土壤风险评价及空间分布的研究

游佐佳，孟勤宪，曾前勇，邹凯

（遂宁市环境保护局，四川 遂宁 629000）

1 概况

某厂有近百年历史，先后从事盐业生产、农药制造、铅蓄电池生产及非法电镀等活动。该厂区的厂界紧邻河流，该河流下游10公里为应急水源地，为县城几十万人提供应急生活用水。厂区一面背靠山体，其余三面均被基本农田包围，涉及基本农田面积近千亩，周边农户2000余户。调查弄清该厂区土壤污染状况及各项污染物的危害程度，进行修复治理工作，防治污染物向周边基本农田、河流水系渗透，保护附近居民生命健康安全，开展该地块土壤详查及土壤环境风险评价对该区域生态环境的改善具有重要意义。

2 采样地布点分析

该厂区从事过的行业种类较多，并有许多未知生产活动。为了判断污染物的种类及分布情况，结合现场实际及场地内外的污染源分布、水文地质条件及污染物迁移和转化等因素，选择适合该场地的监测布点和采样方法，摸清污染物在土壤中的可能分布。调查监测按照《场地环境调查技术导则》和《场地环境监测技术导则》要求[1、2]，经对比系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法、系统布点法等适用条件，确定采用系统布点法进行布点详查，该方法适用于各类污染场地的情况，特别是污染分布不明确或污染分布范围较大的情况。根据不同单元分块实际情况设置采样区，混合土样采集有蛇形、对角线形、梅花形三种采集方法，兼顾采样点的均匀性和代表性，使用蛇形布点法采集混合样[3]。

场地采样点位确定后，各采样点垂直方向的土壤采样深度可根据污染源的位置、迁移和地层结构及水文地质等进行综合判断设置。由于对场地信息了解不足，难以合理判断采样深度，该场地按0.5～2m等间距设置采样位置。需要调查监测的面积近2万m2，共布设了17个土壤监测点。根据该厂区历史生产经营活动，结合前期试探性监测调查结果，主要针对7项污染物做分析测试（总镉、总铜、总汞、总铬、总砷、总铅、总镍）。每个采样点分3个断面，分别取0.2m、1m、2m三个土层深度的土样，共计54个混合土样，每个点位实测7种污染物，共获得357个污染数据。

3 土壤环境风险评价

3.1 单项污染指数法

该方法利用某项污染物的实测值与该项污染物的标准值的比值，得出评价结果。由于污染物的标准值没有一个统一的限值，需根据污染场地修复后的利用情况确定，本次采用《土壤环境质量标准》（GB15618-2008）二级标准中居住用地的限值作出评价。根据不同地层的采样结果分析，51个点位各对7项重金属的含量检测，得出357个污染数据，并进行评价，评价标准见表1。

表1 单项污染指数评价标准

式中：

Ki为i项污染物的单项污染指数；

Ci为i项污染物的实测值，mg/kg；

C0i为i项污染物的标准值，mg/kg。

采用单项污染指数法对357个污染数据进行评价，评价结果见表2。统计结果表明，所有点位Cu、Ni、Hg、Cr呈无污染状态，该地块重金属污染物为铅、砷和镉。其中镉不同地层评价结果显示都呈现重度污染，表层土重度污染程度占近53%。铅呈中度污染，砷呈轻度污染，往地层深度加深污染程度减弱。通过统计357个样品数据，受污染的土壤样品占26.6%，其中轻微污染占14%，轻度污染占5.6%，中度污染占2.2%，重度污染占4.8%。需要指出的是重度污染样品中全部由重金属镉造成；中度污染样品中镉占75%、铅占25%；轻度污染样品中镉占15%，砷占45%、铅占40%。由各重金属污染程度占比来看：镉＞铅＞砷＞铬=铜=镍=汞。结果如图1。由于该方法只对单一污染物作出评价，仅能判断单点位受某一重金属污染程度，缺乏对各项污染物的综合评价，不能综合反映该地块的污染程度。

表2 单项污染指数法评价结果统计表

图1 土壤样品污染结果统计示意图

3.2 内罗梅指数法

内罗梅指数法[4]是一种兼顾极值的综合评价方法，不但考虑了各项污染因子的平均污染浓度，而且还反映了污染最严重的污染因素，避免了人为主观权重因素的影响。内罗梅指数评价标准分为5个等级，从清洁安全到重度污染，评价标准及评价结果见表3。

式中：

Kin为i项污染物的内罗梅指数；

Ci（最大值）为i项污染物的最大值，mg/kg；

Ci（平均值）为i项污染物的平均值，mg/kg 。

通过计算不同重金属污染的Kin值，能够清晰判断出该污染地块不同地层受重金属的污染程度。评价结果反映出不同地层都受到镉的严重污染，表层还受到铅和砷的中度污染，1～2m地层受到铅和砷的轻度污染。从不同地层不同重金属的污染程度来看：Cd＞Pb=As＞Cu=Cr=Hg=Ni。

表3 内罗梅指数分级评价标准及结果统计

3.3 地质累计指数法

地质累计指数[5]又称为Muller指数，于20世纪60年代晚期起源于欧洲。该方法定量研究沉积物及相关物质中重金属的污染程度，不但考虑了沉积成岩作用自然地质过程造成的影响，同时重点体现人为生产活动对自然生态环境的影响。因而此方法是区分人为活动影响的重要参数，反应了重金属的迁移变化特征和人为活动的影响。

其中：

Ii为i项污染物的地质累计指数；

Ci为i项污染物的实测值，mg/kg；

Coi为i项污染物的背景值，mg/kg。

1.5 为修正系数，用来表征沉积特征、岩石地质及其它影响。

地质累计指数分为七个等级（forstner），从0级到6级污染程度从无到极强，不同级别表示重金属的不同污染程度，评价标准及结果见表4。

统计显示，该地块未受到铬、镍、铜重金属污染（0级），汞处于1级无污染到中污染状态，砷污染状态处于0～4级，处于中污染状态以上占62.8%。铅污染状态处于1～5级，处于强污染状态以上占60.7%。镉的污染状态处于4～6级，处于极强污染污染占比70.5%。由此该地块受重金属污染程度排序：镉＞铅＞砷＞汞＞铬（0级）=镍（0级）=铜（0级）。

表4 地质累计指数评价标准级评价结果统计表

3.4 污染负荷指数法

污染负荷指数[6]能够直观反映各项重金属污染物的污染程度及其在时间、空间上的变化趋势，该方法的评价标准见表5，评价模式为：

首先计算单项污染物的污染系数：

然后计算某点污染负荷指数（PLI）：

最后计算某一区域的污染负荷指数（PLIzone）：

式中：

Ci表示i项重金属污染物的实测值，mg/kg ；

Coi表示i项重金属污染物的背景值，mg/kg ；

CFi表示i项重金属污染物的污染系数；

PLI表示某点的污染负荷指数；

PLIzone表示某区域的污染负荷指数。

该区域共布置了17个采样点，结合重金属的污染特性，选取表层20cm处的监测数据进行评价，采用魏复盛[7]等发表的中国土壤环境背景值研究中的背景值进行评价。经计算表明，该地块17个点位中3个点位的PLI值处于2≤PLI＜3，强污染程度点位占17.6%。14个点位的PLI值均大于3，且5#点位PLI值最高为6.85，可见该点位的污染程度，最终极强污染程度点位达82.4%。该受污染地块污染指数达4.96，处于极强污染程度。

4 污染场地风险评价空间分布

污染场地风险评价是环境管理部门决策的基础，高质量的风险评价空间分布图具有直观性，有助于研究污染物的空间分布及污染特征情况。利用Surfer软件具有强大插值和绘制图件的特点，能形象直观地展现污染场地污染物在空间上的分布情况，为防治污染扩散和后续治理工作打下坚实的基础[8]。

首先在Surfer中新建一个工作表，分为A、B、C三列，A、B对应采样点坐标，C对应每个点位的风险评估数值（这里采用单因素评价结果数值），形成一个数据表格，然后在网格数据中找到这一数据表格，点击打开网格化数据并进行网格化插值，生成一个grd文件数据，最后在地图中新建等值线图找到并打开grd文件，就形成简易的风险评价空间分布图，最后经过进一步修饰，得到高质量的风险评价空间分布图。采用单因素评价结果，根据不同地层深度（20cm、100cm、200cm），不同采样点位位置（17个采样点）及不同污染物评价结果（Cd、As、Pb），得出该污染场地风险评价空间分布图（见图2、图3、图4）。

5 结论

（1）通过不同监测布点方法的对比分析，结合该污染场地历史生产活动、地形地貌和地质水文特性，科学选用系统布点法，蛇形采集混合土样，保证各采样点土样数据具有代表性和有效性。

表5 污染负荷指数评价标准

图2 受镉污染风险评价空间分布图（20cm、100cm、200cm）

图3 受铅污染风险评价空间分布图（20cm、100cm、200cm）

（2）现场土样数据经过各评价方法系统分析，从单项污染指数法开始，评价单一污染物，判断单点位受某一重金属污染程度，得到该地块受重金属污染程度为：镉＞铅＞砷＞铬 = 铜 = 镍 = 汞。到内罗梅指数法，同时考虑污染物的极值和均值影响，综合评价得出各项重金属的污染程度：Cd＞Pb = As＞Cu = Cr = Hg = Ni。再到地质累计指数法，考虑重金属沉积作用及人类活动的共同影响，评价结果：镉＞铅＞砷＞汞＞铬（0级）= 镍（0级）= 铜（0级）。最后采用污染负荷指数法，得到该污染地块污染指数达到4.96，处于极强污染程度。通过四种不同评价方法得到结果，该地块主要受重金属镉、铅、砷的污染，特别是重金属镉，不同地层均受到不同程度的污染，且达到最严重的污染程度。

图4 受砷污染风险评价空间分布图（20cm、100cm、200cm）

（3）利用Surfer软件直观清晰地解析了各地层不同点位受污染重金属风险评价空间分布情况，从空间分布图可看出，受污染点位主要集中在1#、4#、5#、6#、9#、10#和16#点位，其中以5#点位的污染程度最严重，其PLI值达到6.85，属极强污染程度。

（4）经过场地科学布点，采集土壤监测分析，将结果数据运用不同的评价分析方法综合评价，得出该地块受重金属污染不同程度并排序，最终确定该地块主要受重金属镉、铅、砷污染，再运用Surfer软件在空间上模拟出不同地层不同点位受污染程度，直观形象地展现了结果，为下一步如何开展治理修复，采取何种修复方法打下坚实基础。同时也为政府决策部门如何实现对该场地的风险管控，隔离、阻断污染源提供了依据。

[1] HJ 25.1-2014 场地环境调查技术导则 [S].

[2] HJ 25.2-2014 场地环境监测技术导则 [S].

[3] 姜勇.土壤污染调查布点及样品采集技术研究[J].科技资讯，2009（29）： 137-138.

[4] 钱庆腾，方淑波，乔亚军，成海，印春生.盐城海岸带土壤重金属污染风险评价比较研究[J].环境污染与防治，2016，12（38）：43-48.

[5] 邓晓霞，邹艳虹，陈璐，张文波，杜丽娟，米艳华，段红平.个旧矿区周边水稻土重金属生态风险及预警[J].环境科学导刊，2016，35（6）：88-93.

[6] 范拴喜，甘卓亭，李美娟，张掌权，周旗.土壤重金属污染评价方法进展[J].中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

[7] 魏复盛，陈静生，吴燕玉，郑春江.中国土壤环境背景值研究[J].环境科学，1991，12（4）：12-19.

[8] 蔡建楠，陆海云，黄文生，黄华，张颖姬.Surfer软件在环境质量综合评价中的应用[J].环境保护科学，2010，36（5）：45-47.