土壤重金属元素分布与生态风险评价研究

2024-01-10高心怡郑雨爽嵇灵烨

大科技 2024年4期

高心怡，郑雨爽，嵇灵烨，陶钟

（1.浙江瑞博思检测科技有限公司，浙江杭州 310000；2.纳海环境科技股份有限公司，浙江杭州 310000；3.浙江传超环保科技有限公司，浙江杭州 311100；4.杭州通标环境检测技术有限公司，浙江杭州 311200）

0 引言

生活废弃物胡乱填埋、农药过量使用与工业气体排放为当前区域土壤重金属元素的重要来源。工业生产中的废水与废气会产生大量重金属元素，而该类元素又借助降雨、降尘形式进入土壤中，随着进入时间的增加对土壤造成的伤害也带有不可逆性质，要对该类污染物的元素数量与分布状态进行科学检测、处理。

1 土壤重金属元素分布特点

1.1 收集样品

为更好地探究区域土壤重金属元素分布特点，相关部门详细了解与掌握了区域农田、工业中土壤重金属元素的主要类型，其以镉、锌、铅与铜等重金属元素为主，文中分别用Cd、Zn、Pb、Cu 等符号来表示。操作人员要科学收集土壤内部不同重金属元素样品，利用样品检测来找寻出各项重金属元素的分布情况。具体来看，操作人员可挑选10 块面积相同的土地，挖出土壤剖面，设计出标准的土壤检测样块，在各项样块内合理设置土壤元素含量检测深度，可将深度划分成40～60cm、20～40cm、0～20cm 等。在完成土壤样品的收集工作后，要将相同深度的样品开展适当混合，再根据合适的取样方法来清理土壤样品中的各项杂质，将土壤样品研磨碾碎以后，借助尼龙筛开展过滤工作，以确认土壤重金属元素分布特征探究的准确性[1]。

1.2 垂直分布特点

在全面了解区域土壤重金属元素垂直分布特征时，可发现Cd、Zn、Pb、Cu 等元素的分布特征存在较大区别，要进行合理记录。例如，农田中土壤重金属元素多为Zn、Pb 与Cu，Zn 会出现在40～60cm、20～40cm、0～20cm 等不同区域内；Pb 与Cu 则多产生在0～20cm 的深度区域中，其3 种元素含量都随着深度的增加而缩减，即上述污染物质多出现在表层土壤中，要采用合适的处理方法加以控制，确保区域土壤整体质量。

1.3 水平分布特点

在充分了解了土壤重金属元素垂直分布特征后，还要观察各项元素的水平分布特征。一般来讲，水平分布特征的检测需用到变异系数，要对变异系数的变化范围进行合理规范。借助合适的检测手段，相关部门了解到区域Cd、Zn、Pb、Cu 等元素的变异系数分别为0.63、0.55、0.52、0.42，可看出上述重金属元素的变异系数都处在较高水平，即变异速度较快、变异范围较大。由于Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的变异系数较高，全部处在快速变化中，可说明土壤内部不同重金属的集中程度较弱，即水平分布处在不均匀状态。相关部门在合理了解与掌握土壤重金属元素垂直与水平的分布特征后，要根据合适方法精准掌握不同金属元素所形成的生态风险，将生态风险评价控制在理想范围中。

2 土壤重金属元素生态风险评价设计

2.1 明确生态风险标准

为明确土壤重金属元素的生态风险，操作人员在开展生态风险评价设计前，要确认生态风险标准。仍以上文Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素为例，该类元素的实际含量极易出现超标情况，要利用合适的检测方法，确认不同重金属含量范围，通过与生态风险标准的详细比较后，确认各项重金属元素的超标数值，找寻出合适的风险控制方法。具体来看，当前Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的生态风险标准为0.3、200、70、50，而在完成不同元素的含量检测后，可发现其具体含量分别为0.59、156.23、92.36、59.32，除Zn 元素外，Cd、Pb、Cu 等重金属元素含量都出现明显增长，极大影响土壤内部含量的合理性，降低土壤整体质量。在明确Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素在土壤中的具体含量后，要及时探索不同含量超标后形成的风险隐患，再将不同类型的生态隐患引入生态风险评价中，确保区域土壤检测工作的整体质量。当前操作人员要借助生态风险标准，科学规划区域内部不同位置土壤重金属元素含量，再详细开展生态风险指标的评价工作，确认土壤样品应用效果[2]。

2.2 检测土壤样品

相关部门在开展土壤重金属元素生态风险评价时，为提升风险评价的准确性，要科学执行不同土壤样品的含量质量检测工作。操作人员在该区域内选择了土壤含量检测的样品，采样深度在0～20cm，且相同位置的样点要维持在5 个，确保该项数值的准确性、规范性。还要在正式检测土壤样品前，将不同位置的土壤进行科学混合，待各类土壤样品内部性能指标较一致后，可将其带入试验室中。

土壤样品处理前，要科学除去土壤样品内部的各项杂质，将各种样品进行磨碎风干，并将其分别放置到试验用的小袋中，为此后土壤检测工作打下较好基础。操作人员将0.5g 的土样投放到50mL 容量的比色管内，借助少量水来加强土壤湿润度，避免土壤产生不完全消解现象[3]。还要在土壤与水混合的过程中添加盐酸硝酸混合类试剂，该试剂容量约在10mL 左右，搅匀煮沸并静置2h 后，可取出冷却后的土壤样品，为此后土壤重金属元素含量检测提供充分准备。进行土壤样品各项重金属元素含量检测期间，要明确土壤内部Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素标准检测方法，将标准光度计运用到不同重金属元素含量检测中，高效提取土壤内部各项重金属元素，图1 为土壤样品检测过程，明确含量变化范围。操作人员还可借助电热板加热法来逐渐消解土壤中不同重金属元素含量，利用微波形式完成消除工作后，将各项样品重新放置到比色管内，再合理探测比色管中各项重金属元素含量的变化范围，将不同重金属元素数值控制在一定范围中。相关部门还要采取全谱光谱仪进行Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素含量的读取工作，并在测试分析时合理运用平行样品、空白样品，对不同类型样品中的土壤物质进行质量控制。在完成Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素含量检测工作后，要根据不同元素含量的变化范围，确认其出现的生态风险。

图1 土壤检测过程

2.3 开展风险评价

开展区域土壤重金属元素生态风险评价前，要找寻出合适的风险评价方法。当前评价土壤重金属元素生态风险的方法包含潜在生态危害指数法与内梅罗指数法，操作人员通过合适的分析与判断，将前者当成当前生态风险评价的有效方法，将土壤重金属元素中的敏感性、毒性、含量与种类等内容进行合理比对，继而得到较为准确的土壤质量，该项方法带有精准、快速与简便等优势，可增加该方式的应用频率[4]。在设计区域土壤重金属元素生态风险评价期间，要明确重金属元素中潜在生态的危害指数、潜在危害参数、潜在生态的富集系数等，利用对该类数值的合理规范，确保生态风险评价整体质量。

在探究潜在生态富集系数时，可对某污染元素进行富集系数测试，明确污染元素中的富集系数，继而获取土壤重金属元素实际测试值。还要在区域土壤重金属元素生态风险评价期间，设置出不同类型的生态污染等级，例如，将污染等级系数划分到6，0～1 为轻度污染、1～3 为中度污染、3～6 位重度污染、6 以上为较严重污染等，操作人员可根据各项数值来判断区域生态污染的严重程度。

观察本文中Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素时，可发现其生态富集系数分别为6.78、2.67、2.54、1.78，即Cd富集系数在6 以上，属严重污染；剩余重金属元素富集系数多在1～3，即为中度污染。操作人员还要对区域土壤重金属元素生态潜在危害进行合理计算，率先测算出不同重金属元素的危害风险标准值，根据重金属元素内部毒性响应状态可知，Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的毒性响应系数分别为30、1、5、5，再根据上述标准来测算重金属元素毒性响应值，其具体数值分别为31.65、1.54、5.65、9.65，即重金属元素中的毒性均超出测试标准，土壤内部毒性已达到较高水平。操作人员要详细分析不同区域土壤重金属元素毒性的变化范围，为此后的科学处理提供准确数据。

2.4 分析重金属元素生态风险

在详细探究Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的生态风险评价前，要明确当前各项重金属元素整体分布状态。为更好地统计出土壤内部重金属元素的具体含量，要在实际检测中明确Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的极小值、极大值、标准差与平均差等，利用对各项系数的全方位规范，了解到各项土壤重金属含量值。应用潜在生态风险指数法时，合理运用生态风险评价的计算公式，即式（1）：

式中：Tir——重金属毒性的响应系数；Eir——重金属元素i 的潜在生态风险；Pi——重金属元素i 中的因子污染系数；i——具体的重金属元素。

在分析不同重金属元素生态风险评价时，已知Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的毒性系数，即30、1、5、5。

操作人员还要将潜在生态危害指数与因子污染系数划分成不同等级，根据各项等级来确认相关因子的污染程度，确认Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的生态污染状态。例如，当Eir在40 以内，且潜在风险指数在150以下时，重金属元素的生态风险程度处在“低”等级中；若Eir在40～80，且潜在风险指数维持在150～300，则重金属元素的生态风险程度为“中”等级；当Eir在80～160，且潜在风险指数维持在300～600 时，重金属元素的生态风险程度为“高”等级，将不同重金属元素生态危险程度把控在理想范围中。操作人员还要为Pi设计出合适的污染等级，将污染等级划分为Pi＜1、Pi为1～2、Pi为2～3、Pi＞3，其具体的污染程度分别为警戒线、轻度、中度、重度，确保潜在生态危害计算的准确性。文中项目中Cd、Zn、Pb、Cu 等重金属元素的标准差分别为0.06、12.26、2.84、4.75，在全面了解不同重金属元素中各项具体的污染指数后，明确区域土壤污染范围，并设计出合适的重金属元素生态风险处理方法，提升风险危害处理的科学性。

2.5 改进措施

在全面了解区域土壤重金属元素生态风险评价后，根据其出现的不同风险，要采用合适的改进方法，降低各类重金属元素对区域土壤形成的更大风险。

首先，区域内部要缩减工业气体排放数量，找寻出合适的工业废气废水排放方法，将排放过程中生出的重金属元素排放量、含量把控在标准范围中。同时，还要合理开展生活废弃物处理与农药使用，不断提升农药应用标准，减少农药使用数量，借助该项举措来遏制土壤重金属元素生态风险的源头，合理控制酸性土壤中的各项指标，酸性土壤具体状态如图2 所示[5]。

图2 酸性土壤

其次，操作人员还要定期开展土壤修复与检测工作，其应用的土壤质量检测仪器如图3 所示。在明确区域土壤内部重金属元素污染的具体类型后，增加土壤修复方法的应用频率，将化学修复法与生物修复法充分结合，切实减少土壤重金属生态风险的产生次数。在完成定期的土壤检测与修复工作后，还要对土壤修复后的数据进行合理记录，精准评价当前区域土壤不同重金属元素分布特征与产生的具体危害，确保土壤重金属污染的处理效果。