不同用地类型的土壤重金属综合风险等级评价研究
2023-12-21覃艳蕾
覃艳蕾
（广州沃索环境科技有限公司，广东 广州 510000）
引言
土壤是人类赖以生存的重要自然资源，随着我国工业与城市化建设的高速发展，大量的污染物质排放到土地中，虽然土壤具有一定的容纳、净化能力，但这种能力相对较弱，导致某些地区土壤重金属含量超标，这些超标的重金属通过食物链进入人体，对人类与生态环境造成较大伤害。研究人员经过较长时间的探索发现，土壤重金属含量主要与土地利用方式有关，所以针对不同用地类型的污染地块风险测评十分必要。只有针对不同用地类型进行污染地块风险评价，我们才能根据测评数据进行污染治理，更好地保障城市的健康发展。
基于此，本研究选取广东省典型工业城市—佛山市，以土壤污染重点监管单位、典型行业企业用地土壤为研究对象，采用内梅罗综合指数法、污染负荷指数法对土壤普遍存在的8种重金属元素的污染状况进行分析和评价。
1 研究区概况及样本采集分析
1.1 研究区概况
佛山市是广东省辖地级市，位于广东省中南部，地处珠江三角洲腹地，位于东经113°06’，北纬23°02’。佛山市属南亚热带季风性湿润气候，土壤类型主要有赤红壤、红壤和黄壤。佛山市是广东省重要的制造业基地、珠三角地区西翼经贸中心和综合交通枢纽。
1.2 样品采集分析
本文针对24家企业共计358个样本的监测结果进行分析，共涉及7个不同工业用地类型，具体包括金属压延加工、纺织印染加工、原油加工、危险废物治理、环境卫生管理、电池制造、合成树脂制造等行业。
本研究依据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166-2004）[1]、《工业企业土壤和地下水自行监测技术指南》（HJ 1209-2021）[2]对土壤污染重点监管单位进行点位布设和样品采集，主要采集表层土壤和深层土壤。典型行业企业的布点采样则依据《重点行业企业用地调查样品采集保存和流转技术规定（试行）》（环办土壤〔2017〕67号）[3]、《典型行业企业及周边土壤污染状况调查工作方案》（环办土壤函〔2021〕246号附件）[4]进行深层土壤样品采集。
表层土壤主要使用梅花布点法设置5个样品采集点，采样深度为0～0.5m。将取样点土壤混匀后，经四分法取样1.5 kg。深层土壤通过钻探方式获取柱状土，土壤采样深度根据污染源位置、迁移和地层结构以及水文地质等判断设置，经XFR现场快速筛查重金属含量后，选取污染最严重的深度进行样品采集，样品重量至少大于1.0 kg。采样时，使用GPS或RTK确认点位经纬度，现场记录土壤样品信息。采集后的样品放在阴凉处自然风干，并去除石块、动植物残渣等杂物，再研磨过筛以备检测重金属含量。
土壤监测指标为砷（As）、镉（Cd）、铜（Cu）、铅（Pb）、汞（Hg）、镍（Ni）、铬（Cr）、锌（Zn），共8种重金属元素，各调查企业具体的重金属监测因子，由该企业污染识别结果确定。土壤重金属含量选用《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）[5]中推荐的分析方法进行测定。采用火焰原子吸收分光光度法（HJ 491-2009）[6]测定Cu、Zn、Cr、Ni元素的含量水平；采用石墨炉原子吸收光谱法（GB/T 17141-1997）[7]对Pb和Cd的含量水平进行测定；采用原子荧光法（GB/T 22105.1-2008、GB/T 22105.2-2008）[8]分别测定Hg、As元素的含量水平；土壤pH值采用电位法测定。
2 污染地块评价方法
本研究采用内梅罗综合指数法、土壤污染负荷指数法对佛山市不同工业用地类型的土壤重金属污染状况进行评价，选择广东省土壤背景值[9]和《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）[5]中第二类用地筛选值作为评价标准；对于GB 36600中未明确限值的铬、锌，依据《建设用地土壤污染风险评估技术导则》（HJ 25.3-2019）[10]推导污染物筛选值。
2.1 内梅罗综合指数法
单因子指数法可以对土壤中某一污染物的污染程度进行评价，其计算公式[11]为：
其中Pi为土壤中重金属i的单因子污染指数，Ci为重金属i的实测值（mg/kg），Si为重金属i建设用地的风险筛选值（mg/kg）。Pi值越大，则表示土壤受到重金属i污染的程度越大。
内梅罗综合指数法是在单因子指数法的基础上发展而来，是当前被广泛使用的一种综合污染指数计算方法。内梅罗综合指数法，将多个因子的污染指数结合起来进行评价，其可以兼顾污染指数平均值，同时也能突出污染指数最大值因子对土壤环境的影响，能够充分反映土壤整体污染程度。其计算公式为：
式中PN为内梅罗综合污染指数，Pi aver为土壤中各金属元素单因子污染指数的平均值，Pi max为所有金属元素污染指数的最大值。PN值越大，则表示土壤受到重金属污染的程度越大。PN≤0.7的污染等级为安全；0.7
2.2 污染负荷指数法
污染负荷指数法是一种单因子指数与综合评价相结合的评价方法，能够反映每种重金属的污染程度，在土壤重金属污染评估、大气污染评估、水体污染评估等领域应用广泛，常用于评价整个研究区域的污染状况。其计算公式为：
其中Ci为重金属i的实测值（mg/kg），Bi为重金属i在广东省的背景值（mg/kg）。PLI为某取样点的污染负荷指数，n为评价元素样本数量；PLIZONE为研究区的污染负荷指数，m为研究区样本数量。
污染负荷指数法重金属污染评价分为4个等级，PLI≤1时，污染等级为无污染；1
3 研究区土壤重金属污染风险评估
3.1 佛山市土壤重金属含量特征
本文研究区土壤pH值范围为3.9～10.3，其中pH<6.5的样本占比为22.1%，6.5
8种重金属元素的平均含量分别为：As=21.6 mg/kg、Cd=0.300 mg/kg、Cu=40.4 mg/kg、Pb=280 mg/kg、Hg=0.136 mg/kg、Ni=23.2 mg/kg、Cr=59.2 mg/kg、Zn=85.8 mg/kg。As、Pb存在超标，超筛率分别为2.23%、3.63%，其中电池制造业As、Pb最大超标倍数分别为7.2倍、23.4倍。Pb、Hg、Cr元素的中位值与背景值较为接近，变异系数从大到小依次为Pb>Hg>Cd>As>Cu>Zn>Ni>Cr，Pb呈现强变异。8种重金属元素的平均含量均超过了广东省土壤背景值，由此可以看出，佛山市不同类型工业用地的土壤重金属存在外源输入现象。
3.2 内梅罗综合污染指数评价
在单因子污染指数法的基础上，采用内梅罗综合污染指数对佛山市不同类型工业用地的土壤重金属污染程度进行评价，评价结果如表2所示。
表2 土壤重金属单因子污染指数与内梅罗综合污染指数统计表
通过比较各重金属单因子污染指数可以得知，电池制造行业As、Pb、Cr的单因子污染指数最大，纺织及印染加工行业的Cd、Zn、原油加工及制造行业的Cu、Ni、环境卫生管理行业的Hg，其单因子污染指数大于其他行业，说明这4个行业土壤重金属单因子污染程度较高。
从研究区不同类型工业用地的重金属内梅罗综合污染指数（PN）可以看出，PN的数值在0.272～17.2之间。PN从大到小的工业用地类型是：电池制造业>纺织及印染加工>原油加工及制造业>金属压延加工>危险废物治理>塑料及树脂制造业>环境卫生管理。其中危险废物治理、环境卫生管理、塑料及树脂制造业的土壤重金属污染为安全状态（PN≤0.7），金属压延加工业的土壤重金属含量已接近警戒限（0.7
3.3 污染负荷指数评价
污染负荷指数法计算得出的结果如表3所示，可知PLIzone从大到小的工业用地类型是：原油加工及制造>纺织及印染加工>危险废物治理>金属压延加工>塑料及树脂制造>环境卫生管理>电池制造。其中金属压延加工、环境卫生管理、电池制造、塑料及树脂制造业的PLIzone小于1，土壤重金属处于无污染水平；纺织及印染加工、危险废物治理的PLIzone分别是1.67、1.39，土壤重金属处于轻度污染水平；原油加工及制造业的PLIzone为2.50，土壤受到重金属中度污染。
表3 土壤重金属污染负荷指数统计表
将污染负荷指数与内梅罗污染综合指数进行比较，佛山市研究区整体重金属污染负荷指数为1.35，属于轻度污染，而内梅罗综合污染指数评价结果为重度污染。电池制造业的评价结果也存在明显差异，主要原因为内梅罗综合污染指数突出污染指数最大值因子的影响，所有样本中Pb最大超标倍数达23.4倍，严重影响内梅罗综合污染指数评价结果。
4 结论
本文以佛山市7个不同类型工业用地，24家企业的358个土壤样本作为研究对象，运用多种方法分析As、Cd、Cu、Pb、Hg、Ni、Cr、Zn的含量情况，采用内梅罗指数法、污染负荷指数法做出综合评价。研究区土壤整体偏碱性，8种重金属的平均含量均超过了广东省土壤背景值，且有少量样本存在As、Pb超过筛选值；变异系数从大到小依次为Pb>Hg>Cd>As>Cu>Zn>Ni>Cr。内梅罗综合污染指数法评价不同类型工业用地土壤污染状况为：电池制造业>纺织及印染加工>原油加工及制造业>金属压延加工>危险废物治理>塑料及树脂制造业>环境卫生管理。污染负荷指数法评价结果显示佛山市7个不同类型工业用地的土壤受到不同程度较严重的重金属污染，说明工业用地土壤重金属含量受企业工业活动的干扰较为明显。
