某铅锌冶炼厂周边土壤重金属污染特征研究

孙 涛，徐皓普，于致伟，王乙颖，刘冬梅，汤 波

(陕西理工大学 环境系，陕西 汉中 723000)

近现代我国工业经历了飞跃式的发展，但在经济发展的同时，各地区的环境却不断恶化。其中代表性的即为对环境和人体都造成巨大威胁的重金属污染。土壤是生物和人类生存的不可缺少的介质，特别是汉中作为盆地对土壤的依赖更为严重，尤其作为汉江支流流经的地区，土壤多分布于江流周围，极易由于江水冲刷而造成重金属流入径流水中，从而造成多区域流域受污染[1]。因此本实验以汉中盆地某铅锌冶炼厂为研究对象，采取厂区周围不同距离的土壤样品，查明土壤中Pb、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Fe等土壤重金属污染，并研究其污染特征。根据《土壤环境质量标准》(GB15-618-1995)的二级标准中选取标准值，运用内梅罗综合指数法和潜在生态危害指数法等对其污染状况进行评价，重点在于研究生态风险评价以及居住安全性的评定，对当地居民及务工人员的居住环境及距离做一评价和划分，为汉中市土壤重金属污染的治理提供有力的科学数据和依距[2]。

1 材料与方法

1.1 采样地点

此次采样点的地点位于陕西省南部、汉中盆地西端，地处汉江上游，北依秦岭，南连巴山此地区为典型的内陆性季风气候，属亚湿润区，平均年降水量849.5 mm。总的气候特征是：温暖湿润，四季较为分明，冬季少雨雪，夏秋多雨，光辐射值低，日照时数短。

1.2 样品处理

将土壤样品在实验室通风晾干，磨碎松散后过100目筛。用于元素含量和PH值测定。称取土样0.5 g，每个点的设置3个平行样，用王水[V(浓盐酸)∶V(浓硝酸)=3∶1]消解，并使用火焰原子吸收光谱法测定Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Ni、Fe的含量；用酸度计测定土壤悬液的pH值[3]。

1.3 评价方法

本文采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法[4]以及潜在生态危害指数法对所调查的区域土壤重金属污染状况以及污染风险进行评价，单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法以及潜在生态危害指数法以《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)的二级标准[5]作为评价标准值。

单因子污染指数法计算公式如下：

Pi=Ci/Si

其中Pi为土壤中i元素的污染指数；Ci为i元素的实测质量分数，mg/kg；Si为i元素评价标准值。具体分类标准为Pi≤1为无污染；1

内梅罗综合污染指数法计算公式如下：

潜在生态危害指数法计算方法如下：

Eri=Tri×Pi

RI=∑i=1Eri

其中Eri为单个重金属潜在生态风险因子指数；Tri为重金属i的毒性相应系数；Pi为土壤中i元素的污染指数；RI为重金属的综合潜在生态危害指数,其分类标准见表1。

表1 土壤潜在生态危害指数评价表[7]Table 1 Evaluation table of soil potential Ecological hazard index [7]

2 结果与讨论

2.1 土壤重金属含量

本次对距离厂区50、100、200、400、500、600 m共计17个采样点的土壤进行了重金属总量测定，6个不同距离土壤的重金属总量平均值统计结果如表2。

由表2得，Cu在距厂区200 m处含量最高，为107.88 mg/kg，超过国家二级标准7.9%，在400 m处最低为29.98 mg/kg，最低含量为最高含量的27.8%；Cr在距厂区200 m处含量最高，为111.48 mg/kg，在50 m处含量最低为20.00 mg/kg，最低含量为最高含量的17.9%，最高含量并未超过国家二级标准，说明Cr元素在研究区域内存在一定积累，但无污染风险；Pb在距厂区200 m处污染较为严重，其含量为412.67 mg/kg,超过国家二级标准37.6%，在50m处含量最低，为12.97 mg/kg,最低含量为最高含量的3.1%；Cd在距厂区200 m处含量最高，为67.89 mg/kg，超过国家二级标准171.7%，在100m处含量最低，为1.59 mg/kg，最低含量为最高含量的2.3%；Ni在距厂区600 m处含量最高，为137.76 mg/kg，在50 m处含量最低43.44 mg/kg，超过国家二级标准129.6%，最低含量为最高含量的31.5%；Zn在距厂区200 m处含量最高，其含量达2048.76 mg/kg，超过国家二级标准719.5%，在400 m处含量最低为566.74 mg/kg，最低含量为最高含量的27.66%， Zn含量在各采样点均超过标准值，说明Zn的积累最为严重，应作为主要的管控和治理对象。

表2 土壤重金属总量统计结果Table 2 Statistical results of total heavy metals in soil mg/kg

纵向比较表2的数据可得，在50～200 m范围Cr、Pb、Fe、Ni 、Zn 的含量随距离增加不断增加，而Cu、Cd在50～100 m含量随距离增加有所降低，从100～200 m含量随距离增加又大幅增加，且Cu、Cr、Pb、Fe、Cd、Zn含量在200 m处达到峰值，随后7种元素含量从200～400 m大幅减少，Cu、Cr、Pb、Ni、Zn的含量在400～600 m随距离增加不断增加，Fe和Cd在土壤中的含量在此范围内增加后又有所减少；由此可得出厂区周围7种金属含量随距离变化上下波动频繁，这说明这7种重金属受到外源因素的影响较大，空间分布差异明显[8]。

2.2 单因子污染指数与内梅罗综合指数评价

根据处理土样时测得的pH值对应《土壤环境质量标准》(GB15-618-1995)的二级标准，对6种重金属在距厂区不同距离地带做单因子污染指数与内梅罗综合指数评价，各指数如表3所示。

表3 土壤重金属污染评价指数结果Table 3 Results of Evaluation index of soil heavy metal pollution

距厂区50 m土壤中Zn的Pi值为2.129，属轻度污染，其余几种金属Cu、Cd、Pb、Cr、Ni的Pi值均小于1，属无污染状态；距厂区100 m处土壤中Zn的Pi值为3.459，属中度污染，Ni的Pi值为1.209，属轻微污染，Cu、Cd、Pb、Cr、Zn属无污染状态；重金属富集最为严重的是距厂区200 m土样，重金属单因子污染指数分别为Zn(8.195) > Cd(2.263) > Ni(2.136) >Pb(1.213) > Cu(1.079)> Cr(0.557)，其中Zn的单因子污染指数大于5，已达到重度污染，Cd和Ni的单因子污染指数均大于2小于3，达到中度污染，Cu单因子指数大于1小于2，属轻微污染，Cr元素单因子污染指数小于1，属清洁无污染状态；距厂区400 m处土壤中Zn的Pi值为1.899，属于轻微污染，Cu、Cd、Pb、Cr、Ni的Pi值均小于1，属于无污染状态；距厂区500 m处土壤中Zn的Pi值为4.156，属于中度污染，Ni和Cd的Pi值封分别为2.041、1.531，属于轻度污染和轻微污染，Cu、Pb、Cr的 Pi值均小于1，属无污染状态；距厂区600 m处土壤中Zn、Ni、Cu的Pi值分别为5.419、2.739、1.006，属于重度污染、轻度污染和轻微污染，Cd、Cr、Pb的Pi值均小于1，属于无污染状态。厂区周边土壤综合污染指数Pn的值分别为50 m(1.551)、100 m(2.538)、 200 m(5.944)、400 m(1.388)、500 m(3.044)、600 m(3.979)，污染程度200 m(重度污染)> 600 m(重度污染) >500 m(重度污染)> 100 m(轻度污染)> 400 m(轻度污染)> 50 m(轻度污染)，内梅罗综合指数平均值为3.074，说明该厂区周边土壤Cu、Pb、Zn、Ni、Cr和Cd的综合污染程度处于重度污染状态，其中Zn的点位超标率达到了100%，说明Zn的积累最为严重，且污染范围最广。

2.3 潜在生态风险评价

不同距离样点土壤和重金属类型生态风险统计如表4所示。

表4 潜在生态风险评价指数评价结果Table 4 Evaluation results of potential ecological risk assessment index

厂区周边重金属生态风险指数在0.1600～67.892之间，综合生态风险评价指数大小依次为200 m>500 m>600 m>50 m>100 m>400 m，但是各采样点综合潜在生态风险指数RI均小于150，属于轻微生态危害；在距厂区200 m土样中，重金属单项潜在生态风险指数Cd>Pb>Ni>Zn>Cu>Cr,在厂区土壤修复中应该重点关注Cd和Pb。在200 m处的综合生态风险指数大于其他距离样点指数值的2倍及以上，厂区重金属可依靠扬尘和废气在风力作用下扩散，200 m可能为扬尘降落点，导致重金属积累严重，造成生态危害。

3 结论

3.1 重金属污染分布特征

本次所调查的对象为铅锌冶炼厂，由所测的数距表明Zn、Cd、Ni的超标点位较多，因此主要污染重金属为Zn，Cd、Ni，且Zn的积累最为严重。而Cr在此地无超标点位，可看出Cr对此地土壤的危害较轻，甚至对人体无危害，可忽略此种重金属对此地的危害，Cu仅在200 m和600 m处、Pb仅在200 m地段超过《土壤环境质量标准》(GB15-618-1995)的二级标准，说明三种重金属仅有很少的外源输入。此地的重金属积累是粉尘飘落、运输散落等原因造成，但重金属含量在距离增加时的分布无规律，因此其扩散可能受风向、雨水冲刷作用较为明显[9]。

由单因子污染指数与内梅罗综合指数评价结果来看，调查区域土壤重金属污染严重，且污染达到了一定距离，200、500、600 m处点位综合污染程度处于重度污染状态，50、100、400 m处点位综合污染程度处于轻度污染状态。取样土壤中污染程度最高的是Zn和Ni，Zn在厂区周边土壤中含量均超过《土壤环境质量标准》(GB15-618-1995)的二级标准，对人体可造成危害，而Ni在仅在距厂区50 m和400 m处未超过《土壤环境质量标准》(GB15-618-1995)的二级标准，超标点位均达到中度及以上污染程度。

3.2 居住安全性评定

由综合指数评价结果来看，该冶炼厂周边土壤污染较为严重，但从潜在生态风险评价指数评价结果来看，由距离划分的各地段仍处于轻微生态危害状态。主要原应是：积累严重的重金属毒性系数都较小，毒性系数较大的金属积累反而不是很严重，所以未造成很强的生态危害。但是还是会对人体健康造成一定威胁，并且积累的重金属可能会从蔬菜、植被向人体富集、放大，加剧危害[10]，所以该厂周边不适宜居住。

4 期望和建议

对该厂区域重金属的迁移积累和理化性质做更深层次的分析和研究，需要长期对土壤的监测，收集和分析厂区周围的大气颗粒物质，并结合地形气候，利用模型对重金属的迁移和积累做预测后有望完成。

同时，可在此区域内种植耐重金属的植物以修复此地土壤功能，把重金属危害降到可控范围内。