某区垃圾堆场周边土壤中重金属元素的污染特征及生态风险评价

吴明言

（福建省闽环试验检测有限公司，福建 福州 350000）

垃圾简易堆场作为农村生活垃圾治理不容忽视的一环，对其进行清理处置是改善城乡环境卫生面貌、确保人居健康安全的重要工作；近年来土壤重金属污染问题受到广泛关注[2]，一旦土壤受到重金属污染，除土壤本身性质发生改变，营养元素受到影响，更会影响农业种植安全，所以开展土壤重金属污染评价分析极为重要[3]。基于此，为了解和评价垃圾简易堆场周边土壤重金属元素的污染状况，本研究在收集堆场基础资料的情况下，按照相关监测技术规范，在垃圾简易堆场周边和场内布设20个土壤采样点位，共采集56份土壤样品，分析检测了砷、镉、六价铬、铜、铅、汞、镍等重金属元素含量，采用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法对研究区域内的土壤重金属元素的可能来源进行综合分析和评价，旨在为相关部门监管类似造成土壤污染的点源污染提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域情况

本研究选择福建省某区垃圾简易堆场作为研究对象，该堆场区域内的垃圾主要由一般工业垃圾、建筑垃圾及生活垃圾构成。堆场周边存在耕地、园地、居民区与水库。本次研究区域主要为简易道路区两侧50 m范围及集中堆置区域周边50 m范围。

1.2 点位布设及样品采集

本研究在主导风向上风向（东北方向）设置对照点、下风向（西南方向）设置下游背景点，在侧向设置两个土壤点位，在简易道路区及堆置区设置16个土壤点位，共布设20个土壤采样点；各土壤采样点位按实际情况确定采样深度，采样深度扣除地表非土壤硬化层厚度后，原则上按照3 m以内深层土壤的采样间隔为0.5 m、3～6 m采样间隔为1 m、6 m至地下水采样间隔为2 m进行采样，具体间隔根据周边地形、水文分布情况等实际情况做适当调整；原则上每个监测点位至少采集3个深度土壤样品。

本研究共采集土壤样品56个，另取6个土壤平行样作为质量控制，每个样品重量约1 kg，以聚乙烯袋封装。样品采集过程严格按照《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》（HJ 25.2-2019）[4]等相关文件要求执行。

1.3 样品制备和测试

土壤样品的前处理：首先将风干土壤样品用木槌敲打、压碎、拣出杂物、混匀，并用四分法取压碎样、研磨，过100目（孔径0.149 mm）尼龙筛，相关重金属元素按标准方法消解、过滤、定容后上机测试。

为保证样品分析的准确性，本次分析的实验室已通过相关认证，仪器按照规定定期校正；同时，工作人员在进行样品分析时对各环节进行了质量控制。

1.4 重金属评价与分析

1.4.1 单因子污染指数法

单因子污染指数法是针对土壤中某一种物质的污染程度进行评价，可全面反映出土壤中各种重金属的平均污染水平[5]，计算公式如式（1）。

式中，Ci属于土壤内重金属元素i的实测含量，单位：mg/kg；Si为土壤标准值，单位：mg/kg。

1.4.2 内梅罗污染指数法

内梅罗指数法是评价土壤重金属污染时，使用最为频繁的综合指数方法之一，此方法可以全面反映各元素对土壤质量所产生的影响[6]，而且该指数可以突出最高值对环境质量的影响程度。内梅罗指数法可以有效防止因为平均作用而减弱污染金属元素全值的问题，但是极有可能会因为人为因素扩大或者是缩小某因子的影响作用[7]。其公式为式（2）。

式中，PI为土壤内梅罗污染指数,P最大值为土壤各元素单因子指数中的最大值，P平均值为土壤中各元素单因子指数的平均值。土壤重金属元素污染物评价及生态风险分级见表1。

表1 土壤重金属元素污染物评价及生态风险分级

2 结果与分析

2.1 重金属元素含量特征

本次测试的56份土壤样品重金属的分析结果（见表2）表明，7个重金属检测指标中，Cu、Cd、Hg等重金属在堆场周边及其堆存区域内土壤中的平均含量高于福建省土壤平均背景值[8]，Cu是背景值的1.23倍（Cu背景值为21.6 mg·kg-1）；Cd是背景值的4.05倍（Cd背景值为0.054 mg·kg-1）；Hg是背景值的6.06倍（Hg背景值为0.081 mg·kg-1）。

表2 供试土壤中铜、铅、镉、镍、砷、汞的含量 单位：mg·kg -1

从表3可见，不同土层各元素的浓度变化情况有四种，即表层高于深层、表层等于深层、表层小于深层及其他情况（即各层间无明显规律）。引起元素在土壤不同土层含量不同的原因可能为：土壤侵蚀-堆积、土体的淋溶-淀积、人为活动造成的污染、植物吸收等[9]。因垃圾堆场受到人为活动的影响较大，本研究认为人为活动是供试土壤表层重金属污染元素含量的主要影响因素。

表3 不同土层中铜、铅、镉、镍、砷、汞含量比较

本次测试的56份土壤样品均未超过相应的土壤污染风险筛选值及管控值标准，但与对照点相比，堆场周边及其堆存区域内重金属元素的整体含量均高于对照点，可能原因是垃圾简易堆场中的垃圾无序堆放，其产生的渗滤液未集中收集处置，渗滤液中各类元素含量丰富，造成土壤中相应的重金属元素累积富集。

2.2 单因子污染指 数和内梅罗综合污染指数评价

以福建省土壤背景值为标准的单因子污染指数评价表明，6种元素（六价铬无相关评价指标，不列入评价）的单因子污染指数平均值依次为：汞＞镉＞铜＞砷＞铅＞镍。其中铅、砷、镍的单因子污染指数平均值Pi≤1，属于安全等级；铜的单因子污染指数平均值Pi=1.2，整体属于轻微污染。除镉外，供试的56份土壤中超过半数达到安全等级（无污染），3.6%属于中度污染，5.4%属于重度污染，说明供试土壤总体而言受到垃圾的影响程度较轻。根据内梅罗综合污染指数平均值PI评价，供试土壤属于中度污染或重度污染土壤，其中又以汞和镉的污染程度最为突出。

因本研究调查地块被划分为公园绿地，为二类建设用地，以《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）[1]中规定的二类用地筛选值为标准进行单因子污染指数评价，结果表明，7种元素的单因子污染指数平均值依次为：砷＞铅＞镍＞汞＞镉＞铜＞六价铬。所有重金属的单因子污染指数平均值Pi≤1，属于安全等级。根据内梅罗综合污染指数平均值PI评价，供试土壤PI均小于0.7，属于安全等级。详见表4。

表4 以二类用地筛选值为标准的污染指数分布

3 结论与讨论

（1）56份供试土壤样品，按相关标准要求测试砷、镉、六价铬、铜、铅、汞、镍。仅六价铬未检出，其余元素检出率100%；各元素含量均满足《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）[1]中规定的二类用地筛选值及管控值标 准。

（2）56份供试土壤样品，重金属砷、铅、镍含量平均值低于福建省土壤平均背景值，铜、镉、汞等重金属平均含量高于福建省土壤平均背景值。

（3）本研究中不同土层重金属元素浓度变化情况有四种，即表层高于深层、表层等于深层，表层小于深层及其他情况（即各层间无明显规律）。可能原因为人为活动在供试土壤重金属元素的垂向迁移上起到主要作用。

（4）堆场周边及其堆存区域内重金属元素的整体含量均高于对照点，其可能原因是垃圾简易堆场中的垃圾无序堆放，其产生的渗滤液未集中收集处置，渗滤液中各类元素含量丰富，造成土壤中相应的重金属元素累积富集。

（5）以福建省土壤背景值为标准的单因子污染指数评价表明，6种元素单因子污染指数平均值依次为：汞＞镉＞铜＞砷＞铅＞镍。重金属铅、砷、镍的单因子污染指数平均值Pi≤1，属于安全等级；铜的单因子污染指数平均值Pi=1.2，属于轻微污染；按内梅罗综合污染指数平均值PI评价，供试土壤均属于中度污染或重度污染土壤，其中又以汞和镉的污染程度最为突出。

（6）以《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600-2018）[1]中规定的二类用地筛选值为标准的单因子污染指数评价表明，7种元素的单因子污染指数平均值依次为：砷＞铅＞镍＞汞＞镉＞铜＞六价铬。所有重金属的单因子污染指数平均值Pi≤1，属于安全等级；根据内梅罗综合污染指数平均值PI评价，供试土壤PI均小于0.7，属于安全等级。

（7）根据上述结果，垃圾简易堆场周边土壤环境可能受道路两侧区域和集中堆置区域垃圾所产生的渗滤液影响，但影响相对较小，周边土壤检测结果未出现超标情况。