諸葛星辰

(青島科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)，山東 青島 266000)

土壤重金屬污染指的是土壤中的各種重金屬元素超過(guò)土壤所能承受的閾值，對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)功能造成嚴(yán)重破壞，土壤中出現(xiàn)的重金屬元素主要有汞、鎘、鉛、鉻、鋅、銅等。近年來(lái)，土壤中的重金屬含量還呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)的食品安全與國(guó)民健康構(gòu)成了風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要對(duì)種植可食用農(nóng)作物的農(nóng)田進(jìn)行土壤重金屬污染含量調(diào)研，以便為重金屬污染的防治工作提供理論依據(jù)[1]。本文以微波消解—火焰原子吸收分光光度法測(cè)定土壤樣品中的Cu、Zn、Cr三種重金屬的含量，并計(jì)算分擔(dān)率；采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估當(dāng)?shù)赝寥乐亟饘傥廴境潭?，旨在?duì)高密市醴泉街道的土壤重金屬源及污染狀況進(jìn)行分析，以期為后續(xù)土壤防治工作提供數(shù)據(jù)支撐。

1 采樣地概況

在保證采樣方便和滿足實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容的前提下，選擇山東省高密市醴泉街道作為采樣地點(diǎn)。該地處山東半島東部膠東地區(qū)，膠萊平原腹地，屬季風(fēng)性暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)氣候，春分以后，多西南風(fēng)，夏季盛行暖濕的東南季風(fēng)，多雨，冬季氣候干燥寒冷，多西北風(fēng)，土壤類型為潮土土類，土地利用方式主要為旱地，種植農(nóng)作物。采集表層0～20 cm的土壤樣品，在采樣、樣品運(yùn)輸和樣品處理過(guò)程中均采用非金屬容器，防止樣品污染[1]。針對(duì)當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)風(fēng)向及工廠空間分布特征，并結(jié)合大氣重金屬沉降特征和沉降通量，采用放射狀布點(diǎn)方式選定5個(gè)采樣點(diǎn)，并記錄采樣點(diǎn)坐標(biāo)、種植農(nóng)作物種類等信息，采樣時(shí)間為2018年7月22日。

2 研究方法

為更加系統(tǒng)準(zhǔn)確地評(píng)估實(shí)踐地土壤狀況，對(duì)研究區(qū)域土壤重金屬污染狀況采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法計(jì)算公式為:

Pi=Ci/Si

(1)

當(dāng)Ci≤Xa時(shí),

Pi=Ci/Si=Ci/Xa

(2)

當(dāng)Xa

P=1+(Ci-Xa)/(Xc-Xa)

(3)

當(dāng)Xc

P=2+(Ci-Xc)/(Xp-Xc)

(4)

當(dāng)Xp

P=3+(Ci-Xp)/Xp

(5)

式中：Pi為土壤中污染物 i 的環(huán)境質(zhì)量指數(shù); ci為污染物 i 的百萬(wàn)分濃度(mg·kg-1) ; S 為污染物 i 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg·kg-1) ，Xa,Xc和Xp分別為《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中一、二、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式為:

(6)

式中，I為綜合污染指數(shù)；Si依據(jù)各元素的一級(jí)土壤含量上限確定?？蓪⑼寥乐亟饘傥廴緞澐譃?5 個(gè)等級(jí)，如表 1所示。

表1 土壤重金屬污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification Standard for heavy metal pollution in soils

3 結(jié)果與討論

3.1 重金屬含量檢測(cè)

表2 土樣中Cu、Zn和總Cr含量的測(cè)定結(jié)果Table 2 Determination of copper,zinc and total chromium in soil samples

運(yùn)用微波消解-火焰原子吸收法測(cè)定樣品中Cu、Zn、Cr的含量。測(cè)定結(jié)果如表2。對(duì)比《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(pH值<6.5)，5號(hào)采樣點(diǎn)處Cu含量超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)214%，1號(hào)采樣點(diǎn)處Zn含量超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于Cr來(lái)說(shuō)，采樣點(diǎn)含量均低于閾值。

3.2 評(píng)估污染狀況

實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合上述兩種評(píng)價(jià)方法對(duì)采集樣品的污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。表3是以單因子指數(shù)法對(duì)實(shí)踐地土壤中各金屬污染狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。有3個(gè)樣品受到Cu的中度污染，Cu的污染范圍較大，且程度較重。土壤受Zn金屬不同程度的污染，分別為輕度污染、重度污染。2個(gè)采樣點(diǎn)的土壤受到Cr的輕度污染。

表3 土壤樣點(diǎn)重金屬污染情況Table 3 Pollution situation of heavy metal in soil samples

高密市土壤重金屬含量及污染情況如表4所示。表中單項(xiàng)污染指數(shù)以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中各元素的一級(jí)土壤含量(自然背景值)上限為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),由內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法中單項(xiàng)污染指數(shù)公式求得[2]。各重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)平均值均大于1.0，土壤總體呈輕度污染狀態(tài)，且Cu的變異系數(shù)較大。按土壤污染分擔(dān)率(土壤中某項(xiàng)污染指數(shù)占各項(xiàng)污染指數(shù)之和的比例)分析，表4中3項(xiàng)污染物分擔(dān)率的排序?yàn)?Cu(40.85%)> Zn(26.28%)> Cr(32.85%)，Cu是土壤中的主要污染物。計(jì)算各種重金屬的變異系數(shù)，3種重金屬的變異系數(shù)大小的排序?yàn)镃u(49.63%)> Zn(42.31%)> Cr(16.37%)。Cu、Zn 變異系數(shù)相對(duì)較大，為49.63%、42.31%，說(shuō)明其空間分布不均勻，可能具有同源性。

表4 土壤重金屬含量及污染情況Table 4 contents and pollution of heavy metals in soil

土壤中重金屬污染常是多種重金屬?gòu)?fù)合污染,用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)每一土壤樣點(diǎn)多種重金屬污染的綜合污染程度。土壤重金屬污染指數(shù)和污染評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示，1、2、5號(hào)采樣點(diǎn)受到重金屬輕度污染，3、4號(hào)土壤樣品達(dá)到警戒限水平，處于尚清潔狀態(tài)。

Cu、Zn的地區(qū)分布差異大，分析來(lái)源主要為附近工廠排放的含銅、鋅廢水。對(duì)于種植作物的農(nóng)田，Cu可能來(lái)源還有銅素農(nóng)藥(如波爾多液)、化肥的大量使用[3]。1號(hào)、5號(hào)采樣點(diǎn)接近道路主干道，汽車(chē)輪胎磨損造成的煙塵、道路灰塵可能對(duì)Zn的富集有較大貢獻(xiàn)[4]。Cr的含量分布比較穩(wěn)定，且均未超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，故推測(cè)它的來(lái)源多為自然源。

表5 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Results of evaluation of heavy metal pollution in soils

4 結(jié)論

(1)從重金屬統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，Cu、Zn存在超標(biāo)現(xiàn)象，可能給食品安全帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。Cu、Zn分別在5號(hào)、1號(hào)采樣點(diǎn)超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于Cr來(lái)說(shuō)，采樣點(diǎn)含量均低于閾值。檢測(cè)的污染物分擔(dān)率排序?yàn)?Cu> Zn> Cr，Cu是土壤中的主要污染物。

(2)通過(guò)單項(xiàng)污染指數(shù)法與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,依據(jù)國(guó)家土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究得出1、2、5號(hào)采樣點(diǎn)受到重金屬輕度污染，3、4號(hào)土壤樣品達(dá)到警戒限水平，處于尚清潔狀態(tài)。

(3)Cu、Zn 變異系數(shù)相對(duì)較大，為49.63%、42.31%，說(shuō)明其空間分布不均勻，同時(shí)可能存在同源性。Cr的離散性較小，應(yīng)當(dāng)來(lái)源于母質(zhì)等自然源。