辽宁沈抚污灌区土壤重金属环境质量评价

綦巍，王恩德，曾婧

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004；2.辽宁省国土资源厅，辽宁沈阳110032）

辽宁沈抚污灌区土壤重金属环境质量评价

綦巍1,2，王恩德1，曾婧1

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004；2.辽宁省国土资源厅，辽宁沈阳110032）

辽宁省沈抚污灌区自上世纪60年代以来开始接受污水灌溉，直到2000年左右才停止.由于长期接受污水灌溉，土壤污染比较严重.通过分析污灌区的土壤中4种重金属元素Zn、Cu、Pb、Cd含量，采用地质累积指数评价方法，对其地球化学特征及空间分布进行了探讨.结果表明：元素Cu和Zn的污染范围最广，元素Cd的污染程度最高，4种重金属元素污染程度排序为Cu＞Zn＞Cd＞Pb.各元素在空间上造成的污染排序如下：李石寨（样点7）＞三宝屯（样点1）＞刘尔屯（样点5）＞四方台（样点8）＞小瓦村（样点15）.

沈抚污灌区；重金属地球化学；环境质量评价；地质累积指数；辽宁省

Abstract：The Shenyang-Fushun area had been irrigated by industrial and life sewage since 1960s until 2000.The soil pollution is serious for the long-term of sewage irrigation.The contents of heavy metal elements of Zn,Cu,Pb and Cd in the soil of the irrigation area are analyzed to probe their geochemical characteristics and spatial distribution.The results show that,Cu and Zn have the widest range of pollution,while Cd has the highest pollution level.Generally,the pollution degree of the four elements is in the order:Cu＞Zn＞Cd＞Pb.The extent of pollution caused by these elements in space is as follows:Lishizhai（S07）＞Sanbaotun（S01）＞Liuertun（S05）＞Sifangtai（S08）＞Xiaowacuny（S15）.

Key words：Shenyang-Fushun sewage irrigation area;heavy metal geochemistry;l environmental quality assessment;geoaccumulation index;Liaoning Province

0 引言

污水灌溉是迄今为止最主要的废水利用方式，其目的是利用污水中含有的氮、磷等的营养元素.自20世纪50年代以来在全世界范围内（尤其在干旱－半干旱地区）得到了广泛应用，污水灌溉有效解决了农田缺水、补充土壤养分和污水净化等问题.我国也于20世纪50年代末至60年代初开始有组织的大规模污灌，在20世纪70～90年代得到迅速的发展.据统计，全国污灌面积在1998年达361.8×104hm2，是1963年的88倍之多，占全国灌溉总面积的7.3%［1］.污水灌溉在带来作物高产，缓解污水处理压力的同时，也导致农田的严重污染.污水中含有的微量重金属Cd、Cu、Zn、Pb等，在污灌区内长期积累并通过食物链进入人体，对居民的健康造成严重影响［2］.本文通过野外采样、实验分析等方法研究灌区的重金属元素地球化学性质和迁移过程，对辽宁沈抚灌区进行污染评价.

1 研究区概况

沈抚灌区位于沈阳市和抚顺市之间，地理位置为东经123°21′～123°45′，北纬41°39′～41°51′，属于季风影响的湿润—半湿暖温带大陆性气候，年平均气温6～8℃，年均降雨量为650～800 mm，年蒸发强度为1440 mm，冬季最低气温可达－32℃.

沈抚灌渠自1960年开始修建，干渠全长约70 km，始自抚顺市石油二厂，沿途接纳抚顺市数十家企业排放的工业废水和生活污水，总计约25×104t，于沈阳市东陵区深井子镇进入沈阳，最后汇入太子河.1973年又修建了东陵支渠，污灌面积进一步扩大到1.3×104hm2.它是我国污水灌溉年限较长、面积最大的石油污水灌区［3］.

2 方法

2.1 样品采集

本次样品采集采用网格化布点，以1 km×1 km为一小格在研究区面积约15 km2的范围内选取15个样点，采集其0～20 cm深度的土壤，共采集土壤样品15件.

2.2 测试方法

土壤样品自然风干后过100目尼龙筛.样品经过HCl－HNO3－HClO4消化处理后，用AA240FS型原子吸收分光光度计测定土壤样品中Zn、Cu、Pb、Cd的含量.

2.3 地质累积指数法

根据国家土壤环境质量标准，运用地质累积指数法进行研究区土壤污染程度评价.地质累积指数（geoaccumulation index）是20世纪60年代晚期在欧洲发展起来的广泛用于研究沉积物中重金属污染程度的定量指标，尤其用于研究现代沉积物中重金属污染的评价［4-7］.地质累积指数的计算式为：

式中Cn是元素n在沉积物中的浓度；Bn是沉积物中该元素的地球化学背景值；k是考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数（一般取值为1.5）.

地质累积指数共分为0～6级，表示污染程度由无至极强.最高一级（6级）的元素含量可能是背景值的几百倍.Igeo值与重金属污染程度的关系见表1.

表1 地质累积指数与污染程度分级Table1 Contamination degree corresponding to geoaccumulation index

在应用地质累积指数法评价沉积物重金属污染时，应选择与沉积物有显著联系的地球化学背景值.由此而进行的污染状况分析才能更真实地反映实时污染程度.为此，本文所分析的4种重金属元素的背景值参考了辽宁省土壤环境重金属背景值［8］（见表2）.

表2 各样点土壤中重金属元素含量统计特征Table2 Statistic eigenvalue of heavy metal elements in the soil samples

3 结果分析

3.1 土壤中重金属元素基本统计特征

土壤中重金属元素总量主要与成土母质有关，同时还受到成土过程中的淋洗、风化及植物吸收富集、归还以及人类活动等因素影响.研究区土壤重金属总量见表2、图1.

图1 土壤中4种重金属元素等值线图Fig.1 Contour maps of four heavy metal elements in the soil

由测试结果可知（表2、3），研究区土壤中Zn含量的变化范围为32.93×10－6～197.85×10－6，平均值82.47×10－6，变异系数0.47.所有样点的Zn含量都超过了背景值，13个样点的Zn含量超过了背景值的100%以上，其中样点7（李石寨）超过背景值的602%，样点8（四方台）超过背景值的328%，样点5（刘尔屯）超过背景值的298%.

表3 研究区土壤中重金属元素超出背景值的百分比含量Table3 The percentage of heavy metal element contents in contrast to the background value

Cu含量的变化范围为17.14×10－6～49.89×10－6，平均值32.79×10－6，变异系数0.26.所有样点的Cu含量都超过了背景值，14个样点的Cu含量超过了背景值的100%，其中样点7（李石寨）超过背景值的405%，样点8（四方台）超过背景值的359%，样点15（小瓦村）超过背景值的341%，此外还有7个样点超过背景值的200%.

Pb含量的变化范围为4.13×10－6～49.25×10－6，平均值20.27×10－6，变异系数0.62.11个样点的Pb含量超过了背景值，5个样点的Pb含量超过了背景值的100%以上，其中，样点8（四方台）超过背景值的382%，样点7（李石寨）超过背景值的357%.

Cd含量的变化范围为0.005×10-6～0.88×10-6，平均值0.18×10-6，变异系数1.38.7个样点的Cd含量超过了背景值200%以上，其中样点9超过背景值的1696%，样点1（三宝屯）超过背景值的757%，样点7（李石寨）超过背景值的635%，样点5（刘尔屯）超过背景值的595%，样点15（小瓦村）超过背景值的573%.

3.2 土壤环境质量评价

应用地质累积指数公式，以辽宁省土壤背景值为地球化学背景值［8］，计算评价结果如表4.

表4 研究区土壤采样点地累积指数值Table4 Geoaccumulation indes and its grading for the soil in studied area

综合分析可知，研究区重金属元素Cu造成的污染范围比较广泛，8个样点有中度污染，5个样点有轻度污染；其次是元素Zn，1个样点（样点7-李石寨）有中—强污染，4个样点有中度污染，6个样点有轻度污染；元素Cd，在7个样点有污染，其中1个样点（样点9）有强度污染，3个样点有中—强度污染，2个样点有中度污染；元素Pb在7个样点有污染，其中2个有中度污染，其他为轻度污染.

整体来看，研究区4种重金属元素污染程度排序为：Cu＞Zn＞Cd＞Pb.就各重金属元素的空间分布来看，各地区的污染程度自大至小为：李石寨（样点7）＞三宝屯（样点1）＞刘尔屯（样点5）＞四方台（样点8）＞小瓦村（样点15）.

4 结论

（1）通过基本统计分析得出：研究区内4种重金属元素Zn、Cu、Pb、Cd中，元素Cu和Zn造成的污染最为广泛，所有采样点的元素含量都超过其背景值；元素Cd所造成的污染最为严重，1个样点有强度污染，3个样点有中有中—强污染；Pb的污染程度相对较轻.

（2）通过地质累积指数法进行污染评价，结果表明，研究区4种重金属元素污染程度排序为：Cu＞Zn＞Cd＞Pb.就各重金属元素的空间分布来看，各地区的污染程度自大至小为：李石寨（样点7）＞三宝屯（样点1）＞刘尔屯（样点5）＞四方台（样点8）＞小瓦村（样点15）.

［1］刘开坤，韩立岩.我国污水灌溉的发展现状及对策［J］.现代农业科技，2007（22）:213—215.

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［5］滕彦国，庹先国，倪师军.应用地质累积指数评价沉积物中重金属污染：选择地球化学背景的影响［J］.环境科学与技术，2002，25（2）:7—9.

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ENVIRONMENTAL QUALITY ASSESSMENT OF SOIL HEAVY METALS IN THE SHENYANG-FUSHUN SEWAGE IRRIGATION AREA,LIAONING PROVINCE

QI Wei1,2,WANG En-de1,ZENG Jing1
（1.School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110004,China;2.Liaoning Bureau of Land and Resources,Shenyang 110032,China）

1671－1947（2012）04－0410－04

P595；X144；X825

A

2012－05－21；

2012－05－29.编辑：张哲.

綦巍（1968—），男，教授级高工，东北大学博士研究生，通信地址沈阳市北陵大街29号，E-mail//lnqiwei@163.com

王恩德（1957—），男，东北大学教授，博士生导师.