顺平县土壤重金属分布特征及环境质量评价

田大争，马 涛，赵相雷，李 特

（1.河北省地质工程勘查院，河北 保定 071051；2.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定 0710513；3.河北省地质调查院，河北 石家庄 050081）

随着中国经济和社会的高速发展，土壤环境问题越来越突出[1]，逐渐受到人们的重视。2004年～2008年河北省地质调查院在该区开展过多目标地球化学调查。为了查明评价区重要的生态地球化学问题需要开展更大比例尺的土地质量调查，本次在顺平县采集了4216件表层土壤，分析了重金属分布特征及环境质量状况。

1 材料与方法

1.1 评价区概况

评价区为顺平县丘陵及平原区，面积约531km2。境内主干交通发达，京昆高速、保阜高速、107国道以及省道S237、S232和S332穿境而过，县乡村公路纵横交错，交通便利。境内地势西北高东南低，自然分为低山、丘陵、平原三大地貌类型，三种地貌各占全县面积的1/3。低山及丘陵区主要的土壤类型为褐土性土，平原及山间沟谷地区主要的土壤类型为潮褐土。变质基底为新太古界片麻岩，仅零星分布于寨坡庄一带。沉积地层分布于西北部，主要为中-新元古代地层，可划分为长城系、蓟县系、青白口系、寒武系、奥陶系，岩性以碳酸盐岩为主。第四系分布于东南部。评价区年平均气温为12.2°C,无霜期195天；年平均降水量为578mm，年平均风速2.3m/s。全年日照时间2523.4小时[2]。

1.2 样品采集与测定

采样点野外定位采用地形图结合手持GPS进行，电子手薄与奥维地图辅助定位，定位误差小于10m。为了提高采样点的样品代表性，以GPS定位点为中心，向四周辐射30米确定4个分样点，等份组合成一个混合样，采用“X”形或“十”形取样，采样时避开田埂、道路、新近堆积土及垃圾堆等各类点状污染地，避开施肥期和农药喷洒期。采集深度为0cm～20cm[3，4]。

土壤样品样品分析由河北省地质实验测试中心进行。土壤pH由电位法测定，As、Hg由原子荧光光度法测定，Zn、Pb、Cr、Cu、Ni由X射线荧光光谱法测定，Cd由等离子体质谱法测定。元素的分析质量由重复样和国家一级标准物质进行控制，各元素的报出率、准确度、精密度的合格率均为100%。

2 结果分析与讨论

2.1 土壤酸碱度分布特征

评价区土壤pH值范围4.225～8.76，平均值为8.17，土壤以碱性为主，变异系数非常小，反映其空间分布非常均匀，空间分布上具有与其它元素不同的分布规律。空间分布特征上表现为：碱性土壤在全区大面积分布，成土母质多对应于碳酸盐岩和第四系冲积物；中性土壤主要分布在西南蒲、东显阳等地，成土母质多对应于更新世冲积物。

2.2 土壤重金属分布特征

表1列出了评价区土壤重金属元素含量的统计参数，由表可见， Hg、Zn等含量变化范围相对较大，最大值与最小值相差几百倍，其变异系数均大于50%，尤其是Hg元素，变异系数高达113%，反映它们具有较大的空间变异性。相比而言，As、Cr、Pb、Cu等元素含量范围及变异系数较小，暗示其空间分布比较均匀，这一点从这些元素的微弱的背景值变化中也得以反映。

表1 评价区重金属元素含量特征统计表（N=4216）

评价区土壤铅含量范围9.68mg/kg～207mg/kg，平均值为23.88mg/kg，变异系数较小（23%），反映其空间分布非常均匀，空间分布特征总体表现为北部略高于中部、南部。铅强低值、低值区[6]（≤21.6mg/kg）主要分布东魏村、西尧城、魏家庄、田家台、新增庄，后者可能与成土母质有关；铅低背景区主要分布于低值区外侧；铅背景区主要分布于评价区中部；铅高背景区主要分布于评价区北部，与寒武系、奥陶系地层分布较为吻合，此外还分布于高于铺村；铅高值、强高值区（＞47.0mg/kg）主要分布于神北、葛庄子、东阳各庄、高于铺村等地，位于高于铺村的1803样点铅含量高达207mg/kg，可能与人为活动有关。镉元素与铅元素的分布特征相似。

评价区土壤砷含量范围2.29mg/kg～175mg/kg，平均值为10.99mg/kg，变异系数较小（28%），反映其空间分布比较均匀，空间分布特征总体表现为评价区北部要高于南部（图1a）。砷低值区（≤9.5mg/kg）主要分布于西部的西魏村、南常丰—董家庄等地以及东部的南腰山—东后兴等地；砷背景区在全区均有分布；砷高背景区主要分布于北部的北大悲—清醒、大岭后—团结—西安阳—北康关，其次分布于蒲上乡的西于家庄等地；砷高值区（＞13mg/kg）主要呈团状分布在北大悲、偏罗峪、龙堂等地，可能为热液活动的结果。土壤铬、镍、铜与砷相关性好，空间分布特征相近。

评价区土壤汞含量范围0.0106mg/kg～2.025mg/kg，平均值为0.050mg/kg，变异系数较大（113%），反映其空间分布极不均匀，空间分布特征总体表现为南部明显高于北部（图1b）。汞低值区（≤0.034mg/kg）主要分布于团结、大岭后、东安阳、马家庄等地；，汞低背景区主要分布于低值区的外侧，汞背景区在全区均有分布；汞高值区主要分布于评价区南部的蒲阳镇、白云庄、高于铺镇东南部等地；汞强高值区（＞0.101mg/kg）主要分布于顺平县城、白云庄、大辛店等地，可能与人为活动有关。

图1 土壤地球化学图

评价区土壤铬含量范围27.2mg/kg～163mg/kg，平均值为64.68mg/kg，变异系数较小（12%），反映其空间分布非常均匀，空间分布特征总体表现为北部高于南部。铬低值区（≤59.9mg/kg）主要分布于腰山镇的田家台—新增庄、蒲阳镇的西魏村等地；铬低背景多分布于低值区外带；铬背景区在全区均有分布；铬高背景区主要呈分布于评价区北部、河口乡等地，其次在高于铺镇南部有少量分布；铬高值区（＞74.6mg/kg）呈团状分布于西河口、王家庄、北湖、史家沟、先锋等地。镍元素、铜元素与铬元素的分布特征相似。

评价区土壤锌含量范围27.8mg/kg～3071mg/kg，平均值为77.6mg/kg，变异系数中等（66%），反映其空间分布不是非常均匀，空间分布特征总体表现为评价区北、南部要高于中部。低值区（≤66.1mg/kg）主要分布于腰山镇、蒲阳镇西南部、腰山镇东南部等地；低背景主要分布在低值区边缘，面积较小；背景区在全区均有大面积分布（除评价区中部外）；高背景区主要分布于河口乡、神北、西湖、红岭沟等地；高值区（＞100.4mg/kg）主要分布于河口乡、神北、李家庄等地。

2.3 土壤环境质量地球化学评价

（1）土壤环境地球化学单指标等级划分。土壤环境地球化学等级划分的最小空间单位为评价单元。当单元中没有评价数据时，可用插值法赋值，获得每个评价单元相应的评价数据[3，4]。

计算土壤污染物i的单项污染指数Pi：

式中：Ci为土壤中i指标的实测浓度；Si为污染物i在GB 15618—2018中给出的农用地土壤污染风险筛选值[7]。

按照表2所示的土壤单项污染指数环境地球化学等级划分界限值，单指标土壤环境地球化学等级划分。

表2 土壤环境地球化学等级划分界限

评价区土壤环境质量地球化学化学单指标等级无重度污染区，土壤Cr、Ni、Pb元素含量为清洁，其他元素仅有个别点为轻微污染、轻度污染或中度污染，＞99.46%的面积符合清洁标准，说明顺平县土壤环境质量整体较好[8]。

（2）土壤环境综合地球化学综合等级划分。土壤环境综合质量评价是在单指标土壤环境地球化学等级划分基础上，按照以下原则进行土壤环境地球化学综合等级划分：每个评价单元的土壤环境地球化学综合等级等同于单指标划分出的环境等级最差的等级。如As、Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Ni、Zn划分出的环境地球化学等级分别为四等、二等、三等、二等、二等、三等、二等和二等，该评价单元的土壤环境地球化学综合等级为四等[3，4]。

评价区土壤以一等（清洁）为主，比例为99.25%；综合超标比例为0.75%，以二等（轻微污染）为主，比例为0.57%，其次为三等（轻度污染）（0.11%），四等（中度污染）比例仅为0.07%。

3 结论

（1）查明了顺平县重金属元素分布特征。各元素分布特征受与成土母质控制； Hg元素在城镇（或厂区）及附近形成局部高值异常，主要是受人为活动等点源污染影响。

（2）土壤环境质量等级评价表明，区内土壤中As、Cd、Cr、Hg、Cu、Ni、Pb、Zn等以清洁为主（占总比99.46% ～ 100%），区内主要的污染因子为Cd、Zn等重金属。土壤环境综合分级表明，评价区土壤环境质量以清洁为主（99.25%）。