劉淑娟,何潤華,黃梓鈴,黃梓煌,曾煜民,王 悅

1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,廣東 佛山 528000

2.廣東省西江北江流域生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展中心,廣東 佛山 528000

土壤是各種污染物的匯聚地，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)全球大部分污染物最終都滯留在土壤中[1]，土壤重金屬污染已是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。重金屬對土壤的理化性質(zhì)會產(chǎn)生明顯的影響，且導(dǎo)致養(yǎng)分吸收水平降低，干擾到土壤微生物狀態(tài)平衡。同時又通過大氣沉降、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、固體廢棄物排放和交通運(yùn)輸?shù)韧緩轿：^(qū)域生態(tài)安全，從而進(jìn)一步危害區(qū)域內(nèi)的人體健康，具有潛在的環(huán)境風(fēng)險。陶瓷產(chǎn)業(yè)對佛山經(jīng)濟(jì)增長有著重要的支柱作用。近些年來，佛山市積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)廠區(qū)——石灣、南莊等地眾多陶瓷企業(yè)逐漸外遷，其中部分生產(chǎn)基地遷至佛山市三水區(qū)。隨著陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的遷入，三水區(qū)存在著發(fā)生土壤重金屬污染的風(fēng)險。但目前此方面的研究還很薄弱，鑒于此本研究對三水區(qū)部分陶瓷廠定點(diǎn)取樣并對土壤樣本進(jìn)行重金屬元素檢測分析，在獲取分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了土壤環(huán)境質(zhì)量的評價，為該領(lǐng)域的土壤環(huán)境質(zhì)量保護(hù)及生態(tài)環(huán)境治理提供理論依據(jù)。

1 樣品采集與研究方法

1.1 樣品采集和處理

采樣點(diǎn)主要集中在佛山市三水區(qū)中部，按照隨機(jī)取點(diǎn)、多點(diǎn)采樣的方法，共取樣20 份。其中19 個為廠區(qū)附近樣品，1 個為空白對照樣品。19 個樣品分別來自三水華納、陶揚(yáng)、樂平和力馬四個廠區(qū)，采集深度為0～20 cm，每個樣點(diǎn)取樣1 kg 裝袋帶回，以采樣點(diǎn)中心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行GPS記錄。對所得樣品放在通風(fēng)、干燥處，自然風(fēng)干，再挑除較明顯的根須及碎小石礫后，按一定比例棄取250 g，磨碎，裝袋備用。

土壤重金屬的測定，按照國際上測定重金屬的方法先對土壤樣品進(jìn)行消解，消解后再來測定土壤中的Cd、Cr、Pb、Ni 和As 含量，采用火焰原子吸收分光度法（HJ491-2009）及（GB/T17139-1997）分別測定Ni 和Cr 元素的含量水平，采用石墨爐原子吸收光譜法對Pb 和Cd 含量進(jìn)行測定，采用原子熒光法（GB/T22105.2-2008）測定As 元素含量水平。

1.2 分析方法

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是20 世紀(jì)八十年代Hakanson 提出，在應(yīng)用了沉積學(xué)原理分析重金屬污染方面有較高的應(yīng)用價值[2]。該方法在研究過程中綜合了重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分級評價，涉及到的影響因素很多，主要包括毒性水平、污染濃度等因素。在分析過程中，對某區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險評價時，主要是通過單一重金屬和沉積物多種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI來綜合評價分析，公式如下：

式中：Pi為單個元素的污染系數(shù)，為重金屬元素的實(shí)測含量，為該元素的評價標(biāo)準(zhǔn)即其背景值，為毒性響應(yīng)系數(shù)（表1）。

表1 廣東地區(qū)重金屬背景值及毒性系數(shù)[3]Table 1 Background value and toxicity coefficient of heavy metals in Guangdong province

表2 潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)（Ei）和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Potential ecological risk coefficient(Ei)and potential ecological risk index(RI)classification standard

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤重金屬含量分布特征及分析

研究區(qū)5 種土壤重金屬元素含量范圍分別為：Cd 0.008～0.526 mg·kg-1、Cr 42.5～252 mg·kg-1、Pb 14～80.2 mg·kg-1、Ni 5.94～57.4 mg·kg-1、As 1.81～37.6 mg·kg-1（表3）。20 個土壤樣品中重金屬平均含量均明顯高于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境背景值，且在國家土壤二級標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。5 種重金屬的變異系數(shù)均超過0.5，屬中等變異水平。以此推測重金屬空間分布差異明顯，可能由點(diǎn)源污染導(dǎo)致。

表3 研究區(qū)土壤重金屬含量狀況Table 3 Soil heavy metal content in the studied area

2.2 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價——潛在生態(tài)危害指數(shù)法

通過潛在生態(tài)危害指數(shù)法分析采樣區(qū)各樣點(diǎn)土壤污染，4 種重金屬元素的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)平均值系數(shù)不超過40，從等級看為輕度生態(tài)危害，Cd 為175.68，屬很強(qiáng)程度生態(tài)危害。綜合來看采樣區(qū)域內(nèi)Cd 污染比較嚴(yán)重，潛在生態(tài)危害范圍廣、程度深，是造成采樣區(qū)域內(nèi)土壤重金屬污染嚴(yán)重的主要原因（表4）。從表中可知5 種重金屬元素潛在生態(tài)危害風(fēng)險由強(qiáng)至弱依次為：Cd>As>Ni>Pb>Cr。運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級頻率分布情況對潛在生態(tài)危害風(fēng)險進(jìn)行分級（表5）。由表可見，重金屬Cr、Pb 和Ni 元素的潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)不超過40，均屬輕度；As 元素屬中等，因而這幾種金屬沒有顯著影響到目標(biāo)區(qū)的土壤生態(tài)情況，其危害也并不明顯；而Cd 元素的75%屬中等危害，而其中極強(qiáng)生態(tài)危害的比例達(dá)到30%，表明采樣區(qū)土壤Cd 污染已相當(dāng)嚴(yán)重。從表中可知，總體上看相應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)均值為228.45，屬中等，且其中輕度的比例為40%，中等為30%，強(qiáng)度為30%。

表4 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價結(jié)果（Ei）Table 4 Evaluation results of potential ecological risk index

表5 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分級頻率分布表/%（RI）Table 5 Potential ecological risk index rating frequency distribution

3 結(jié)論與討論

近年來，佛山市土壤重金屬污染問題已受到學(xué)者們的關(guān)注。陳豐順在對佛山市部分郊區(qū)農(nóng)業(yè)土壤重金屬的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，Cd、Cr、Pb、Ni 及As 等5 種重金屬元素含量均超過廣東省及部分超過全國土壤環(huán)境背景值含量[4]。關(guān)共湊等[5]及王凱等[6]在對佛山市城郊菜地采集土壤樣品進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，全市土壤整體受到輕度重金屬污染，Cd 最嚴(yán)重，可見佛山市區(qū)域內(nèi)已出現(xiàn)了重金屬累積的現(xiàn)象，并且具有強(qiáng)變異水平的特點(diǎn)，說明很可能是因?yàn)楣S點(diǎn)源污染的存在。在本研究區(qū)內(nèi)5 種重金屬的變異系數(shù)均存在較大的差異（變異系數(shù)均大于0.5），表明土壤中重金屬含量分布空間不均，存在著局部點(diǎn)污染的情況。其原因很可能與其周邊的陶瓷廠等工廠不合理排廢有著密切關(guān)系。

從評價結(jié)果我們可以看出，Cd 元素是采樣區(qū)土壤環(huán)境重金屬污染的主要源頭。一定程度上表明該區(qū)域內(nèi)陶瓷廠等相關(guān)廠家的生產(chǎn)均對該區(qū)域土壤重金屬的污染及潛在生態(tài)危害有著顯著影響。且從研究中發(fā)現(xiàn)該地的土壤重金屬污染的狀況已比較嚴(yán)峻，應(yīng)及時采取必要的防范及整治措施，從污染源頭、創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)、妥善處理三廢等途徑去有效調(diào)控及改善土壤的重金屬污染現(xiàn)狀。