阜阳市城市规划区土壤重金属积累特征及其污染评价

刘建奎 王金路 殷玉忠 王龙平 姚景华

摘  要：通过在阜阳市城市规划区进行现场调查采样与测试分析，研究了该地区0～20cm表层土壤中7种典型重金属的累积状况，并采用污染指数法对土壤重金属的污染状况进行了评价。结果表明：参照安徽省土壤背景值，阜阳市城区土壤中Pb积累明显，超过土壤背景值的 215.67%;单项污染指数评价结果显示，Hg污染最严重，Zn污染最弱;尼梅罗综合污染指数评价結果显示，研究区各功能区土壤重金属综合污染指数排序为交通区>工业区>居住区>公园区，且交通区和工业区达到了重度污染级别。

关键词：城市土壤;重金属;污染评价;阜阳市

中图分类号：X825            文献标识码：A     文章编号：1007-1903（2019）02-0073-05

Abstract： The accumulation characteristics of Cu， Pb， Zn， Cr， Cd， As and Hg in 0～20 cm topsoil are studied by means of field sampling and laboratory detection in Fuyang urban planning area. This paper evaluates the pollution status of those heavy metals by using the pollution index method based on the background levels of heavy metals in topsoil of Anhui Province. The results show that the concentrations of Pb in urban topsoil accumulate significantly， and its average contents exceed corresponding standard levels by 215.67%， with the comparison to the concentrations of soil elements in Anhui Province. The evaluation on characteristics of heavy metal pollution in terms of area distribution by using single contamination index method indicates that Hg pollution is the most serious， and Zn pollution is the least serious. Comprehensive contamination index evaluation results show that the sorts of soil pollution index in functional areas are： transportation district > industrial urban area > residential area > park district. The transportation district and industrial urban area are both severely polluted.

Keywords： Urban soil; Heavy metal elements; Pollution evaluation; Fuyang City

0 前言

近年来我国新型工业化、城镇化进程加快推进，带来不少负面环境问题，典型的如城市土壤重金属污染方面，其污染程度逐步加剧，面积逐年扩大。由于土壤重金属污染的隐蔽性、不可逆性及难以恢复性，其被学界喻为“化学定时炸弹”（谢学锦，2000），对其开展研究已成为当今环境地质领域的重要内容之一。

阜阳市是安徽省四大煤化工基地之一，是土壤重金属污染较严重的城市。陈毛华等（2016）对阜阳颍州区郊区土地中的铜、铅、镉、铬、锌等重金属元素污染特征进行了初步研究，王寅等（2017）对阜阳临泉县重金属污染农田土壤修复进行了有益探索。当前，对阜阳市土壤重金属污染的系统性研究未见报道。本文以阜阳市城市规划区表层土壤为研究对象，开展7种重金属污染现状评价，力求为改善城市土壤环境质量、保证市民身体健康等提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1样点布设及采集

根据研究区土壤的分布情况及土地利用方式，本次采用网格布样法在研究区中的交通区、工业区、居住区和公园区4 种典型功能区中采集0～20cm 表层土壤样品，共采集161个有效土壤样品。采样点见图 1。土样在剔除与金属采样器接触部分后，在阴凉通风处进行风干，剔除残渣、根系等侵入体，用瓷研钵研磨，分别过200目筛后装袋备用。用ICP-MS 测定土壤中重金属 Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As、Hg含量，测定过程严格按照规范进行质量控制，以保证数据可靠性。

1.2 研究方法及分级标准

阜阳研究区土壤重金属污染采用单项污染指数法与综合污染指数法进行评价。评价分级标准是依据国家土壤环境质量技术标准（GB15168-2008）及陈兴仁等（2012）研究成果。结合研究区实际情况，土壤重金属污染程度分级标准见表1。评价方法分述如下：

单项污染指数法计算公式为：Pi=Ci / Si

式中：Pi为土壤中重金属i的污染指数，Ci为重金属i的实测浓度（mg/kg），Si为重金属i的分级标准。

尼梅罗综合污染指数法的计算公式为：

式中：P综为土壤综合污染指数，Pimax为重金属i污染指数最大值;为重金属i污染指数的算术平均值。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量及分布特征分析

经过统计分析，研究区7种土壤重金属元素含量结果见表2。

由上表可知，研究區除 Cd重金属元素外，其他6种重金属含量均不同程度超过国家土壤环境质量二级标准或安徽省土壤背景值，其中Pb污染最为严重，Pb平均含量达到78.6 mg/kg，超过我省土壤背景值的215.67%，这说明表层土壤中Pb重金属有外源物质的进入，并存在一定程度积累。另外，Zn、Cr、As、Hg重金属含量平均值低于安徽省土壤背景值;个别区域Zn、Cr、As、Hg含量超过我省土壤背景值，但含量均在国家土壤环境质量二级标准范围内。

变异系数是反映数据离散程度的参数，其数值越大，表明数据波动就越大，因此变异系数可以反映数据的分布均一水平。表2显示，研究区7种土壤重金属元素的变异系数大小排序为：Cd>Hg> Zn > As > Cu>Pb>Cr，Cd元素的变异系数最大，这表明Cd在研究区表层土壤中的分布最不均匀，受到的人为活动干扰比其他重金属更强烈;Cr元素的变异系数最小，这表明Cr在研究区表层土壤中的分布均一性最好。

2.2 阜阳市与其它城市土壤重金属含量对比

将研究区土壤重金属含量与我国广州（陈海珍等，2010）、上海（刘玉燕等，2008）、西安（阴雷鹏等，2006）、武汉（黄敏等，2010）、兰州（杨苏才等，2004）、临汾（王浚卿等，2014）等城市进行比较（表3），上述城市之间的重金属含量存在明显差异。阜阳研究区土壤中Cd、As、Hg、Zn、Cr含量低于其它城市，但重金属Pb和Cu含量与其它城市相比较已处于中等偏上水平，阜阳Pb和Cu污染应当引起重视。上述不同城市之间重金属含量差异主要是由于工矿规模、人口规模、交通运输状况等因素综合影响的结果。

2.3 各功能区土壤重金属积累特征

图2为研究区各功能分区的土壤重金属污染指数评价结果，由图可知，土壤重金属含量在研究区四大功能分区中差异明显。分述如下：交通区土壤中重金属元素均超出安徽省土壤背景值，其中Cd、Hg、Pb、As和Cu分别达到相应土壤背景值的3.93倍、3.66倍、2.93倍、1.65倍和1.44倍，这表明交通区土壤中重金属积累最为突出。工业区土壤中重金属积累次之，工业区土壤中仅有Zn的平均含量低于其背景值;其他Hg、Pb、Cd和 As的平均含量分别为0.15mg/kg、75.95 mg/kg、0.14 mg/kg、17.13 mg/kg，分别达到相应土壤背景值的 3.75倍、3.05倍、2.27倍和1.73倍。公园区土壤中Cd、Hg、Pb、As和Cu的平均含量分别为相应土壤背景值的1.87倍、1.47倍、1.53倍和1.37倍，对比分析表明公园区土壤中重金属积累状况位于处于交通区和工业区之后。居住区土壤中重金属Cd、Pb、 Hg、Cu 和 As含量分别为背景值的 2.12倍、1.71倍、1.59倍、1.42倍和1.42倍，总体来看居住区土壤重金属除了As和Pb以外，其他重金属积累均高于公园区。

综上可知，研究区在交通区、工业区重金属Hg、Pb及Cd含量积累明显，尤其是汞的积累更突出，究其原因，这可能与汽车尾气、煤炭及石油燃烧等过程产生的Hg有关。交通区、居住区土壤中Pb含量较高，这可能与含铅汽油使用、车辆尾气排放等有关;而工业区土壤Pb重金属含量较高，这可能与研究区工矿矿石冶炼及排放含Pb废物有关;Cd重金属含量积累可能与当地机械制造、冶金建材等工矿排放相关。

2.4 阜阳市城区表层土壤重金属污染评价

表4为研究区分别采用单因子指数和尼梅罗综合污染指数评价土壤重金属污染计算结果。单项污染指数结果显示，Hg的指数为3.12，数值最大，达到重度污染级别;Pb指数次之，达到中度污染级别;As、Cu和Cr的指数为轻度污染级别，Zn为警戒级别。尼梅罗综合污染指数结果显示，研究区四大功能区土壤重金属污染指数值均为P综 >1.5，这表明研究区土壤重金属整体已有一定程度的积累，且达到了轻度污染级别;交通区和工业区综合污染指数超过3.0，这表明上述两个功能区达到重污染级别。全市的土壤重金属综合污染指数平均为P综 =2.59，处于中度污染级别，总之，研究区土壤重金属污染已比较严重。

由表4可以看出，各功能分区土壤中重金属含量受土地利用方式影响显著，各功能区重金属综合指数P综 值的排序为交通区>工业区>居住区>公园区。人类活动干扰程度是造成P综值差异的主要原因，其中，交通区土壤重金属污染与研究区交通流量和物流行业持续增大有关，受到的污染程度最重;工业区由于部分工矿搬迁导致工业“三废”的排放有所减弱，因此受到的污染次之;居住区土壤重金属含量主要受到生活垃圾及生活污废水的影响;公园区受到外在的工矿和交通污染的影响程度最小，受到人类生活污染活动干扰相对较少，但由于其每天接待众多市民休闲游园，其表层土壤环境显得尤为重要，目前该区土壤重金属已达轻度污染级别，应引起相关部门的重视。

此外，对比发现Pb的空间变异特征与研究区各样点土壤重金属综合污染指数具有明显的相似性，这表明Pb对研究区土壤重金属污染的整体贡献率较大，是研究区土壤重金属污染的最主要控制因子。

3 结论

（1）阜阳市城区表层土壤中Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As、Hg的平均含量分别为28.5mg/kg、78.6mg/kg、63.4mg/kg、72.6mg/kg、0.017mg/kg、9.8mg/kg、0.04mg/kg。与国家土壤环境质量二级标准或安徽省土壤背景值相比，除Cd外，其他6种重金属含量均有不同程度的超标，其中Pb污染最为严重。

（2）将阜阳土壤重金属含量与我国其它城市进行对比，结果表明，阜阳市表层土壤中Cr、Cd、As、Hg、Zn含量均低于其它城市，但Pb和Cu含量属于中等水平，阜阳市Pb和Cu污染应当引起重视。

（3）尼梅罗综合污染指数计算结果表明，阜阳市各功能分区土壤重金属综合污染指数排序为交通区>工业区>居住区>公园区，且交通区和工业区均达到重度污染级别。

（4 ）Pb是阜阳研究区土壤重金属污染的最主要控制因子。

参考文献

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