成都市郫都区唐昌镇土壤重金属污染及风险评价

王顺祥 龚仓 王亮 严步青

摘要 在成都市郫都区唐昌镇采集788个表层土壤样品，对其pH、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg等参数进行了分析测试，并采用地积累指数法、单因子指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态指数法对研究区重金属污染进行综合评价。结果表明，研究区土壤中Ni比较清洁；Cu、Pb、Zn总体来说污染较小，仅个别样点存在污染情况，这些样点附近均存在工业区；Hg存在轻度—中度污染情况；大部分区域重金属污染潜在风险程度较低，强风险区域少，这主要是由于Hg潜在风险程度高的缘故，Hg的作用占主导地位，需加强管控，降低潜在生态风险程度。

关键词 土壤；重金属；污染评价；成都市郫都区唐昌镇

中图分类号 X825  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）13-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.015

Soil Heavy Metal Pollution and Risk Assessment in Tangchang Town of Pidu District in Chengdu City

WANG Shun-xiang， GONG Cang，WANG Liang et al

（Civil-Military Integration Center of China Geological Survey， Chengdu， Sichuan 611732）

Abstract 788 surface soil samples were collected in Tangchang Town of Pidu District in Chengdu City， and their pH， Cu， Pb， Zn， Ni， Hg and other parameters were analyzed and tested. The heavy metal pollution in the study area was comprehensively evaluated by the land accumulation index method， single factor index method， Nemero comprehensive pollution index method and potential ecological index method.The results showed that the soil Ni in the study area was relatively clean. In general， Cu， Pb and Zn were less polluted， and only a few other sampling points were polluted， and there were industrial areas near these sample sites. There was light to moderate pollution of Hg.The potential risk degree of heavy metal pollution was low in most regions， and there were few areas with strong risk. This was mainly due to the high potential risk degree of Hg， which played a dominant role. Therefore， it was necessary to strengthen control and reduce the potential ecological risk degree.

Key words Soil;Heavy metal;Pollution evaluation;Tangchang Town of Pidu District in Chengdu City

基金项目 中国地质调查局地质调查项目（DD20211580）。

作者简介 王顺祥（1991—），男，四川眉山人，工程师，硕士，从事环境友好化学及分析化学研究。

收稿日期 2023-02-06

土壤是非常宝贵的资源，与人类生活密切相关，它是动植物生存的基础和载体，同时也是环境污染主要的来源和汇集地，随着社会不断发展，土壤重金属的污染持续增强［1-2］ 。“三废”的排放、农田污水和过多肥料的灌溉等问题导致重金属不断积累，这类污染具有残留时间长、难被生物降解、易蓄积、生物毒性大等特点，容易造成土体退化和水质污染，严重危害农作物的生长，还可能经过食物链进入人体，威胁生态环境和人类健康［3-5］。

保护环境已经成为当今世界的共识，成都市坚持将公园城市作为生态文明引领城市发展的战略目标，坚持生态文明建设的实践探索，该试验研究区处于成都“西控”区域，加之大力实施乡村振兴战略，强化生态功能，因此开展土壤重金属污染以及风险评价意义巨大。通过前期调查、野外采样、试验分析等方法，利用地积累指数、单因子指数、内梅罗綜合污染指数和潜在生态指数［6-7］评价成都市西部唐昌镇的土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、Hg这5种重金属元素污染情况，并结合相关性分析，分析5种重金属的相关性及来源，为该地区重金属污染的治理、保障韭菜（韭黄）和食用菌产业的食品安全提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区处于成都平原腹心地带、成都市西部近郊，都江堰直流灌溉精华区域，距离成都市区约40 km，是府南河的天然绿色屏障，成都市饮用水源保护核心区，拥有良好的生态资源，既具有良好的农业生产条件，又比邻都市消费市场。韭菜（韭黄）和食用菌是该地区两大农业主导产业。研究区属亚热带湿润性季风气候，全年气候温和，雨量充沛，无霜期长，四季分明，冬暖夏凉，年平均气温15.7 ℃，年降雨量972 mm，年日照时数1 280.9 h。

1.2 样品采集

样品采集地理坐标为 103°44′44″～103°54′51″E、 30°52′22″～30°57′47″N。在按照《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）要求完成土壤样点布设和采集，调查精度1∶50 000。土壤样品布设坐标系采用CGCS2000，以1 km2为单位格子，样品在空间上分布相对均匀，主要样点分布在耕地区并兼顾林区，其中耕地和林地区基本布点密度为9个/km2，在工作区范围内居住区、学校、工业用地、城镇中心为主的建设用地区按照1∶50 000比例尺采样密度范围的最低要求（4个/km2）布设取样点进行控制［8］，采样位置如图1所示。围绕每个取样点布设1个中心点和4个分点，采样深度20 cm，采用四分法取1 kg左右土壤样品，采集的样品放入样品袋中并标注样号以及采样时间。工作完成面积约80 km2，共采集样品788件。

1.3 样品加工与分析

样品置于干净整洁的室内通风晾干，用木棒敲碎土块，并且将土壤里的各种杂物除掉。待样品晾干后，用木棒继续碾压，同时挑出样品内残留的杂物；将压碎的土样进行2 mm过筛，直至全部样品通过；然后将过筛后的土壤样品进行称量混匀，一部分送至实验室，研磨过20目用于土壤pH的测定，研磨过100目尼龙筛后用于重金属元素含量的测定，其余用作副样保存。

称取10 g土壤样品（精确至0.1 g）于 50 mL 高型烧杯中，加去除 CO2 的水 20 mL，以搅拌器搅拌 1 min，使土粒充分分散，放置后以离子选择电极法对pH进行测定。称取约4 g土壤样品于塑料环中，在 30 t压力下压成样片，采用X射线荧光光谱法测定土壤中Cu、Pb、Zn、Ni，其检出限分别为1、2、4、2 μg/g。称取 0.250 0 g 土壤样品，加入王水置于沸水浴中加热 1 h，取下冷却至室温，稀释至刻度，摇匀，放置澄清；分取清液，加铁盐溶液和硫脲-抗坏血酸溶液摇匀，放置数小时后直接分取清液，采用冷原子荧光光谱法测定Hg，检出限为0.000 3 μg/g。

1.4 污染评价方法

1.4.1 地积累指数法。

地积累指数法是由德国科学家Muller提出的，其不仅考虑了环境地球化学背景值和人为污染因素，还考虑到了自然成岩作用引起的背景值变动的因素，广泛应用于沉积物等物质中重金属污染程度的定量评价［9］。地积累指数Igeo计算公式如下：

Igeo=log2CiK×Cin（1）

式中，Ci为土壤中i指标的实测浓度；Cin为土壤中i指标的背景值，是成都经济区表层土壤背景值；K是转换系数（取值为1.5）。根据地积累指数，将污染程度划分为7个等级，具体如表1所示。

1.4.2 单因子指数法和内梅罗综合污染指数法。

土壤重金属元素污染情况以单因子污染指数（Pi）和内梅罗综合污染指数（Pn）为评价指标，单因子指数法是世界上常见的评价重金属污染方法之一；内梅罗综合污染指数法是在单因子指数法的基础上计算的，是一种结合重金属元素含量与环境质量进行综合评价的方法。Pi和Pn计算公式［10-11］如下：

Pi=CiSi（2）

Pn=12（2i+P2imax）（3）

式中，Ci为土壤中i指标的实测浓度；Si为污染物i在《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618—2018）给出的农业用地标准值（二级标准值）。i为土壤中5种重金属的单因子指数平均值；Pimax为土壤中5种重金属的单因子污染指数最大值。单因子污染指数（Pi）和内梅罗综合污染指数（Pn）评价标准见表2。

1.4.3 潜在生态指数法。

潜在生态指数法是瑞典科学家Hakanson［12］建立的一种对重金属生态风险评价的方法，该方法不但考虑了重金属元素的含量，而且考虑了重金属的环境效应、生态毒性等的综合作用，广泛应用于环境污染生态风险评价，其计算公式如下：

RI=niEi=ni（Tir×Cif）=ni（Tir×CipCin）（4）

式中，Cin为土壤中i指标的背景值；Cip为土壤中i指标的实测值；Tir为土壤中i指标的毒性系数，Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的毒性系數［13］分别为5、5、1、5、40；Cif为土壤中i指标的污染系数；Ei为土壤中i指标的潜在生态风险指数；RI为综合潜在生态风险指数。重金属潜在风险指数评价标准见表3。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel和SPSS Statistic 26软件进行数据处理分析，用Origin 9.0软件进行绘图工作。

2 结果与分析

2.1 土壤pH和重金属含量

从表4可以看出，研究区表层土壤 pH 的平均值为 6.17，几乎均为酸性—中性土壤，酸性土壤面积 61.17 km2，占评价区总面积的74%；中性土壤面积 12.82 km2，占评价区面积的19.63%；只出现小面积碱性土壤。该地区属于亚热带季风性湿润气候，水资源丰富，在气温高、降水量多的气候条件下，促进土壤风化，有利于进行淋溶作用，盐基淋失较大，土壤中含的H+逐渐加多，从而使土壤越来越向酸性方向演变［14］。研究区土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、Hg这5种重金属含量平均值均高于成都经济区表层土壤背景值，低于GB 15618—2018二级标准土壤筛选值，变异系数都属于中等变异程度。

2.2 地积累指数法评价

从表5可以看出，研究区土壤中Cu、Pb、Zn、Ni和Hg平均地积累指数（Igeo）分别为-0.30、-0.51、-0.45、-0.22和0.18，表明Hg存在轻度—中度污染情况，其余重金属表明不存在污染情况。为深入了解该地区地积累污染级别，统计了5种重金属元素的地积累指数分级频率［17］，结果表明（表6），Ni比较清洁，Cu、Pb、Zn有零星点存在重金属污染；Hg的污染频率较大，其中40.61%受到轻度—中度污染，10.66%受到中等污染，1.39%受到中等—强污染。

2.3 单因子指数法和内梅罗综合污染指数法评价

研究区土壤重金属元素的单因子污染指数（Pi）以及内梅罗综合污染指数（Pn）结果见图1。Cu、Pb、Zn、Ni和Hg的i分别为0.59、0.36、0.50、0.49、0.09，均小于1。但是Cu、Pb和Zn分別有5、1和1个样点的Pi值在1.0～2.0，表明这几个样点存在轻微污染；Cu和Zn均有1个样点Pi值大于5，分别达到6.07和7.28，属于重度污染，可能是因为采样点靠近工业区。

该区域重金属元素Pn为0.31～5.22，平均值为0.62，表明土壤样品综合污染程度为安全。研究发现，土壤样品中98.3%的样本综合等级为安全，1.5%的样本综合等级处于低污染，0.2%的样本综合等级处于严重污染。总的来说，研究区土壤质量处于清洁水平。

2.4 潜在生态指数法评价

研究区土壤重金属元素的潜在生态风险指数（Ei）和综合潜在风险生态指数（RI）结果见图3。从图3可以看出，Pb、Zn和Ni的Ei均小于40，风险程度较低；Cu有1个样点的Ei值达到了108.01，风险程度为中高等，其余均小于40；对于Hg，仅有10.8%样品风险程度较低，60.3%潜在风险程度为中等，2个样品风险程度达到了极高等。研究区RI为28.32～465.27，平均值为95.74，90.1%的样品具有轻微的综合潜在生态风险，9.1%具有中等风险，0.8%具有强风险。研究区大部分区域重金属污染潜在风险程度较低，强风险区域分布较少，需加强管控，降低潜在生态风险程度。

从表7可以看出，研究区土壤5种重金属的地积累指数（Igeo）、单因子污染指数（Pi）和潜在生态风险指数（Ei）的平均值的污染等级结果存在差异，地积累指数和潜在风险指数都指示Hg存在轻度—中度污染，而单因子污染指数指示其不存在污染情况。其原因一是参考值不同，对于地积累指数和潜在风险指数的对比参考值为成都经济区表层土壤背景值，对于单因子污染指数的对比参考值为国家土壤筛选值（GB 15618—2018二级标准）；二是单因子污染指数主要考虑外源重金属的富集程度，而地积累指数在此基础上还考虑到了自然成岩作用引起的背景值变动的因素，潜在生态风险指数还考虑到了重金属的生物毒性对环境的影响［20］。

2.5 土壤重金属相关性及来源分析

采用皮尔逊相关系数来检验不同重金属之间的关系，并寻找其可能的来源［18］。如果结果显示重金属之间存在正相关关系，表明它们可能有共同的来源。从表8可以看出，Hg与Cu、Hg与Zn、Zn与Pb呈显著相关（P<0.05），Ni与Pb、Ni与Cu、Ni与Zn、Hg与Pb、Hg与Ni、pH与Pb、pH与Ni呈极显著相关（P<0.01），说明研究区这些重金属元素可能具有共同的成因。5种重金属的高值点主要集中在研究区镇区以及周边居民区，主要来源可能是交通、大气沉降、农业施肥［19］等人为活动源，零星样点存在重金属含量超高现象，其主要原因是样点附近存在工厂，均与人类的活动密切相关。除此之外，研究区土壤几乎均为酸性—中性土壤并有向酸性条件发展的趋势，酸性土壤有利于重金属离子释放出来成为游离态，会造成一定程度上重金属聚集。

3 结论

（1）研究区表层土壤pH平均值为6.17，几乎均为酸性—中性土壤并有向酸性土壤演变的趋势；Cu、Pb、Zn、Ni、Hg含量均高于成都经济区表层土壤背景值，低于GB 15618—2018二级标准土壤筛选值，变异系数属于中等变异程度。

（2）研究区土壤中Ni比较清洁；Cu、Pb、Zn总体来说污染较小，仅个别样点存在污染情况，这些样点附近均存在工业区；Hg存在轻度—中度污染情况。重金属的高值点主要集中在研究区镇区以及周边工业区，主要来源可能是交通、大气沉降、农业施肥等人为活动。研究区土壤整体呈酸性—中性，酸性土壤有利于重金属离子释放出来成为游离态，会造成一定程度上重金属聚集。研究区大部分区域重金属污染潜在风险程度较低，有较少的强风险分布区域，主要是由于Hg潜在风险程度高的原因，Hg的作用占主导地位，需加强管控，降低潜在生态风险程度。

（3）单因子污染指数主要考虑外源重金属的富集程度，而地积累指数在此基础上还考虑了自然成岩作用引起的背景值变动的因素，潜在生态风险指数还考虑了不同重金属的生物毒性对环境的影响。土壤中重金属含量的结果是受到很多因素影响的，包括pH、有机质、元素的迁移规律及价态、生物毒性的叠加或拮抗作用等。因此有必要采用多种评判方法对其进行比较和归纳，这样结果会更具有参考性。

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