贵州铁路锌厂废渣旧址土壤重金属污染研究与分析

陈冬华，袁 玮，吴记银

（1.凯里生态环境监测中心，贵州 凯里 556002；2.凯里学院，贵州 凯里 556011）

1 引言

贵州铁路锌厂废渣旧址位于下湾溪东经107°58′，北纬26°36′，利用较为偏僻山坡并配以水泥筑坝，形成大概面积为37000 m2的废渣厂，在此对贵州铁路锌厂废弃物进行堆积，以避免对凯里市地表环境造成大面积影响。铁路锌厂废渣中仍含有部分重金属，会引发该区域内土壤污染。土壤一旦发生重金属污染，不仅会通过作物进入动物和人体，还会通过下渗作用对地下水造成，而且污染难以治理，严重威胁人类生存安全[1]。

凯里市目前已获得“全国文明城市”“优秀旅游城市”等称号，因此对生态环境建设要求也较高。并且随着经济的快速发展，凯里市人口数量不断增多，土地开发速度快速增长，现铁路锌厂废渣旧址周边部分土壤已被附近居民用于作物的种植。因此本文以凯里市原贵州铁路锌厂废渣旧址中的土壤为研究对象，分析土壤中重金属的含量，评价其潜在生态风险，为以后该区域土壤的利用与治理提供参考依据。

2 材料与方法

2.1 实验仪器

本试验采用火焰分光光度计法[2]，利用火焰原子吸收光谱仪（AA-7020原子吸收分光光度计，北京东西分析仪器有限公司）进行样品的测定。

2.2 样品的采集

由于采样区地形坡度及面积较大，地势不平坦，较符合蛇形采样法的标准，则在研究区内不同坡位，利用蛇形采样法选择六个采样点进行采样，D1—D6采样点经纬度为：26°36′55″，107°58′44″；26°36′54″，107°58′43″；26°36′53″，107°58′41″；26°36′52″，107°58′41″；26°36′52″，107°58′40″；26°36′52″，107°58′39″。D1点与各采样点的水平高度分别为：0，41，103，124，144，166米。

2.3 评价方法

2.3.1 贵州省土壤背景值及毒性相应系数

贵州省土壤背景值与土壤重金属的毒性相应系数[3]，见表1。

表1 贵州省土壤背景值及毒性相应系数

2.3.2 单因子指数法

其中，Px为污染指数，Cx为实测浓度，Co为贵州省土壤背景值。单因子指数法分级标准参考徐争启等著【潜在生态危害指数法评价】中重金属毒性系数计算文章[4]。

2.3.3 土壤综合污染指数法

其中，Pm为土壤综合指数，Pmax和Px分别为单因子x元素的最大值和平均值。土壤综合污染分级标准见表2。

表2 土壤综合污染分级标准

2.3.4 潜在生态风险评价法

式中：RI为潜在生态风险指数，为单一生态风险因子，Tx表示重金属元素x的毒性相应系数，Cx、Co分别为实测浓度、贵州省土壤背景值。分级标准参考盛红坤等著【天津市某校园土壤中重金属污染研究及其评价】[5]。

3 研究结果与分析

3.1 重金属研究结果

铁路锌厂废渣旧址土壤中铁的浓度最高值是D3点位，为303.40 mg/kg，是贵州省土壤背景值的33.2倍，最低值是D2点位，为105.35 mg/kg，是贵州省土壤背景值的11.53倍；锌的平均浓度最高的是D3点位，为85.79 mg/kg，最低的是D2点位，为45.95 mg/kg，均未超过贵州省土壤背景值；锰的平均浓度最高的是D3点位，为80.46 mg/kg，最低的是D2点位，为13.68 mg/kg，均未超过贵州省土壤背景值；金属镉的浓度最高的值是D3点位，为3.72 mg/kg，是贵州省土壤背景值的5.64倍，最低值是D5点位，为1.27 mg/kg，是贵州省土壤背景值的1.92倍；铅的浓度最高的是D3点位，为87.90 mg/kg，是贵州土壤背景值的2.5倍，最低值的是D1点位，为2.52 mg/kg，未超过贵州土壤背景值；D6点位铅的平均浓度为50.78 mg/kg，超过贵州省土壤背景值0.51倍；铜的平均浓度最高的是D3点位，为26.60 mg/kg，最低的是D1点位，为0.60 mg/kg，均未超过贵州土壤背景值，详见图1、图2。

图1 土壤中金属铁、锌、锰浓度

图2 土壤中金属镉、铅、铜浓度

3.2 分析结果

3.2.1 单因子指数法分析结果

由表3可知，土壤中金属Fe各点的单因子指数均大于3，六个取样点评价均为重度污染；金属Cd评价结果D5处为轻度污染，D1处为中度污染，其余四个取样点为重度污染；Pb评价结果D3处为中度污染，D6处为轻度污染，D1、D2、D4、D5处单因子指数均小于1，污染程度为清洁；Zn、Mn、Cu各点单因子评价结果均小于1，污染程度为清洁，污染程度顺序为：Fe>Cd>Pb>Zn>Cu>Mn，详见表3。

表3 单因子污染指数结果

3.2.2 土壤综合污染指数法评价结果

由表4可知，六个取样点土壤综合污染指数均大于3，评价其综合污染程度均为重污染，综合污染程度顺序为：D3>D6>D4>D5>D1>D2，详见表4。

表4 土壤综合污染指数结果

3.2.3 潜在生态风险评价法评价结果

由表5可知，采样点D1、D4、D5的RI值小于150，评价这三个取样点潜在生态风险程度为低；D2、D3、D6处于150与300之间，评价这三个取样点潜在生态风险程度为中度，潜在生态风险程度顺序为：D3>D6>D2>D4>D1>D5，详见表5。

表5 潜在生态风险指数结果

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）Fe和Cd超出贵州省土壤背景值。其中Fe的浓度为105.35～303.40 mg/kg，超出背景值的11.53～33.2倍；Cd的浓度为1.27～3.72 mg/kg，超出背景值的1.92～5.64倍；Pb的浓度为2.52～87.90 mg/kg，最高浓度超背景值2.5倍。金属Zn、Mn、Cu浓度均未超过贵州省土壤背景值。

（2）单因子指数法评价六种重金属的污染程度顺序为Fe>Cd>Pb>Zn>Cu>Mn。其中，Fe为重度污染；Cd为轻度污染到重度污染之间；Pb为清洁至中度污染之间，Zn、Mn、Cu各点污染程度均为清洁。

（3）综合污染指数法评价六个取样点污染程度顺序为D3>D6>D4>D5>D1>D2，且均属于重度污染。

（4）潜在生态风险评价法评价结果为采样点D1、D4、D5潜在生态风险程度为低；D2、D3、D6潜在生态风险程度为中度。潜在生态风险程度顺序为D3>D6>D2>D4>D1>D5。

4.2 讨论

（1）Fe、Cd、Pb超出贵州省土壤背景值，特别是金属Fe超贵州省土壤背景值数十倍，这是因为Fe、Cd、Pb是锌矿的伴生组分，并且在提炼过程中未能进行有效综合利用与二次资源回收，从而导致在废渣中含量高，成为环境主要污染物[6]。

（2）D3与D6综合污染程度较高，且D3高于D6，原因则是D3点位较高，地表裸露，没有植被覆盖与富集；D3处于一个较大的平面处，废渣从上方倾倒点滚落经D1、D2后被平坦的D3处截留，从而造成D3土壤中处重金属综合污染程度最高。废渣被D3截留后不易落入下方D4、D5、D6处，但由于雨水的冲刷，高处的重金属随地表径流自上而下流出，最终被位于D6处的废渣矿坝所截留，因此造成 D6处土壤综合污染程度也较高。

（3）结合单因子指数法和潜在生态风险评价法评价结果发现，虽然Fe和Cd均属于重度污染，但是其潜在生态风险评价却无Fe元素的评价。这是由于铁在人体中的含量较高，不将其作为潜在生态风险评价指标，但是其单因子评价为重度污染，其各点浓度均超出贵州省土壤背景值较高，所以在原铁路锌厂废渣旧址中所需治理的污染物是Fe和Cd。