陶瓷生产基地周边地区土壤重金属潜在生态环境风险评价

刘淑娟,何润华,黄梓铃,黄梓煌,曾煜民,王 悦

1.佛山科学技术学院 环境与化学工程学院,广东 佛山 528000

2.广东省西江北江流域生态文明建设与可持续发展中心,广东 佛山 528000

土壤是各种污染物的汇聚地，相关研究发现全球大部分污染物最终都滞留在土壤中[1]，土壤重金属污染已是当今研究的热点。重金属对土壤的理化性质会产生明显的影响，且导致养分吸收水平降低，干扰到土壤微生物状态平衡。同时又通过大气沉降、工农业生产、固体废弃物排放和交通运输等途径危害区域生态安全，从而进一步危害区域内的人体健康，具有潜在的环境风险。陶瓷产业对佛山经济增长有着重要的支柱作用。近些年来，佛山市积极推进产业结构调整。传统的陶瓷生产厂区——石湾、南庄等地众多陶瓷企业逐渐外迁，其中部分生产基地迁至佛山市三水区。随着陶瓷生产企业的迁入，三水区存在着发生土壤重金属污染的风险。但目前此方面的研究还很薄弱，鉴于此本研究对三水区部分陶瓷厂定点取样并对土壤样本进行重金属元素检测分析，在获取分析数据的基础上，进行了土壤环境质量的评价，为该领域的土壤环境质量保护及生态环境治理提供理论依据。

1 样品采集与研究方法

1.1 样品采集和处理

采样点主要集中在佛山市三水区中部，按照随机取点、多点采样的方法，共取样20 份。其中19 个为厂区附近样品，1 个为空白对照样品。19 个样品分别来自三水华纳、陶扬、乐平和力马四个厂区，采集深度为0～20 cm，每个样点取样1 kg 装袋带回，以采样点中心位置为坐标原点进行GPS记录。对所得样品放在通风、干燥处，自然风干，再挑除较明显的根须及碎小石砾后，按一定比例弃取250 g，磨碎，装袋备用。

土壤重金属的测定，按照国际上测定重金属的方法先对土壤样品进行消解，消解后再来测定土壤中的Cd、Cr、Pb、Ni 和As 含量，采用火焰原子吸收分光度法（HJ491-2009）及（GB/T17139-1997）分别测定Ni 和Cr 元素的含量水平，采用石墨炉原子吸收光谱法对Pb 和Cd 含量进行测定，采用原子荧光法（GB/T22105.2-2008）测定As 元素含量水平。

1.2 分析方法

潜在生态危害指数法是20 世纪八十年代Hakanson 提出，在应用了沉积学原理分析重金属污染方面有较高的应用价值[2]。该方法在研究过程中综合了重金属的生态效应、环境效应，在此基础上进行分级评价，涉及到的影响因素很多，主要包括毒性水平、污染浓度等因素。在分析过程中，对某区域的生态风险评价时，主要是通过单一重金属和沉积物多种重金属的潜在生态风险指数RI来综合评价分析，公式如下：

式中：Pi为单个元素的污染系数，为重金属元素的实测含量，为该元素的评价标准即其背景值，为毒性响应系数（表1）。

表1 广东地区重金属背景值及毒性系数[3]Table 1 Background value and toxicity coefficient of heavy metals in Guangdong province

表2 潜在生态风险系数（Ei）和潜在生态风险指数（RI）分级标准Table 2 Potential ecological risk coefficient(Ei)and potential ecological risk index(RI)classification standard

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量分布特征及分析

研究区5 种土壤重金属元素含量范围分别为：Cd 0.008～0.526 mg·kg-1、Cr 42.5～252 mg·kg-1、Pb 14～80.2 mg·kg-1、Ni 5.94～57.4 mg·kg-1、As 1.81～37.6 mg·kg-1（表3）。20 个土壤样品中重金属平均含量均明显高于当地的环境背景值，且在国家土壤二级标准范围内。5 种重金属的变异系数均超过0.5，属中等变异水平。以此推测重金属空间分布差异明显，可能由点源污染导致。

表3 研究区土壤重金属含量状况Table 3 Soil heavy metal content in the studied area

2.2 土壤重金属潜在生态风险评价——潜在生态危害指数法

通过潜在生态危害指数法分析采样区各样点土壤污染，4 种重金属元素的潜在生态风险系数平均值系数不超过40，从等级看为轻度生态危害，Cd 为175.68，属很强程度生态危害。综合来看采样区域内Cd 污染比较严重，潜在生态危害范围广、程度深，是造成采样区域内土壤重金属污染严重的主要原因（表4）。从表中可知5 种重金属元素潜在生态危害风险由强至弱依次为：Cd>As>Ni>Pb>Cr。运用潜在生态风险指数分级频率分布情况对潜在生态危害风险进行分级（表5）。由表可见，重金属Cr、Pb 和Ni 元素的潜在生态风险系数不超过40，均属轻度；As 元素属中等，因而这几种金属没有显著影响到目标区的土壤生态情况，其危害也并不明显；而Cd 元素的75%属中等危害，而其中极强生态危害的比例达到30%，表明采样区土壤Cd 污染已相当严重。从表中可知，总体上看相应的生态风险指数均值为228.45，属中等，且其中轻度的比例为40%，中等为30%，强度为30%。

表4 潜在生态风险指数评价结果（Ei）Table 4 Evaluation results of potential ecological risk index

表5 潜在生态风险指数分级频率分布表/%（RI）Table 5 Potential ecological risk index rating frequency distribution

3 结论与讨论

近年来，佛山市土壤重金属污染问题已受到学者们的关注。陈丰顺在对佛山市部分郊区农业土壤重金属的调查研究中发现，Cd、Cr、Pb、Ni 及As 等5 种重金属元素含量均超过广东省及部分超过全国土壤环境背景值含量[4]。关共凑等[5]及王凯等[6]在对佛山市城郊菜地采集土壤样品进行检测发现，全市土壤整体受到轻度重金属污染，Cd 最严重，可见佛山市区域内已出现了重金属累积的现象，并且具有强变异水平的特点，说明很可能是因为工厂点源污染的存在。在本研究区内5 种重金属的变异系数均存在较大的差异（变异系数均大于0.5），表明土壤中重金属含量分布空间不均，存在着局部点污染的情况。其原因很可能与其周边的陶瓷厂等工厂不合理排废有着密切关系。

从评价结果我们可以看出，Cd 元素是采样区土壤环境重金属污染的主要源头。一定程度上表明该区域内陶瓷厂等相关厂家的生产均对该区域土壤重金属的污染及潜在生态危害有着显著影响。且从研究中发现该地的土壤重金属污染的状况已比较严峻，应及时采取必要的防范及整治措施，从污染源头、创新生产技术及生产环节、妥善处理三废等途径去有效调控及改善土壤的重金属污染现状。