樂(lè)山市綠心公園土壤重金屬含量的環(huán)境質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)

常 蘭, 文雪梅, 周洪祥，蔣天玉,任若愚

(1.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂(lè)山 614007;2.核工業(yè)西南物理研究院，成都 610041)

隨著城市化的快速發(fā)展，土壤環(huán)境污染已成為我國(guó)環(huán)境面臨的重要問(wèn)題[1]。城市是人類生產(chǎn)和生活高度集中的場(chǎng)所，城市土壤質(zhì)量的好壞直接影響到人民的生活質(zhì)量和身體健康[2]。重金屬污染具有“潛伏性、不可逆性和隱蔽性”等特點(diǎn)，土壤重金屬含量如果超標(biāo)會(huì)造成城市人居環(huán)境的日益惡化[3]。以往的研究主要集中在農(nóng)業(yè)土壤重金屬含量及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)城市森林綠地土壤中技術(shù)污染及潛在的風(fēng)險(xiǎn)研究較少。

樂(lè)山綠心公園位于樂(lè)山市中區(qū)，是城中之林，占地約10km2，幅員遼闊，樹(shù)木種類眾多，有城市之肺美稱。目前，綠心公園已被打造成多功能的觀光旅游景觀，為樂(lè)山成為世界級(jí)旅游目的地、中國(guó)休閑之都打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著開(kāi)發(fā)力度的加大，需要及時(shí)對(duì)綠心公園的土壤重金屬含量情況進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測(cè)，為相關(guān)部門(mén)采取防治措施提供科學(xué)參考。

為研究樂(lè)山綠心公園土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，用 X射線熒光儀測(cè)重金屬方法對(duì)綠心公園的土壤重金屬Cr、Zn、Cu、Ni的含量進(jìn)行了測(cè)定，采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)重金屬進(jìn)行了污染評(píng)價(jià)，以期為該區(qū)域土壤重金屬污染防治、土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究區(qū)域概況

樂(lè)山市位于四川盆地西南部，介于北緯28°28′～29°56′、東經(jīng)102°15′～104°15′之間。全市屬中亞熱帶氣候帶，具有四季分明的特點(diǎn)。雨量豐沛，無(wú)霜期長(zhǎng)，年平均氣溫在16.5～18.0℃之間。

樂(lè)山綠心公園位于樂(lè)山市中區(qū)城區(qū)青衣江東岸、樂(lè)山老城區(qū)的西北部。綠心西接青衣江，南抵成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院北路，北靠竹公溪及柏楊西路片區(qū)，規(guī)劃范圍9.8km2，是樂(lè)山市中心城區(qū)的生態(tài)綠地，被譽(yù)為“森林在城市中，城市在山水中”[4]。

1.2 樣點(diǎn)布設(shè)和采樣

根據(jù)綠心公園的土壤分布情況，將采樣區(qū)域劃分為間距500 m*500m的網(wǎng)格子區(qū)域，按照每個(gè)網(wǎng)格子區(qū)域?qū)?yīng)1個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)表層土(0～10 cm深度)進(jìn)行取樣、編號(hào)，并用GPS記錄采樣點(diǎn)的位置。用IED-2000T型手持式多元素快速分析儀測(cè)試分析，獲得每個(gè)樣本所含的Cu、Zn、Ni、Cr 重金屬元素的含量。本次共設(shè)30個(gè)采樣點(diǎn)，見(jiàn)下圖。

圖 布設(shè)采樣點(diǎn)Fig. Sampling points set up

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法

土壤環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用的是GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[5]，見(jiàn)表1。

評(píng)價(jià)模式是在單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，又采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)樂(lè)山市綠心公園土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 12.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》Tab.1 GB 15618—2018 "soil environmental quality standard for risk control of soil pollution in agricultural land"

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是以土壤背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)重金屬元素的累計(jì)污染程度[6]。計(jì)算公式為：

(1)

式中：Pi為土壤中重金屬i的污染指數(shù)，Ci為土壤中重金屬i的實(shí)測(cè)值(mg/kg)，Si為土壤中重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg/kg)。

Pi≤1表示土壤未受到重金屬i的污染；Pi>1，表示土壤受到污染，值越大說(shuō)明受污染程度越重。

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

當(dāng)土壤被多種重金屬污染時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)方法將研究區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量作為一個(gè)整體與外區(qū)域進(jìn)行比較，可以更加客觀地評(píng)價(jià)區(qū)域的重金屬污染狀況，既考慮了單因子污染指數(shù)平均值和最大值，又突出了高濃度污染物對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，能反映多種污染物對(duì)土壤環(huán)境的作用[7]。

計(jì)算公式為：

(2)

式中：P綜表示土壤重金屬綜合污染指數(shù)，Pimax為重金屬元素最大的單項(xiàng)污染指數(shù)；Piave表示各重金屬污染指數(shù)的平均值。

1.3.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法(Ecological Risk Index)是瑞典科學(xué)家Hankanson提出的，該方法不僅考慮了土壤中重金屬的含量，又把重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和毒理學(xué)聯(lián)系在一起，采用可比的、等價(jià)屬性指數(shù)分級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有一定的實(shí)際意義[8]。計(jì)算公式為：

(3)

表2 重金屬污染潛在生態(tài)危害指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Classification criterion and potential ecologicalrisk index of heavy metals

2 結(jié)果分析

2.1 綠心公園土壤重金屬含量水平

根據(jù)對(duì)樂(lè)山市綠心公園土壤重金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果，4種重金屬Cr、Cu、Ni、Zn的含量、平均值、標(biāo)準(zhǔn)值和變異系數(shù)見(jiàn)表3?？芍寥乐懈髦亟饘俚暮糠秶鸀椋篊r：4.67～128.24 mg/kg、Cu：10.52～87.83 mg/kg、Ni：14.64～39.27 mg/kg、Zn：27.18～346.31 mg/kg。平均值大小排序Zn>Cu> Cr >Ni，平均含量分別為51.33 mg/kg、45.07mg/kg、26.82mg/kg、135.31mg/kg。Cr、Ni的平均值均小于土壤環(huán)境背景值，Cu和Zn的平均值大于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值，分別是其參比值的1.4和1.5倍。

Cr、Cu和Ni含量的最大值都小于國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Zn 含量的最大值大于國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，是標(biāo)準(zhǔn)的1.38倍。以上說(shuō)明Cu、Zn出現(xiàn)了不同程度的富集情況。

表3 樂(lè)山綠心公園土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of soil heavy metal content in Lvxin park, Leshan

變異系數(shù)是表示樣品變異程度的重要參數(shù)，在一定程度上反映土壤重金屬受人類活動(dòng)影響的強(qiáng)弱，其值越大，表明受人為干擾越強(qiáng)烈[11]。CV<15%為弱變異，15%36%為強(qiáng)變異。從空間差異看，土壤中Cr、Cu、Zn、Ni的變異系數(shù)分別為60.67監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤中各重金屬元素的變異系數(shù)大小順序?yàn)镃r>Zn>Cu>Ni，其中Ni為中等變異，Cr、Zn、Cu為強(qiáng)變異。

2.2 綠心公園土壤重金屬的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)樂(lè)山綠心公園土壤污染物含量分別進(jìn)行單因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)

采用單因子污染指數(shù)法對(duì)樂(lè)山市綠心公園土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，由表4、表5得知，各重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)平均值均小于1，平均值由高到低為PZn(0.54)> PNi(0.53)> PCu(0.45)>PCr(0.26)，鋅的單項(xiàng)污染指數(shù)較高，有個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)位單因子污染指數(shù)大于1，最大值為1.39，重金屬超標(biāo)率為6.67%。

表4 單因子污染指數(shù)Tab.4 Single factor pollution index

表5 土壤重金屬單項(xiàng)污染超標(biāo)率Tab.5 Rate of single pollution of heavy metals in soil exceeding the standard (%)

綜上所述，該地區(qū)土壤中重金屬Cr、Cu、Ni、Zn狀況良好。個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)位Zn有輕微污染；Cr、Cu、Ni所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位皆處于清潔水平。

2.2.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

通過(guò)分析可得知樂(lè)山市綠心公園各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)介于0.23～1.14，平均值為0.55。由表6可見(jiàn)，污染指數(shù)超標(biāo)率為20%。其中5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合污染指數(shù)介于0.7～1之間，表明部分點(diǎn)位已經(jīng)處于重金屬污染警戒狀態(tài)；1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合污染指數(shù)大于1，表明該處土壤已經(jīng)處于重金屬輕度污染狀態(tài)。Zn對(duì)P綜值的貢獻(xiàn)最大，Ni次之。

表6 土壤重金屬綜合污染超標(biāo)率 Tab.6 The rate of comprehensive pollution of heavy metals in soil exceededing the standard (%)

2.2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

表7 潛在生態(tài)危害指數(shù)Tab.7 Potential ecological hazard index

3 結(jié)論與討論

對(duì)樂(lè)山市綠心公園的土壤中Cr、Cu、Ni、Zn重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：

3.1 綠心路土壤重金屬元素含量平均值Zn>Cu> Cr >Ni。其中Cr、Ni的平均值小于土壤環(huán)境背景值，Cu和Zn的平均值大于當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境背景值。Cr、Cu和Ni含量的最大值都小于國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Zn 含量的最大值大于國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，是標(biāo)準(zhǔn)的1.38倍。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位23處Zn出現(xiàn)最大值。說(shuō)明Cu、Zn出現(xiàn)了不同程度的富集情況。Cr、Cu、Ni、Zn處于中等變異性，土壤重金屬受不同程度人為活動(dòng)影響，土壤環(huán)境質(zhì)量不容忽視。

3.2 通過(guò)從單因子污染指數(shù)分析，PCr、PCu、PNi、PZn值皆小于1，屬于清潔水平。PCr>PNi>PCu>PZn,重金屬鋅的單項(xiàng)污染指數(shù)較高，最大值為1.39，共2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位單因子污染指數(shù)大于1，重金屬超標(biāo)率為6.67%。由此可知，綠心公園未受到Cr、Cu、Ni的污染， Zn屬于輕度污染。

3.3 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P綜平均值為0.55，屬于清潔水平，污染點(diǎn)超標(biāo)率為3.33%，其中Zn對(duì)P綜的貢獻(xiàn)最大，Ni次之。

3.4 綠心路土壤單項(xiàng)潛在生態(tài)危害指數(shù)和綜合生態(tài)危害指數(shù)都較小，屬于輕微生態(tài)危害程度。

通過(guò)幾種方法綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，綠心公園土壤環(huán)境質(zhì)量處于清潔水平，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)重金屬含量高于四川地區(qū)土壤環(huán)境背景值，表明監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤中已產(chǎn)生了重金屬累積，應(yīng)采取適當(dāng)措施改善土壤的質(zhì)量。