盐城市公路两侧土壤重金属污染风险评价

陈爱晶 徐汉亿 顾爱祥

（盐城市耕地质量保护站，盐城 224002）

土壤是人类赖以生存和发展的基础，随着经济社会的快速发展，资源被大量消耗，土壤重金属污染等环境问题也日益凸显。重金属污染会造成土壤肥力和粮食产量品质双下降，且重金属进入食物链后还会危害动植物和人类健康[1-3]。同时，土壤重金属污染的来源广泛、危害严重，具有隐蔽性、不可逆性、长期性、难降解等特点，故其已成为环境污染治理中的热点和难点问题[4]。在此背景下，为了对江苏省盐城市公路两侧土壤重金属污染风险进行科学评价，笔者对盐城市公路两侧1 170个土壤样品中的Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg重金属含量进行分析，旨在合理利用、规划和管理公路两侧的土地，保护生态环境和人类健康。现将相关研究结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 样品采集和预处理

以县为单位，选取开通5年以上、车流量大的公路作为研究对象。在距公路两侧25、50、100 m左右处分别采集土壤样品6个，采用梅花状取样法，采样深度为20 cm，共采集土壤样品1 170个。其中，东台、大丰、射阳每地采集土壤样品150个，亭湖、盐都、建湖、滨海、阜宁、响水每地采集土壤样品120个。每个土壤样品均由10个采样点混合而成，土样经风干去杂后用四分法逐级过筛，并装瓶待测。

1.2 样品测定方法

所有重金属元素的测定标准均参照国家相关标准进行。其中，土壤重金属总量提取采用HCl-HNO3-HF-HClO4消解法，土壤重金属Zn、Cr、Ni、Cu含量利用火焰原子吸收分光光度法测定，土壤重金属Cd、Pb利用石墨炉原子吸收分光光度法测定，土壤重金属Hg、As含量利用原子荧光法测定，土壤pH采用玻璃电极法测定。

1.3 评价方法

1.3.1 地积累指数法

地积累指数法[5]又称Muller指数法，该方法既反映了某一特定环境中各种污染的影响，又反映了多种污染物的综合影响，并以定量的方法划分出潜在生态危害的程度，是目前国内外土壤(沉积物)中重金属污染评价研究的先进方法之一[6]。其计算公式为：Igeo=log2[Ci÷(1.5×Bi)]，式中，Ci是元素n在沉积物中的含量（单位为mg/kg），Bi是元素n的地球化学背景值（单位为mg/kg），本研究采用的是江苏省A层土壤算术平均背景值[7]，Cu为22.3 mg/kg、Zn为62.6 mg/kg、Pb为26.2 mg/kg、Cd为0.126 mg/kg、Cr为 77.8 mg/kg、Ni为26.7 mg/kg、As为10 mg/kg、Hg为0.289 mg/kg。Igeo与污染程度分级的关系[8]，见表1。

表1 地累积指数与污染程度分级的关系

1.3.2 潜在生态危害指数法

潜在生态危害指数法[9]可用于反映特定环境中各种污染的影响和多种污染物的综合影响，并能以定量的方法划分出潜在生态危害的程度，其计算公式为：，式中，为某重金属的单因子污染指数，为土壤重金属的实测含量，为重金属的参比值，为单项重金属潜在生态危害指数，为单项重金属毒性响应参数，反应其毒害水平和生物对其污染的敏感程度，RI为区域多因子重金属综合潜在生态危害指数。8种重金属毒性响应系数Cu为5、Zn为1、Pb为5、Cr为2、Cd为30、Ni为5、As为10、Hg为40[10]。单项重金属潜在生态危害指数、区域多因子重金属综合潜在生态危害指数RI和污染程度的关系采用宁晓波等[11]和陈静生等[12]的划分标准，见表2。

表2 潜在生态危害指数与污染程度分级的关系

2 结果与分析

2.1 盐城市公路两侧土壤重金属含量分析

由表3可知，盐城市公路两侧土壤重金属含量差异较大，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的含量范围分别为 5.537 8～87.608 7、7.900 0～342.672 8、5.134 4～956.000 0、0.008 9～0.804 0、16.721 0～151.756 7、8.414 7～58.988 3、1.510 8～21.849 6、0.001 8～0.362 6 mg/kg。从平均值来看，8种重金属含量均未超过《食用农产品产地环境质量评价标准》的相关标准，其中，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均含量分别为22.659 0、77.762 7、28.715 3、0.107 1、62.227 3、28.509 3、8.884 7、0.050 9 mg/kg。对比分析盐城市公路两侧土壤重金属平均含量与江苏省土壤背景值可知，盐城市公路两侧土壤中Cu、Zn、Pb、Ni的平均含量超过了江苏省土壤背景值，表明这4种重金属元素在盐城市公路两侧土壤中有一定的积累。8种重金属元素的变异系数为25.69%～105.76%，其中，Pb的变异系数最大，为105.76%，达强变异水平，说明盐城市公路两侧土壤中Pb元素的分布差异较大；其次是Hg和Cd，变异系数分别为76.34%和53.09%，处于中等变异高位水平，说明盐城市公路两侧土壤中Hg、Cd元素也存在分布差异；Zn、As、Cu、Cr、Ni的变异系数较小且很接近，均处于中等变异低位水平，说明这5种重金属元素的空间分布相对均匀，存在污染程度的相似性。

表3 盐城市公路两侧土壤中重金属含量统计

2.2 地累积指数法评价盐城市公路两侧土壤重金属污染程度

采用地累积指数法评价盐城市公路两侧土壤重金属污染程度，结果表明，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均Igeo值分别为-0.64、-0.37、-0.64、-0.99、-0.96、-0.54、-0.85、-3.39，均小于0，说明盐城市公路两侧土壤整体无污染。不同样点及不同重金属元素间表现为绝大多数样点是0级无污染。但不同重金属元素的污染程度有所不同，其中，Hg的Igeo指数，所有样点均小于0，无Hg污染；Cr、Ni、As的Igeo指数，部分样点污染级别为1级，占比分别为0.25%、7.38%、5.00%；Cu、Zn、Pb的Igeo指数，部分样点污染级别为1级和2级，1级的占比分别为7.04%、22.14%、17.30%，2级的占比分别为0.17%、0.42%、0.85%；Cd的Igeo指数，部分样点污染级别为1级、2级、3级，占比分别为7.97%、0.17%、0.08%。

2.3 潜在生态危害指数法评价盐城市公路两侧土壤重金属污染程度

采用潜在生态危害指数法评价盐城市公路两侧土壤重金属污染程度，结果表明，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg 的平均值分别为 3.39、0.83、3.65、17.00、1.07、3.56、5.92、4.69，均低于40，说明盐城市公路两侧土壤表现为轻微污染。经进一步分析，Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg的单项污染风险指数值，所有样点均低于40，表明这6种重金属元素为轻微污染；Pb的单项污染风险指数值，除1个样点在80～160之间为较强污染外，其他样点均低于40，为轻微污染；Cd的单项污染风险指数值，有0.27%的样点在80～160之间，为较强污染，有1.53%的样点在40～80之间，为中等污染，有98.20%的样点低于40，为轻微污染。以上结果表明，Cd和Pb是盐城市公路两侧土壤重金属污染的主导因子。

盐城市公路两侧土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的区域多因子重金属综合潜在生态危害指数RI范围为19.38～172.10，平均值为40.11，为轻微污染。从不同污染程度来看，有99.83%的样品为轻微污染，仅有0.17%的样品为中等污染。以上结果表明，盐城市公路两侧土壤整体表现为轻微污染，虽然目前重金属污染对农业的危害较小，但相关部门也应高度重视。

3 结论与讨论

研究结果表明，盐城市公路两侧土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均含量分别为22.659 0、77.762 7、28.715 3、0.107 1、62.227 3、28.509 3、8.884 7、0.050 9 mg/kg，均未超过《食用农产品产地环境质量评价标准》的相关标准，与江苏省土壤背景值相比，8种重金属元素的平均含量或增或减，究其原因可能与背景值来源、重金属迁移[13]等有关。但是，盐城市公路两侧土壤中Cu、Zn、Pb、Ni的平均含量超过了土壤背景值，表明这4种重金属元素在盐城市公路两侧土壤中有一定的积累。区域重金属元素含量的变异系数可反映该元素在该区域的分布和污染程度差异，变异系数越大，说明各采样点在总体样本中的平均变异程度越大[14]。本研究中，Pb的变异系数最大，为强变异，说明盐城市公路两侧土壤中Pb元素的分布波动性和外援干扰较大；其他7种重金属的变异系数在10%～100%之间，为中等变异，说明其他7种重金属元素的空间分布相对均匀，存在污染程度的相似性。

采用地累积指数法评价公路两侧土壤重金属污染程度，8种重金属元素的平均Igeo值均小于0，说明盐城市公路两侧土壤整体无污染，但部分样点中Cu、Zn、Pb的污染程度已达2级（中度污染），且Cd的污染程度已达2级（中度污染）或3级（中度-强度污染）。采用潜在生态危害指数法评价盐城市公路两侧土壤重金属污染程度，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的平均值均低于40，说明盐城市公路两侧土壤表现为轻微污染，但有1个样点中Pb为较强污染，有部分样点中Cd为中等或较强污染。

地积累指数法和潜在生态危害指数法的评价结果存在一定差异，究其原因，地积累指数法侧重于重金属含量与背景值的对比评价，主要反映外源重金属的富集程度，而潜在生态危害指数法不仅考虑重金属含量，还考虑不同重金属的生物毒性影响[13]。累积指数法得出有部分样点中Zn、Cu、Pb、Cd达到中度污染或中度—强度污染，但不同重金属元素的毒性响应系数不同，其中，Cd为30，Pb、Cu、Zn分别为5、5、1，故单项污染风险指数也不同。因此，Cd和Pb是盐城市公路两侧土壤重金属污染的主导因子。

采用潜在生态危害指数法评价盐城市公路两侧土壤重金属污染程度，盐城市公路两侧土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg的区域多因子重金属综合潜在生态危害指数RI范围为19.38～172.10，平均值为 40.11，仅有 0.17%的样品为中等污染，也表明盐城市公路两侧土壤整体表现为轻微污染，虽然目前重金属污染对农业生产的危害较小，但相关部门也应高度重视。