土壤重金属环境背景值在土壤污染识别的应用及建议——以贵阳市为例

肖兴艳 李 宁 彭园花

（1 贵阳市生态环境科学研究院 贵州贵阳 550081 2 贵阳市第四片区环境监测站 贵州贵阳 550081）

引言

土壤受到重金属污染，不但会影响土壤功能的稳定性以及其生态结构，而且会逐步对土壤的生物特征、微生物群落以及理化性质等产生不利的影响。同时，土壤中的重金属还会对作物生长产生不良影响，造成作物体内重金属含量过高，从而对农产品及食品安全造成严重威胁，进而对人体健康产生不利影响[1]。

贵州省地处我国西南内陆地区腹地，是西南地区交通枢纽，长江经济带重要组成部分，多年来一直高度重视土壤保护工作。贵州省第3 次土壤调查，以高分辨卫星图像为底图，运用云计算、无人机等新技术，采取“互联网+”的方式，严格实施“村-乡-县-市-省”的“五级质量控制系统”，使贵州省的土地利用状况得到了较好的认识，并对数据进行了实时更新[2]。而贵阳市作为贵州省的省会城市，也是我国西南地区重要的中心城市之一，1999 年，国家有关部门对贵阳市土壤中54 个重金属的本底值进行了统计和分析[3]。由于工业的迅猛发展，工业“三废”排放量的增加以及金属矿物质的开采，使得重金属污染成为贵阳市最为严重和突出的土壤污染问题。

1 研究区概况

以贵阳市作为此次土壤重金属环境背景值在土壤污染识别应用的研究区，其地理概况说明[4]如表1 所示。

表1 贵阳市地理概况

在土壤理化性质中，pH 是一个很重要的影响因子，它不仅影响土壤对重金属的吸附，还影响重金属在土壤中的存在形态和植物的吸收。酸性条件下，土壤中部分重金属的活性增强，有利于作物对土壤中重金属的吸收和释放。因此，在国家标准和各类工业标准中，土壤重金属的限值都是根据土壤 pH 来划分的，除了砷以外，其它7 种金属元素的限值都是随着 pH 的降低而降低[5]。贵阳市由于地处西南高原腹地，四周多为山脉，且环境相对密封，不易于污染的扩散，是我国典型多酸雨的地区。贵阳市5 年内土壤平均PH 的详细参数如表2 所示，土壤年平均pH 属于中性，因此研究区的土壤未受到酸化侵蚀[6]。

表2 5 年内土壤平均PH 详细参数

2 土壤样品采集与重金属测定

为更好对贵阳市进行土壤污染识别，需先对该地区的土壤进行样品的采集，表3 为此次采集样品采样点的设定详细数据[7]。

表3 土壤样品采集

土壤取样方案采取的是规则网格取样法，每一个样点都从网格的4 个顶点和中心点中抽取出来，每一个样点都会从表层（0～30cm）的土壤中抽取2kg 左右土壤，在现场进行混合后作为该样点的代表样本。总共采集了350 个样点，在取样时，利用 GPS 进行了定位。在样品的取样、运输、保存和处理过程中，都严格遵守有关规定，以避免对土壤样品的污染[8]。

为了确保复测样本检测数据的精确度和客观性，将每一次重测样本分成5 个样本，由5 名技术熟练的人员进行独立检测，并以5 名人员检测结果的平均值为复测值。研究所用的土壤重金属元素检测方法都是按照美国环保局建议的消煮法进行，所用的土壤测试都是以优级纯、高光谱纯、超纯水为主要的测试手段，在测定时也是以国家标准所规定的标准土样为主要测试手段，测试结论也合乎国家标准的规定。对钶元素含量测定采用多层石墨炉原子吸收分光光度法，锑元素含量测定采用原子荧光光谱法进行计算，铅元素含量测定采用火焰原子吸收分光光度法。

3 土壤重金属环境背景值的污染识别

目前，我国已将土壤重金属环境背景值用于土壤污染场地筛选、土壤资源化推进、修复目标设定等，但具体运用方式仍不清楚。因此，在制定修复目标的同时需要根据土壤环境的本底大小来确定修复目标的大小，以及对土壤的资源化利用。本研究以在实际应用中经常使用的离群点识别方法为基础，并结合单一方法对土壤重金属环境背景值识别精度较低的现状，采用数理统计方法和土壤重金属背景值方法对整体离群点进行识别，采用局部空间自相关方法对土壤污染进行识别。土壤环境的背景值，是指在没有受到人为因素显著影响的情况下，土壤自身所具有的化学元素的成分与含量。通过对不同地理环境、地质等因素的分析，可揭示不同环境、地质、地理等因素对土壤重金属污染的影响规律。因此，在此基础上提出一种基于环境信息的土壤重金属污染监测与评价方法。在实际工作中，由于人类活动和自然活动等原因，往往会出现一些离群点。而在众多的离群点中，有些是客观的，有些则是受人为错误操作和样本处理方法错误的影响，不是客观的，因而通过对离群点成因的研究，既能明确其可能的来源，又能减少人工干预带来的误差，从而提升数据的可信度。

在对数据中的异常值进行识别之前，要先对数据进行正态性检查，因为如果数据不符合正态分布，就会造成比例效应，使得块金值和基台值发生改变，从而造成估值的不准确。相对于砷元素转换后的数据，原始数据更接近正态分布；而钶和铅元素转换后的数据，风度和偏度都有了很大的降低，说明转换后的数据更符合正态分布。对贵阳市3 个元素的正态性检验发现所有的数据都不服从正态分布，因此将它们进行对数转换后，发现除砷、钶、铅元素以外，其它的都呈正态分布。本研究选择砷元素的原始数据与对数转换后的数据进行了关联运算。砷元素的正态性检验如图1 所示，对砷、钶、铅元素进行土壤重金属环境背景值的污染识别结果如表4 所示。

图1 砷元素正态检验

表4 土壤重金属元素污染数据识别统计

4 基于土壤污染识别的治理建议

随着城镇化的加速，重金属通过多种方式进入土壤，不但使土壤污染日趋严重，也对周围居民的生活环境和身体健康产生了巨大的威胁。因此，如何针对城市污染现状及污染源展开研究，并加强防范管理，是贵阳市（研究区）开展土壤重金属污染整治的第一任务。

4.1 研究区土壤重金属污染治理建议

由于研究区土壤重金属污染中钶与铅的污染比较严重，在对其进行监测时，需适当增加密度监测，以及提高监测频率。但在土壤重金属污染监测过程中，还要为后续的修复与防治工作打好基础，既要保证监测网络监测指标的完整性，又要保证站点的精确性。因此，除3 种主要重金属元素外，可根据前期的研究结果，适当添加一些重金属元素，如铊、铍、锗等，同时还可通过对土壤理化性质的分析，进行动态监测。

根据表5 可以看出，这些重金属元素由于其不可降解性与持久性导致了土壤污染的不可逆转。结合研究区内的土地利用现状，提出对受工业废水污染较为严重的区域，采取土壤工程修复以及污染源控制等措施。另外，对非点源污染的农田，在充分考虑耕地的生产性功能后，可采用“先恢复后使用”的模式，严格控制农业投资；对受土壤污染风险较小的生态区域，禁止污染性操作，将注意力集中在成规模的畜禽养殖、矿产开采等操作中，确保土壤的生态净化效果能够正常进行。

表5 重金属元素年残留率

土壤是连接农业、城市、生态空间的基本物质，在治理研究区的土壤重金属污染的时候，必须将“山水林田湖草”等生态修复的理念作为“整体保护、系统修复、综合治理”的依据，对土地的开发和利用进行规范化管理，使土地的生产性和生态性达到平衡；对种植粮食、蔬菜等农作物的耕地，按照最严格的要求，确保耕地的质量与肥力；对那些不能进行生产的耕地，确定耕地变更标准。

由于在现行国土空间规划的大背景下，农业用地的用途主要是在永久基本农田范围内，因而在生态保护城镇红线开发范围之内的土壤，更应重视它们的生态功能，如道路、工厂周边的土壤，都可以被用来进行基础绿化，其恢复程度只要达到生态用地的标准就可以。因此，通过对研究区土壤重金属污染数据库的构建和完善，实现研究区土壤重金属污染风险的预测和预警；通过构建研究区土壤环境管理信息化平台，实现研究区土壤重金属污染防治的全过程数字化，保障修复成果的有效性；通过得到研究区土壤重金属污染防治的数字化经验，实现区域范围内土壤重金属污染防治的一体化。

4.2 研究区工业化地区土壤重金属污染治理建议

研究区的工业企业密集分布，其产生的“三废”对周围的土壤造成了不同程度的污染。对这些高污染、易污染的企业，应从总体布局和总体生产能力的提高2 个方面进行改造，在确定各企业排放标准的基础上，对产能落后、排放超限的企业进行整治停业及淘汰。首先，对已经造成周边地区土壤重金属污染的企业或者工厂，要明确其污染治理主体责任，并通过社会与政府的监督，确保地块一旦污染就能立即得到治理。其次，在工业园区规划指导下，对具有资质的工业企业进行分期搬迁，实现工业布局的可持续。最后，通过对“三废”的深度处理，以及对废水中的重金属元素进行深度回收，进一步降低重金属污染源向外释放的风险，实现对重金属污染的有效控制。

土壤重金属污染治理涉及的利益主体多、治理环节多、修复技术多，由于法律、法规和政策的不完善，很多地区的土壤重金属污染治理还存在着一些混乱，如企业责任难以明确，导致政府频频背锅，农村污染企业倒闭，农田被污染后难以持续耕种，从而造成了大量的农村人口流失，因此需健全多元化的法律制度为其提供强有力的支持。此外，为避免采用单一式的区域土壤重金属污染评价标准，还应以研究区土壤现状、潜在污染风险以及重金属污染来源为依据，结合土地使用状况，确定相应的安全保护、恢复指标，并制定相关标准，建立多元化的重金属污染评估准则，使治理流程规范化，让不同污染区域都能有合适的治理方式。

结语

本文选取贵州省贵阳市为研究区，采集350份土壤样品，进行土壤重金属测定、重金属污染现状评估以及风险评估等方面的研究，并针对研究区反映出的土壤重金属污染识别给出了相应的治理建议，同时还给出了工业发达地区的土壤重金属污染治理的建议，为制定地区土壤重金属污染识别与治理方法提供了一定的真实性参考。但由于目前研究区土壤重金属污染时序资料匮乏，难以利用更为精确的模型预测研究区土壤重金属污染的变化趋势，因此本文的预测结论虽然可供参考，所使用的方法依然存在一些不足，未来还需继续完善。