黄河三角洲北海新区土壤环境质量分析与评价

许 卉，刘 庆，陆兆华

(1.中国矿业大学 化学与环境工程学院，北京 100083;2.滨州学院 山东省黄河三角洲野生植物资源开发利用工程技术研究中心，山东 滨州 256603;3.青岛农业大学 资源与环境学院，山东 青岛 266109)

土壤是生物与人类赖以生存的物质基础。在维护农业生态系统的平衡方面具有重要意义。随着城市化进程及工农业的迅速发展，一些污染物被排放进入土壤，引起土壤的污染，重金属便是土壤重要污染物之一。由于进入到土壤中的重金属不易移动且不能被微生物降解，并且会通过食物链进入人体，危害人类健康［1－3］。石油是一种以石油烃以及多环芳烃、苯系物等为主要成分的有机污染物。石油类污染物中也含有一定量的重金属［4］。石油进入土壤后，若不采取合理、有效的处理措施，则必将会对土壤造成严重的污染。因此针对石油及重金属污染的风险监测与评估势在必行。有关土壤重金属与石油类污染物环境质量评价的研究已见许多相关报道。如Brut等［5］在美国农业部的资助下，收集了486个地块的土壤样品，分析了美国土壤中重金属元素含量，开始建设土壤环境质量数据集。陈同斌等［6］对北京市的重金属背景值进行了调查研究，李晓秀等［7］对北京地区基本农田土壤环境质量进行了分析与评价。孟冲等［8］结合地累积指数法，研究了某典型石油开采区土壤重金属的空间分布规律和污染等级等。

本研究以黄河三角洲腹地的滨州市北海新区为研究区，通过对该区表层土壤样品中重金属As、Hg、Pb、Cd、Cr和石油类污染物含量的测定分析，利用单因子指数法和综合污染指数法对其土壤环境质量进行评价，以期为该区土地利用开发与环境保护提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黄河三角洲北海新区位于渤海湾西南岸的滨州市北部沿海，是山东半岛蓝色经济区7个核心区之一，系京津冀和山东半岛两大经济区的连接地带，地理坐标为东经117°48'～118°07'，北纬37°48'～38°15'，海岸线180 km。包括无棣县马山子镇、埕口镇和沾化县滨海乡、冯家镇各一部分。土地总面积1200 km2，总人口6.7万人，是全国沿海人均土地最多的地区之一。本区属暖温带季风气候，大陆性气候特征明显，四季差别显著。受流水、海侵的作用，地貌以缓平坡地和滨海平地为主，主要土壤类型为盐化潮土与滨海盐土。黄河三角洲高效生态经济区上升为国家战略后，北海新区步入快速开发建设的新阶段，初步形成了以盐化工、石油化工、造船、生态能源为支柱的工业体系。本研究通过对研究区土壤中重金属、石油类等污染物的分析与评价，为实现本区域经济社会发展与资源环境协调的发展模式提供理论依据。

1.2 样品采集与分析

1.2.1 采样设计与采样方法 采用随机布点法进行采样点布设，使采样点在研究区大致均匀分布，在城镇、工业区等区域适当进行加密采样，主要采集深度为10～30 cm的表层土壤样品，研究区共采集土壤样品44个。为避免引起土壤二次污染，采样时全部采用木质工具，用干净的布袋盛装土壤样品。采样时至少采集半径5 m以内的3个样品进行混合，然后用四分法取其部分带回实验室进行分析。土壤采样点分布示意图见图1。

1.2.2 样品前处理与测定方法 将采集回来的土壤于干燥通风处进行风干，挑出其中的石块与大的植物根系根，磨细，过100目筛，用于土壤污染物的测定。主要测定项目包括 Pb、Cr、Hg、Cd、As、石油类等。测定方法为:Pb、Cr、Cd用盐酸－硝酸－高氯酸联合消煮，石墨炉原子吸收法测定［9－10］;As、Hg 用

图1 研究区采样点分布Fig.1 Distribution of the soil samples

1∶1王水水浴消煮，双道原子荧光光谱仪测定［11］;石油类污染物测定方法详见参考文献［12］。

1.3 评价方法

1.3.1 单因子评价 选取山东省土壤环境背景值作为污染起始值(Xa)，《土壤环境质量标准》中的Ⅱ类标准作为土壤轻度污染临界值(Xc)，《土壤环境质量标准》中的Ⅲ类标准作为土壤重度污染临界值(Xp)，单因子评价计算方法见表1。

表1 单因子评价计算方法Tab.1 Method of single:factor contaminant index

1.3.2 综合评价 在单项污染指数评价的基础上，对每一个采样点的土壤样品，采用“小数叠加法”计算其综合污染指数。然后根据综合污染指数计算结果与综合评价标准比较，判断其土壤综合污染程度。

2 结果与分析

2.1 土壤中各污染物的描述统计

研究区表层土壤重金属及石油类污染物的描述统计结果见表2。由表2可以看出，研究区土壤中重金属与石油类污染物最小值均小于山东省土壤背景值［13］，而最大值均超过山东省土壤背景值，但均未超出国家土壤环境质量标准中的二级标准。从其变异系数来看，各污染物在土壤中的变异均不大，说明其受外界环境影响较小，污染物在各采样点土壤中含量分布较为均匀。

表2 土壤中各污染物的统计特征值Tab.2 Statistical characteristics of the pollutants in surface soil

表3 单因子评价参考标准值Tab.3 Reference standard of single-factor evaluation mg/kg

表4 单因子污染指数计算结果Tab.4 Results of single-factor contaminant index

2.2 污染物的空间分布特征

基于各采样点污染物含量特征及在空间上的分布状况，对研究区各污染物在区域上的空间分布特征进行分析。As元素的低值区主要分布于岔尖堡周围和傅家山子以北、傅家堡子以南区域，土体构型主要为粘－砂－粘多层结构，高值区主要分布于研究区南部、东南部地区，其中，谭庄子至羊屋子一带是研究区As含量最高的区域;Hg元素在研究区的分布整体比较均匀;Cr元素的低值区主要分布于东风港以北区域，土体构型主要为上部粘性多层土结构，东风港以南为高值区，其中，谭庄子至渤海农场一带和羊屋子附近是研究区Cr含量最高的区域，其分布特点与As大致相同;Pb元素的低值区主要分布于东风港以北、大堡以西区域，徒骇河上游附近和河东村附近也有零星分布，土体构型主要为上部粘性多层土结构，其他区域为高值区，其中，谭庄子至渤海农场一带和羊屋子附近是研究区Pb含量最高的区域，其分布与Cr元素基本相同;Cd元素在全区的分布较为均匀，总体上东风港以南的区域高于以北的区域;石油类污染物的高值区主要分布于岔尖、大堡、东风港西侧、滨海镇以及东山后一带，其他区域为低值区，土体构型主要为上部粘性多层土结构。

2.3 单因子污染评价

为准确判断各污染物在土壤中的累积状况与污染水平，利用单因子污染指数法对研究区表层土壤重金属和石油类污染物的污染水平进行计算。利用表1中单因子指数计算公式，并以山东省土壤背景值［13］和国家土壤环境质量标准(GB/T1618－1995)中的二级标准［14］为参考标准(表3)，对研究区土壤样品各指标污染指数进行计算，见表4和表5。

由表4和表5可知，研究区除As元素有1个样点Pi值处于2～3，达到了轻度污染水平外，其余各重金属元素和石油类污染物均处于无污染和起始污染水平。研究区污染最轻的是石油类，有76.8%的采样点土壤样品无污染，仅有27.2%的样点达到起始污染水平;污染较重的是As、Hg和Cd，有90%以上样点达到起始污染水平。

表5 单因子评价结果Tab.5 Results of single-factor evaluation

2.4 综合评价

单因子污染指数的计算结果仅显示出各采样点土壤样品中不同重金属元素和石油类污染物各自的累积状况，无法反映研究区土壤的综合污染水平。因此，本研究在单项污染指数的基础上，利用“小数叠加法”对研究区土壤样品的重金属和石油类污染物的综合污染指数进行计算，从而实现对研究区土壤重金属和石油类污染的综合评价。

“小数叠加法”的具体计算方法是:在各点的单项污染指数中选取最高的指数级别作为该点的综合指数，如果同时有若干个这种级别的指数，对大于1的单项指数将他们的小数部分相加，超过1者，该综合指数在原指数的级别上增加1级，若未超过1，其综合指数不变，只增加小数部分数值，对小于1的单项指数不叠加其小数部分。

本研究根据综合污染指数大小，将参与评价因子数的二分之一作为评价重度污染的标准值，然后按综合污染指数大小将土壤污染分为4级，分别为:P＞3为重度污染，2＜P≤3为轻度污染，1＜P≤2为起始污染，P≤1为非污染(表6)。根据以上评价标准对研究区土壤综合污染情况进行评价，评价结果见表6。

表6 综合污染指数等级划分及评价结果Tab.6 Standard of comprehensive evaluation classification and the evaluation result

根据土壤污染综合指数大小，区内土壤污染可分为起始污染与轻度污染2个水平。起始污染样点占总样点数的68.2%，综合指数为1～2。轻度污染样点占总样点数的31.8%，综合指数为2～3。

3 讨论

土壤是植物立足之地，是人类赖以生存的物质基础，污染物一旦进入土壤，就变成影响一切生物循环的一部分，影响着人类的健康和生命。特别是重金属元素和难降解的有机污染物，使土壤污染具有长期性、隐蔽性和积累性等特点。随着工农业经济的飞速发展，研究区石油化工、造纸、酿造等污染企业增加，是导致研究区土壤重金属、石油类污染物增加的主要原因。

3.1 石油开采

研究区内蕴含石油资源，属胜利油田的一部分，所以石油开采可能是区内土壤重金属与石油类污染物的主要来源之一。污染源主要为落地原油污染、开采过程中油井附近石油原油抛撒、采集原油的储油罐抛撒以及输油管线泄漏等点线或片状污染源。另外，石油开采过程中的废弃泥浆中含有大量重金属Hg、Cd、As、Pb、Cr等，由于钻井固体废弃物大都集中堆放于泥浆池中，完钻后平整井场，泥浆池便被填埋，对附近土壤污染较严重。石油类主要来源于油井内部，在油田的接转站、联合站的油罐、沉降罐、污水罐、隔油池的底泥、炼厂清除出来的油砂、油泥，对土壤环境造成污染［15］。

3.2 农业生产

研究区土壤主要为盐化潮土和滨海盐土，农作物以棉花为主，因而农药化肥使用比较普遍，特别是农药使用量较高。农药化肥的大量使用，使有害物质一起进入土壤，发生一定程度的积累，形成土壤的面状潜在污染。

3.3 化工工业与造船业

经过多年的开发，滨州市北海新区已经初步形成了以盐化工、石油化工、造船、生态能源为支柱的工业体系。以滨州海洋化工、海源盐化、金华盐化、魏桥盐化为主体的一大批盐及盐化工项目迅速崛起，呈现出“盐业开发全面推进，溴素企业陆续投产，精细化工破题上路”的发展格局。2005年以来，以套尔河沿岸为基地的造船业迅速兴起。滨州中盛、津滨船舶重工、长胜造船、舟山船舶修造等11家造船企业和10个配套项目纷纷在此落户。化工业与造船业的兴起，给北海新区带来经济腾飞的同时，也导致了该区土壤重金属污染物的累积。

4 结论

本文基于黄河三角洲北海新区表层土壤样品中重金属和石油类污染物的测定，分析了土壤中两类污染物的分布特征和主要影响因素，并利用单因子污染指数法和综合污染指数法，评价了该区表层土壤中重金属和石油类污染水平。主要研究结论如下:

(1)研究区土壤中重金属和石油类污染物主要来源于石油开采、农业生产、化工工业与造船业等行业。其中石油开采对石油类和重金属Cr污染贡献较大，农业生产对各类重金属的贡献较大，而化工工业与造船业等对石油类与重金属在土壤中累积也有一定的影响。

(2)研究区土壤中重金属与石油类污染物含量均值超过了山东省土壤背景值，但总体含量并不高，均未超出国家土壤环境质量标准中的二级标准。各污染物在土壤中的变异较小，在区域内土壤中的分布较为均匀。

(3)单因子污染评价结果显示研究区重金属和石油类污染物均处于无污染和起始污染水平，其中污染程度最轻的是石油类，仅有27.2%的样点达到起始污染水平;污染较重的是As、Hg和Cd，有90%以上样点达到起始污染水平。综合污染评价结果表明:区内土壤污染处于起始污染与轻度污染2个水平，起始污染样点占总样点数的68.2%，轻度污染样点占总样点数的31.8%。

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