重庆市某工业遗留地土壤重金属污染状况分析与评价

马婵媛，邓红艳

(1.甘肃农业职业技术学院，兰州 730020；2 .重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆 400045)

· 环境评价 ·

重庆市某工业遗留地土壤重金属污染状况分析与评价

马婵媛1，邓红艳2

(1.甘肃农业职业技术学院，兰州 730020；2 .重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆 400045)

为研究土壤重金属的污染状况，从重庆市某铬污染场地土壤中采集54份样本检测分析了其Cr、Cu、Zn和Pb元素含量。结果表明：表层土壤样品中的重金属 Cr、Cu、Zn、Pb的平均含量分别为3 370.8，58.0，36.1，112.4 mg/kg。该场地土壤属于重度重金属污染，潜在生态危害处于很强危害程度，各重金属的潜在生态风险指数大小顺序为：Cr>Pb>Cu>Zn。其中，Cr的影响占绝对主导地位。研究结果可为该废弃场地的治理修复和再利用提供理论依据。

土壤污染；重金属；六价铬；污染评价；风险指数

1 引 言

近年来，随着城市经济发展以及产业结构的调整，重庆市有许多工厂、企业以关闭、破产、异地迁建等形式搬出主城区。搬迁后的土地将逐步规划成公共绿地、公用设施甚至居住用地。昔日的工厂企业在生产过程中排放的“三废”等污染物不可避免的对土壤造成污染，导致重金属、有机毒物等污染物含量较高。且城市中通过交通运输、工业排放、市政建设和大气沉降等造成土壤重金属污染越来越严重[1～4]。重金属具有隐蔽性、难降解、移动性差和易被富集等特点[5]，并能通过生物链转移，直接或间接地威胁和危害人体健康。为此，本文以重庆市工业遗留地为研究对象，通过调查与评价该场地土壤重金属污染状况，对了解周边土壤系统中重金属污染状况及空间分布规律，建立该场地土壤重金属污染评价方法及标准，丰富土壤污染化学和环境质量评价的理论内涵，以及修复该场地及周边土壤重金属污染，为合理复垦开发利用遗留地提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

重庆市某化工厂位于重庆市西北部，在工业企业搬迁范围内。该工厂始建于1959年，总面积约为281.000m2，以生产红矾钠、铬酸酐、铬绿和铬粉等产品为主，2008年停止生产。此处的场地污染主要由于生产过程中填埋于厂区地下的铬渣，虽然场内堆放埋藏的铬渣已在2010年全部清理完毕，但原铬渣长期受自然降雨淋洗后，使大量六价铬及铬化合物进入深层土壤造成污染，加之原填埋铬渣范围较广，使得整个厂区污染均较为严重。为了充分利用该区域的土地,增加公共绿地面积,提高土地生产力,恢复生态平衡,对该废弃地土壤进行了调查与采样分析。

2.2 土样采集和制备

2.2.1 根据整个场区分布情况，按照随机布点法，在构筑物周围表层土布设采样点，分东、西、南、北四个方向进行布设，共布设54个点，采集3个0～50 cm的表层土壤子样品，均匀混合后按照四分法留取约1kg土壤样品。样品在室内自然风干，去除植物根系和沙砾等异物，用木质擀杖碾碎并用研钵研磨，分别过18目和100目尼龙筛，封存于PVC袋内以备分析用。

2.2.2 根据现场调查情况及《土壤环境质量标准》(GB15618- 1995)[6]确定本次调查分析项目为铜、铬、铅、锌共4个项目。

2.3 分析方法

(1)土壤 pH 的测定：参照《土壤pH 的测定》(NY/T 1377-2007)；

(2) 土壤重金属的测定：参照《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T17141-1997)，准确称取0.2g土壤样品，于聚四氟乙烯坩埚中，在电热板上加 HNO3-HF-HClO4消解、定容，用原子吸收分光光度法测定Cr、Cu、Zn、Pb 4种重金属的含量。为保证所获得数据的真实性与可靠性，实验过程中设置平行样品，各重金属的相对标准偏差(RSD)均控制在5%以内。

2.4 污染程度评价方法与标准

在自然界中，重金属的污染多为伴生性或综合性的复合污染。其对土壤-植物体系的影响十分复杂。单个重金属污染虽有发生，但由于元素之间的交互作用使元素的生理效应和化学行为发生了很大变化。因此，评价某种元素在污染土壤中的毒性仅以在其单体系中确定的临界值为依据显然是缺乏说服力的[7]。针对不同采样点和不同区域的整体研究，本文在单因子指数的基础上对研究区重金属复合污染分别采用内梅罗指数和潜在生态风险评价方法等数学方法综合进行研究。

2.4.1 单因子污染指数法

2.4.2 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数能全面反映各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[10]。计算公式为：

式中：P为内梅罗

综合污染指数，Pi为土壤中污染物单因子污染指数，avg(Pi) 土壤中污染物单因子污染指数的平均值，max(Pi) 土壤中污染物单因子污染指数的最大值。本文采用的土壤综合污染指数评价标准[11]对土壤污染状况判定污染等级。

2.5 潜在生态风险评价方法

瑞典科学家 Hakanson[12]于1980年建立了潜在生态危害指数法，这种方法考虑到不同重金属的毒性差异及环境对重金属污染的敏感程度，能够更准确的表示重金属对生态环境的影响潜力，因此被广泛应用[13]。计算公式为：RI=∑Ei=∑Ti×Pi，式中，RI为潜在生态危害指数(表1)，Ei为单一重金属i的潜在生态危害系数，Ti为单一重金属i的毒性系数，各金属的毒性系数分别为Cu=Pb=5>Cr=2>Zn=1[14]，Pi为各种所测重金属的单因子指数。

表1 生态危害系数、指数与危害程度分级[11]Tab.1 Ecological risk coefficient，risk index and classification of risk intensity

3 结果与讨论

3.1 土壤pH值

pH值是土壤酸碱度指标，是土壤基本性质和肥力的重要影响因素之一，是审查其他项目结果的一个依据。检测采集的54个土壤样品pH值，均在7.3～9.3范围内，平均值为8.3。可见，此工业遗留地土壤整体上呈碱性。

3.2 土壤中重金属含量状况

表2 重庆市某铬污染场地土壤重金属含量Tab.2 Soil heavy metal concentrations of a Chromium Contaminated Site in Chongqing

注：a:《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)三级标准。

测定研究区域(0～50)cm表层土壤样品中的4种重金属含量结果见表2。由表2可见，表层土壤样品中的重金属Cr、Cu、Zn、Pb的平均值分别为3 370.8，58.0，36.1，112.4mg/kg。变异系数反映各个样点的变异程度，其中Zn的变异系数最大，为111.4%；Cu的变异系数最小，为34.7%，各金属元素含量的变异系数由大到小的排列为Zn>Cr>Pb>Cu，说明不同采样点Zn的含量差异较大，而Cu含量分布相对集中。

与中国土壤背景值和四川省土壤背景值相比，4种重金属元素含量平均值中只有Zn的含量偏低，而Cr、Cu和Pb的平均含量分别是中国土壤背景值的55.3倍、2.6倍和4.3倍，是四川省土壤背景值的42.7倍、1.9倍和3.6倍。与《土壤环境质量标准》三级标准相比，Cu、Zn和Pb的平均含量均远小于其标准值，而Cr的平均含量是《土壤环境质量标准》三级标准的8.4倍。

3.3 土壤重金属污染程度评价

以四川省土壤背景值作参比，计算出土壤样品中4种重金属的单因子污染指数值，见表3。各采样点重金属单因子污染指数分布情况见表4。由表3可见，该场地土壤重金属除了Zn的单项污染指数平均值小于1之外，其它三种重金属的的单项污染指数均大于1。说明该区域受到了Cr、Cu、pb三种重金属的污染。其中，Cr的单项污染指数平均值最大，为42.67，污染最严重，其次为Pb，单项污染指数平均值为3.64，最后是Cu，单项污染指数为1.86。各种重金属元素变异系数Zn最大，Cr次之，Cu最小。说明Zn在该污染场地分布极其不均匀。

表3 重金属单因子污染指数Tab.3 Single factor pollution index of heavy metal

表4 污染指数值分布表Tab.4 Distribution of pollution index values of heavy metal

根据土壤综合污染指数评价标准，当0﹤Pi﹤1时，土壤属于清洁土壤，由表4可见，未受Cu、Zn、Pb污染的样本数分别为12个、47个和 5个，在1

3.4 土壤重金属污染的潜在生态风险评价

根据土壤重金属生态危害评价指数，对该铬污染场地土壤重金属的Ei，RI进行分析，数值见表5。由于部分样品重金属污染浓度高，加之样品采自不同区域段，因此，Ei，RI值的变化幅度较大。从ECu、EZn、EPb的平均值可看出：数值均小于40，处于轻微危害。4种重金属的平均单一潜在生态风险指数大小顺序为：Cr>Pb>Cu>Zn。而ECr的值为216.79，铬污染处于强度危害。重金属RI的均值为1 529.13，可知Cr和Pb对总生态风险指数(RI)的贡献值最大。化工企业遗留地土壤重金属污染程度与生产产品、生产原料、废渣常年堆积与填埋有很大关系，研究区域为重庆市某铬污染场地，是化工厂集中的区域，又处在下游区，由于化工生产过程复杂，原料多样，是导致该区域重金属污染的主要原因，应该把铬和铅的污染放在首要进行修复。

表5 土壤重金属生态危害评价指数Tab.5 Ecological risk assessment index of heavy metals in the soil

4 结 论

(1) 通过调查采样，分析测试和土壤重金属污染状况评价，基本摸清该化工厂遗留地土壤重金属元素含量及其污染状况，为控制和治理该区域重金属污染提供了科学依据。

(2) 以国家土壤环境质量三级标准，采用内梅罗综合污染指数法对该项目区域土壤是否遭受重金属污染进行了评价，计算结果符合实际，方法可行。

(3) 以单因子污染指数和内梅罗综合污染指数分析，表层土壤样品中的重金属Cr、Cu、Zn、Pb的平均含量分别为3 370.8，58.0，36.1，112.4mg/kg。4种重金属元素只有Zn含量偏低，Cr、Cu和Pb的平均含量分别是四川省土壤背景值的42.7倍、1.9倍和3.6倍，该土壤区域中受Cr和Pb污染情况比较严重。

(4) 以四川省土壤背景值为评价标准，该场地土壤重金属主要污染因子为Cr，其次是Pb和Cu，Zn未超过四川省土壤背景值。综合污染指数为77.13，属于重度重金属污染。说明该化工遗留地及周围土壤环境受到严重污染，重金属含量水平已不适宜于公共绿化，公用居住地的发展，应该妥善处理，防止污染扩散。

(5) 根据土壤重金属生态危害评价指数，该场地土壤重金属的平均单一潜在生态风险指数大小顺序为，Cr>Pb>Cu>Zn。可知Cr和Pb对总生态风险指数(RI)的贡献值最大，其中，Cr的影响占绝对主导地位，土壤环境总体处于很强危害程度。应该把铬和铅的污染放在首要进行修复。

[1]Yaylal-AbanuzG.HeavymetalcontaminationofsurfacesoilaroundGebzeindustrialarea，Turkey[J].MicrochemicalJournal，2011，99(1) :82-92．

[2]RimmerDL，VizardCG，TanjaPless-MulloliT，etal.Metalcontaminationofurbansoilsinthevicinityofamunicipalwasteincinerator:onesourceamongmany[J].SciTotalEnviron，2006，356(1-3) :207-216．

[3]DuongTT，LeeBK.Determiningcontaminationlevelofheavymetalsinroaddustfrombusytrafficareaswithdifferentcharacteristics[J].JournalEnvironManagement，2011，92(3) :554-562．

[4]LuoXiaosan，YuShen，ZhuYongguan，LiXiangdong.TracemetalcontaminationinurbansoilsofChina[J].SciTotalEnviron，2012，421-422:17-30 .

[5] 唐发静，祖艳群.土壤重金属空间变异的研究方法[J].云南农业大学学报，2008，23 (4)：558-561.

[6]GB15618-1995,土壤环境质量标准[S].

[7] 郑佳佳，姜 晓，张晓军.广东大宝山矿区周围土壤重金属污染状况评价[J].环境科学与技术，2008，31(11)：137-139.

[8] 李 鹏，李 晔，曾 璞，等.某冶炼厂周边农田土壤重金属污染状况分析与评价[J].安徽农业科学，2011，39(2) :863-865.

[9] 中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京：中国环境科学出版社，1990.

[10] 范栓喜，甘卓亭.土壤重金属污染评价方法进展[J].中国农学通报，2016，26(17) :310-315.

[11] 赵卓亚，王志刚，毕拥国，等.保定市城市绿地土壤重金属分布及其风险评价[J].河北农业大学学报，2009，32(2) :16-20.

[12]HakansonL.Ecologicalriskindexforaquaticpollutioncontrol：asedimentlogicalapproach[J].WaterResearch，1980，14 (8)：975-1001.

[13] 叶玉瑶，张虹鸥，谈树成.个旧城区土壤中重金属潜在生态危害评价[J].热带地理，2004，24(1)：14-17.

[14] 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.

Analysis and Assessment on Soil Pollution by Heavy Metals at an Industrial Remnant Land in Chongqing

MA Chan-yuan1，DENG Hong-yan2

(1.GansuAgricultureTechnologyCollege,Lanzhou730020,China; 2 .CityConstruction&EnvironmentalEngineeringAcademy,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

In order to study soil pollution by heavy metals, 54 soil samples containing heavy metal residues from a chromium contaminated site in Chongqing were collected to analyze the content of Cr, Cu, Zn and Pb elements.The results showed that the concentrations of Cr, Cu, Zn and Pb at surface soils were 3370.8，58.0，36.1，112.4 mg/kg, respectively. This site was heavily polluted by heavy metals and has a strong potential ecological risk. The potential ecological risk indexes rank as follows， Cr>Pb>Cu>Zn, Cr is the primary risk factor. The research results would provide theoretical foundation for the remediation and reuse of this abandoned site.

Soil contamination; heavy metal;chromium (VI); pollution assessment; risk index

2016-12-27

马婵媛(1983-)，女，甘肃会宁人，2009年毕业于兰州交通大学环境工程专业，硕士研究生，讲师，研究方向为污染控制化学。

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1001-3644(2017)02-0081-05