孫 濤，徐皓普，于致偉，王乙穎，劉冬梅，湯 波

(陜西理工大學(xué) 環(huán)境系，陜西 漢中 723000)

近現(xiàn)代我國工業(yè)經(jīng)歷了飛躍式的發(fā)展，但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，各地區(qū)的環(huán)境卻不斷惡化。其中代表性的即為對(duì)環(huán)境和人體都造成巨大威脅的重金屬污染。土壤是生物和人類生存的不可缺少的介質(zhì)，特別是漢中作為盆地對(duì)土壤的依賴更為嚴(yán)重，尤其作為漢江支流流經(jīng)的地區(qū)，土壤多分布于江流周圍，極易由于江水沖刷而造成重金屬流入徑流水中，從而造成多區(qū)域流域受污染[1]。因此本實(shí)驗(yàn)以漢中盆地某鉛鋅冶煉廠為研究對(duì)象，采取廠區(qū)周圍不同距離的土壤樣品，查明土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Fe等土壤重金屬污染，并研究其污染特征。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15-618-1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中選取標(biāo)準(zhǔn)值，運(yùn)用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法等對(duì)其污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，重點(diǎn)在于研究生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及居住安全性的評(píng)定，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窦皠?wù)工人員的居住環(huán)境及距離做一評(píng)價(jià)和劃分，為漢中市土壤重金屬污染的治理提供有力的科學(xué)數(shù)據(jù)和依距[2]。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)

此次采樣點(diǎn)的地點(diǎn)位于陜西省南部、漢中盆地西端，地處漢江上游，北依秦嶺，南連巴山此地區(qū)為典型的內(nèi)陸性季風(fēng)氣候，屬亞濕潤區(qū)，平均年降水量849.5 mm?？偟臍夂蛱卣魇牵簻嘏瘽駶櫍募据^為分明，冬季少雨雪，夏秋多雨，光輻射值低，日照時(shí)數(shù)短。

1.2 樣品處理

將土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)晾干，磨碎松散后過100目篩。用于元素含量和PH值測定。稱取土樣0.5 g，每個(gè)點(diǎn)的設(shè)置3個(gè)平行樣，用王水[V(濃鹽酸)∶V(濃硝酸)=3∶1]消解，并使用火焰原子吸收光譜法測定Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Ni、Fe的含量；用酸度計(jì)測定土壤懸液的pH值[3]。

1.3 評(píng)價(jià)方法

本文采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[4]以及潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)所調(diào)查的區(qū)域土壤重金屬污染狀況以及污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法以及潛在生態(tài)危害指數(shù)法以《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

單因子污染指數(shù)法計(jì)算公式如下：

Pi=Ci/Si

其中Pi為土壤中i元素的污染指數(shù)；Ci為i元素的實(shí)測質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；Si為i元素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。具體分類標(biāo)準(zhǔn)為Pi≤1為無污染；1

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式如下：

潛在生態(tài)危害指數(shù)法計(jì)算方法如下：

Eri=Tri×Pi

RI=∑i=1Eri

其中Eri為單個(gè)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子指數(shù)；Tri為重金屬i的毒性相應(yīng)系數(shù)；Pi為土壤中i元素的污染指數(shù)；RI為重金屬的綜合潛在生態(tài)危害指數(shù),其分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 土壤潛在生態(tài)危害指數(shù)評(píng)價(jià)表[7]Table 1 Evaluation table of soil potential Ecological hazard index [7]

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤重金屬含量

本次對(duì)距離廠區(qū)50、100、200、400、500、600 m共計(jì)17個(gè)采樣點(diǎn)的土壤進(jìn)行了重金屬總量測定，6個(gè)不同距離土壤的重金屬總量平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2。

由表2得，Cu在距廠區(qū)200 m處含量最高，為107.88 mg/kg，超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)7.9%，在400 m處最低為29.98 mg/kg，最低含量為最高含量的27.8%；Cr在距廠區(qū)200 m處含量最高，為111.48 mg/kg，在50 m處含量最低為20.00 mg/kg，最低含量為最高含量的17.9%，最高含量并未超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明Cr元素在研究區(qū)域內(nèi)存在一定積累，但無污染風(fēng)險(xiǎn)；Pb在距廠區(qū)200 m處污染較為嚴(yán)重，其含量為412.67 mg/kg,超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)37.6%，在50m處含量最低，為12.97 mg/kg,最低含量為最高含量的3.1%；Cd在距廠區(qū)200 m處含量最高，為67.89 mg/kg，超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)171.7%，在100m處含量最低，為1.59 mg/kg，最低含量為最高含量的2.3%；Ni在距廠區(qū)600 m處含量最高，為137.76 mg/kg，在50 m處含量最低43.44 mg/kg，超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)129.6%，最低含量為最高含量的31.5%；Zn在距廠區(qū)200 m處含量最高，其含量達(dá)2048.76 mg/kg，超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)719.5%，在400 m處含量最低為566.74 mg/kg，最低含量為最高含量的27.66%， Zn含量在各采樣點(diǎn)均超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明Zn的積累最為嚴(yán)重，應(yīng)作為主要的管控和治理對(duì)象。

表2 土壤重金屬總量統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistical results of total heavy metals in soil mg/kg

縱向比較表2的數(shù)據(jù)可得，在50～200 m范圍Cr、Pb、Fe、Ni 、Zn 的含量隨距離增加不斷增加，而Cu、Cd在50～100 m含量隨距離增加有所降低，從100～200 m含量隨距離增加又大幅增加，且Cu、Cr、Pb、Fe、Cd、Zn含量在200 m處達(dá)到峰值，隨后7種元素含量從200～400 m大幅減少，Cu、Cr、Pb、Ni、Zn的含量在400～600 m隨距離增加不斷增加，F(xiàn)e和Cd在土壤中的含量在此范圍內(nèi)增加后又有所減少；由此可得出廠區(qū)周圍7種金屬含量隨距離變化上下波動(dòng)頻繁，這說明這7種重金屬受到外源因素的影響較大，空間分布差異明顯[8]。

2.2 單因子污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

根據(jù)處理土樣時(shí)測得的pH值對(duì)應(yīng)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15-618-1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)6種重金屬在距廠區(qū)不同距離地帶做單因子污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)，各指數(shù)如表3所示。

表3 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果Table 3 Results of Evaluation index of soil heavy metal pollution

距廠區(qū)50 m土壤中Zn的Pi值為2.129，屬輕度污染，其余幾種金屬Cu、Cd、Pb、Cr、Ni的Pi值均小于1，屬無污染狀態(tài)；距廠區(qū)100 m處土壤中Zn的Pi值為3.459，屬中度污染，Ni的Pi值為1.209，屬輕微污染，Cu、Cd、Pb、Cr、Zn屬無污染狀態(tài)；重金屬富集最為嚴(yán)重的是距廠區(qū)200 m土樣，重金屬單因子污染指數(shù)分別為Zn(8.195) > Cd(2.263) > Ni(2.136) >Pb(1.213) > Cu(1.079)> Cr(0.557)，其中Zn的單因子污染指數(shù)大于5，已達(dá)到重度污染，Cd和Ni的單因子污染指數(shù)均大于2小于3，達(dá)到中度污染，Cu單因子指數(shù)大于1小于2，屬輕微污染，Cr元素單因子污染指數(shù)小于1，屬清潔無污染狀態(tài)；距廠區(qū)400 m處土壤中Zn的Pi值為1.899，屬于輕微污染，Cu、Cd、Pb、Cr、Ni的Pi值均小于1，屬于無污染狀態(tài)；距廠區(qū)500 m處土壤中Zn的Pi值為4.156，屬于中度污染，Ni和Cd的Pi值封分別為2.041、1.531，屬于輕度污染和輕微污染，Cu、Pb、Cr的 Pi值均小于1，屬無污染狀態(tài)；距廠區(qū)600 m處土壤中Zn、Ni、Cu的Pi值分別為5.419、2.739、1.006，屬于重度污染、輕度污染和輕微污染，Cd、Cr、Pb的Pi值均小于1，屬于無污染狀態(tài)。廠區(qū)周邊土壤綜合污染指數(shù)Pn的值分別為50 m(1.551)、100 m(2.538)、 200 m(5.944)、400 m(1.388)、500 m(3.044)、600 m(3.979)，污染程度200 m(重度污染)> 600 m(重度污染) >500 m(重度污染)> 100 m(輕度污染)> 400 m(輕度污染)> 50 m(輕度污染)，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)平均值為3.074，說明該廠區(qū)周邊土壤Cu、Pb、Zn、Ni、Cr和Cd的綜合污染程度處于重度污染狀態(tài)，其中Zn的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到了100%，說明Zn的積累最為嚴(yán)重，且污染范圍最廣。

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

不同距離樣點(diǎn)土壤和重金屬類型生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Evaluation results of potential ecological risk assessment index

廠區(qū)周邊重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在0.1600～67.892之間，綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)大小依次為200 m>500 m>600 m>50 m>100 m>400 m，但是各采樣點(diǎn)綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均小于150，屬于輕微生態(tài)危害；在距廠區(qū)200 m土樣中，重金屬單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Cd>Pb>Ni>Zn>Cu>Cr,在廠區(qū)土壤修復(fù)中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注Cd和Pb。在200 m處的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大于其他距離樣點(diǎn)指數(shù)值的2倍及以上，廠區(qū)重金屬可依靠揚(yáng)塵和廢氣在風(fēng)力作用下擴(kuò)散，200 m可能為揚(yáng)塵降落點(diǎn)，導(dǎo)致重金屬積累嚴(yán)重，造成生態(tài)危害。

3 結(jié)論

3.1 重金屬污染分布特征

本次所調(diào)查的對(duì)象為鉛鋅冶煉廠，由所測的數(shù)距表明Zn、Cd、Ni的超標(biāo)點(diǎn)位較多，因此主要污染重金屬為Zn，Cd、Ni，且Zn的積累最為嚴(yán)重。而Cr在此地?zé)o超標(biāo)點(diǎn)位，可看出Cr對(duì)此地土壤的危害較輕，甚至對(duì)人體無危害，可忽略此種重金屬對(duì)此地的危害，Cu僅在200 m和600 m處、Pb僅在200 m地段超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15-618-1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明三種重金屬僅有很少的外源輸入。此地的重金屬積累是粉塵飄落、運(yùn)輸散落等原因造成，但重金屬含量在距離增加時(shí)的分布無規(guī)律，因此其擴(kuò)散可能受風(fēng)向、雨水沖刷作用較為明顯[9]。

由單因子污染指數(shù)與內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，調(diào)查區(qū)域土壤重金屬污染嚴(yán)重，且污染達(dá)到了一定距離，200、500、600 m處點(diǎn)位綜合污染程度處于重度污染狀態(tài)，50、100、400 m處點(diǎn)位綜合污染程度處于輕度污染狀態(tài)。取樣土壤中污染程度最高的是Zn和Ni，Zn在廠區(qū)周邊土壤中含量均超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15-618-1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人體可造成危害，而Ni在僅在距廠區(qū)50 m和400 m處未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15-618-1995)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)點(diǎn)位均達(dá)到中度及以上污染程度。

3.2 居住安全性評(píng)定

由綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，該冶煉廠周邊土壤污染較為嚴(yán)重，但從潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，由距離劃分的各地段仍處于輕微生態(tài)危害狀態(tài)。主要原應(yīng)是：積累嚴(yán)重的重金屬毒性系數(shù)都較小，毒性系數(shù)較大的金屬積累反而不是很嚴(yán)重，所以未造成很強(qiáng)的生態(tài)危害。但是還是會(huì)對(duì)人體健康造成一定威脅，并且積累的重金屬可能會(huì)從蔬菜、植被向人體富集、放大，加劇危害[10]，所以該廠周邊不適宜居住。

4 期望和建議

對(duì)該廠區(qū)域重金屬的遷移積累和理化性質(zhì)做更深層次的分析和研究，需要長期對(duì)土壤的監(jiān)測，收集和分析廠區(qū)周圍的大氣顆粒物質(zhì)，并結(jié)合地形氣候，利用模型對(duì)重金屬的遷移和積累做預(yù)測后有望完成。

同時(shí)，可在此區(qū)域內(nèi)種植耐重金屬的植物以修復(fù)此地土壤功能，把重金屬危害降到可控范圍內(nèi)。