长寿地区土壤重金属元素污染特征及评价

龚晓波 ，廖阮颖子，孟 标，郭道军，胡 阳，凌亚军

（四川省地质矿产勘查开发局106地质队，成都 611130)

长寿地区土壤重金属元素污染特征及评价

龚晓波 ，廖阮颖子，孟 标，郭道军，胡 阳，凌亚军

（四川省地质矿产勘查开发局106地质队，成都 611130)

为查明长寿城区及周边区域表层土壤中As、Cd、Hg等8个重金属元素的污染情况，进行土壤测量结果显示，区内Cr、Hg、Ni等大部分元素的平均含量高于三峡库区深层土壤背景值，Hg、Pb的后期叠加作用最为强烈；除Hg外，其余7个元素含量间存在显著正相关，其中Cr、Ni最为显著；随着pH值增加，Ni、Cr、Cd、Cu含量显著增加；单因子污染指数评价和内梅罗综合指数评价均显示研究区内土壤环境质量总体较好，污染区域较少，以轻度污染-中度污染为主，重污染约占全区面积的0.3%，Hg元素为研究区内最主要的污染元素。

重金属元素；污染评价；土壤；长寿区

长寿区位于重庆市东北部、长江三峡库区上游，是重庆重要的化工工业卫星城市。境内主要工厂及企业主要集中分布于长寿城区西部的晏家工业园区及长江主要支流龙溪河、桃花溪等附近。

通过对长寿城区及周边主要工业集中区开展表层土壤采样，测试并研究区域内8个重金属元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）及pH值分布规律，采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法（Nemerow Index）依据国家二级土壤评价标准对该区域内表层土壤重金属元素污染进行评价，为下步防治重金属污染提供依据。

1 研究区背景

研究区范围北从长寿区八颗镇南至江南镇，面积约为170km2。研究区西部为晏家工业园，区内有钢铁、化工、制药等大型企业分布。其中江南镇为重钢所在地，城区以西朱家镇有四川维尼纶厂，城区邻近长江位置有四川染料厂、长寿制药厂等，城区西北-北部的渡舟-八颗镇主要为旱地，种植玉米、稻谷等农作物。区内地貌特征以低山为主，相对高差约100～200m，长江从中部流经，区内最高点为北部的菩提山，高程为596m，最低点为长江江面，高程约为160m。出露的地层以侏罗系为主，主要有珍珠冲组、新田沟组、沙溪庙组以及遂宁组、蓬莱镇组和少量第四系，岩性以浅湖及河湖交替相沉积的砂岩、泥岩为主，断裂及褶皱构造均不发育，矿产资源甚为稀少。

图1 研究区地理、地质及采样范围简图

2 样品采集与测试分析

本次工作采样布置以500×500m为基本布样单元，每个基本单元进一步分为A、B、C、D四个小格，样品基本均匀地布设在A、D小格内，试验采样密度为8件/ km2，采样深度为0～30cm土柱。为提高每个采样点上样品的代表性，在采样小格中沿路线采集3～5处组合成一件样品，土样原始重量不低于1 000g。本次共采集样品1 358件，较为均匀的分布于研究区不同区域内。

样品采集加工后，送至西昌测试中心采用多测试方法套合测试方案（表1）。采样密度、分布及采样数量等均能保证样品对样点周围土壤地球化学环境的代表性；采用重复样采集的方式对分析质量进行监控，结果表明测试的数据较为可靠。

3 结果与讨论

3.1 重金属元素含量及分布特征

1∶20万涪陵幅化探成果表明，研究区内地层中Hg元素含量起伏较大，其他元素主要是以低背景为主。根据样品中8种重金属元素测试数据的统计结果，以及与三峡库区及全国土壤背景值进行对比（表2）。表明研究区重金属元素含量及分布呈现出不同的状态，其平均含量水平排序为：Zn＞Cr＞Pb＞Ni＞Cu＞As＞Hg＞Cd。全区而言，Cr、Hg、Ni、Pb、Zn明显大于三峡库区土壤重金属含量及全国土壤背景值，Cd、Cu平均含量低于三峡库区及全国土壤背景值，As略高于三峡库区背景值而低于全国值。这说明这些元素在一定程度上呈现局部富集现象。元素的叠加强度显示，研究区内Hg元素的后期叠加作用强度较大，受人类活动影响程度较高，Pb的叠加强度为4.9，说明Pb元素在成土后存在中等的叠加作用；同时As、Cu的叠加强度在2～4之间，说明也有弱的叠加作用，而其他元素的叠加作用较弱。

表1 土壤样品重金属元素测试方法及检出限

表2 长寿区表层土壤中重金属元素特征值（μg/g）

平均值反映元素含量的集中趋势,变异系数（标准差与均值的比率）则反映元素的离散程度[3]，区内As、Cu、Hg、Pb、Zn变异系数明显大于0.5呈中等分异分布，表明表层土壤中As、Cu、Hg、Pb、Zn五种元素含量数据较为离散，受人类活动或者外界作用的影响较大；Cd、Cr、Ni三种元素的变异系数处于0.25～0.5之间，呈均匀-弱分异分布，说明这三种元素受到外源干扰作用或人类活动影响较小。

从不同采样区域分析来看，长寿区江南镇地区As、Cr、Pb、Zn平均含量明显高于较其他地区同类元素平均含量，这可能与该区域内的重钢生产基地的工业生产有关；而长寿城区范围内的重金属元素平均含量明显存在高As、Cr、Cu、Hg、Zn，其他元素平均含量处于中间状态，整体平均pH呈中性略偏碱性，这可能是由密集的人类活动引起；城西地区重金属元素中As、Hg、Ni、Zn含量较高，推测可能与晏家

表3 不同采样区域重金属元素含量总平均值（μg/g）

工业园、川维等化工企业的工业活动有关；城北主要为旱地，该区域内各类重金属元素的平均含量略高于城区临近周边外，而整体低于其他区域，整体土壤偏酸性。

综上所述，长寿地区重金属元素的分布主要与人类活动、农田施肥及成岩母岩等多方面因素有关。研究区内主要土壤属侏罗系红层土壤，多为岩石就地风化形成，土壤中重金属元素的含量受母岩控制程度较高；研究区内多个重金属元素的含量高于背景值含量，尤其是Hg元素，其叠加强度高达23.5，极有可能是因为大气颗粒通过干湿沉降进入土壤，造成重金属含量的普遍偏高。

3.2 重金属元素相关性分析

表4 长寿区表层重金属元素含量间Pearson相关系数

表5 长寿区表层重金属元素含量与pH值间Pearson相关系数

研究表明，利用土壤中重金属含量的相关性可以推测重金属的来源是否相同，若元素间相关性显著和极显著，则说明元素间一般具有同源关系或是复合污染[4]。研究区内除Hg元素外，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn元素含量之间存在不同程度的正相关，说明这些元素同源的可能性较高，同时，Cr、 Ni之间也存在明显的正相关，而其他元素间相关系数为0.2～0.4之间，这也说明了Cr、Ni元素同源的可能性最高。这些元素间表现的正相关，可能暗示了研究区域内不同土壤类型、工业类型及人类活动等控制着重金属元素的含量和分布特征。3.3 重金属分布与pH值关系

pH值是土壤重要的化学指标，研究表明土壤pH值升高将导致土壤重金属元素吸附量和吸附能力急剧上升[5～8]。研究区内仅城区土壤略偏碱性，其余区域内的土壤均偏酸性，变化不大，但从相关性来看，研究区内pH值与Ni、Cr、Cd、Cu元素含量间存在明显的正相关性，其中与Ni、Cr间呈显著相关。这也从一定程度上说明，随着pH值的增大，土壤对Ni、Cr、Cd、Cu元素的富集作用增加。推测这可能是由于随着pH值得增大，土壤中粘土矿物、有机质等表面电荷增加，对元素离子的吸附能力增强[9]。而区内pH值与As、Hg、Pb、 Zn等元素含量间无明显的相关性，这也有待于下一步试验研究。

3.4 污染评价

表层土壤重金属元素污染实质是表层土壤重金属元素相比于土壤第一环境背景值的局部表生富集异常, 反映自然地质作用及人为作用下外源性重金属元素对土壤体系的输入强度, 以及环境对土壤体系化学组成的影响程度[10]，目前国内外最常用的评价方法采用内梅罗综合指数法（Nemerow Index）。方法是首先用每个样品每个元素与土壤环境质量标准值（国家二级标准值）的比值确定单个元素的污染指数，然后取所有样品中重金属污染物单项污染指数中的最大值和所有元素污染指数的平均值计算综合污染指数。这种方法可以反映各种污染元素对土壤的作用，同时突出了高浓度污染元素对土壤环境质量的影响[11～14]。

表6 长寿区城区及周边重金属元素污染指数

依据国家二级土壤评价标准按照pH值为6.5～7.5所对应的土壤环境质量指标对研究区内重金属元素单元素污染指数进行统计（表6），结果表明长寿区内8种重金属元素存在不同程度的污染，形状多呈斑块状，其中污染指数小于的1的非污染区域面积较大，基本占全区面积的95%；污染指数在1～2之间的轻污染较为发育，Cu、Hg、Ni往往可见不均匀分布的7～11处轻污染，但面积大小不一，在城区、城西、江南地区大面积分布，As、Cd、Cr、Pb、Zn元素轻污染的地区仅有1～3处；污染指数在2～3之间的中度污染的元素主要有As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn，数量为1～3处，面积较小，多呈圆形-椭圆形状，主要分布于长寿城区长江北岸的三洞村、渡舟镇以及南岸的石庙村附近；污染指数大于3的重污染元素主要有As、Hg、Zn，其中以Hg元素污染最为严重，重污染区域可达3个，面积较大，主要分布于江南镇、桃花溪及八颗镇与渡舟镇交界位置，污染原因可能与工业生产等人类活动密切相关。

内梅罗综合指数法统计结果显示，研究区内1358件样品中大部分样品属清洁安全等级，58件处于尚清洁的警戒线样品，21件样品属轻度污染，5件样品中度污染，仅3件样品重度污染（表7）。

从图3上看出研究区大部分土壤环境质量较好，为清洁安全的，约占全区面积的93.1%，处于尚清洁的警戒线区域约占全区的4.9%，轻度污染区域约占1.5%，中污染区域约占0.2%，重污染区域约占0.3%，污染区域均呈小斑块散布，污染较为严重的区域位于长寿城区、城区西部、江南的大堡村、八颗镇的八颗村等，北部的污染较轻。从长江沿线的几个样品来看，处于尚清洁的警戒线区域有7块，呈斑状，轻度污染2处，分别位于上游的养蚕堆和龙溪河与长江交汇部位的三洞村。江南的大堡村、八颗镇的八颗村及长寿城区近郊的朱家大湾发现有规模不等的重度污染，面积分别为0.13、0.15和0.20km2，工业污染是该类地区污染的主要原因。处于长寿城区北部的农田区域污染稍弱，江南地区除由工业污染引起的零星几个污染外，整体污染较弱，处于安全-警戒线之间。内梅罗综合指数反映的长寿区城区及周边的重金属污染情况与单因子污染指数中的Hg的污染情况类似，也从一定程度上说明了Hg为研究区内最主要的污染元素。

表7 土壤综合污染程度分级标准

4 结论

对长寿区城区及周边表层土壤中重金属含量、变化、相关性及内梅罗综合指数分析结果表明，表层土壤中Cr、Hg、Ni、Pb、Zn、As元素含量高于三峡库区深层土壤重金属元素背景值，而城区样品中元素含量明显高于周边地区。表层土壤中除Hg元素外，其余元素含量间存在不同程度的正相关性，以Cr、Ni元素间相关性最为明显。同时，pH值与Ni、Cr、Cd、Cu元素呈显著正相关，表层土壤中Ni含量随着pH值增加的最为显著，其次为Cr、Cd、Cu。表层土壤单因子污染指数评价结果显示研究区中重金属污染以轻污染为主，Hg元素的污染程度及范围最高，内梅罗综合指数评价结果显示研究区大部分面积为清洁安全的，污染最为严重的为长寿城区及近郊、城西以及江南地区，污染情况与单因子评价结果相似。工作结果证实，结合单因子污染指数评价和内梅罗综合指数评价可以获得较为符合实际的土壤重金属污染信息。

图2 研究区土壤重金属元素综合污染指数评价图

参考文献：

[1] 赵丽娟. 重庆都市经济圈土壤八种重金属元素的背景值特征和分布规律[D]. 成都理工大学, 2008.

[2] 宋垠先. 长江三角洲沉积物和土壤重金属生态地球化学研究[D]. 南京大学, 2011.

[3] 唐将，钟远平，王力. 三峡库区土壤重金属背景值研究[J]. 中国生态农业学报. 2008(04): 848～852.

[4] 甘媛. 四川彭山县土壤重金属元素地球化学特征及其质量评价[D]. 成都理工大学, 2009.

[5] 王亚平，潘小菲，岑况，等. 汞和镉在土壤中的吸附和运移研究进展[J]. 岩矿测试. 2003(04): 277～283.

[6] 李玉萍，刘晓端，宫辉力. 土壤中铅铜锌镉的吸附特性[J]. 岩矿测试. 2007(06): 455～459.

[7] 李松洋，吴成保，李小宇，等. 不同地区土壤对铜、镉、铅、锌的吸附特性[J]. 吉林化工学院学报. 2008(02): 12～15.

[8] 唐将. 三峡库区镉等重金属元素迁移富集及转化规律[D]. 成都理工大学, 2005.

[9] 黄爽，张仁铎，张家应，等. pH对土壤中三价铬吸附及影响因素分析[J]. 中国农村水利水电. 2012(04): 18～20.

[10] 张祥年，辛存林，李春亮. 甘肃省白银市土壤重金属污染地球化学特征及其表生地球化学成因[J]. 地质科技情报. 2010(04): 124～131.

[11] 翟航. 长春市土壤重金属分布规律及土壤环境质量评价研究[D]. 吉林大学, 2007.

[12] 奚小环. 生态地球化学与生态地球化学评价[J]. 物探与化探. 2004(01): 10～15.

[13] 李静，常勇，潘淑颖. 土壤重金属污染评价方法的研究[J]. 农业灾害研究. 2012(04): 50～52.

[14] 郭伟，赵仁鑫，张君，等. 内蒙古包头铁矿区土壤重金属污染特征及其评价[J]. 环境科学. 2011(10): 3099～3105.

Assessment of Heavy Metal Pollution of Soil in the Changshou Region

GONG Xiao-bo LIAO Ruan-yinzi MENG Biao GUO Dao-jun Hu Yamg Ling Yajan
(No. 106 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611130)

Pedogeochemical survey indicates that average contents of 8 heavy metal elements such as Cr, Hg, Ni, etc. in Changshou and its neighborhood are higher than the deep soil background values in the Three Gorges Reservoir Region, and later superposition of Hg, Pb is obvious. With the exception of Hg, the remaining seven elements, especially Cr and Ni, are in notable positive correlation. Contents of Ni, Cr, Cd and Cu increase with pH value. Single factor pollution index assessment and N. L. Nemerow comprehensive index assessment show that soil in the study area is subjected to light and moderate pollution with area of heavily pollution accounts for about 0.3% of the whole area. Hg is principal pollution element.

heavy metal; pollution evaluation; soil; Changshou region

P632+1；P69

A

1006-0995（2014）04-0620-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.034

2013-09-22

龚晓波（1986-），男，四川南充人，工程师，主要从事基础地质调查和地质找矿工作