垃圾填埋场土壤重金属污染特征及生态风险分析

邓凯文

（北京市地质勘察技术院，北京 100120）

某垃圾填埋场位于北京市丰台区南部，该垃圾填埋场是丰台区垃圾填埋深度最大、填埋量最多的，分布在永定河东侧的废弃砂石坑中，对地表土壤污染物几乎没有防护能力[1]。其周边分布有永定河、地下水源地、村庄、住宅小区、公园及企业等，居住人口众多，垃圾填埋场的垃圾渗滤液成分十分复杂，各类重金属离子浓度一般都较高，可使土壤中的重金属含量升高[2]，当重金属含量积累到一定量后，会污染土壤生态环境，从而对区域生态系统、人体健康等造成不良后果[3]。基于此，综合考虑研究区的功能属性，以建设用地土壤污染风险管控标准值[4]和北京表层土壤背景值[5]进行对比，采用内梅罗综合污染指数和潜在生态风险指数进行土壤重金属污染综合评价，可使结果更为准确。

1 材料与方法

如图1所示，研究区分为垃圾填埋场加密区及垃圾填埋场外围区。在研究区内共采集550件有代表性的表层土壤混合样（0～20 cm），每件样品质量约为1 kg。样品采样中心点位用全球定位系统（GPS）精准定位。样品前处理及分析执行《全国土壤污染状况调查样品分析测试方法技术规定》。

图1 研究区土壤采样点位分布

2 评价方法

2.1 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法反映了各污染物对土壤的作用，同时突出高浓度污染物对土壤环境质量的影响，计算公式为：

式中：PN为内梅罗综合污染指数；Piave为各元素Pi值的算术平均值；Pimax为单一重金属i的污染指数最大值；土壤各重金属评价标准采用相关国家标准[4]列出的筛选值一类用地标准；根据PN值划分污染等级，分别为清洁（PN≤0.7）、轻微污染（0.7＜PN≤1.0）、轻度污染（1.0＜PN≤2.0）、中度污染（2.0＜PN≤3.0）、重度污染（PN＞3.0）。

2.2 潜在生态风险指数法

采用瑞典于1980年建立的一套应用沉积学原理评价重金属污染及生态危害的方法评价研究区的潜在生态风险指数（RI），计算方法如下：

式中：Ei为重金属元素i的潜在生态风险单项系数；Ti为重金属元素i的毒性响应系数；Ci为表层土壤中重金属元素i的实测浓度，mg/kg；C0为区域土壤背景值，mg/kg；RI为潜在生态风险指数（潜在生态风险单项系数Ei的总和）。

为体现区域的分异性，本文采用北京表层土壤背景值[5]。各重金属毒性响应系数如下：Hg=40，Cd=30，As=10，Cu=Ni=Pb=5，Cr=2，Zn=1。重金属污染的生态风险分级如表1所示。

表1 重金属的潜在生态风险单项系数和潜在生态风险指数

2.3 数据分析与制图

在本研究中，土壤重金属数据整理和统计用Excel 2017完成，统计分析用SPSS 20完成，采样点分布图用MapGIS 6.7完成。

3 结果与讨论

3.1 土壤重金属含量特征

研究区土壤重金属含量有较大的差异（见表2），土壤pH介于7.09～10.00，研究区pH的平均值、中位值均高于北京表层土壤背景值。加密区土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb及Zn的含量最大值、含量平均值均大于外围区。变异系数越大，元素的分布越不均匀，离散程度越大。加密区的土壤重金属Hg、Pb、Zn均呈现强变异，其中Pb变异系数最大，达189.0%，不均匀性最高。外围区土壤重金属仅Hg呈现强变异，变异系数达134.5%。由此可见，加密区土壤重金属不均匀性和受到人类活动的影响均高于外围区。

依据相关标准[4]，研究区所有土壤样品中，除Pb元素外，其他评价的重金属元素含量均小于建设用地土壤污染风险筛选值第一类用地标准，为安全无污染等级；有1件土壤样品中Pb含量超过建设用地土壤污染风险管制值第一类用地标准，位于加密区内，受到人类活动的影响较大，应引起重视[5]。

3.2 土壤重金属内梅罗综合污染指数

研究区土壤重金属内梅罗综合污染指数PN介于0.1～2.3，均值为0.2，表明研究区内土壤重金属内梅罗综合污染指数PN相对较低，总体环境相对安全；加密区土壤重金属有1件PN处于中度污染等级，占加密区样品总数的0.18%；外围区PN全部处于安全等级。

3.3 土壤重金属潜在生态风险指数

研究区土壤潜在生态风险单项系数Ei的评价结果（见表3）显示，加密区土壤重金属Cr、Cu、Ni、Zn的Ei均小于40，为轻微生态风险；外围区土壤重金属除Cd、Hg的Ei均大于40外，其余均呈现为轻微生态风险；加密区Hg存在中等至极强生态风险，其占加密区总样品数的比例分别为29.8%、23.0%、12.2%、11.2%；加密区Cd也存在中等至极强风险，其占加密区总样品数的比例分别为10.8%、3.6%、0.4%、0.2%，以轻微生态风险为主；加密区Pb仅存在1件中等和强生态风险，其余均为轻微生态风险；外围区Hg存在中等至极强生态风险，其占外围区总样品数的比例分别为28.0%、20.0%、6.0%、4.0%，以轻微生态风险为主；外围区Cd有4件样品为中等生态风险，其余均为轻微生态风险。

表3 研究区表层土壤重金属潜在生态风险单项系数（Ei）

如表4所示，加密区土壤重金属潜在生态风险指数RI的均值均大于外围区；加密区RI存在轻微至很强生态风险，其占加密区总样品数的比例分别为60.6%、23.2%、9.4%、6.8%，以轻微生态风险为主；外围区RI以轻微生态风险为主，其占外围区总样品数的70.0%。RI数据表明，加密区填埋的生活垃圾导致Cd、Hg和Pb等土壤重金属生态风险较高；外围区受到人类活动的影响，Cd和Hg存在一定的潜在生态风险。

表4 研究区表层土壤重金属潜在生态风险指数（RI）

4 结论

研究区表层土壤整体上未受到污染，但部分样品的土壤重金属元素呈现污染，重金属在加密区土壤中呈现明显的富集，加密区元素Hg、Pb和Zn属于强变异元素。研究区内土壤重金属内梅罗综合污染指数PN相对较低，总体环境相对安全，在加密区有1件土壤样品Pb含量超过建设用地土壤污染风险管制值第一类用地标准，对土壤的污染影响应引起重视。研究区土壤重金属潜在生态风险以轻微生态风险为主，加密区内填埋的生活垃圾导致Cd、Hg和Pb等重金属生态风险较高；受人类活动的影响，外围区内，Hg和Cd存在一定的潜在生态风险。