湘江流域某冶炼厂周边土壤Cd、Pb、As污染特征与风险评价

李 倩

湘江流域某冶炼厂周边土壤Cd、Pb、As污染特征与风险评价

李 倩

（湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100）

对湘江流域某铅锌冶炼厂周边土壤进行污染调研。按土壤不同使用功能，分4个采样区研究土壤中Cd、Pb、As的含量与分布特征，并采用Hakanson指数法对研究区域重金属潜在生态风险进行评价。结果表明，Cd、Pb、As在各采样区平均含量的最高值分别达到130.67 mg／kg，5 540.62 mg／kg，919.93mg／kg，远远超过国家三级标准限值；研究区三种重金属综合污染指数和潜在生态风险指数分别为448.61，13 152.69，达到重度污染，有严重的潜在生态风险。

Cd；Pb；As；土壤污染；潜在生态风险

采矿和冶炼过程是环境中重金属污染的主要成因之一，如矿产挖掘、矿石运输、冶炼和精炼等过程会导致含重金属废水、废气和固体废物的产生，造成矿区和冶炼区附近土壤重金属污染，从而影响人类健康和矿业的可持续发展［1］。重金属镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）不属于生物生长的必需微量元素，且不能被生物降解，一旦进入土壤将对土壤造成持久性污染并且进入食物链［2］。Cd和Pb是潜在的致癌物质，通过食物链在人体内积累，摄入过量将导致血管、肾脏、血液、神经、骨骼疾病等严重的健康问题［3］。As是最严重的污染物之一，可导致人体皮肤、肺、膀胱和肾脏等器官的癌变［4］。探明冶炼厂周边居住区附近的Cd、Pb、As的污染状况，对于规避环境与健康风险是十分必要的。

1 材料与方法

1.1土样来源

取样区位于湖南省内湘江流域，距离湘江直线距离约300 m，取样点群经纬度跨越幅度分别为：112°35＇12.25＂E～112°35＇8.74＂E及26°35＇38.71＂N～26°35＇42.17＂N；取样区海拔高度变化范围为：49.1～67.7 m；取样区域覆盖面积达12 000 m2以上。土壤样品均由定位点周围15 m范围内5个5～20 cm深度土壤样品混合而成，共计取样22个土壤样品。根据采样区域土壤使用功能，将其分为4个采样区，如图1所示。采样区1主要为菜地，蔬菜生长较为茂盛，但部分土壤为客土；采样区2为废渣堆场，采样区3为房屋拆除之后闲置的空地；采样区4为房屋中间的区域。土壤在同一种应用功能下，其外界环境条件与土壤理化性质类似，因此，关于取样区重金属含量的分析以采样区为单位分别进行。

图1 采样区域及位置示意图

1.2潜在生态风险评价方法

采用瑞典学者Hakanson提出的潜在生态风险指数法［5］对示范区重金属Cd、Pb、As污染土壤的潜在生态风险进行评价。其计算公式如下：

单个金属污染系数：

土壤中重金属综合污染程度：染；6≤Cd＜12时为中污染；12≤Cd＜24时为较高污染；Cd≥24时为重污染。

某单个重金属的潜在生态危害系数：

土壤多种重金属潜在生态风险系数：

2 Cd、Pb、As含量分布特征

对研究区土壤进行重金属含量分析，结果见表1。各采样区pH值相近，整个研究区土壤pH值范围为6.33～6.70，均值为6.51，为中性偏弱酸性土壤。Cd超标率达100%，As、Pb超标率均为86.36%。污染较重的土样主要分布在采样区2和采样区4，其它采样区重污染样品较少。总的来看，该区域污染比较严重。

表1 采样区重金属Cd、Pb、As含量

土壤样品重金属含量的变异系数较大，说明土壤中重金属含量分布不均匀。Cd含量的变异系数高达107.08%，变化辐度极大，然而整个采样区域的Cd含量均远远超过土壤环境质量标准的三级限值（1 mg／kg），平均值为434.78 mg／kg。镉含量最低的土壤在采样区1，也达到了25.33 mg／kg，这可能是由于外来覆土稀释了Cd的含量造成的。除采样区1外，其它各采样区的Cd的最低含量均在100 mg／kg以上，以采样区2的含量最高，最高达1 661.63 mg／kg。Pb平均含量为2 908.27 mg／kg，最高达10 671.85 mg／kg，超标20倍以上。其中污染最严重的采样区2，Pb的平均含量高达5 540.62 mg／kg，超标11倍以上。As平均含量为320.48 mg／kg，最高达1 278.93 mg／kg，超标30倍以上。其中污染最为严重的采样区2的As平均含量高达919.93 mg／kg，超标近22倍。

总的来说，Cd、Pb、As在各个采样区的分布均为采样区2＞采样区4＞采样区3＞采样区1。整个采样区域重金属污染很严重，势必对当地的居民的生活、生产都会造成相当大的影响，应对该污染场地进行修复治理。

3 土壤Cd、Pb、As污染程度研究

各采样区重金属污染系数及综合污染指数见表2。Cd在各采样区的污染系数Cif的最小值均＞6，表明示范区所有采样点的Cd的污染程度均为重污染。研究区Cd的单因子污染系数远远高于Pb、As，达到50倍以上，说明Cd的污染程度重于其它两种重金属，Cd是该区域土壤中的主要污染因子。其次为As。综合污染指数Cd由于Cd的污染系数值贡献较大，引起各采样区的综合程度达到重度污染。且整个示范区的综合污染指数均值亦达到重度污染。

表2 重金属污染系数及综合污染指数

Pb、As的污染程度较Cd轻，表3表明了Pb、As在各个采样区以及整个研究区的污染程度与分布情况。整个研究区土壤Pb的各级污染程度的分布较为均匀，重度污染与中度污染的样品数一致，占36.4%，轻度污染与较高污染的样品数一致，占比13.6%。但各采样区土壤Pb污染特征有差异，采样区1的污染程度较为分散；采样区2以重污染为主，占75%，而其余均为较高污染；采样区3主要为中度污染，占66.7%，其余均为重污染；采样区4主要为较高污染和重污染，以较高污染为主。此外，研究还表明，采样区1、2、3、4 Pb平均污染程度分别为中度污染、重度污染、较高污染、重污染。整个研究区Pb的污染程度为较高污染。As在整个研究区表现为重污染。其分布规律与Pb类似。其中采样区2和采样区4为重污染，采样区1和采样区3为较高污染。采样区2所有样品均为重污染。

表3 土样中Pb、As污染程度与空间分布

4 土壤Cd、Pb、As潜在生态风险

各采样区重金属Cd、Pb、As对环境潜在生态危害系数和风险指数见表4。各采样区Cd的潜在生态危害系数最小值均大于远远大于320，说明整个示范区Cd具有严重的生态危害，其风险大小为采样区2＞采样区4＞采样区3＞采样区1。Cd的生态危害程度较高，且Cd的潜在生态危害系数是Pb和As的数百倍，导致整个示范区的潜在生态风险达到严重的程度。

表4 各采样区土样潜在生态危害系数（）和风险指数（RI）

表4 各采样区土样潜在生态危害系数（）和风险指数（RI）

采样区项目潜在生态危害系数程度采样区1 Cd Pb As RI风险范围759.85～9 752.71 2.83～36.09 5.20～98.34 768.57～9 887.13均值3 920.14 13.22 30.48 3 963.84严重采样区2采样区3采样区4范围31 014.44～49 848.91 38.89～82.66 247.85～319.73 31 373.06～50 218.29均值34 903.64 55.41 229.98 35 189.03严重范围3 870.07～18 861.78 9.75～44.12 24.65～82.83 3 917.69～18 982.21均值9 626.30 23.24 46.85 9 696.39严重范围9 929.87～25 413.97 20.70～106.71 37.13～184.12 9 987.70～25 704.81均值18 101.09 53.26 95.74 18 250.08严重示范区均值13 043.49 29.08 80.12 13 152.69严重

示范区潜在生态危害最主要的影响因子为Cd，其次为As、Pb。As与Pb在各采样区的生态危害情况不一，见表5。

表5 土样中Pb、As生态危害程度与空间分布

从Pb的生态危害程度来看，各采样区Pb的生态风险均较低，采样区1所有样品均为低度生态风险；采样区2样品均为较重风险及以下，以低度风险为主；采样区3样品均为中度及以下，以低度为主；采样区4土样集中于低度，少量为较重。虽然采样区2和采样区4的Pb污染达到重度，但是其潜在生态危害为中度。整个示范区的Pb的潜在生态危害为低度。

与Pb相比，As在示范区的分布较为分散。除采样区2外，其它采样区表现为以低度As风险为主。四个采样区的As风险程度为采样区2＞采样区4＞采样区3＞采样区1。与其重金属含量分布一致。整个示范区的As的潜在生态危害为较重。

5 结 论

1.调研区土壤pH值范围为6.33～6.70，均值为6.51，为中性偏弱酸性土壤。

2.土壤重金属Cd、Pb、As含量较高，以土壤环境质量标准中重金属的三级限值为基准，Cd超标率达100%，砷、铅超标率均为86.36%。

3.各重金属影响因子的污染程度顺序为：Cd＞As＞Pb。Cd在该地土壤中的富集程度最大，采样区三种重金属土壤为重度污染且具有严重的潜在生态风险，应引起高度重视。

［1］ Navarro M C，Perez-Sirvent C，Martinez-Sanchez M J，et al.Abandoned mine sites as a source of contamination by heavy metals：a case study in a semi-arid zone［J］.JGeochem Explor，2008，96（2－3）：183－193.

［2］ Wu G，Kang H B，Zhang X Y，et al.A critical review on the bio-removal of hazardous heavy metals from contaminated soils：issues，progress，eco-environmental concerns and opportunities［J］.JHazard Mater，2010，174（1－3）：1－8.

［3］ Mahar A，Wang P，Li R H，et al.Immobilization of lead and cadmium in contaminated soil using amendments：a review［J］.Pedosphere，2015，25（4）：555－568.

［4］ Byung JP，Lee J，Kim W I.Influence of soil characteristics and arsenic，cadmium，and lead contamination on their accumulation levels in rice and human health risk through intakeof rice grown nearby abandoned mines［J］.Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry，2011，55（4）：575－582.

［5］ Lars Hakanson.An ecological risk index for aquatic pollution control-a sedimentological approach［J］.Water Research，1980，14：975.

［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.

Cd，Pb and As Pollution Characteristics and Risk Assessm ent in Soils Surrounding a Sm elter Located in Xiang River

LIQian
（HunanResearchInstituteofNonferrousMetals，Changsha410100，China）

An investigation was conducted in soils surrounding a Pb－Zn smelter located in Xiang river valley.According to different soil functions，the research site was divided into four sampling area to analysis the content of Cd，Pb，As and the distribution characteristics，moreover，Hakanson indexmethod was employed to assess the potential ecological risk of heavymetals in soils.Results indicated that，the highest average content of Cd，Pb，As in the sampling areaswere 130.67 mg／kg，5 540.62 mg／kg，919.93 mg／kg，respectively，which were farmore than the national standardⅢlimitation.The comprehensive pollution index was 448.61，illustrated that soil was heavily contaminated，and the potential ecological index was 13 152.69，indicating that soils in the research area were in severe potential ecological risk.

Cd；Pb；As；soil pollution；potential ecological risk

X758

：A

：1003－5540（2016）06－0067－04

2016－09－27

李 倩（1987－），女，工程师，主要从事重金属污染土壤修复工作。