蚌埠市土壤重金属污染与生态风险评价

周开胜，朱兰保，贺冉冉

(蚌埠学院材料与化学工程学院环境科学实验中心，安徽蚌埠 233030)

作为城市生态系统重要组成部分的城市土壤，是城市生态系统赖以生存和发展的物质基础。城市土壤是城市进行绿化和生态环境建设的基本环境条件，土壤重金属污染将恶化城市土壤生态系统，影响城市生态系统的结构和功能[1]。土壤重金属具有隐显性、不可降解性、持久性和生物毒性与生物放大性等特点[2]，重金属污染将直接或潜在地对城市生态系统产生危害[3]。随着城镇化和工业化进程的加快，城市工业愈加密集,交通运输日益繁忙，致使城市土壤接纳了大量来自工业固体废物、烟尘、汽车尾气及其它活动产生的重金属污染物，使城市土壤重金属含量增高，污染加剧；城市土壤重金属通过生物链、扬尘、渗漏和地表径流等途径污染生物、大气和水体，使得土壤成为环境重金属污染的源[4-5]。土壤重金属通过饮食、呼吸和皮肤接触等途径进入人体，对人体健康造成危害。近年来，有关城市土壤重金属污染和评价等研究多有报道[1,3,6-13]。

蚌埠市(117°11′～117°31′E,32°49′～33°01′N)是皖北最大城市之一，地处中国地理南北分界线，气候从北亚热带向暖温带过渡，现有常住人口110多万人，拥有化工、机械、电子、制药等工业门类。因此，有必要对蚌埠市土壤重金属污染及其潜在生态风险进行研究。

本研究通过对蚌埠市土壤重金属含量测定分析，分别采用单因子污染指数法、综合污染指数法和潜在生态危害指数法对土壤重金属污染进行评价，旨在为蚌埠市土壤重金属污染治理、城市生态环境建设和保护人体健康提供科学的参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2013年3月，在蚌埠市选取20个土壤采样点(表1)，用木产将表土剥去2cm，采集2～15cm土壤样品置于6号聚乙烯自封塑料袋内，密封、编号，并做好采样记录，带回实验室，置于4℃冰箱保存。

表1 采样点布设

1.2 样品处理与分析

将采集的土壤样品平铺在滤纸上，放在阴凉通风处，在室内自然晾干，去除碎石、根系等杂质，用玛瑙研钵研磨后，过100目的尼龙筛，供分析测定用。土样经三酸(H2SO4-HNO3-HClO4)消解后，用原子荧光法(AFS-920双道原子荧光分光光度计，北京吉天仪器有限公司)测定土壤中As的含量；经四酸(HCl-HNO3-HF-HClO4)消解后，采用火焰原子吸收光谱法(石墨炉原子吸收分光光度计TAS-990，北京普析通用仪器有限责任公司)测定土壤中Pb、Cd、Cu和Cr的含量。

1.3 评价方法

1.3.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法计算公式[14]为：

Pi=Ci/SI.

式中：Ci为土壤中污染物i的实测值；Si为《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中各元素的土壤含量上限；Pi为土壤中i污染物的单因子污染指数。

1.3.2 综合污染指数法

综合污染指数法计算公式[14-15]为：

P综={[max(Pi)2+ave(Pi)2]/2}1/2.

式中：P综为样点的尼梅罗综合污染指数；max(Pi)为样点所有重金属中单因子污染指数的最大值；ave(Pi)为样点单因子污染指数的算术平均值。

土壤综合污染程度分5级，分别为：Ⅰ级：P综≤0.7，属于安全等级，环境清洁；Ⅱ级：0.7

1.3.3 潜在生态危害指数法[16]

潜在生态危害指数法计算公式[16]为：

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量

蚌埠市土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量差别较大(表2)，其中Cd含量最大值为8.00 mg·kg-1，最小值为2.00 mg·kg-1，均值为4.64 mg·kg-1，最大值是最小值的4倍；Cr含量最大值为123.50 mg·kg-1，最小值为47.25 mg·kg-1，均值为77.86 mg·kg-1，最大值是最小值的2.6倍；Pb含量最大值是146.50 mg·kg-1，最小值是5.50 mg·kg-1，均值为92.88 mg·kg-1，最大值是最小值的26.64倍；Cu含量最大值为57.75 mg·kg-1，最小值为3.75 mg·kg-1，均值为20.51 mg·kg-1；最大值是最小值的15.4倍；As含量最大值为1.77 mg·kg-1，最小值为0.13 mg·kg-1，均值为0.67 mg·kg-1，最大值是最小值的13.62倍。土壤Cd、Cr、Pb、Cu和As含量均值分别是安徽省土壤背景值[19]的55.41、1.24、3.57、1.06和0.08倍，标准偏差分别是1.42、20.96、29.37、13.14和0.38，变异系数分别是30.57%、26.92%、31.63%、64.06%和56.40%，均属中等变异。

表2 各采样点土壤重金属含量

2.2 土壤重金属污染特征

蚌埠市区土壤pH>7.5[20]，采用土壤环境质量标准(GB15618-1995)[21]中的二级标准，Cd、Cr、Pb、Cu和As分别取0.60 mg·kg-1、250 mg·kg-1、350 mg·kg-1、200 mg·kg-1和25 mg·kg-1作为评价标准。土壤重金属单因子污染指数计算结果见表3，各重金属单因子污染指数均值由大到小依次是Cd>Cr>Pb>Cu>As，Cd污染最严重。综合污染指数计算结果表明，P综最大值为9.64，最小值为2.42，均值为5.59，属于中度污染的样点有2个(占10%)，重度污染的样点有18个(占90%)。从综合污染指数平均值来看，蚌埠市土壤重金属污染属重度污染。

表3 土壤重金属单因子污染指数

2.3 潜在生态危害指数法评价

表4 蚌埠市土壤重金属潜在生态危害系数和综合潜在危害指数RI

表5 蚌埠市土壤重金属与生态危害程度

2.4 讨论

蚌埠市土壤重金属含量与国内其它城市相比，Cd含量最高，高于其它城市；As含量低于其它城市；Cr含量除低于海口和徐州外，高于其它城市；Pb含量除低于沈阳外，高于其它城市；Cu含量除高于北京和广州外，均低于其它城市(表6)。

各重金属单因子污染指数均值和潜在生态危害系数均值由大到小依次为Cd>Cr>Pb>Cu>As和Cd>Pb>Cu>Cr>As。两种方法评价结果表明，Cd污染最重，As污染最轻。从综合污染指数和综合潜在生态危害指数均值来看，评价结果一致，蚌埠市土壤重金属污染属重度污染，潜在生态危害程度强。

表6 国内部分城市土壤重金属含量比较

表7 国内部分城市土壤重金属及生态危害程度

3 结论

综上分析，蚌埠市土壤中重金属Cd、Cr、Pb、Cu和As含量分别在2.00～8.00 mg·kg-1、47.25～123.50 mg·kg-1、5.50～146.50 mg·kg-1、3.75～57.75 mg·kg-1和0.13～1.77 mg·kg-1之间变化，均值分别为4.64 mg·kg-1、77.86 mg·kg-1、92.88 mg·kg-1、20.51 mg·kg-1和0.67 mg·kg-1，除As元素外，其它4种元素含量均超出土壤背景值。各重金属单因子污染指数均值由大到小依次为Cd>Cr>Pb>Cu>As，潜在生态危害程度由大到小依次为Cd>Pb>Cu>Cr>As，土壤重金属污染属重度污染，综合潜在生态危害程度强；与国内其它城市相比，蚌埠市土壤重金属污染严重，存在较强的潜在生态危害。