河源市中心城区土壤环境地球化学特征研究

王世彪陈庆丰付立锋

1．广东有色工程勘察设计院， 广东 广州 510080

2．辽宁化工地质勘查院，辽宁 锦州 121000

河源市中心城区土壤环境地球化学特征研究

王世彪*1陈庆丰2付立锋2

1．广东有色工程勘察设计院， 广东 广州 510080

2．辽宁化工地质勘查院，辽宁 锦州 121000

对广东省河源市中心城区的表层土壤进行了取样调查工作，测定了金属元素的含量，并对其污染状况进行评价，数据表明：城区表层土壤存在多种重金属元素异常，其中Pb和As表现出富集特征，来源指向汽车尾气及其它工业活动的排放。重金属含量要明显低于其它大城市，该市环境风险指数（IER）为0.43，属于2级指数范畴，总体评价为低环境风险，但作为一个主要以轻工业、农业和旅游业为主的城市，也存在进一步恶化的趋势。

土壤 重金属元素 聚类分析 地球化学特征 环境风险指数

1 引言

城市是人类集中居住、生产、生活的重要载体，随着人类的活动的强烈影响，城市表层土壤、大气、水中呈现与人类活动密切相关的元素地球化学异常区域【1～3】。重金属污染问题是当今环境科学研究的重要内容，特别是城市土壤重金属污染问题受到越来越多的重视，城市土壤中重金属污染源不仅量多，而且种类杂，一旦造成污染，具有隐蔽性、滞后性和难以治理性，对人类的健康危害很大【4～8】。本文旨在通过详细的调查分析，研究广东省河源市中心城区重金属含量及污染现状，并探讨其产生原因。

2 样品采集与分析方法

采样范围为该市中心城区（1区3镇），面积248km2，密度为1点/km2，采样分布均匀。样品采集对象为表层土壤，取样深度为20cm左右，采用组合采样方法，在采样点周围100m范围内3～5处采集组合成一个样，并避免污染。

样品经粉碎干燥，加工破碎至0.15mm（100目筛），用压片X荧光光谱定量分析法测定Cr、Sn重金属的含量；用王水消解对样品进行处理，以质谱仪定量分析方法测定 As、Hg、Ag和 Se的含量；采用四酸消解法进行消化，用等离子体发射光谱定量分析样品中Mn、Zn、Cd、Pb、Cu、Ni、Co和Mo等重金属的含量。测定过程中用中国环境监测总站的标样（ESS-1）进行质量全程控制。将所有样品的重金属含量的原始数据标准化，求出重金属含量平均值、标准差，并进行相关分析和聚类分析。

3 数据分析

3.1 数据统计特征

对城区表层土壤样品重金属含量进行统计计算，结果见表 1。将表层土壤调查结果与广州和香港等城市土壤重金属平均含量进行了比较，经与广州市对比分析表明，该市土壤中 Zn、Cr、Ni、Pb的含量较低，而Cu的含量较高。与香港土壤重金属含量相比，As的含量相对较高，而Zn、Cr、Cu、Pb的含量与之相当。

因不同地区土壤中元素特征与成土母质及成土环境等因素关系密切，表层土壤含量与土壤背景值比较所得的富集系数可反映该市表层土壤重金属污染状况。该市土壤中重金属含量与广东省土壤背景值比较得到的富集系数表明，As的富集系数达到2.22，表现出强烈富集；Cd、Ag、Hg、Se表现出富集的特征；Co、Ni、Pb、Zn、Sn与背景值较接近；Cr、Cu、Mn、Mo表现相对贫化，尤其是Mo的含量，仅为背景值的12%。与国家《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）相比，Pb和As的污染指数较大，分别为1.13和1.3，表明该市表层土壤中Pb和As的含量略高于我国环境一级标准限值，其余元素含量均低于我国环境土壤一级标准限值，重金属污染程度较轻，存在Pb和As的轻度污染，总体环境受人类活动影响较小。

表1 广东省河源市中心城区土壤地球化学特征值（mg/kg）Tab.1 Geochemical characteristics of soil in Heyuan central urban area，Guangdong province（mg/kg）

表2 广东省河源市中心城区表层土壤元素含量相关系数矩阵Tab.2 Element content of soil surface correlation matrix in Heyuan central urban area，Guangdong province

3.2 元素含量间相关分析

土壤中重金属含量的相关性可推测元素的来源是否相同【11】，若重金属含量有显著的相关性，说明来源相同，否则来源可能具有多原性，对鉴别重金属来源起一定的指示作用，所取土壤样品元素含量间的相关系数矩阵见表2。由表2可以看出，Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Zn、Ag、Se这几种元素呈极显著正相关；Hg元素与Zn、Cd元素呈极显著相关；Pb元素与Sn、Ag呈极显著相关，与Zn呈显著相关；As元素与Mo、Sn呈极显著相关，与Se呈显著相关；由于Pb和As在区内存在轻度污染，其对应的极相关元素Sn、Ag和Mo这些金属元素来自同一个源的概率较大，可有效指示有毒元素Pb和As的来源。

3.2 聚类分析

元素聚类树状图可以形象反映元素的距离（相似性关系），有效揭示元素间的联系。本次工作利用SPSS软件对取样土壤元素进行聚类分析，旨在通过对土壤元素之间的关系来识别各因子之间的关系，进而探讨主要重金属的来源，聚类分析结果见图1。

图1 广东省河源市中心城区表层土壤元素聚类图Fig.1 Clustering result of the soil surface in Heyuan central urban area, Guangdong province

由图1所示，在距离小于10时，可将元素为主要四组：Cu、Ni、Cr；Co、Mn；Zn、Cd；Pb、Ag；而表生环境中的 Se、Sn、As、Mo、Hg的性质相对独立。Cu、Ni、Cr关系密切，结合前面的分析可认为这三种元素可能受控于相同或相近元素组合源；Cu、Zn、Cd为亲硫元素，在表生地球化学上具有一定的共性，但在此次聚类分析中Cu出现在不同的组合，说明这三种元素的分布可能受到外源的干扰，根据土壤中元素含量的特点，认为Cd、Pb是受认为污染影响较强的元素，根据前面研究结果，区内 Pb元素已达到轻度污染程度，认为Cu、Pb受到一定外源的干扰。As元素比较独立，说明外源对其影响很大，根据上述分析结果显示其工作区内已达到了轻度污染程度。Ag元素与Pb关系密切，根据它的富集指数也反映出其受外界源影响也较严重。

4 异常元素分布特征及环境风险评价

4.1 异常元素分布特征

Pb元素异常主要是由“交通因子”引起【12～15】，据图2 Pb元素分布图，异常主要集中仙塘村、金竹墩一带。该区域多为居民村庄和道路，采集样品多为路边表层土壤，该区域6个样品Pb含量为31.1～705 mg/kg，平均值高达173.3 mg/kg，仅一处测试值小于城区平均值和背景值，表明该区受到一定程度的 Pb污染，具有一定的环境危险性，除Se元素在该区域轻度富集外未发现其它污染元素。另一异常区域在龙合村一带，该范围采集 9个样品 Pb测试值范围为 28.7～1000 mg/kg，平均值为150 mg/kg，仅有2个样品测试值低于城区平均值和背景值，表明该区也受到一定程度的 Pb的污染。现场调查验证发现，异常区东侧为新塘镇工业园，内有鞋业、电子、陶瓷等工业厂房，这可能为附近 Pb的污染带来一定影响。而在仙塘村 Pb异常区的东侧则为河源电厂，其排放的尾气、飘尘可能与该区 Pb的含量异常有一定关系。

土壤中的As元素主要有2个来源【16～18】，一是自然成因，二是人为成因。工农业生产领域中产生的大量含 As废弃物的排放，直接或间接地进入土壤。由图3可以看出，该市城区As元素污染范围较广，主要分布在西北角和东部地区，中、高异常范围则分布在东埔镇以北和该市以东地区，主要有三个异常形态，分布于石墩下、白蛉头、麻竹窝等地。野外调查验证发现，中等异常区大多分布于农作物集中种植区，高异常范围则受到周边的工业工厂影响，如石墩下异常区内的东铺水泥厂和龟峰水泥公司。推断城区 As污染范围较广，污染程度处于中等程度，局部较严重，主要污染源为农药化肥及、矿产、工厂的废气、废尘等。城区只发现Pb和As元素具轻度污染，但Cd、Hg、Ag等其他有害元素也具有明显的富集现象，对于具较强相关性的 Cu、Ni、Cr元素则主要富集在铺前镇周边地区，铺前镇和临江镇高塘地区具明显的Hg元素富集。这些元素与工业污染和生活垃圾等具有一定关系，应引起当地政府和居民的重视。

图2 广东省河源市中心城区表层土壤As、Pb元素分布图Fig.2 As and Pb distribution of the soil surface in Heyuancentral urban area, Guangdong province

4.2 环境风险评价

一般采用环境风险指数来定量的评估重金属污染的土壤或沉积物中样品的环境风险程度大小。环境风险指数【12】的分级标准见表3。

表3 环境风险指数分级Fig.3 Environmental Risk Index classification

环境风险指数计算公式如下：

式中，IERi表示超过临界限量的第i种元素的环境风险指数；CAi表示第i种元素的分析含量；CRi表示第i种元素的临界限量；IER表示样品的环境风险指数（如果CAi＜ CRi，则定义的数值为0）。

经计算，该市环境风险指数（IER）为0.43，属于2级指数范畴，从而总体评价为低环境风险。

5 结论

通过对广东省河源市中心城区表层土壤中金属含量进行数理统计分析，并研究其异常分布范围特征，得出以下结论：

（1）根据对该市城区表层土壤的地球化学特征及元素间的相关性、因子分析结果，表明城区土壤As元素的富集系数为2.22，表现出强烈富集；Cd、Ag、Hg、Se的富集系数分别是1.43、1.85、1.41和1.94，表现出富集的特征；Cr、Cu、Mn、Mo的富集系数小于 1，表现相对贫化的特点。污染指数仅Pb和As较大，分别为1.13和1.3，表明出现重金属元素异常。通过实地考察，发现Pb异常主要分布在村庄和道路区域，物质来源主要是由汽车尾气和工业活动；As元素异常范围较广，污染程度处于中等程度，局部较严重，主要污染源为农药化肥及、矿产、工厂的废气、废尘。

（2）经计算，该市环境风险指数（IER）为0.43，属于2级指数范畴，总体评价为低环境风险。

（3）广东省河源市中心城区是一个工业化很低，主要以轻工业、农业和旅游业为主的城市，城区的重金属含量比其他大城市要低得多，但也存在元素的异常区，表明人类活动对城区产生了一定影响。因此，对于城区要注意土壤的污染，在污染还没有达到严重的情况下，积极治理，并对工业发展进行规划，促进该市的环境保护工作，保持市区良好的宜居环境。

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STUDY ON CHARACTERISTICS OF SOIL ENVIRONMENTAL GEOCHEMISTRY IN THE CENTRAL AREA OF HEYUAN CITY

Wang Shibiao1Chen Qingfeng2Fu Lifeng2
1.Guang Dong Nonferrou Metals Engineering Investigation Design Institute, Guangzhou 510080, China
2. Liaoning Chemical Geology Prospecting Institute, Jinzhou 121011, China

Metal elementsconcentrations of surface soils taken from Heyuan central urban areaof Guangdong province were analyzed. The pollution index was calculated. The geochemical characteristics of the elements in the samples are given in this paper. Anomalies of Pb and As heavy metal elements were found in surface soil. The sources of abnormal elements are closely related to automobile exhaust and other industrial activities. The city's environmental risk index (IER) is 0.43, belong to the category of 2nd level, shows a low environmental risk.As a major light industry and tourism-oriented city, the heavy metal content in Heyuan is significantly lower than other major cities. But there are also elements of the abnormal area, should attract attention of local government and residents.

Soil，Heavy metals，Clustering analysis，Geochemical characteristic，Environmental risk index

S151.9；X142

A

1006–5296（2016）04–0232–05