土壤生态地球化学风险评价

赵西强　王存龙　喻超

摘要以全国土地污染防治项目取得的地球化学数据为基础，对乐陵-河口地区土壤重金属含量水平、污染现状、主要来源进行系统研究，并在研究区内开展土壤生态地球化学风险评价，结果表明：表层土壤中元素 Cd、Hg、Pb富集系数较大，其平均含量分别为0.16 mg/kg、0.030 mg/kg、21.8 mg/kg，表现出明显的表层富集特征。区内土壤重金属元素潜在生态危害轻微级达到90.07%，中等的占9.58%，强的占0.35%，没有很强和极强级别，土壤潜在生态危害不很严重。Hg、Cd、As 3种元素对土壤危害的贡献率之和达到86.55%，Hg是调查区土壤污染最严重和危害最大的重金属元素，其生态危害贡献率就达到了48.03%；Cd次之，强和很强生态危害等级以上的土壤样品占总数的0.32%；土壤重金属元素危害程度从大到小的排序为Hg>Cd> Pb>As>Cu>Ni>Cr>Zn。该研究在制定重金属污染防治对策、进行土壤环境质量保护等方面具有重要的指导作用。

关键词土壤重金属污染；生态地球化学；风险评价；乐陵-河口

中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）28-09906-04

The Soil Ecological Geochemistry Risk Assessment——A Case Study in Leling Estuary Area

ZHAO Xiqiang， WANG Cunlong， YU Chao

（Shandong Institute of Geological Survey， Jinan， Shandong 250013）

AbstractBased on the geochemical data obtained from the national project about the prevention and control of soil contamination， through studying on the pollution investigation and the temporal and spatial variation of soil heavy metal， this study analyzed the pollution status and dynamic changes of soil heavy metals profoundly and systematically， carried out ecological geochemical assessment of risk in the study area. The results showed that： potential ecological risk of heavy metals in the soil was in slight level. The contribution the elements Hg， Cd， As in soil damage reached 86.55%. The contribution of the ecological hazards of the element Hg reached 48.03%. The samples that the degree of ecological hazard of Hg are very serious and extremely serious accounted for 9.69% of the total， The contribution of Hg in ecological hazard only reach 44.64% among the three elements； The samples of Cd above the level of serious ecological hazards accounted for 0.32% .The elements sorted in descending in ecological hazard is Hg> Cd> Pb> As> Cu> Ni> Cr> Zn. This study will provide technical support for heavy metal pollution prevention and soil environmental quality protection.

Key wordsSoil heavy mental pollution； Ecogeochemical； Risk assessment； LelingEstuary

調查区位于山东省北部边缘，涉及德州、滨州、东营3市所辖10个县（市、区）部分地区，面积1.00万km2。地理坐标为116°15′～119°15′ E，37°28′～38°22′ N。区内属于暖温带大陆型季风气候区，四季分明，春季干旱少雨多风；夏季炎热多雨湿度大；秋季旱涝不均；冬季严寒干燥，雨雪稀少。区内水系十分发育，马颊河、徒骇河、德惠新河独流入海，多为季节性河流。卫运河及漳卫运河在工作区西北、北部穿过，为山东省与河北省的界河。马颊河从陵县进入工作区，横贯测区的宁津、乐陵、庆云到无棣县北部入渤海，是区内的主要河流。徒骇河从沾化县进入工作区，南北向穿越工作区，北入渤海。区内除无棣县碣石山有小面积的新生代玄武岩出露外，其余全为第四纪松散沉积物覆盖。地形较为平坦。地面标高一般小于70 m，总的地势为西高东低，自南西向北东微倾。按地貌成因类型可划分为黄河冲积平原、冲海积平原、现代黄河三角洲平原3种地貌单元[1-3]。近年来，由于化肥、农药的大量使用和城镇污废水排放，区内土壤环境质量污染严重。

1样品采集与分析

1.1样品采集

根据“多目标区域地球化学调查规范”技术要求[4]，中国地质调查局现已开展的多目标地球化学调查项目分别采用1个样/km2、1个样/4 km2组合分析样采集表层土壤样品，采样深度0～20 cm，以1个样/4 km2、1个样/16 km2组合分析样采集深层土壤样品，采样深度150～200 cm。为使采集的土壤样品具有代表性并兼顾均匀性与合理性，应在采样小格中心100 m范围内3～5处多点采集组合，样品重量大于1 000 g。样品分析As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等54项元素和指标[5]。

1.2样品测试分析

样品分析测试由湖北省地质实验研究所完成。元素As、Hg采用原子荧光光谱法（AFS）分析，元素Cd、Cu、Ni、Pb、Zn用等离子质谱法（ICP-MS）分析，Cr元素采用X射线荧光光谱法（XRF）测试。样品测试分析方法检出限均低于规范要求，其中As、Hg的检出限分别为0.2 mg/kg、0.4 μg/kg，Cd的检出限为0.02 mg/kg，Cu、Cr、Ni、Pb、Zn的检出限分别为0.1 mg/kg、2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.2 mg/kg、0.5 mg/kg。

分析过程插入国家一级标准物质及5%密码重复样对元素的分析质量进行监控，对国家一级标准物质及密码重复样的计算结果表明元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn分析准确度和精密度分别控制在0.01～0.03、 2%～4%，远低于规范质量标准。密码重复样合格率均大于85%，显示样品分析的重复性较好，达到分析测试规范要求。并经中国地质调查局专家验收通过，评分91分，评定等级为优秀级。该研究所引用的分析数据，质量优秀、真实可靠。

1.3数据处理

该研究参照中国地质调查局《土壤地球化学基准值与背景值研究若干要求》统计全区及各统计单元的基准值和背景值，是针对统计样品数不少于30个而言。当单元统计样品数较少（不足30个）时，则用中位数值（Xme）代表基准值，算术平均值加减2倍算术标准偏差（Xme±2S）代表基准值变化范围。背景值的求取方法与基准值相同。对于区域性数据的成图采用MapGIS软件参照多目标区域地球化学调查规范执行并绘制。

2结果与分析

2.1重金属元素含量特征

乐陵-河口地区土壤重金属元素含量参数统计见表1。由表1可见，深层土壤中重金属元素含量范围变化不大，其平均含量相比山东土壤背景和全国土壤背景较为接近。相对于深层土壤，表层土壤中元素 As、Cr、Cu、Ni、Zn的平均含量较为接近，而Cd、Hg、Pb富集系数较大，其平均含量分別为0.16 mg/kg、0.030 mg/kg、21.8 mg/kg，表现出明显的表层富集特征。与山东土壤背景和全国土壤背景相比，表层土壤中As、Cd、Cr、Ni的含量水平较高，Cu、Pb的含量水平较低，其中Cd平均含量分别为山东土壤背景的1.9倍，说明研究区内表层土壤中As、Cd、Cr、Ni的污染程度略高，Cu、Pb的污染水平较低。

2.2土壤重金属污染评价

土壤重金属元素污染等级划分是土壤重金属环境污染评价的基础，是全国土地质量调查与污染防治成果工作的重要组成部分。污染等级划分是以土壤元素基准值为基础，以基准值上限的n倍（n=1，2，3）对土壤重金属含量进行污染等级分等，以确定土壤重金属污染的程度，为土地质量等级评估、生态地球化学预警及土壤污染治理提供基础地球化学依据[7-9]。

2.2.1重金属污染单因子评价。

土壤重金属元素单因子评价采用污染分指数法，逐一计算土壤中重金属的污染分指数，以确定其污染程度。土壤中重金属污染分指数计算式为：