杭州下沙土壤Pb、Zn、Cu的环境质量评价

2016-01-22王卫海唐俊红施明才

杭州电子科技大学学报(自然科学版) 2015年1期

王卫海，唐俊红，施明才，李　静

(1.杭州电子科技大学材料与环境工程学院，浙江杭州 310018；

2.杭州市环保产业协会，浙江杭州 310004)

摘要：对杭州下沙区土壤中酸碱度和铅、锌、铜进行监测分析，并使用单因子污染指数法与内梅罗综合污染指数法评价该区土壤环境质量状况。结果表明下沙区土壤偏碱性，重金属含量超过该区本底值，各区域土壤重金属含量关系从高到低依次为工业区、绿地、商业区、高教区。

关键词：土壤；重金属；铅；锌；铜；评价

DOI: 10.13954/j.cnki.hdu.2015.01.023

杭州下沙土壤Pb、Zn、Cu的环境质量评价

王卫海1，唐俊红1，施明才2，李静1

(1.杭州电子科技大学材料与环境工程学院，浙江杭州 310018；

2.杭州市环保产业协会，浙江杭州 310004)

关键词：土壤；重金属；铅；锌；铜；评价

DOI:10.13954/j.cnki.hdu.2015.01.023

收稿日期：2014-04-10

基金项目：国家自然科学基金资助项目(40432004,41373121)

通信作者：

作者简介：王卫海(1987-),男，河南开封人，在读研究生，环境监测与控制.唐俊红教授，E-mail： tangjhjh@163.com.

中图分类号：X825

文献标识码：：A

文章编号：：1001-9146(2015)01-0107-04

Abstract:The author tested and analyzed the content of Pb， Zn， Cu and pH in the soil， and used the single factor pollution index method and comprehensive pollution index method to evaluate the condition of heavy metals in this area. The result shows that the soil of this area is a little alkaline. The heavy metal content in the soil does exceed the natural background value. The relationship of soil heavy metal content in four research area from high to low is as following: industry district， green district， commerce district and higher education district．

0引言

开发区是一个国家或地区划出一定的区域，在区域内实施优惠政策和采用先进的管理方式，以吸引先进的生产要素，促进当地经济发展[1]。目前有关开发区的研究大多是关注其发展的问题，很少关注其生态环境问题。杭州下沙经济技术开发区(以下简称下沙区)是经国务院批准设立的国家级开发区[2]。下沙区在加快城市发展的同时，也面临着大气污染、水体污染、和“三废”污染等问题，土壤重金属污染也日益突出。目前对下沙区土壤重金属污染的研究比较少，本文对该区的土壤重金属状况调查研究，探究该区环境污染分布及成因，为该区的开发和管理提供科学依据，同时也为其他开发区生态环境保护提供一定的借鉴，进而促进各开发区的可持续发展。

1材料与方法

1.1　下沙区概况

下沙区的行政管辖面积约104.7 km2，目前辖区常住人口约60万人，是浙江省发展外向型经济、现代工业和高教科研的重要基地。区内高校与企业众多，秋冬季污染较重。该区交通网复杂，杭州绕城高速穿越该区，车流量大。气候温暖，降雨较多，有梅雨天气；该区东临钱塘江，区内河道较多，水质较差。成土母质以河(湖)相或浅海相沉积物为主[3-4]。

1.2　土壤样采集及分析

使用手持GPS接收机确定采样坐标，采样过程严格按土壤调查的原则和规范要求进行。参照土地利用方式，根据该区图例选择工业区、商业区、高教区和绿地4个区进行研究，本次采用共有61个样点，使用ArcGIS 10.0将研究区地图数字化，根据手持GPS接收机所定位采样点的坐标，绘制土壤样点分布图，如图1所示。按照土壤样品处理规范，经过去除杂物，风干，研磨，过滤等程序进行预处理。

测定样品中的全Zn、全Cu、全Pb，重复3次，采用HF-HClO4-HNO3消煮，用AAS法测定上清液，所有样品检测均满足规范要求。

图1　采样分布图

1.3　重金属评价方式选择和数据分析

表1　土壤重金属评价限值[5]　mg·kg-1

以下是单因子指数法和内梅罗污染指数法原理：

1)单因子评价指数法。单因子指数法可以确定重金属污染物及其危害程度，公式为：

(1)

式(1)中，Ci为样品的测量值(mg·kg-1)，Qi为评价对象的标准值(mg·kg-1)。

2)内梅罗污染指数法。内梅罗污染指数法是使用较广的污染评价方法，它包含了单子污染指数法最高值和平均值，很适合评价污染较重的重金属污染评价。计算公式如下：

(2)

2结果分析及讨论

2.1　下沙区土壤污染现状

有关下沙区土壤中的重金属与pH监测统计如表2所示。

表2　下沙区土壤中重金属与pH的描述性统计

由表2可知，下沙区的土壤pH的平均值为8.00，最大为8.59，表明下沙区土壤偏碱性，这是因为下沙区地处钱塘江水系入海口，成土母质主要为河(湖)相或浅海相沉积物，土壤的碱性状态很难在一段时间内改变。从变异系数看，pH变异系数最大，达到0.875，具有强变异性，说明受到人为活动的影响最大；3种重金属变异系数中，Pb的变异系数最小，区别以往研究资料中在城市郊区土壤中Pb的变异系数高的情况[7]，这可能是因为下沙区为新建区，人流量主要集中在高教区与商业区，相对主城区而言受到汽车尾气的影响也较少。

2.2　下沙区土壤中重金属污染状况评价

1)使用单因子指数法对样品评价分析。本文有关土壤重金属环境质量评价的标准是杭州土壤重金属本底值和国标二级。在上述两种标准下，样品的单因子指数如图2、图3所示。

图2　单因子污染指数(本底值)

图3　单因子污染指数(国标)

2)使用内梅罗综合指数法对样品评价分析。以杭州土壤重金属的本底值和国标二级为标准，污染指数分布如图4所示。图4表明，以前者做为标准，土样品的污染指数都大于3，且维持在9左右，达到重污染。从区域分布看，Pb、Zn、Cu的污染指数变化不大，但高教区的污染指数要低于其他各区；以后者为评价标准，土壤重金属的综合污染指数全都小于1，在0.7附近，属于清洁到尚清洁水平，从功能分区上看4区综合污染指数相差不大。

3)综合讨论分析。从污染指数可见，工业区污染程度大于其它3区，这是因为污染物大都来自工业本身产生的“三废”，而且工厂聚集，故重金属含量偏高；而绿地污染指数接近工业区，是因为所采的绿地样分布在工业区边缘，接受了来自工业区的污染物；至于高教区和商业区重金属含量偏高，一方面缘于工业区污染物的大气沉降、地表径流作用，另一方面与高教区和商业区内交通发达，人口密集等因素也有一定的关系。因此，由于功能区位定位的不同，污染程度从高到低依次为工业区、绿地、商业区、高教区。

图4　综合污染指数

2.3　下沙区高教园区土壤中重金属相关的环境质量评价

下沙区4个分区的土壤重金属的来源和污染水平差别较大，以往对工业区研究较多，本文选取高教区为典型分区进行研究分析。下沙区中高校的布局都是由教学区与食宿生活为主的生活区组成，对其中的6所高校的生活区和教学区进行采样分析和评价，如表3所示。

由表3可以看出，6所高校的教学区与生活区土壤中pH、Pb、Zn、Cu含量有一定的差别，但同一高校的教学区与生活区这些指标差异性表现不明显。这可能和各个高校投入建成时间、学校面积、师生人数、师生生活习惯等有关，另外其所处地理位置也有一定的关系。该高教区位于开发区的中间地带，南有工业园区、商业区，西有商业区和生活区，北临环城高速，工业区的污染物可以通过大气沉降、扬尘、地表水等方式影响到高教区，而且西部和南部的商业区及生活区交通繁忙，人流量大，生活垃圾较多，这些都潜在的对高教区土壤造成影响；此外，高教区在建设过程中，建筑材料和车辆运输也可能造成土壤的重金属超标。