-1和0.13～1.77 mg·kg-1之間變化，均值分別為4.64 mg·kg-1、77.86 mg·kg-1、92.88 mg·kg-1、20.51 mg·kg-1和0.67 mg·kg-1，除As元素外，其它4種元素含量均超出土壤背景值。各重金屬單因子污染指數(shù)均值由大到小依次為Cd>Cr>Pb>Cu>As，潛在生態(tài)危害程度由大到小依次為Cd>Pb>Cu>Cr>As，土壤重金屬污染屬重度污染，綜合潛在生態(tài)危害程度強；與國內(nèi)其它城市相比，蚌埠市土壤重金屬污染嚴(yán)重，存在較強的潛在生態(tài)危害。