粉煤灰质农用地土壤污染状况分析及评价方法

（华北地质勘查局综合普查大队 河北廊坊 065201）

1 粉煤灰农用地污染来源

某地由于洪水冲刷，大面积土壤流失，导致当地居民无耕地种植庄稼，然后采取当地电厂粉煤灰、矿渣等作为耕地使用，形成大面积分布粉煤灰地块。经实地调查，通过分别在电厂下游粉煤灰地块及上游农用地中选择清洁对照点，样品分析结果显示：粉煤灰地块中的Cd、Pb、Hg 3 种重金属含量均有超标现象，无粉煤灰农用地中这3 种重金属含量均未超标，且明显低于粉煤灰地块农用地。以往研究表明，粉煤灰中广泛含有镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）等重金属元素［1-2］，因此，粉煤灰农用地中Cd、Pb、Hg 污染物来源于粉煤灰。

2 粉煤灰土壤质量评价方法

2.1 评价标准

根据前期笔者调查分析，本粉煤灰农用地土壤pH＞7.5，根据综合比较，本文将采用表1 中的标准对重金属进行评价。

表1 土壤质量评价依据 单位：mg／kg

2.2 评价方法

目前有关农田土壤重金属影响的研究方法主要有环境质量指数法，包括单因子指数法、内梅罗指数法；生态指数法，包括地质积累指数法和潜在生态风险指数法；模型法等。

单因子污染指数评价方法是通过对土壤环境中某一项特征污染物的污染程度进行评价，从而确定单项土壤环境质量参数的一种评价方法。该评价方法是各类土壤污染综合评价方法的基础。

内梅罗指数法由单因子指数法发展而来，是当前国内外进行综合污染指数计算最常用的方法之一。该方法是一种兼顾极值或突出最大值的计权型多因子环境质量指数，能够较全面地反映各种污染物的协同作用，从而较准确地评价各类环境要素的污染程度。具有计算过程简单、物理概念清晰、可操作性强等优点。

生态指数法基于污染物质的生态环境效应和毒理特征，定量评价重金属对环境的影响并对其潜在生态风险程度划分等级。生态指数法因其直观性、定量性和对于潜在生态危险预测性等特点，在沉积物、土壤和街道灰尘等多种介质和全国多地区不同类型土地的重金属元素生态影响研究中广泛应用，为生态环境的改善和人类健康提供了科学依据。

本次采用单因子污染指数法、加权法改进的内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法，对项目区土壤中的镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）和铅（Pb）总共7 种重金属元素进行污染评价。

3 粉煤灰农用地土壤质量评价

3.1 土壤中重金属元素环境质量指数法

3.1.1 单因子污染指数法［3］

式中：Pi为土壤中污染物i 的单项污染指数（Pi＞1 表示土壤受污染，且值越大污染程度越严重）；Ci为土壤中污染物i 的实测数据；Si为污染物i 的评价标准。

通过单因子指数法，可以得出超标元素的种类和程度，土壤单项污染环境质量评价分级见表2。

3.1.2 内梅罗综合指数法

式中：P综合为土壤中重金属元素的综合污染指数；为平均单项重金属元素污染指数；为最大重金属元素污染指数。

为突出不同重金属元素对作物、环境及生态的影响程度，采用重金属毒性加权法（Swaine）［4］对公式（2）中的计算方法进行改进：

表2 土壤单项污染环境质量评价分级

重金属元素影响程度等级与权重值见表3。

表3 重金属元素影响程度等级与权重值

根据内梅罗综合指数法计算结果，对土壤中重金属元素的综合影响划分等级并评价其对土壤环境与农作物的影响程度。等级指标体系见表4。

表4 重金属元素综合影响程度等级指标体系

3.2 土壤中重金属元素潜在生态效应评价方法

3.2.1 潜在生态风险指数法［5］

单项重金属元素潜在生态风险指数（Eri）和综合潜在生态风险指数（RI）的计算公式分别为：

各重金属元素的毒性响应系数表见表5。

表5 各重金属元素的毒性响应系数表

潜在生态风险指数易受沉积物中金属元素含量、所含重金属元素数量及组分、金属元素毒性及敏感性等条件因素影响，其分级与评价标准如表6 所示。

表6 在生态风险指数及生态风险效应程度等级表

4 评价结果分析

4.1 重金属元素现状与差异性

4.1.1 单元素土壤环境质量评价

根据单因子指数法，分别计算出所列元素的单项污染指数，其详细结果如表7。

表7 地块内单元素土壤污染物评价统计表

依据单因子污染指数法得出，区内土壤主要污染物主要为镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）。镉（Cd）轻度污染范围占项目区总面积的27%，汞（Hg）占总面积的14.3%，铅（Pb）占总面积的23.8%。

4.1.2 土壤环境质量综合评价

依据前述评价计算方法，以镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）污染物作为有害元素评价因子，按照土壤综合质量分级标准进行了评价。各级土壤综合质量等级分区和面积统计见表8。

表8 土壤综合质量等级分区

区内土壤质量综合评价表显示，防治区面积占比66%，控制区面积占比34%。综合质量划分结果见图1。

图1 土壤质量综合评价分区图

4.2 土壤中重金属元素潜在生态效应

依据单元素土壤环境质量评价结果，以镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）污染物作为本次有害元素评价因子。

根据潜在生态风险指数法评价结果显示，项目区土壤中铅（Pb）的Eri值均小于40，属于轻微潜在生态风险；镉（Cd）轻微、中等潜在生态风险等级均有分布，其中SX-T24、SX-T28及SX-T46 三处采样点的Eri值超过40，属于中等潜在生态风险，占总采样点的11.1%，约占项目区面积的20%；汞（Hg）轻微、中等潜在生态风险等级也均有分布，其中SX-T23、SXT27、SX-T29、SX-T38、SX-T39 及SX-T40 六处采样点的值超过40，占总采样点的22.2%，约占项目区面积的25%。所有采样点镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）的RI 值均小于150，属于轻微潜在生态风险。综合来看，尽管项目区内RI 值均小于150，但多处采样点镉（Cd）、汞（Hg）的Eri值出现大于40 的现象，即处于中等潜在生态风险等级。此现象值得引起注意。计算结果见表9。

表9 项目区重金属潜在生态风险指数评价结果

5 小结

（1）该粉煤灰质农用地土壤受镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）污染，部分区域重金属含量超过污染临界值，土壤与作物开始受到影响范围，并存在中等潜在生态风险区。

（2）本次运用的单因子污染指数法、加权法改进的内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法能够较全面的评价该粉煤灰农用地土壤的环境质量。

（3）该污染严重区域建议运用客土+改良+钝化/稳定化组合修复技术进行重金属修复，避免农作物中的重金属含量过高，造成人类健康隐患。