高密市土壤重金属调研—以醴泉街道为例

诸葛星辰

(青岛科技大学 环境科学，山东 青岛 266000)

土壤重金属污染指的是土壤中的各种重金属元素超过土壤所能承受的阈值，对土壤的结构功能造成严重破坏，土壤中出现的重金属元素主要有汞、镉、铅、铬、锌、铜等。近年来，土壤中的重金属含量还呈现逐渐上升的趋势，对我国的食品安全与国民健康构成了风险，因此有必要对种植可食用农作物的农田进行土壤重金属污染含量调研，以便为重金属污染的防治工作提供理论依据[1]。本文以微波消解—火焰原子吸收分光光度法测定土壤样品中的Cu、Zn、Cr三种重金属的含量，并计算分担率；采用单因子指数法、内梅罗指数法结合国家标准评估当地土壤重金属污染程度，旨在对高密市醴泉街道的土壤重金属源及污染状况进行分析，以期为后续土壤防治工作提供数据支撑。

1 采样地概况

在保证采样方便和满足实验研究内容的前提下，选择山东省高密市醴泉街道作为采样地点。该地处山东半岛东部胶东地区，胶莱平原腹地，属季风性暖温带大陆性半湿润气候，春分以后，多西南风，夏季盛行暖湿的东南季风，多雨，冬季气候干燥寒冷，多西北风，土壤类型为潮土土类，土地利用方式主要为旱地，种植农作物。采集表层0～20 cm的土壤样品，在采样、样品运输和样品处理过程中均采用非金属容器，防止样品污染[1]。针对当地季风风向及工厂空间分布特征，并结合大气重金属沉降特征和沉降通量，采用放射状布点方式选定5个采样点，并记录采样点坐标、种植农作物种类等信息，采样时间为2018年7月22日。

2 研究方法

为更加系统准确地评估实践地土壤状况，对研究区域土壤重金属污染状况采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法进行综合评价。

2.1 单因子指数法

单因子指数法计算公式为:

Pi=Ci/Si

(1)

当Ci≤Xa时,

Pi=Ci/Si=Ci/Xa

(2)

当Xa

P=1+(Ci-Xa)/(Xc-Xa)

(3)

当Xc

P=2+(Ci-Xc)/(Xp-Xc)

(4)

当Xp

P=3+(Ci-Xp)/Xp

(5)

式中：Pi为土壤中污染物 i 的环境质量指数; ci为污染物 i 的百万分浓度(mg·kg-1) ; S 为污染物 i 的评价标准(mg·kg-1) ，Xa,Xc和Xp分别为《土壤环境质量标准》中一、二、三级标准值。

2.2 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法计算公式为:

(6)

式中，I为综合污染指数；Si依据各元素的一级土壤含量上限确定。可将土壤重金属污染划分为 5 个等级，如表 1所示。

表1 土壤重金属污染分级标准Table 1 Classification Standard for heavy metal pollution in soils

3 结果与讨论

3.1 重金属含量检测

表2 土样中Cu、Zn和总Cr含量的测定结果Table 2 Determination of copper,zinc and total chromium in soil samples

运用微波消解-火焰原子吸收法测定样品中Cu、Zn、Cr的含量。测定结果如表2。对比《土壤环境质量标准》中的国家二级标准(pH值<6.5)，5号采样点处Cu含量超过国家二级标准214%，1号采样点处Zn含量超过国家二级标准。对于Cr来说，采样点含量均低于阈值。

3.2 评估污染状况

实验结果结合上述两种评价方法对采集样品的污染指数进行统计分析。表3是以单因子指数法对实践地土壤中各金属污染状况进行统计分析。有3个样品受到Cu的中度污染，Cu的污染范围较大，且程度较重。土壤受Zn金属不同程度的污染，分别为轻度污染、重度污染。2个采样点的土壤受到Cr的轻度污染。

表3 土壤样点重金属污染情况Table 3 Pollution situation of heavy metal in soil samples

高密市土壤重金属含量及污染情况如表4所示。表中单项污染指数以《土壤环境质量标准》中各元素的一级土壤含量(自然背景值)上限为评价标准,由内梅罗综合污染指数法中单项污染指数公式求得[2]。各重金属单项污染指数平均值均大于1.0，土壤总体呈轻度污染状态，且Cu的变异系数较大。按土壤污染分担率(土壤中某项污染指数占各项污染指数之和的比例)分析，表4中3项污染物分担率的排序为:Cu(40.85%)> Zn(26.28%)> Cr(32.85%)，Cu是土壤中的主要污染物。计算各种重金属的变异系数，3种重金属的变异系数大小的排序为Cu(49.63%)> Zn(42.31%)> Cr(16.37%)。Cu、Zn 变异系数相对较大，为49.63%、42.31%，说明其空间分布不均匀，可能具有同源性。

表4 土壤重金属含量及污染情况Table 4 contents and pollution of heavy metals in soil

土壤中重金属污染常是多种重金属复合污染,用内梅罗综合污染指数法评价每一土壤样点多种重金属污染的综合污染程度。土壤重金属污染指数和污染评价结果如表5所示，1、2、5号采样点受到重金属轻度污染，3、4号土壤样品达到警戒限水平，处于尚清洁状态。

Cu、Zn的地区分布差异大，分析来源主要为附近工厂排放的含铜、锌废水。对于种植作物的农田，Cu可能来源还有铜素农药(如波尔多液)、化肥的大量使用[3]。1号、5号采样点接近道路主干道，汽车轮胎磨损造成的烟尘、道路灰尘可能对Zn的富集有较大贡献[4]。Cr的含量分布比较稳定，且均未超过国家二级标准，故推测它的来源多为自然源。

表5 土壤重金属污染评价结果Table 5 Results of evaluation of heavy metal pollution in soils

4 结论

(1)从重金属统计数据来看，Cu、Zn存在超标现象，可能给食品安全带来风险。Cu、Zn分别在5号、1号采样点超过国家二级标准；对于Cr来说，采样点含量均低于阈值。检测的污染物分担率排序为:Cu> Zn> Cr，Cu是土壤中的主要污染物。

(2)通过单项污染指数法与内梅罗综合污染指数法,依据国家土壤重金属污染评价的二级标准研究得出1、2、5号采样点受到重金属轻度污染，3、4号土壤样品达到警戒限水平，处于尚清洁状态。

(3)Cu、Zn 变异系数相对较大，为49.63%、42.31%，说明其空间分布不均匀，同时可能存在同源性。Cr的离散性较小，应当来源于母质等自然源。