巢湖经济开发区土壤重金属分布特征及污染评价

钟先锦,刘明祥,胡翰林

1.合肥职业技术学院生物系，安徽巢湖,238000；2.安徽工程大学建筑工程学院，安徽芜湖，241000

巢湖经济开发区土壤重金属分布特征及污染评价

钟先锦1,刘明祥2,胡翰林1

1.合肥职业技术学院生物系，安徽巢湖,238000；2.安徽工程大学建筑工程学院，安徽芜湖，241000

为揭示开发区的经济活动对土壤环境质量的影响，以巢湖经济开发区为研究区域，采用网格法布点采样，采集表层土壤样共计30个，对土壤中的重金属Hg,Cd,As,Cr,Pb,Cu,Zn的含量进行测定分析。其单因子平均污染指数分别为：0.78,1.47,0.32,0.30,0.25,0.62,0.25。结果表明研究区土壤属于轻微镉污染，基本没有受到铅、铬、汞、砷、铜、锌污染。不同功能区域土壤的重金属含量分布不平衡，工业区明显高于生活区和疗养区。

开发区；重金属；污染指数

重金属是最严重的环境污染物之一，它进入环境后难以被降解，且会通过生物富集作用对生态系统构成直接和间接威胁[1]，因此由重金属引起的环境污染问题日益受到关注[2]。土壤中的重金属不仅影响和改变土壤的生态功能，而且通过植物传递或者直接接触危害人体健康。因此，研究土壤重金属污染特征，评价其潜在生态危害是必要的。近年来，国内外学者已经研究了一些城市土壤重金属的污染状况，但是对于城市开发区土壤重金属的污染及潜在生态危害评价尚未见报道[3]。

地方开发区是地方经济改革开放和参与国际经济交往的前沿阵地，是联系国内外市场的桥梁与纽带，对地方经济的发展产生辐射、示范和带动作用[4]。合肥巢湖经济开发区成立于1992年8月，由三大区域即半汤区、花山区、温泉度假区构成。其中，半汤区是生活配套区，温泉度假区是疗养区，花山区是工业区。本文以开发区中不同功能区的土壤为研究对象，通过调查与评价开发区土壤重金属的污染特征，为合理地规划和利用开发区土壤、改善和提高开发区环境质量、保障人群健康提供重要的科学依据。

1 样品采集与分析

1.1 样品采集

开发区土壤是一个开放的缓冲动力学体系，与外环境之间不断地进行物质和能量交换，但又具有物质和能量相对稳定和分布均匀性差的特点[5]。为使布设的采样点具有代表性和典型性，本研究采用网格布点法[5]取样。在工业区域内按1 000 m×1 000 m布设一个采样点，其他区域按2 000 m×2 000 m布设一个采样点，共设30个采样点。采样时,用竹铲采集植物根系土,采样深度为0～20 cm；每个采样点用竹铲取样，应先铲出一个断面，再平行于断面下铲取土。取土深度及采样量应均匀一致，注意多点等量混合，以避免局部偶然因素，每点采集土壤样约1.5 kg。

样品预处理：采用阴凉通风处自然风干，避免阳光直晒。在风干过程中，拣出碎石、砂砾及植物残体等杂质。取风干后的样品用竹片碾碎并用玛瑙研钵研磨，分别过10目、60目和100目的尼龙筛。用四分法[5]取约10 g作为样品，装入聚乙烯塑料袋作为分析样。

1.2 样品分析

以湿法消化作样品预处理，选取汞、镉、铅、铬、砷、铜、锌作为土壤分析中的主要项目，分析土壤中这些元素的含量和土壤pH值。其中pH值采用玻璃电极法，汞、砷采用原子荧光法，镉、铅、铬、铜、锌采用原子吸收法测定[6]。

1.3 药品及仪器

汞、砷、镉、铅、铬、铜、锌标准品(国家标准物质中心)、双硫腙(分析纯，上海振企化学试剂有限公司)、浓硫酸(分析纯，天津市光复科技发展有限公司)、酒石酸钾钠(分析纯，天津市津北精细化工有限公司)、pH计(MP511，上海三信)、荧光分光光度计(F93，上海第三分析仪器厂)、原子吸收分光光度计 (TAS-990AFG，北京普析通用有限责任公司)、冷原子吸收测汞仪(NCG-1，金坛市盛蓝仪器制造有限公司)。

2 结果与评价

2.1 评价标准与方法

2.1.1 评价方法

土壤的评价方法采用单因子指数法和内梅罗综合指数法[7]。

(1)单因子指数法计算式为：

Pi=Ci/Si

式中，Pi为土壤中污染物i的单项污染指数，Ci为调查点位土壤中污染物i的实测浓度，Si为污染物i的评价标准值。

(2)内梅罗综合指数法计算式为：

式中，P为土壤污染物的综合指数，Pi为土壤中污染物i的单项污染指数。

根据Pi的大小，可将土壤污染程度划分为五级，表1列出了污染等级和Pi的关系。

表1 基于污染指数的土壤质量分级

2.1.2 评价标准

本文采用《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准[8]。

表2 土壤中重金属含量的监测统计mg·kg-1

CdPbCrHgAsCuZn10.4377.966.30.3310.867.354.320.5783.276.40.4211.476.865.230.64103.778.70.6213.7100.776.440.3769.856.30.2710.254.334.750.4870.265.20.3411.477.960.160.5488.370.60.4012.187.876.870.63123.788.20.4513.898.288.280.81134.390.40.6716.7134.397.590.92130.390.00.7117.4150.6143.3100.90122.188.30.9214.3123.7132.0110.1945.740.20.324.377.2100.1120.2334.844.50.315.649.978.3130.3433.254.70.287.856.756.7140.3867.560.80.408.965.557.2150.4778.967.90.3511.278.267.1160.65100.477.20.6514.599.188.9170.6778.383.10.4913.888.167.9180.72145.7100.10.6818.9100.590.4190.3465.857.20.3412.678.345.3200.3576.450.30.3716.367.249.2210.3765.245.60.293.433.154.3220.4276.967.20.304.518.367.3230.1844.523.50.215.414.318.9240.2334.030.60.094.823.123.1250.2143.831.40.133.912.320.8260.2856.228.30.324.87.832.0270.3332.134.70.185.65.645.7280.3445.347.30.244.34.557.2290.1146.443.10.371.73.113.6300.0939.829.30.292.11.26.7平均值0.4473.859.60.399.561.962.3标准差0.05033.3121.810.18755.04541.9532.30变异系数11.38%45.14%36.60%48.08%53.10%67.76%51.84%偏度系数0.560.670.131.030.110.120.52峰度系数-0.39-0.51-1.090.99-1.26-0.790.47

2.2 土壤中重金属含量监测结果

对调查区内30个采样点位的土壤样品进行重金属含量监测，计算它们的算术平均值、标准差、变异系数、偏度系数、峰度系数，监测及计算结果见表2。表2中，编号1至20是工业园区采样点，编号21至30是生活区及疗养区采样点。由表2可以看出，7种重金属元素的变异系数变化幅度较大。变异系数是反映总样本中个样本的平均变异程度，研究区域中，铜的变异系数最大，达到67.76%；镉的变异系数最小，为11.38%。7种元素的变异系数由小到大的顺序为镉、铬、铅、汞、锌、砷、铜。另外，通过统计分析30个取样点的土壤重金属含量，可以看出，46.7%的样点土壤Cd含量超过国家土壤二级标准[8]，属于轻污染；20%的样点土壤Cd含量超过国家土壤二级标准2倍，属于中度污染；6.7%的样点土壤Cd含量超过国家土壤二级标准3倍，属于重污染。除了Cd以外，少数采样点的Hg和Cu超过土壤二级标准，其他4种重金属在研究区土壤中的含量都小于国家土壤环境标准中的二级标准。Cd污染样点主要分布在工业区土壤，其他采样点离工业区越近污染越明显。这可能与工业区内部分企业的重金属污染排放有关，导致Cd在表层土壤积累。

2.3 不同功能区土壤重金属的平均含量

将工业园区、生活配套区、疗养区的重金属含量分别进行比较分析，结果见表3。由表3可以看出，不同区域土壤的重金属含量不同，总的来说工业区土壤重金属铬、铅、铬、汞、砷、铜、锌的含量都大于生活区和疗养区。生活区和疗养区土壤中的重金属含量接近且明显低于工业区，由此得出工业区重金属含量偏高是由企业排放导致的。通过对生活区和疗养区土壤的理化性质检测发现，N、P、K的含量较高，这说明该区域农药和化肥的施用量较大。一般农药和化肥含有少量的重金属，致使该区域土壤中含有少量的重金属。但由于生活区和疗养区离工业区较远，企业排放的重金属没有在其表面土壤大量富集，因此生活区和疗养区土壤中重金属的含量低。

表3 不同功能区土壤重金属含量分布mg·kg-1

CdPbCrHgAsCuZn工业区0.5386.4770.320.4712.2986.6276.48生活区0.2852.8839.660.204.420.2236.88疗养区0.2343.9636.540.283.74.4431.04

2.4 土壤重金属污染指数评价结果

以《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准为评价标准，计算研究区域内30个采样表层土壤主要重金属单因子污染指数，数据及计算结果见表4。从表4可以看出，铅、铬、汞、砷、铜、锌单因子污染指数的平均值分别为0.25、0.30、0.78、0.32、0.62、0.25，低于1，说明上述6种重金属在表层土壤中的含量低于安全水平，研究区基本没有受到铅、铬、汞、砷、铜、锌污染；而镉单因子污染指数的平均值为1.47，大于1但小于2，研究区土壤属于轻微镉污染。研究区重金属单因子污染指数平均值从大到小为：镉>汞>铜>砷>铬>锌=铅。从研究区土壤样品7种重金属单因子污染指数变异系数来看，7种重金属变异系数数值比较接近。从偏度系数和峰度系数来看，7种重金属的系数值基本呈正态分布。

表4 开发区土壤重金属单因子污染指数统计分析

(续表)

CdPbCrHgAsCuZn162.170.340.341.300.480.990.36172.230.260.120.980.460.880.27182.400.490.151.360.631.010.36191.130.220.160.680.420.780.18201.170.260.140.740.540.670.20211.230.220.170.580.110.330.22221.400.260.240.600.150.180.27230.600.150.220.420.180.140.08240.770.110.150.180.160.230.09250.700.150.440.260.130.120.08260.930.190.450.640.160.080.13271.100.110.450.360.190.060.18281.130.150.440.480.140.050.23290.370.160.200.740.060.030.05300.30.130.220.580.070.010.03平均值1.470.250.300.780.320.620.25标准差0.750.110.120.370.170.420.13变异系数51.02%44%40%47.44%53.13%67.74%52%偏度系数0.560.670.131.030.110.120.52峰度系数-0.39-0.44-1.520.99-1.26-0.790.47

3 结 论

(1)除了镉以外，其他6种重金属单因子污染指数的平均值低于1，说明研究区基本没有受到铅、铬、汞、砷、铜、锌污染；镉单因子污染指数的平均值为1.47，大于1但小于2，说明研究区土壤属于轻微镉污染，利用内梅罗综合指数法得出研究区土壤属于轻污染。

(2)不同区域土壤的重金属含量是不同的，总的来说工业区土壤重金属的含量要大于生活区和疗养区。

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[2]杨长明,张芬,徐琛.巢湖市环城河沉积物重金属形态及垂直分布特征[J].同济大学学报：自然科学版,2013,41(9):1404-1410

[3]郑海龙,陈杰,邓文靖,等.南京城市边缘带化工园区土壤重金属污染评价[J].环境科学学报,2005,25(9):1182-1188

[4]刘金平.巢湖经济开发区利用外资存在的问题及对策分析[J].邢台学院学报,2010,25(1):75-77

[5]奚旦立.环境监测[M].北京：高等教育出版社，2004:270-274

[6]环境保护部环境工程评估中心.技术导则与标准[M].北京：中国环境出版社，2013:165-166

[7]土壤环境质量标准GB15618-1995[EB/OL].[2014-05-06].http://www.tyshbj.com.cn/web/hjbz/wenjian/1-6.htm

(责任编辑：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.07.029

2015-01-18

合肥职业技术学院院级基金资助项目“巢湖开发区重金属污染现状调查及环境风险评价”(zryb201309)。

钟先锦(1980-)，安徽含山人，硕士，讲师，主要研究方向：环境污染控制。

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1673-2006(2015)07-0106-04