某钢厂周边土壤重金属含量测定及分析

李锋

（运城市环境保护监测站， 山西 运城 044000）

试（实）验研究

某钢厂周边土壤重金属含量测定及分析

李锋

（运城市环境保护监测站， 山西 运城 044000）

主要对晋南某钢厂周边土壤重金属含量进行了测定与分析，结果表明，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七种重金属元素含量均未超过《土壤环境质量标准》(GB 15618—2008)二级标准，但却严重超过了山西省土壤环境背景值，其中Cd、Cr、Pb三种元素超标率均为100%，Cu、Mn、Zn三者超标率也高于50%，Ni元素超标率较小，为10%。按平均单项污染指数分析，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn五种重金属元素属于轻微污染，Pb属于中度污染，Ni元素处于无污染水平。

钢厂 周边土壤 重金属 测定

土壤是生产、孕育植物的大母体，其能提供植物生长发育所需的肥力要素。间接地说，土壤是人类赖以生存和发展的物质基础。然而，随着人口的急剧增多及工业的迅猛发展，土壤环境遭到了严重的破坏。土壤污染成因主要有三方面，首先是固体废弃物在土壤表面的大量倾倒和堆放，其细小残渣和剥离物混入土壤，导致的土壤污染；其次是混有多种污染物质的废水不断将有害物质渗透到土壤，造成土壤污染；第三是大气中的有害气体及飘尘向土壤表面的渗入及飘落，或者不断随雨水降落在土壤中，致使土壤遭到污染。虽然土壤有自身过滤、调节、吸附等对污染物自净的能力，但当有害物质不断在土壤积累并达到一定数量时，土壤不仅不能发挥孕育农作物等植物的正常功能，其有害污染物还会通过农产品如粮食、蔬菜、水果等直接影响人体健康[1]，因此，对土壤污染物种类及其含量的检测、分析和研究意义重大。

重金属具有难以被微生物降解、移动性小等特点，是环境长期、潜在的污染物。土壤重金属污染是指受人类活动的影响，土壤中重金属元素不断沉积，致使其含量明显高于其土壤背景值，而引起土壤环境质量遭到破坏的现象[2]。大量调查和研究表明，目前我国土壤重金属污染状况严重，并呈现潜伏性、间接性、累积性、隐藏性、伴生性和不可逆性等特点[3]，已经成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素。土壤重金属工业污染源中，钢铁行业是最主要的来源。监测和分析钢厂周边土壤重金属种类和含量，了解土壤环境污染的程度，对积极采取有效措施改善环境，防止人类健康受到威胁具有重要的理论意义和现实意义。

1 研究材料及方法

1.1 研究区概况

研究区某钢厂位于晋南某县郊区，建厂于2001年，占地0.65 km2，是一家集冶炼、轧钢和物流、销售为一体的小型钢铁联合企业。钢铁厂污染类型复杂，污染源多，主要包括焦化厂、煤厂、料场及钢材加工厂等污染区域。某钢厂周边地区大部分为农田，主要种植小麦、玉米等农作物。

1.2 测定主要仪器及试剂

主要测定仪器：原子分光光度计（AA320-N）；铜、铅、锌空心阴极灯；可调式电热板（ML-3-4型）；数显鼓风干燥箱（GZX-9030 MBE）；气浴恒温振荡器（THX-92A）；分析天平（FA2004N）；pH计（Phs-3C）；激光粒度仪（Master-sizer）；磁化率仪（MS2）。

主要化学试剂：盐酸（HCl）、硝酸（HNO3）、高氯酸（H4ClO7）、氢氟酸（HF）、重铬酸钾（K2Cr2O7）、硫酸亚铁（FeSO4）、硝酸铜（Cu（NO3）2）、硝酸铅（Pb（NO3）2）、硝酸锌（Zn（NO3）2）等的分析纯及六偏磷酸钠（（NaPO3）6）。

1.3 土壤样品采集及预处理

为了保证所取某钢铁厂周边农田土壤样品具有代表性，取样时以某钢厂为中心，并结合钢厂当地主导方向，分别在正东、正南、正西、正北及东南、西北方向布设样点，变程50 m，每个方向布设5个采样点，每个采样点用GPS定位[4]。同时，采样时尽量避开最近被人工扰动过的土层和外来土壤，以保证样品具有代表性和实际性。

所采土壤样品剔除大石块、植物根系等杂质，装入塑料自封袋，并贴上标签以注明取样点详细信息。将带回实验室的土壤样品放在通风处自然风干，并碾磨后分别过筛，用于测定土壤理化性质和重金属含量。

1.4 理化性质分析及重金属含量测定

土壤理化性质测定指标主要有吸湿水含量、pH值、有机质含量、土壤粒径组成和土壤磁化率，其研究分析方法分别为烘干称重法、电位法、重铬酸钾外加热法、Master-sizer激光粒度仪测定法及MS-2型磁化率仪测定法。

用原子吸收光谱仪分别测定不同土样中各重金属含量，重金属含量的计算方法具体为[5]

式中：m为重金属含量，mg·kg-1，C为检测的质量浓度，μg·mL-1，V为测定液体积，mL；n为分取倍数；M为样品净质量，g。

数据处理方法为：用Excel 2003和SPSS 17.0软件对所有数据进行系统整理与分析。

1.5 重金属污染评价方法

研究采用单项污染指数法进行某钢厂周边土壤重金属污染现状评价。单项污染指数法即根据土壤中污染物i的单项污染指数Pi大小来判断污染物的污染程度。一般而言，单项污染指数越大，污染越严重，根据Pi的大小，可将土壤污染程度划分为无污染（Pi≤1）、轻微污染（1＜Pi≤2）、轻度污染（2＜Pi≤3）、中度污染（3＜Pi≤5）以及重度污染（Pi＞5）五级；土壤中污染物i的实测Ci（mg·kg-1）与污染物j的评价标准或参考值Si（mg·kg-1）的比，即为单项污染指数大小，具体公式为：Pi=Ci/Si。

2 结果分析与讨论

2.1 某钢厂周边农田土壤重金属含量

对某钢厂厂区周边农田土壤30个样品进行重金属含量测定，同时，分别以中国国家标准《土壤环境质量标准》（GB15618—2008）二级标准和山西省土壤环境背景值为标准进行分析，具体结果如表1、图1所示。

表1 厂区周边农田土壤重金属元素含量及统计特征表格

图1 厂区周边农田土壤各重金属元素超标率（山西背景）

由表1和图1可知，某钢厂周边农田土壤明显受到了镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）等7种重金属元素的污染，其中，Cd、Cr、Pb三种重金属超标最为严重，Mn、Zn、Cu超标较为严重，Ni超标情况较小。具体的来说，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七种重金属元素的含量范围分别为0.14～0.32 mg/kg、66.1～198.6 mg/kg、9.4～71.1 mg/kg、262.3～1 019.3 mg/kg、41.52～138.4 mg/kg、12.1～45.8 mg/kg和58.3～79.9mg/kg，平均含量分别为0.22mg/kg、107.2 mg/kg、33.1 mg/kg、582.1 mg/kg、86.3 mg/kg、21.4 mg/kg和68.2 mg/kg。与山西省土壤环境背景值为标准进行比较，7种重金属元素均超标，其中Cd、Cr、Pb三种元素超标率均为100%，Cu、Mn、Zn三者超标率也高于50%，Ni元素超标率较小，为10%；7种重金属元素均值分别为山西省土壤背景值的1.72倍、1.73倍、1.23倍、1.05倍、1.14倍、0.67倍和4.32倍。与国家《土壤环境质量标准》（GB 15618—2008）二级标准相比，钢厂周边农田土壤Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七种重金属元素均没有出现超标点位。

某钢厂周边土壤Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七种重金属元素统计分析可得，其变异系数分别为13.6%、24.4%、35.4%、19.8%、22.4%、37.3%和3.9%，分别属弱变异、中度变异、中度变异、中度变异、中度变异、中度变异和弱变异。

2.2 某钢厂周边土壤重金属污染评价

采用单项污染指数法对某钢厂周边土壤重金属污染现状进行评价，具体结果如表2、表3所示。

表2 厂区周边农田土壤重金属元素单项污染指数（一）

表3 厂区周边农田土壤重金属元素单项污染指数（二）

按照中国国家标准《土壤环境质量标准》（GB 15618—2008）二级标准对各重金属元素含量进行单因子污染指数评价，结果如表2所示，某钢厂周边农田土壤各重金属指数范围及平均值均小于1，土壤目前未受到污染，尚处于清洁水平。Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七种重金属平均污染指数大小排序为PPb（0.853）＞PCr（0.536）＞PCd（0.489）＞PMn（0.388）＞PZn（0.345）＞PCu（0.331）＞PNi（0.238），相对而言，某钢厂周边土壤受Pb污染最严重，受Ni污染最小。

以山西省土壤背景值作为评价标准，各重金属元素单因子污染指数评价结果如表3所示。七种重金属均有不同程度的积累，按平均污染指数分析，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn五种重金属元素属于轻微污染，Pb属于中度污染，Ni元素处于无污染水平。具体看来，其样品中Cd有53%属于轻微污染，47%属于轻度污染；Cr有57%属于轻微污染，33%属于轻度污染，10%属于中度污染；Cu有17%属于无污染，67%属于轻微污染，16%属于轻度污染；Mn有87%属Cu于无污染，13%属于轻微污染；Zn有77%属于无污染，23%属于轻微污染；Ni有83%属于无污染，17%属于轻微污染；Pb有100%属于中度污染，说明Pb的积累程度较深且范围比较广，属于大面积覆盖，这主要与钢厂排放的粉尘有关。

3 结论

通过对晋南某钢厂周边土壤重金属含量测定及分析，可得如下结论：

1）某钢厂周边土壤样品中，与国家《土壤环境质量标准》（GB 15618—2008）二级标准相比，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn、Ni及Pb等七种重金属元素均没有出现超标点位，各重金属指数范围及平均值均小于1，土壤目前未受到污染。

2）与山西省土壤背景值相比，7种重金属元素均超标，其中Cd、Cr、Pb三种元素超标率均为100%，Cu、Mn、Zn三者超标率也高于50%，Ni元素超标率较小，为10%；7种重金属元素均值分别为山西省土壤背景值的1.72倍、1.73倍、1.23倍、1.05倍、1.14倍、0.67倍、4.32倍；按平均污染指数分析，Cd、Cr、Cu、Mn、Zn五种重金属元素属于轻微污染，Pb属于中度污染，Ni元素处于无污染水平。

[1] 耿婷婷，张敏，蔡五田.北方某钢铁厂部分厂区土壤重金属污染的初步调查[J].环境科学与技术，2011，34（S1）：349-352.

[2] 柴世伟，温琰茂，张云霓，等.广州市郊区农业土壤重金属含量特征[J].中国环境科学，2003，23（6）：592-596.

[3] 张辉，马东升.城市生活垃圾向土壤释放重金属研究[J].环境化学，2001，20（1）：43-47.

[4] 闫倩，戴霜，刘海娇，等，兰州某钢厂附近土壤磁化率特征及其环境意义[J].中国环境科学，2011，31（10）：1 732-1 737.

[5] 唐将，钟远平，王力.三峡库区土壤重金属背景值研究[J].中国生态农业学报，2008，16（4）：848-852.

（编辑：苗运平）

Determination and Analysis of Heavy Metals in Soils around A Steel Plant

Li Feng
（Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station,Yuncheng Shanxi 044000）

The study mainly makes a determination and analysis on the content of heavy metals in soils around a mill in Jinnan.The results showed that heavy metal elements of Cd,Cr,Cu,Mn,Zn,Ni and Pb did not exceed the secondary standard of"soil environmental quality standard" (GB15618-2008),but seriously exceeded the background value in Shanxi soil environment,in which over-standard rate of Cd,Cr,Pb were 100%,the over-standard rate of Cu, Mn,Zn were also higher than 50%,and the over-standard rate of Ni was 10%.According to the average single pollution index analysis,heavy metal elements of Cd,Cr,Cu,Mn,Zn are slightly polluted,Pb is moderately polluted, and Ni element is in no pollution level.

steel mill,surrounding soil,heavy metal,determination

X114

A

1672-1152（2017）01-0034-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.15

2016-10-03

李锋（1969—），男，山西夏县人，运城市环境保护监测站，1990年7月毕业于山西矿业学院，高级工程师，主要从事环境监测、环境保护等方面工作与研究。