韶关某冶炼厂周边土壤重金属污染调查与生态风险评价

罗莹华

(韶关学院旅游与地理学院地理系，广东韶关 512005)



韶关某冶炼厂周边土壤重金属污染调查与生态风险评价

罗莹华

(韶关学院旅游与地理学院地理系，广东韶关 512005)

[目的]研究韶关某冶炼厂周边土壤重金属的污染特征和分布规律，并进行生态风险评价，以期为该地区土壤重金属污染治理及生态恢复提供参考。[方法]以韶关某冶炼厂周边土壤为研究对象，运用内梅罗污染指数法和地累积指数法对冶炼厂周边土壤的重金属污染特征和潜在生态风险进行研究。[结果]Pb、Cr、Cd、As 4种重金属的平均含量均超过我国土壤环境背景值和广东省土壤环境背景值，其中，Cd、As超过国家土壤环境二级标准值。Cd为重污染，pb、As为中污染，但局部存在重污染，Cr为轻污染。[结论]该冶炼厂周边土壤存在不同程度的重金属污染，生态风险总体水平初步评价为中等以上。

冶炼厂；土壤；重金属污染；生态风险

土地是人类生存和生活的根本，土壤重金属污染不仅降低了人们的生活质量，且危害到生态环境和人类生存之本。从行业角度看，土壤重金属污染来源可分为农业污染源、工业污染源、交通污染源及医疗卫生污染源等。金属冶炼厂作为一种重要的工业污染源，在生产过程中会通过烟尘沉降、废水外排、废渣堆积等方式对周边环境造成不同程度的污染。因而，冶炼厂周边土壤重金属污染成为学术界研究的热点问题[1-6]。被污染的土壤重金属可在农作物中不断累积，再经过食物链的方式进入人体，从而危害人体健康。研究表明，癌症高发区与土壤重金属污染区存在很强的关联性[7-9]。土壤重金属污染防治是国际上公认的难题，国外学者对土壤重金属污染的研究起步较早，成果较多[10-12]。我国学者也对土壤重金属污染防治进行了大量研究，探索并制定相应的环境标准或运用相应评价方法对其环境影响进行生态风险评价[13-17]。

韶关位于南岭多金属成矿带上，矿产资源丰富，种类繁多，是全国著名的“有色金属之乡”，也是我国主要的重工业城市之一。采、选、冶工业发达，其中，金属冶炼有近50年的历史，环境影响不容忽视。尽管国内外对冶炼厂周边土壤重金属污染的研究较多，但有关韶关地区的冶炼厂周边环境的生态风险研究较少。笔者以韶关某冶炼厂周边环境为研究对象，通过对其周边土壤中Cr、Pb、Cd和As 4种重金属的污染状况进行系统调查，研究各重金属的污染特征和分布规律，并进行生态风险评价，以期为该地区土壤重金属污染治理及生态恢复提供参考。

1　数据来源与研究方法

1.1样品的采集与预处理冶炼厂对周边土壤的污染主要以烟尘沉降为主，降尘污染主要受季风和距离的影响，故取样点位主要布置在北西和南西方向距离冶炼厂1 km左右区域范围内的菜地或荒地上，并采用GPS定位，共设置17个采样点(图1)。在每个取样点处采用扇形布点法等量采集5～8个子样进行混合。每个子样均采集土壤表层0～20 cm的新鲜土壤，然后按四分法缩分为一个混合样品，每个样品重约2 kg。然后装入无菌聚乙烯塑料袋中，并贴上标签，注明样品号和取样日期。样品带回实验室后，放在阴凉、通风、干燥的地方在室温下自然风干后，剔出植物残体和碎石块，用玛瑙钵研磨，过100目筛，装入塑料袋中待测。

1.2样品分析方法土壤样品分析方法参照GB15618—1995[18]。对土壤样品进行消解，用石墨炉原子吸收分光光度法测定Pb、Cd的含量，用火焰原子吸收分光光度法测定Cr的含量，用硼氢化钾-硝酸银分光光度法测定As的含量。土壤 pH的测定采用电位法(PHS-2C 型 pH 计)。

为提高精确度，所有样品均由空白样、二次平行样加标回收率进行质量控制。质量控制采用 ESS 系列土壤标准物质，所分析元素的误差均在 5%以内。试验所用玻璃器皿均在 10% 的HNO3或HCl 溶液中浸泡 24 h，分别用自来水、蒸馏水和去离子水各洗涤 3 次。试验所用酸均为优级纯，其他试剂均为分析纯。

1.3评价方法

图1　采样点分布示意Fig.1　Distribution of soil sampling points

1.3.1内梅罗污染指数法。内梅罗污染指数法是目前国内外进行综合污染指数计算最常用的方法之一。内梅罗污染指数法可全面反映土壤中各污染物的平均污染水平，也突出了污染最严重的污染物对环境造成的危害[19]。其计算公式：

(1)

式中，PN为综合污染指数；Ci为某污染物实测值；Si为某污染物的评价标准[18]；(Ci/Si)max为各污染物中污染指数最大值；(Ci/Si)ave为各污染物中污染指数的算术平均值。按内梅罗污染指数，可划定5个污染等级[20](表1)。

表1土壤内梅罗污染指数评价标准

Table 1Evaluation standard of soil by Nemerow contamination index

等级Grade内梅罗污染指数Nemerowcontam-inationindex污染等级PollutiongradeⅠPN≤0.7清洁(安全)Ⅱ0.73.0重污染

以《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)作为土壤环境质量评价标准，选取其中的Cd、Pb、Cr和As 4 种重金属标准(表2)。

表2　土壤环境质量标准GB15618—1995

1.3.2地累积指数法。地累积污染指数法是一种研究水体沉积物中重金属污染的定量指标[21]，被广泛应用于土壤重金属污染评价，其计算公式：

(2)

式中,Igeo为地累积污染指数，Ci为重金属i的实测浓度，Bi为所测元素的环境背景值。选取广东省土壤环境背景值作为依据[22]；K为常数，是对成岩作用可能引起背景值变动的修正，一般取K=1.5。根据Igeo数值的大小，可以将污染级别划分为7个等级(表3)。

表3地累积指数法判断土壤污染程度的标准

Table 3Standards for soil pollution level by geo-accumulation index

地累积指数值范围Geo-accumulationindex污染级别Pollutiongrade污染强度PollutiondegreeIgeo<00无污染0≤Igeo<11无至轻污染1≤Igeo<22中度污染2≤Igeo<33中至强污染3≤Igeo<44强污染4≤Igeo<55强至极强污染5

2　结果与分析

2.1土壤重金属含量分布特征对17个土壤样品的Pb、Cd、Cr和As含量和pH进行测定，结果见表4。由表4可知，

表4　土壤重金属含量和pH

该冶炼厂附近土壤的重金属污染具有局部富集和含量增高的现象，样品2、3、4、11、12、13和16的重金属含量明显高于其他样品。与国家土壤环境标准值(GB15618—1995)相比，以上样品中的Pb含量均超过国家土壤二级标准限值，样品2、3、4、11和12的Cr含量超过国家土壤二级标准限值(图2)，除1号样品外，其余16个样品的Cd含量均超标，样品2、3、4、5、11、12、13、16和17的As含量明显超过国家二级标准。从平均值看，Cd和As含量超标，其中，Cd超国家土壤二级标准9倍以上，As超国家土壤二级标准1倍以上(图3)。

注：国家标准值Pb 250 mg/kg,Cr 150 mg/kg。Note:The national standard limits of Pb and Cr are 250 and 150 mg/kg respectively.图2　土壤样品中Pb和Cr的含量Fig.2　Contents of Pb and Cr in the soil

注：国家标准值Cd 0.3 mg/kg,As 40 mg/kg。Note:The national standard limits of Cd and As are 0.3 and 40 mg/kg respectively.图3　土壤样品中Cd和As的含量Fig.3　Contents of Cd and As in the soil

2.2内梅罗污染指数法评价用内梅罗污染指数法进行评价时，综合考虑所有污染项目，兼顾污染最严重的因子，应用“1.3.1”的计算公式计算综合污染指数PN。评价结果显示，Pb、Cr、As 3种重金属轻度污染，Cd重污染(表5)。

表5内梅罗污染指数计算及评价结果

Table 5Calculation and assessment results of soil pollution from heavy metals by Nemerow contamination index

元素ElementPN评价结果AssessmentresultPb1.6轻度污染Cr1.4轻度污染Cd16.2重污染As1.9轻度污染

2.3地累积指数法评价采用广东省土壤环境背景值作为背景浓度，应用“1.3.2”的地累积指数计算公式计算Igeo，其评价结果见表6。由表6可知，Pb、Cr、Cd、As 4种重金属均存在中度以上的污染，其中，Pb为中-强污染，Cr为中度污染，As为中-强污染，Cd为极强污染。可见4种重金属中以Cd污染最为严重。而Cd在环境中的危害较大，土壤中的Cd可通过食物链的方式进入人体，在人体中代谢较慢，日本因Cd中毒曾出现“痛痛病”。另外，As在环境中的危害性也不容忽视，其化合物三氧化二砷被称为砒霜，是一种毒性很强的物质。

表6地累积指数计算及污染评价结果

Table 6Calculation and assessment results of soil pollution from heavy metals by geo-accumulation index

元素Element背景浓度Backgroundvale∥mg/kg地累积指数IgeoGeo-accum-ulationindex评价结果AssessmentresultPb23.402.59中-强污染Cr36.141.11中度污染Cd0.0345.76极强污染As5.402.47中-强污染

注：背景浓度来源于广东省环境监测中心站等(1990年10月)[22]。

Note: Background vales were from the Guangdong Environmental Monitoring Center,etc.(in October 1990)[22].

3　结论

该研究在气候条件下，充分考虑研究区污染特征，以随机布点法在冶炼厂周边荒地或山坡上采集土壤样品。通过对Pb、Cr、Cd、As 4种重金属的含量分析和风险评价，结果表明，冶炼厂周边土壤在一定程度上已经受到了严重的重金属污染，Pb、Cr、Cd、As 4种重金属的平均含量分别为211.44、116.99、2.77、44.83 mg/kg，均超过了我国土壤环境背景值和广东省土壤环境背景值。其中，Cd、As超过了国家土壤环境二级标准限值，而Pb和Cr虽未超过国家二级土壤标准限值，但局部累集明显，其含量已远超过国家土壤二级标准。运用内梅罗污染指数法和地累积指数法进行生态风险评价，结果表明，Pb、Cr、Cd、As 4种重金属均存在不同程度的污染，其中，Cd的污染最为严重，达到重污染程度，其次是As，其污染也达到中度污染以上。而两者均是环境中的有害元素，对人体的危害不容忽视。重金属的环境毒性，除与其含量有关外，还与其在环境中的存在形态有关。由于土壤环境的物化性质存在差异，从而影响各种化学元素在环境中的迁移和转化方式。而元素在环境中的存在形态和化学活性决定其毒性大小。因此，该研究仅限于对重金属生态风险的初步评价，而进一步的评价则要深入研究其环境活性和迁移转化方式等。

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Investigation of Soil Pollution from Heavy Metals and Assessment of Its Ecological Risk around a Smelting Plant in Shaoguan

LUO Ying-hua

(Department of Geography,College of Tourism and Geography,Shaoguan University,Shaoguan,Guangdong 512005)

[Objective] The characteristics and distribution of soil pollution from heavy metals around a smelting plant in Shaoguan were studied,and its ecological risk was assessed to provide theoretical references for the control and ecological restoration of soil pollution from heavy metals in the region.[Method] Soil samples were collected and analyzed from the smelting plant area,and the characteristics of soil pollution from heavy metals and potential ecological risk were studied by using the methods of Nemerow contamination index and geo-accumulation index.[Result] Average contents of Pb,Cr,Cd and As in the soil were higher than the background values of soil in Guangdong Province and China,and the contents of Cd and As exceeded the secondary standard of soil environment in China.Cd pollution was heavy,and Pb and As pollution were moderate,but the pollution was heavy in some areas; Cr pollution was mild.[Conclusion] Soil around the smelting plant has been polluted by heavy metals at different levels,and its potential ecological risk is moderate at least.

Smelting plant; Soil; Heavy metal pollution;Ecological risk

韶关学院校级科研项目(314-140695)。

罗莹华(1968- )，女，壮族，广西荔浦人，讲师，博士，从事环境地理学研究。

2016-05-25

S 158.4

A

0517-6611(2016)19-133-04