小城镇工业园区土壤重金属污染调查与评价——以肥城市为例

尹素真，王 晨，吕成成

(1.山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250100 2.中再生投资控股有限公司，山东 济南 250100)

1 引言

土壤污染具有隐蔽性、累积性、难可逆性等特点，工农业生产、交通运输等活动会产生大量重金属，通过漫流、淋溶入渗、大气沉降等途径进入土壤中，造成土壤的重金属污染[1，2]。重金属由于不能被降解将长期存在于土壤中，并通过食物链对动植物和人体健康产生危害。很多研究表明，由于受工厂排污的影响，工业园区其周边土壤环境中极易累积重金属等污染物[3]。随着工业化和城镇化的不断发展，小城镇工业园区发展迅速，开展小城镇工业园区土壤重金属污染的调查和评价具有重要意义。目前，国内外常用的评价土壤重金属污染的方法有：单项污染指数法、内梅罗污染指数法、潜在生态风险指数法和地质累积指数法等[4，5]。本研究选取山东省肥城市邻近的两个小城镇工业园区，在调查收集其土壤环境质量现状监测资料的基础上，采用多种评价方法全面、综合评价了其土壤中重金属的污染特征，以期为园区环境管理部门提供更为科学、客观的评价结论，并为区域的土壤污染防治提供基础数据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

本次调查的2个工业园区位于山东省中部，在大地构造位置上处于中朝准地台鲁西隆起区，地貌特征为低山丘陵与平原相间的山间沟谷、山前平原、冲积平原共存的复杂地貌形态。气候属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明，根据多年气象统计资料，区域年平均气温为12～14 ℃，年平均降水为434～1083 mm，年平均风速为1.8 m/s。两园区均成立于2009年，A园区主导产业为盐加工、高端制造、新材料制造、纺织和食品加工，B园区主导产业为锂电产业、设备制造业、资源循环利用产业。

2.2 监测布点和监测因子

2.3 评价标准

A1、B1属于农用地，执行《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)[6]表1中的其他用地风险筛选值要求，A2、A3和B2、B3均属于建设用地，执行《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)[7]表1中第二类用地筛选值要求。具体标准限值见表2。

2.4 评价方法

2.4.1 单项污染指数法

单项污染指数法是土壤环境质量评价中最常用的方法，可以直观的反映土壤中某一污染物的污染程度[8]，其计算公式为：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中：Pi为单项污染指数；Ci为i污染物的实测值，mg/kg；Si为i污染物的标准值，此次评价分别取农用地和建设用地筛选值，mg/kg。

2.4.2 内梅罗污染指数法

内梅罗污染指数法可以综合的评价土壤的环境质量状况，不仅可以反映各污染物对土壤环境的影响，还能够突出高浓度污染物的作用，同时，可以根据计算的内梅罗污染指数对土壤环境质量划定污染等级[9，10](表3)。其计算公式如下：

(2)

式(2)中：PN为内梅罗污染指数，P平均为取样点各污染物单项污染指数的平均值，Pmax为取样点各污染物单项污染指数的最大值。

来生信念量表(Belief in Afterlife Scale，BA量表)(Osarchuk & Tatz，1973)，旨在测量“个体对肉体死亡后生命仍以某种形式继续存在的相信程度”，量表中的条目测量个体相信死后生命存在的程度。共20个条目，采用5点Likert式评分，其中13个条目为反向计分。得分越高，说明被试的来生信念越强，越相信死后生命继续存在(Bering, 2002)。

表3 内梅罗污染指数评价标准

2.4.3 潜在生态风险指数法

潜在生态风险指数(Potential ecological risk index，RI)同时结合了环境化学、毒理学等方面的内容，引入毒性系数来确定土壤重金属的潜在危害程度，能够综合地评价土壤重金属的潜在生态风险[11](评价指标和等级划分见表4)。其计算公式如下：

(3)

(4)

2.4.4 地质累积指数法

地质累积指数又称为Muller指数[14]，可以定量用于研究沉积物等中重金属的污染程度，综合反映土壤环境背景及人类活动的共同影响。地质累积指数分级标准见表5，其计算公式如下：

(5)

式(5)中：Igeo为地质累积指数；Ci为i污染物的实测值，mg/kg；Bi为i污染物的地球化学背景值，mg/kg，砷、镉、铜、铅、汞、镍、锌、铬的背景浓度取中国土壤元素背景值[15]中山东省的调查结果，分别为9.3、0.084、24、25.8、0.019、25.8、63.5、66 mg/kg，铬(六价)的背景浓度取《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)[7]中第二类用地筛选值，5.7 mg/kg。

表4 生态风险评价指标和等级划分

表5 地质累积指数法分级标准

3 结果与分析

3.1 园区土壤环境质量调查结果分析

园区的土壤环境质量调查结果如表6所示。由表中数据可知，所有监测点位土壤的pH值在5.5～8.5之间，无酸化或碱化。A1和B1点位各监测指标均能满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)[6]表1中的其他用地风险筛选值要求，未出现超标现象，且2个点位含量最高的两种重金属均为铬、锌，含量最少的3种重金属均为砷、镉、汞。A2、A3和B2、B3点位各监测指标均能满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)[7]中第二类用地筛选值要求，也未出现超标现象；不同取样深度处各重金属的含量变化无明显规律。

3.2 单项污染指数和内梅罗污染指数评价

由表7中的单项污染指数和内梅罗污染指数评价结果可以看出，本次监测的6个点位的重金属的单项污染指数均<1，其中农用地的单项污染指数范围为0.025～0.56，建设用地的单项污染指数范围为0.001～0.221；内梅罗污染指数均<0.7，其中农用地的内梅罗污染指数范围为0.38～0.46，建设用地的内梅罗污染指数范围为0.144～0.161。表明区域土壤处于“清洁”水平，未受重金属的污染[16]。

表6 园区土壤环境质量调查结果 mg/kg

表7 单项污染指数和内梅罗污染指数评价结果

3.3 潜在生态风险指数评价

由表8中的潜在生态风险指数评价结果可以看出，各监测点位重金属的潜在生态风险指数均<40，其中农用地的潜在生态风险指数范围为0.35～14，建设用地的潜在生态风险指数范围为0.01～2.22；综合潜在生态风险指数均<150，其中农用地的综合潜在生态风险指数范围为22.98～26.67，建设用地的综合潜在生态风险指数范围为2.54～2.85。总体上看，潜在生态风险指数评价结果与单项污染指数法、内梅罗污染指数评价结果一致，表明区域土壤未受到重金属的污染。

表8 潜在生态风险指数评价结果

3.4 地质累积指数评价

由表9中的地质累积指数评价结果可以看出，各监测点位的砷、铜、铅、锌、铬(六价)的地质累积指数均<0，污染等级为0，污染程度为无污染；各监测点位的镉、铬的地质累积指数范围均在0～1范围内，污染等级为1，污染程度为轻微污染；除A1的镍为轻度污染外，其他监测点的镍均为无污染；各监测点汞的地质累积指数范围均在1～2范围内，污染等级为2，污染程度为轻度污染。

表9 地质累积指数评价结果

4 结论与讨论

(1)通过对采用单项污染指数法、内梅罗污染指数法、潜在生态风险指数法和地质累积指数法的评价结果进行比较可以看出，地质累积指数法的评价结果明显严重于前3种评价方法。其中单项污染指数法、内梅罗污染指数法和潜在生态风险指数法的评价结果基本相同，均显示区域土壤未受到重金属的污染；而地质累积指数法的评价结果则显示：1个监测点的镍轻度污染，各监测点的镉、铬轻微污染，各监测点汞轻度污染。分析地质累积指数法与其他3种评价方法采用的标准/背景浓度不同有关，地质累积指数评价时所取用的镍、镉、铬、汞的背景浓度明显低于其他3种评价方法所采用的标准值；同时，砷、镉、铅、汞、镍、锌、铬的实测浓度存在超过背景浓度现象。

(2)通过对采用单项污染指数法、潜在生态风险指数法和地质累积指数法的评价结果进行比较可以看出，同一监测点位采用不同评价方法计算的最大指数对应的污染因子不同。其中采样点A1单项污染指数最大的因子为镍、潜在生态风险指数最大的因子为镉、地质累积指数最大的因子为汞，采样点B1单项污染指数最大的因子为砷、潜在生态风险指数最大的因子为镉、地质累积指数最大的因子为汞。分析与不同评价方法重点关注的评价内容不同有关，因此在实际工作中，应结合具体实际选择一种或者多种方法组合进行评价，以便全面、准确地判断土壤受重金属的污染程度。

(3)综合上述分析结果，园区各监测点的重金属含量均能够满足所执行的标准限值要求，不存在超标现象，区域土壤环境质量良好。但是，部分监测因子高于背景浓度，建议园区进一步加强管理，合理开发和利用土地资源，杜绝环境污染事故，建立定期监测制度，避免因园区的建设而导致区域土壤环境质量恶化。