濮阳工业园区土壤重金属背景值及质量评价

古德宁，李光明，张兆海，杨玉璟，盛 杰，马红磊，张献花

濮阳市环境监测站，河南 濮阳 457000

濮阳工业园区位于濮阳市主城区东部，规划面积27 km2，与其他产业集聚区一样，工业规模快速扩大，依托现有资源形成了化工、新能源新材料和装备制造三大支柱产业，其中天能集团(濮阳)循环经济产业园废旧铅蓄电池无害化循环再生利用生产基地正在建设中。虽然企业目前仍处于前期的基建阶段，污染相对较少，但在投产以后，一些工业原料和中间产物或多或少都会对土壤等环境造成一定的影响。因此，该文选在濮阳工业园区建设初期，区内化工、涉重企业还没有进驻或正在进行土建工程，对濮阳工业园区进行土壤重金属含量背景研究，获得区内重金属含量基础数据，为预测今后该地区环境污染变化趋势、开展工业园区土壤监测和评价提供依据，同时对环境规划和管理以及深入开展环境生态和土壤科学的研究均有十分重要的参考价值。

1 实验部分

1.1 样品采集和处理

2013年8月在濮阳工业园区内部及其周边地区按网络法(800 m×800 m)均匀布设调查点位，根据现场情况确定10 m×10 m的采样区域，视面积、土壤组成均匀程度和地势实际情况选用蛇形、对角线、梅花形等方法布设5个点采集5个样品，再把这5个样品混合成1个样品，采用GPS精确定位，土壤采样深度为0～20 cm，每个样品约重2 kg，共采集46个样品。

土壤样品采回实验后，置于阴暗、通风、避光处自然风干，除去土壤中混杂的石块、动植物残体等，采用四分法将样品破碎，过0.150 mm筛，装瓶并储存于干燥器中备用。

1.2 土壤样品分析

土壤样品主要测定 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd 和 Ni 6种重金属总量，测定方法:土样用王水-HF-HClO4法消煮，用 ICP(2100DV)和石墨炉原子吸收(700 P)检测。实验中采用土壤基体标准-黑钙土进行质量控制，同时进行全程空白实验，不少于10%的平行样。

1.3 评价方法

1.3.1 污染负荷指数法

污染负荷指数法(Pollution Load Index)是对流域水系沉积物进行评价的方法之一［1］。该指数由评价区域中所包含的各种重金属因子共同构成，能直观地反映各种重金属元素对区域污染的贡献程度以及重金属元素在时空的变化趋势，计算公式:

式中:CFi为元素i的最高污染系数;Ci为元素i的实测含量，mg/kg;C0i为元素i的评价标准，mg/kg;PLI为某一点的污染负荷指数;PLIzone为区域污染负荷指数;n为评价的样点个数。

取《河南土壤》所列潮土的相应重金属背景值作为土壤质量评价的依据［2］，根据PLI的大小，可将重金属污染程度划分为4个等级，见表1。

1.3.2 潜在生态危害指数法

Hakanson［3］提出的潜在生态危害指数法是目前应用较多的评价沉积物中重金属生态危害的方法，该方法从沉积物中重金属相对于工业化以前沉积物的最高背景值的比值［4］以及将重金属的生态效应、环境效应与生物性系数联系起来，潜在生态危害指数计算公式:

表2 重金属潜在生态危害程度的等级划分标准

2 结果与讨论

2.1 工业园区土壤重金属背景值

工业园区土壤重金属背景值的测定结果见表3。

表3 工业园区土壤重金属背景值测定结果

由表3可知:Cu为36.2(14.5～85.0)mg/kg，Zn为 118(60.4 ～262)mg/kg，Pb 为 49.2(25.1～112)mg/kg，Cr为40.6(23.8～59.4)mg/kg，Cd 为 0.125(0.0300 ～ 0.310)mg/kg，Ni为15.3(9.15～25.2)mg/kg。与国家土壤质量二级标准限值和河南省土壤元素背景值相比，工业园区土壤重金属 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量分别是国家土壤二级标准限值的 0.362、0.393、0.141、0.116、0.125、0.255 倍，是河南省土壤元素背景值的 1.69、1.81、3.42、0.757、1.39、0.614倍。其中重金属 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的含量最高值分别是国家土壤二级标准限值的0.850、0.873、0.320、0.170、0.310、0.420 倍，是河南省土壤元素背景值的 3.97、4.02、7.78、1.11、3.44、1.01倍。可见，濮阳工业园区土壤重金属含量满足国家土壤质量二级标准限值，但与河南省土壤重金属背景值相比，工业园区土壤重金属 Cu、Zn、Pb、Cd出现明显的富集特征，且富集程度从高到低的排序为Pb＞Zn＞Cu＞Cd，尤其是Pb的富集程度最高。

变异系数反映了总体样本中各采样点的平均变异程度。从表3中的变异系数可以看出，重金属含量变异系数高达21.5% ～62.4%，其中，以Cd和Pb的变异系数最大，Cr和Ni最小，Cu和Zn居中并且数值相近，说明工业园区重金属Cd、Pb、Cu、Zn的分布不均匀，受外界干扰比较大，说明该区土壤正在受人类开发活动的影响，土壤质量演变值得关注。

2.2 工业园区土壤质量评价

2.2.1 污染负荷指数法评价

以河南土壤重金属背景值为评价标准，采用污染负荷指数法对工业园区土壤质量进行评价，其结果见表4。由表4可以看出:工业园区内Cr和Ni污染等级为0，污染程度为无污染;Cu、Zn、Cd污染等级为Ⅰ，污染程度为中等污染;Pb污染等级为Ⅲ，污染程度为极强污染;土壤中重金属污染程度从重到轻顺序为Pb＞Zn＞Cu＞Cd。工业园区点位 PLI为0.710～2.42，PLIzone为1.26，污染等级为Ⅰ，污染程度为中等污染，表明工业园区土壤重金属总体呈上升趋势。

表4 工业园区土壤重金属污染负荷指数法评价

2.2.2 潜在生态危害指数法评价

根据计算公式，以河南土壤重金属背景值为评价标准，工业园区土壤中重金属的Eir和污染指数RI的计算结果见表5。由表5可知，Eir为0.046～1.81，远远小于40，生态风险程度较低;RI为0.344～1.06，均值为0.563，远远小于150，属轻微生态危害。总体而言，工业园区土壤重金属潜在生态危害程度等级为轻微。

表5 工业园区土壤重金属潜在生态危害指数法的评价结果

2.2.3 评价结果比较

经2种评价结果的分析比较(表6)可知，濮阳工业园区土壤中Zn为首要污染因素。随着工业经济发展，同时也要关注Pb、Cd含量变化趋势，避免造成土壤重金属污染。

表6 2种评价方法结果比较

3 结论

1)濮阳工业园区土壤重金属含量分析可知，工业园区土壤中 Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni的背景值分别为 36.2、118、49.2、40.6、0.125、15.3 mg/kg。其中，Cu、Zn、Pb、Cd的含量分别为河南省土壤重金属背景值的 1.69、1.81、3.42、1.39 倍;Cu、Zn、Pb、Cd出现明显的富集特征，尤其是Pb的富集程度最高。

2)采用污染负荷指数法对濮阳工业园区土壤质量进行评价结果表明，工业园区土壤污染程度总体上为中等污染，重金属污染程度从重到轻顺序为Pb＞Zn＞Cu＞Cd，其中Pb表现为极强污染，Cu、Zn、Cd 为中等污染。

3)采用潜在生态危害指数法对濮阳工业园区土壤质量进行评价结果表明，土壤中6种重金属的污染指数为0.344～1.06，多种重金属总潜在生态危害程度等级为轻微。

4)濮阳工业园区土壤中Zn为首要污染因素，随着工业经济发展，同时要关注Pb、Cd含量变化趋势。

［1］王英英，钱蜀，万旭，等．攀西区域涉重重金属典型企业周边环境特征及潜在生态风险［J］．中国环境监测，2004，30(1):13-19．

［2］河南省土壤普查办公室，河南土壤［M］．北京:中国农业出版社，2004:559-592．

［3］Hakanson L．An ecological risk index for aquatic pollution control:A sedimentological approach ［J］．Water Research，1980，14(8):975-1 001．

［4］张晓举，于海洋，丁龙，等．秦皇岛石河口海域沉积物重金属污染及生态风险评价［J］．中国环境监测，2004，30(1):1-5．