不同用地类型下土壤重金属分布特征与风险评价

郑 毓

(上海兴东环保科技有限公司，上海 200042)

为满足城市居民生活和企业生产的需要，城市大片土地正在重新进行规划建设，城市居民再次暴露于原建筑物覆盖的土壤中。而国内外大量研究显示工业“三废”、生活垃圾、交通等使得城市土壤重金属超标问题日益突出[1-4]。重金属进入土壤环境后不能被生物降解，并能经口、皮肤、呼吸等途径进入人体，在人体内积累，危害人体健康[5]。本文通过对上海市不同历史用地类型下场地建筑物拆迁后表层土壤中重金属含量的调查，了解城市土壤中重金属的富集特征和环境风险。

1 实 验

1.1 研究区域和样品采集

上海地处中国华东地区，是金融贸易、航运、科技创新中心和工业摇篮。本文选择上海市不同历史用地类型的场地进行研究，包括养猪场、仓储用地、居住用地、石材加工场地、轧钢厂。

采样区域分布见图1。本文根据《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2014)按照专业判断布点法结合系统布点法进行采集0～20 cm的表层土壤样品。为使样品具有代表性，采集过程中避免生活垃圾、石子、植物根茎等。每个点位抓取约500 g土放入聚乙烯塑料样品袋内，于4 ℃保存。

图1 土壤采样点分布图Fig.1 Distribution map of soil sampling sites

1.2 样品分析

土壤样品送至实朴检测技术(上海)服务有限公司对各金属进行检测分析。

1.3 生态风险评价方法

本文采用单因子指数法和尼梅罗综合指数法对研究区域土壤重金属含量进行评价，并用Hakanson潜在生态危害指数法和环境风险指数法对重金属的生态风险程度进行评估。

表1 环境风险等级评价方法Table 1 Evaluation method of environmental risk level

上述环境风险评价方法的划分标准见表1。

1.4 统计方法

本文统计采用Excel和SPSS25软件完成。

2 结果与讨论

2.1 含量特征

从表2看出，仅轧钢厂场地内铅、砷存在超标情况，但各历史用地类型下的场地各金属均超出上海市土壤背景值，说明城市化进程中居住、工业等人类生产生活活动均对环境背景值产生影响。

镍、铍、砷在不同历史用地类型下的场地土壤中的含量差异不大，而铜、锑、铅、镉、汞差异显著。如，养猪场和轧钢厂场地铜的含量分别是居住用地的3.38和2.45倍，轧钢厂场地铅含量与石材加工场地相差4.95倍。在畜禽养殖过程中，饲料中均添加多种微量元素添加剂，大量研究报道养殖场周边土地重金属，尤其是铜超标情况严重[9-10]。而轧钢厂使用的原材料钢板等含大量铜、铅重金属，且轧钢工艺有铅淬火、铅回火，因此轧钢工艺会给场地带来较多的铜、铅污染。

表2 不同历史用地类型土壤的重金属含量状况(浓度/(mg/kg))Table 2 Heavy metal content in soils of different historical land use types

续表2

此外，不同金属在相同历史用地类型下的场地土壤中呈现不同的分布情况。镍、铍、砷具有较小的变异系数(10.47%～48.67%)，表明这些金属在这些历史用地类型下的场地分布相对均一。而铜、锑、铅、镉、汞变异系数(50.84%～153.09%)较大，反映这些金属在上述类别历史用地类型下场地分布上波动性较大。

2.2 生态风险评价

单因子指数显示养猪场场地土壤铜、镉、汞为重度污染，轧钢厂场地土壤铅、汞为重度污染，锑、铍、砷在各用地类型下呈轻度或无污染。而综合污染指数评估表明养猪场和轧钢厂场地呈重度污染，其他场地污染等级较低。Hakansan生态风险评价结果显示仅汞在各场地土壤中呈中等～重度风险，这可能与城市土壤背景值本身偏高有关。环境风险指数评价指出养猪场、轧钢厂场地重金属有极高风险，居住用地风险中等。

原场地利用情况对土壤重金属含量有显著影响，不同城市功能区的重金属分布呈现一定规律性[11]。居住用地土壤重金属存在中度污染和中等风险，该区域污染源主要是生活垃圾随意堆放、交通运输等人类活动导致重金属扩散渗漏至土壤中[1]。重金属元素添加剂的使用在养猪场周围土壤蓄积，造成环境污染，且潜在生态风险较重[12-13]。虽然较多文献指出养殖活动是土壤重金属来源之一，也有报道表明规模化猪场的重金属超标情况比非规模化猪场较好，可能与猪场处理粪污的方式有关[14-15]。目前并未查找到轧钢厂场地土壤的重金属污染和生态风险状况，本文可作为先例为后续研究做数据支撑。

表3 土壤重金属的单因子和综合污染指数Table 3 Single-factor and comprehensive pollution index of different heavy metals in soils

表4 土壤重金属的生态风险指数Table 4 Ecological risk index of different heavy metals in soils

3 结 论

(1)上海城市土壤中各金属含量普遍高于背景值，城市中生产生活活动对其影响较大。污染和生态风险最严重的场地均为养猪场和轧钢厂，污染最严重的金属有铜、铅、镉、汞，产生潜在生态风险最大的金属是汞和镉。

(2)不同重金属在不同历史用地类型下的场地土壤中含量分布表现也不同，这与原土地利用方式及其特征污染物相关。重金属在相同历史用地类型下场地的土壤中分布具有差异性，铜、锑、铅、镉、汞分布波动性较大。

(3)汞在各场地污染和生态风险程度均较高，因引起重视。要对生活及工业生产过程中的“三废”加强监管，从源头消除重金属带来的环境污染。