河北省邯郸市畜禽养殖场周边土壤重金属含量调查及污染评价

栗　萍程　瑞李玉玲徐　晖

（1河北省邯郸市环境监测中心站，河北邯郸056002；2河北省邯郸市畜牧技术推广站，河北邯郸056002；3河北省邯郸市环境保护局，河北邯郸056002）



河北省邯郸市畜禽养殖场周边土壤重金属含量调查及污染评价

栗萍1程瑞2李玉玲3徐晖3

（1河北省邯郸市环境监测中心站，河北邯郸056002；2河北省邯郸市畜牧技术推广站，河北邯郸056002；3河北省邯郸市环境保护局，河北邯郸056002）

摘要：为了解河北省邯郸市养殖场周边土壤的重金属含量状况及污染情况，本研究选取不同方位的3个养殖场15个采样点进行采样，测定了土壤中9种重金属的含量，并用污染指数法和潜在生态危害指数法对重金属污染现状进行评价，结果显示这9种重金属含量均处于国家土壤环境质量标准二级范围。运用污染指数法和潜在生态危害指数法评价，结果显示其污染程度分别为清洁（安全）和轻微生态危害水平；用污染指数法评价，结果显示重金属元素中污染最严重的为镍（Ni），污染最小的为汞（Hg），污染程度按由高到低排列的顺序为：镍（Ni）＞锌（Zn）＞锰（Mn）＞砷（As）＞铅（Pb）＞镉（Cd）＞铬（Cr）＞铜（Cu）＞汞（Hg）；用潜在生态危害指数法评价，污染最严重的是镉（Cd），污染最小的为锌（Zn）和锰（Mn），污染程度按由高到低排列的顺序为：镉（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞镍（Ni）＞铅（Pb）＞铜（Cu）＞铬（Cr）＞锌（Zn）＞锰（Mn）。结论是邯郸市养殖场周边土壤保护状况良好，重金属污染状况属于清洁和轻微生态危害水平；其中镍（Ni）、砷（As）、铅（Pb）在两种评价方法中均处于前五位，应加强对其的关注度，避免累积速度过快增长。

关键词：畜禽养殖场；土壤重金属；内梅罗污染指数法；潜在生态危害指数法；污染评价

近年来，随着国家不断加大污染治理力度，工业领域所形成的重金属污染形势有所缓解，但在土壤污染尤其是养殖场周边土壤的重金属污染方面的研究相对欠缺。据统计，河北省邯郸市2010—2014年畜禽养殖数量的年均增速为7%。土壤的环境承载力日益加重。特别是重金属，由于难以被消解，累积效应会逐渐延伸至种植业和地下水中，直接或间接地影响人类健康。

邯郸市作为河北省的畜禽养殖大市，养殖量一直名列前茅。为深入了解邯郸市养殖场周边土壤重金属的环境质量及污染评价，本研究以不同种类的规模化养殖场周边土壤为对象，通过九种重金属含量的测定，采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法以及潜在生态危害指数法对重金属污染现状进行评价研究，以期为邯郸市养殖场周边土壤环境重金属污染的防治和水源地保护提供参考依据。

1材料与方法

1.1研究区域概况

研究区域地处邯郸市东部、北部和西部的三个规模化养殖场。养殖种类分别为肉鸡（1#）、奶牛（2#）和生猪（3#）。养殖数量分别为30万羽（出栏）、400头（存栏）和10 000头（出栏）。该区域均处于平原地区，气候特征四季分明，为北温带半湿润大陆性季风气候。自然植被状况均为耕地，常年种植玉米和小麦。畜禽养殖场周边土壤类型分别为亚黏土、黏土；轻壤土，暗棕轻微沙化；山地黄棕壤。养殖场均无污染物排污口。

1.2样品采集

每个畜禽养殖场周边土壤共布设5个监测点位，在养殖场外围500 m范围内采用网格法进行随机布点，网格大小为100 m×100 m，通过查随机数表，得到5个随机数，即得到随机数对应的网格编号，以该网格的中心点作为监测点位。

每个点位采集混合土样，每份样品采集量为2 kg，采集深度为0～20 cm，采样时间为2015年5月下旬和6月上旬，共采集样品数量15个。

土样经风干后粗磨过2 mm筛，采用四分法进行处理，再细磨过100目的尼龙筛，装瓶备用。

土样经氢氟酸、硝酸、高氯酸消解，取上清液用火焰原子吸收分光光度法测定铜（Cu）、锌（Zn）、铬（Cr）、镍（Ni）；用石墨炉原子吸收分光光度法测定铅（Pb）、镉（Cd）；用原子荧光法测定砷（As）、汞（Hg）；用原子吸收分光光度法测定锰（Mn）。

1.3评价方法

1.3.1单因子污染指数法

单因子污染指数法适用于单一因子污染的特定区域的评价，可以反映单一污染物的污染程度，是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础，表达式如下：

式（1）中Pi为土壤中污染物i的环境质量指数，Ci为污染物i的实测含量，Sip为污染物i的评价标准。

根据Pi的大小，将土壤污染程度划分为五级。若Pi≤1，表示土壤未受到人为污染，否则表示土壤已受到人为污染，P越大，则表示受到的污染程度越高。分级标准详见表1。

表1　单因子评价土壤环境质量评价分级

1.3.2内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法反应了各项污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，兼顾了单因子污染指数平均值和最大值。内梅罗综合污染指数（PN）的计算公式如下：

根据PN的大小，将土壤污染程度划分为五级，PN越大，则表示受到的污染程度越高。分级标准详见表2。

表2　土壤内梅罗综合污染指数分级标准

1.3.3潜在生态危害指数法

潜在生态危害指数法是瑞典科学家Hakanson提出的沉积物中重金属危害性的评价方法，可使区域质量评价更具代表性和可比性。根据这一方法，对土壤中单一重金属i的潜在生态危害指数E，可表示为：

式（3）中Ti为重金属i的毒性系数，Fi为重金属i的污染因子。

土壤中多种重金属元素的潜在生态危害指数（RI）是各单一重金属元素的潜在生态危害系数E之和，其表达式如下：

本研究涉及到的汞（Hg）、镉（Cd）、砷（As）、铜（Cu）、铅（Pb）、铬（Cr）、镍（Ni）、锌（Zn）、锰（Mn）等9种重金属的毒性系数分别为40、30、10、5、5、2、2、1、1。各种重金属潜在生态危害指数与污染程度的关系如表3所示。

2结果与分析

2.1养殖场周边土壤重金属含量

从表4可以看出，邯郸市养殖场周边土壤表面重金属含量均符合《中华人民共和国国家土壤环境质量标准》（GB15618-1995）的二级标准。最大超标倍数均为0。

2.2养殖场周边土壤重金属污染现状评价

2.2.1单因子指数法和内梅罗综合污染指数法

参照国家土壤环境质量标准，采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数对邯郸市养殖场周边土壤重金属污染现状进行评价。结果（表5）表明，邯郸市养殖场周边土壤重金属污染最小的为汞（Hg），其Pi平均值为0.05；污染最严重的为镍（Ni），其Pi平均值为0.69。污染程度按由高到低排列的顺序为：镍（Ni）＞锌（Zn）＞锰（Mn）＞砷（As）＞铅（Pb）＞镉（Cd）＞铬（Cr）＞铜（Cu）＞汞（Hg）。15个采样点PN的平均值为0.53，可知邯郸市养殖场周边土壤重金属元素均值的污染水平属于安全范畴，污染水平为清洁。

表3　重金属潜在生态危害系数（Ei）与污染程度的关系

表4　邯郸市养殖场周边土壤重金属含量结果统计　（mgg//kkgg）

2.2.2潜在生态危害指数法

由表6可知，从单个重金属的潜在生态危害指数来看，邯郸市养殖场周边土壤中镉（Cd）元素的Ei值最高，为6.6；锌（Zn）和锰（Mn）元素的Ei值最低，均为0.36；监测的9种重金属的Ei值和RI值均远小于40 和150，属于轻微生态危害。其Ei值按由高到低排列的顺序为：镉（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞镍（Ni）＞铅（Pb）＞铜（Cu）＞铬（Cr）＞锌（Zn）＞锰（Mn）。15个采样点RI的平均值为16.65，可知邯郸市养殖场周边土壤重金属元素的污染水平属于轻微生态危害。

比较不同重金属污染评价方法，可以发现用污染指数法表征土壤受污染程度时，污染最严重的为镍（Ni），但是用潜在生态危害指数法表征土壤受污染程度时，潜在生态危害最严重的为镉（Cd），虽然两种方法检测的污染水平均在污染最小状态和安全水平，但是元素镉（Cd）的污染水平应引起我们的注意，因其负担率排在首位。

表5　邯郸市养殖场周边土壤重金属含量污染现状评价结果

表6　邯郸市养殖场周边土壤重金属潜在生态危害评价

3结论

⑴邯郸市养殖场周边土壤重金属的污染水平达到国家土壤环境质量标准的二级标准。

⑵运用污染指数法对邯郸市养殖场周边土壤重金属污染现状进行评价，结果显示该地区污染最小的是汞（Hg），其Pi平均值为0.05；污染最严重的为镍（Ni），其Pi平均值为0.69。污染程度按由高到低排列的顺序为：镍（Ni）＞锌（Zn）＞锰（Mn）＞砷（As）＞铅（Pb）＞镉（Cd）＞铬（Cr）＞铜（Cu）＞汞（Hg）。由此可知，邯郸市养殖场周边土壤重金属元素均值的污染水平属于安全范畴，污染水平为清洁。

⑶运用潜在生态危害指数法在对邯郸市养殖场周边土壤重金属污染的现状进行评价，可知其中元素镉（Cd）的潜在生态危害系数最高，Ei值为6.6；锌（Zn）和锰（Mn）元素的潜在生态危害系数最低，Ei值均为0.36。其Ei值按由高到低排列的顺序为：镉（Cd）＞砷（As）＞汞（Hg）＞镍（Ni）＞铅（Pb）＞铜（Cu）＞铬（Cr）＞锌（Zn）＞锰（Mn）。15个采样点RI的平均值为16.65，可知邯郸市养殖场周边土壤重金属元素的污染水平属于轻微生态危害水平。

⑷其中镍（Ni）、砷（As）、铅（Pb）在两种评价方法中均处于前五位中。应加强对这3种元素的关注度，避免累积效应的快速提高。

参考文献

[1]李倩,秦飞,季宏兵,等.北京市密云水库上游金矿区土壤重金属含量、来源及污染评价[J].农业环境科学学报,2013,32(12):2384-2394.

[2]李玲,吴克宁,张雷,等.郑州市郊区土壤重金属污染评价分析[J].土壤通报,2008,39(5):1164-1168.

[3]周广柱,杨锋杰,程建光,等.土壤环境质量综合评价方法探讨[J].山东科技大学学报:自然科学版,2005,24(4):113-118.

[4]唐通六.环境中若干元素的自然背景值及其研究方法[M].北京:科学出版社,1992:9-15.

[5]翁添富,江珊,张侃,等.孝感市孝南区土壤重金属污染的初步研究[J].农业环境科学学报,2007,26(S1):39-42.

[6]徐争启,倪师军,庹先国,等.潜在生态危害指数法评价中重金属毒性系数计算[J].环境科学与技术,2008,31(2):112-115.

作者简介：栗萍（1973-），女，河北邯郸人，汉族，环保工程副高级工程师，研究方向为环境污染减排、环境监测等

收稿日期：2015-11-04

中图分类号：X53，X820.2（222HD）

文献标识码：B

文章编号：1673-4645(2016)01-0067-04