李 倩

湘江流域某冶煉廠周邊土壤Cd、Pb、As污染特征與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李 倩

（湖南有色金屬研究院，湖南長(zhǎng)沙 410100）

對(duì)湘江流域某鉛鋅冶煉廠周邊土壤進(jìn)行污染調(diào)研。按土壤不同使用功能，分4個(gè)采樣區(qū)研究土壤中Cd、Pb、As的含量與分布特征，并采用Hakanson指數(shù)法對(duì)研究區(qū)域重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，Cd、Pb、As在各采樣區(qū)平均含量的最高值分別達(dá)到130.67 mg／kg，5 540.62 mg／kg，919.93mg／kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；研究區(qū)三種重金屬綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為448.61，13 152.69，達(dá)到重度污染，有嚴(yán)重的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

Cd；Pb；As；土壤污染；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

采礦和冶煉過(guò)程是環(huán)境中重金屬污染的主要成因之一，如礦產(chǎn)挖掘、礦石運(yùn)輸、冶煉和精煉等過(guò)程會(huì)導(dǎo)致含重金屬?gòu)U水、廢氣和固體廢物的產(chǎn)生，造成礦區(qū)和冶煉區(qū)附近土壤重金屬污染，從而影響人類健康和礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［1］。重金屬鎘（Cd）、鉛（Pb）、砷（As）不屬于生物生長(zhǎng)的必需微量元素，且不能被生物降解，一旦進(jìn)入土壤將對(duì)土壤造成持久性污染并且進(jìn)入食物鏈［2］。Cd和Pb是潛在的致癌物質(zhì)，通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)積累，攝入過(guò)量將導(dǎo)致血管、腎臟、血液、神經(jīng)、骨骼疾病等嚴(yán)重的健康問(wèn)題［3］。As是最嚴(yán)重的污染物之一，可導(dǎo)致人體皮膚、肺、膀胱和腎臟等器官的癌變［4］。探明冶煉廠周邊居住區(qū)附近的Cd、Pb、As的污染狀況，對(duì)于規(guī)避環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)是十分必要的。

1 材料與方法

1.1土樣來(lái)源

取樣區(qū)位于湖南省內(nèi)湘江流域，距離湘江直線距離約300 m，取樣點(diǎn)群經(jīng)緯度跨越幅度分別為：112°35＇12.25＂E～112°35＇8.74＂E及26°35＇38.71＂N～26°35＇42.17＂N；取樣區(qū)海拔高度變化范圍為：49.1～67.7 m；取樣區(qū)域覆蓋面積達(dá)12 000 m2以上。土壤樣品均由定位點(diǎn)周圍15 m范圍內(nèi)5個(gè)5～20 cm深度土壤樣品混合而成，共計(jì)取樣22個(gè)土壤樣品。根據(jù)采樣區(qū)域土壤使用功能，將其分為4個(gè)采樣區(qū)，如圖1所示。采樣區(qū)1主要為菜地，蔬菜生長(zhǎng)較為茂盛，但部分土壤為客土；采樣區(qū)2為廢渣堆場(chǎng)，采樣區(qū)3為房屋拆除之后閑置的空地；采樣區(qū)4為房屋中間的區(qū)域。土壤在同一種應(yīng)用功能下，其外界環(huán)境條件與土壤理化性質(zhì)類似，因此，關(guān)于取樣區(qū)重金屬含量的分析以采樣區(qū)為單位分別進(jìn)行。

圖1 采樣區(qū)域及位置示意圖

1.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

采用瑞典學(xué)者Hakanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法［5］對(duì)示范區(qū)重金屬Cd、Pb、As污染土壤的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式如下：

單個(gè)金屬污染系數(shù)：

土壤中重金屬綜合污染程度：染；6≤Cd＜12時(shí)為中污染；12≤Cd＜24時(shí)為較高污染；Cd≥24時(shí)為重污染。

某單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)：

土壤多種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)：

2 Cd、Pb、As含量分布特征

對(duì)研究區(qū)土壤進(jìn)行重金屬含量分析，結(jié)果見(jiàn)表1。各采樣區(qū)pH值相近，整個(gè)研究區(qū)土壤pH值范圍為6.33～6.70，均值為6.51，為中性偏弱酸性土壤。Cd超標(biāo)率達(dá)100%，As、Pb超標(biāo)率均為86.36%。污染較重的土樣主要分布在采樣區(qū)2和采樣區(qū)4，其它采樣區(qū)重污染樣品較少。總的來(lái)看，該區(qū)域污染比較嚴(yán)重。

表1 采樣區(qū)重金屬Cd、Pb、As含量

土壤樣品重金屬含量的變異系數(shù)較大，說(shuō)明土壤中重金屬含量分布不均勻。Cd含量的變異系數(shù)高達(dá)107.08%，變化輻度極大，然而整個(gè)采樣區(qū)域的Cd含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)限值（1 mg／kg），平均值為434.78 mg／kg。鎘含量最低的土壤在采樣區(qū)1，也達(dá)到了25.33 mg／kg，這可能是由于外來(lái)覆土稀釋了Cd的含量造成的。除采樣區(qū)1外，其它各采樣區(qū)的Cd的最低含量均在100 mg／kg以上，以采樣區(qū)2的含量最高，最高達(dá)1 661.63 mg／kg。Pb平均含量為2 908.27 mg／kg，最高達(dá)10 671.85 mg／kg，超標(biāo)20倍以上。其中污染最嚴(yán)重的采樣區(qū)2，Pb的平均含量高達(dá)5 540.62 mg／kg，超標(biāo)11倍以上。As平均含量為320.48 mg／kg，最高達(dá)1 278.93 mg／kg，超標(biāo)30倍以上。其中污染最為嚴(yán)重的采樣區(qū)2的As平均含量高達(dá)919.93 mg／kg，超標(biāo)近22倍。

總的來(lái)說(shuō)，Cd、Pb、As在各個(gè)采樣區(qū)的分布均為采樣區(qū)2＞采樣區(qū)4＞采樣區(qū)3＞采樣區(qū)1。整個(gè)采樣區(qū)域重金屬污染很嚴(yán)重，勢(shì)必對(duì)當(dāng)?shù)氐木用竦纳睢⑸a(chǎn)都會(huì)造成相當(dāng)大的影響，應(yīng)對(duì)該污染場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)治理。

3 土壤Cd、Pb、As污染程度研究

各采樣區(qū)重金屬污染系數(shù)及綜合污染指數(shù)見(jiàn)表2。Cd在各采樣區(qū)的污染系數(shù)Cif的最小值均＞6，表明示范區(qū)所有采樣點(diǎn)的Cd的污染程度均為重污染。研究區(qū)Cd的單因子污染系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Pb、As，達(dá)到50倍以上，說(shuō)明Cd的污染程度重于其它兩種重金屬，Cd是該區(qū)域土壤中的主要污染因子。其次為As。綜合污染指數(shù)Cd由于Cd的污染系數(shù)值貢獻(xiàn)較大，引起各采樣區(qū)的綜合程度達(dá)到重度污染。且整個(gè)示范區(qū)的綜合污染指數(shù)均值亦達(dá)到重度污染。

表2 重金屬污染系數(shù)及綜合污染指數(shù)

Pb、As的污染程度較Cd輕，表3表明了Pb、As在各個(gè)采樣區(qū)以及整個(gè)研究區(qū)的污染程度與分布情況。整個(gè)研究區(qū)土壤Pb的各級(jí)污染程度的分布較為均勻，重度污染與中度污染的樣品數(shù)一致，占36.4%，輕度污染與較高污染的樣品數(shù)一致，占比13.6%。但各采樣區(qū)土壤Pb污染特征有差異，采樣區(qū)1的污染程度較為分散；采樣區(qū)2以重污染為主，占75%，而其余均為較高污染；采樣區(qū)3主要為中度污染，占66.7%，其余均為重污染；采樣區(qū)4主要為較高污染和重污染，以較高污染為主。此外，研究還表明，采樣區(qū)1、2、3、4 Pb平均污染程度分別為中度污染、重度污染、較高污染、重污染。整個(gè)研究區(qū)Pb的污染程度為較高污染。As在整個(gè)研究區(qū)表現(xiàn)為重污染。其分布規(guī)律與Pb類似。其中采樣區(qū)2和采樣區(qū)4為重污染，采樣區(qū)1和采樣區(qū)3為較高污染。采樣區(qū)2所有樣品均為重污染。

表3 土樣中Pb、As污染程度與空間分布

4 土壤Cd、Pb、As潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

各采樣區(qū)重金屬Cd、Pb、As對(duì)環(huán)境潛在生態(tài)危害系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見(jiàn)表4。各采樣區(qū)Cd的潛在生態(tài)危害系數(shù)最小值均大于遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于320，說(shuō)明整個(gè)示范區(qū)Cd具有嚴(yán)重的生態(tài)危害，其風(fēng)險(xiǎn)大小為采樣區(qū)2＞采樣區(qū)4＞采樣區(qū)3＞采樣區(qū)1。Cd的生態(tài)危害程度較高，且Cd的潛在生態(tài)危害系數(shù)是Pb和As的數(shù)百倍，導(dǎo)致整個(gè)示范區(qū)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到嚴(yán)重的程度。

表4 各采樣區(qū)土樣潛在生態(tài)危害系數(shù)（）和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）

表4 各采樣區(qū)土樣潛在生態(tài)危害系數(shù)（）和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）

采樣區(qū)項(xiàng)目潛在生態(tài)危害系數(shù)程度采樣區(qū)1 Cd Pb As RI風(fēng)險(xiǎn)范圍759.85～9 752.71 2.83～36.09 5.20～98.34 768.57～9 887.13均值3 920.14 13.22 30.48 3 963.84嚴(yán)重采樣區(qū)2采樣區(qū)3采樣區(qū)4范圍31 014.44～49 848.91 38.89～82.66 247.85～319.73 31 373.06～50 218.29均值34 903.64 55.41 229.98 35 189.03嚴(yán)重范圍3 870.07～18 861.78 9.75～44.12 24.65～82.83 3 917.69～18 982.21均值9 626.30 23.24 46.85 9 696.39嚴(yán)重范圍9 929.87～25 413.97 20.70～106.71 37.13～184.12 9 987.70～25 704.81均值18 101.09 53.26 95.74 18 250.08嚴(yán)重示范區(qū)均值13 043.49 29.08 80.12 13 152.69嚴(yán)重

示范區(qū)潛在生態(tài)危害最主要的影響因子為Cd，其次為As、Pb。As與Pb在各采樣區(qū)的生態(tài)危害情況不一，見(jiàn)表5。

表5 土樣中Pb、As生態(tài)危害程度與空間分布

從Pb的生態(tài)危害程度來(lái)看，各采樣區(qū)Pb的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均較低，采樣區(qū)1所有樣品均為低度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；采樣區(qū)2樣品均為較重風(fēng)險(xiǎn)及以下，以低度風(fēng)險(xiǎn)為主；采樣區(qū)3樣品均為中度及以下，以低度為主；采樣區(qū)4土樣集中于低度，少量為較重。雖然采樣區(qū)2和采樣區(qū)4的Pb污染達(dá)到重度，但是其潛在生態(tài)危害為中度。整個(gè)示范區(qū)的Pb的潛在生態(tài)危害為低度。

與Pb相比，As在示范區(qū)的分布較為分散。除采樣區(qū)2外，其它采樣區(qū)表現(xiàn)為以低度As風(fēng)險(xiǎn)為主。四個(gè)采樣區(qū)的As風(fēng)險(xiǎn)程度為采樣區(qū)2＞采樣區(qū)4＞采樣區(qū)3＞采樣區(qū)1。與其重金屬含量分布一致。整個(gè)示范區(qū)的As的潛在生態(tài)危害為較重。

5 結(jié) 論

1.調(diào)研區(qū)土壤pH值范圍為6.33～6.70，均值為6.51，為中性偏弱酸性土壤。

2.土壤重金屬Cd、Pb、As含量較高，以土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中重金屬的三級(jí)限值為基準(zhǔn)，Cd超標(biāo)率達(dá)100%，砷、鉛超標(biāo)率均為86.36%。

3.各重金屬影響因子的污染程度順序?yàn)椋篊d＞As＞Pb。Cd在該地土壤中的富集程度最大，采樣區(qū)三種重金屬土壤為重度污染且具有嚴(yán)重的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引起高度重視。

［1］ Navarro M C，Perez-Sirvent C，Martinez-Sanchez M J，et al.Abandoned mine sites as a source of contamination by heavy metals：a case study in a semi-arid zone［J］.JGeochem Explor，2008，96（2－3）：183－193.

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Cd，Pb and As Pollution Characteristics and Risk Assessm ent in Soils Surrounding a Sm elter Located in Xiang River

LIQian
（HunanResearchInstituteofNonferrousMetals，Changsha410100，China）

An investigation was conducted in soils surrounding a Pb－Zn smelter located in Xiang river valley.According to different soil functions，the research site was divided into four sampling area to analysis the content of Cd，Pb，As and the distribution characteristics，moreover，Hakanson indexmethod was employed to assess the potential ecological risk of heavymetals in soils.Results indicated that，the highest average content of Cd，Pb，As in the sampling areaswere 130.67 mg／kg，5 540.62 mg／kg，919.93 mg／kg，respectively，which were farmore than the national standardⅢlimitation.The comprehensive pollution index was 448.61，illustrated that soil was heavily contaminated，and the potential ecological index was 13 152.69，indicating that soils in the research area were in severe potential ecological risk.

Cd；Pb；As；soil pollution；potential ecological risk

X758

：A

：1003－5540（2016）06－0067－04

2016－09－27

李 倩（1987－），女，工程師，主要從事重金屬污染土壤修復(fù)工作。