乐山市绿心公园土壤重金属含量的环境质量分析与评价
2019-09-10文雪梅周洪祥蒋天玉任若愚
常 兰, 文雪梅, 周洪祥，蒋天玉,任若愚
(1.成都理工大学工程技术学院，四川 乐山 614007;2.核工业西南物理研究院，成都 610041)
随着城市化的快速发展，土壤环境污染已成为我国环境面临的重要问题[1]。城市是人类生产和生活高度集中的场所，城市土壤质量的好坏直接影响到人民的生活质量和身体健康[2]。重金属污染具有“潜伏性、不可逆性和隐蔽性”等特点，土壤重金属含量如果超标会造成城市人居环境的日益恶化[3]。以往的研究主要集中在农业土壤重金属含量及生态风险评价，对城市森林绿地土壤中技术污染及潜在的风险研究较少。
乐山绿心公园位于乐山市中区，是城中之林，占地约10km2，幅员辽阔，树木种类众多，有城市之肺美称。目前，绿心公园已被打造成多功能的观光旅游景观，为乐山成为世界级旅游目的地、中国休闲之都打下坚实的基础。随着开发力度的加大，需要及时对绿心公园的土壤重金属含量情况进行调查和监测，为相关部门采取防治措施提供科学参考。
为研究乐山绿心公园土壤环境质量状况，用 X射线荧光仪测重金属方法对绿心公园的土壤重金属Cr、Zn、Cu、Ni的含量进行了测定，采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法对重金属进行了污染评价，以期为该区域土壤重金属污染防治、土地利用结构调整和生态保护提供技术依据。
1 实验部分
1.1 研究区域概况
乐山市位于四川盆地西南部，介于北纬28°28′～29°56′、东经102°15′～104°15′之间。全市属中亚热带气候带，具有四季分明的特点。雨量丰沛，无霜期长，年平均气温在16.5～18.0℃之间。
乐山绿心公园位于乐山市中区城区青衣江东岸、乐山老城区的西北部。绿心西接青衣江，南抵成都理工大学工程技术学院北路，北靠竹公溪及柏杨西路片区，规划范围9.8km2，是乐山市中心城区的生态绿地，被誉为“森林在城市中，城市在山水中”[4]。
1.2 样点布设和采样
根据绿心公园的土壤分布情况，将采样区域划分为间距500 m*500m的网格子区域，按照每个网格子区域对应1个采样点对表层土(0～10 cm深度)进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置。用IED-2000T型手持式多元素快速分析仪测试分析，获得每个样本所含的Cu、Zn、Ni、Cr 重金属元素的含量。本次共设30个采样点，见下图。
图 布设采样点Fig. Sampling points set up
1.3 评价标准和方法
土壤环境质量的评价标准采用的是GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[5]，见表1。
评价模式是在单因子污染指数评价的基础上，又采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法对乐山市绿心公园土壤环境质量现状进行评价。数据采用Excel 2003和SPSS 12.0等软件进行统计分析。
表1 GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》Tab.1 GB 15618—2018 "soil environmental quality standard for risk control of soil pollution in agricultural land"
1.3.1 单因子污染指数法
单因子污染指数法是以土壤背景值为评价标准来评价重金属元素的累计污染程度[6]。计算公式为：
(1)
式中：Pi为土壤中重金属i的污染指数，Ci为土壤中重金属i的实测值(mg/kg)，Si为土壤中重金属i的评价标准(mg/kg)。
Pi≤1表示土壤未受到重金属i的污染；Pi>1，表示土壤受到污染，值越大说明受污染程度越重。
1.3.2 内梅罗综合污染指数
当土壤被多种重金属污染时，需要对其进行内梅罗综合污染指数评价。该评价方法将研究区域土壤环境质量作为一个整体与外区域进行比较，可以更加客观地评价区域的重金属污染状况，既考虑了单因子污染指数平均值和最大值，又突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，能反映多种污染物对土壤环境的作用[7]。
计算公式为：
(2)
式中：P综表示土壤重金属综合污染指数，Pimax为重金属元素最大的单项污染指数；Piave表示各重金属污染指数的平均值。
1.3.3 潜在生态危害指数法
潜在生态危害指数法(Ecological Risk Index)是瑞典科学家Hankanson提出的，该方法不仅考虑了土壤中重金属的含量，又把重金属的生态效应、环境效应和毒理学联系在一起，采用可比的、等价属性指数分级法进行评价，具有一定的实际意义[8]。计算公式为：
(3)
表2 重金属污染潜在生态危害指数法分级标准Tab.2 Classification criterion and potential ecologicalrisk index of heavy metals
2 结果分析
2.1 绿心公园土壤重金属含量水平
根据对乐山市绿心公园土壤重金属的监测结果，4种重金属Cr、Cu、Ni、Zn的含量、平均值、标准值和变异系数见表3。可知，土壤中各重金属的含量范围为：Cr：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，平均含量分别为51.33 mg/kg、45.07mg/kg、26.82mg/kg、135.31mg/kg。Cr、Ni的平均值均小于土壤环境背景值，Cu和Zn的平均值大于当地土壤环境背景值，分别是其参比值的1.4和1.5倍。
Cr、Cu和Ni含量的最大值都小于国家土壤环境二级标准；Zn 含量的最大值大于国家土壤环境二级标准，是标准的1.38倍。以上说明Cu、Zn出现了不同程度的富集情况。
表3 乐山绿心公园土壤重金属含量统计Tab.3 Statistics of soil heavy metal content in Lvxin park, Leshan
变异系数是表示样品变异程度的重要参数，在一定程度上反映土壤重金属受人类活动影响的强弱，其值越大，表明受人为干扰越强烈[11]。CV<15%为弱变异，15%
2.2 绿心公园土壤重金属的环境质量评价
对乐山绿心公园土壤污染物含量分别进行单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和潜在生态危害指数法进行评价。
2.2.1 单因子污染指数评价
采用单因子污染指数法对乐山市绿心公园土壤重金属污染进行评价，由表4、表5得知，各重金属的单项污染指数平均值均小于1，平均值由高到低为PZn(0.54)> PNi(0.53)> PCu(0.45)>PCr(0.26)，锌的单项污染指数较高，有个别监测点位单因子污染指数大于1，最大值为1.39，重金属超标率为6.67%。
表4 单因子污染指数Tab.4 Single factor pollution index
表5 土壤重金属单项污染超标率Tab.5 Rate of single pollution of heavy metals in soil exceeding the standard (%)
综上所述，该地区土壤中重金属Cr、Cu、Ni、Zn状况良好。个别监测点位Zn有轻微污染；Cr、Cu、Ni所有监测点位皆处于清洁水平。
2.2.2 内梅罗综合污染指数评价
通过分析可得知乐山市绿心公园各监测点土壤重金属的内梅罗综合污染指数介于0.23～1.14，平均值为0.55。由表6可见，污染指数超标率为20%。其中5个监测点的综合污染指数介于0.7～1之间，表明部分点位已经处于重金属污染警戒状态；1个监测点的综合污染指数大于1，表明该处土壤已经处于重金属轻度污染状态。Zn对P综值的贡献最大，Ni次之。
表6 土壤重金属综合污染超标率 Tab.6 The rate of comprehensive pollution of heavy metals in soil exceededing the standard (%)
2.2.3 潜在生态危害指数法
表7 潜在生态危害指数Tab.7 Potential ecological hazard index
3 结论与讨论
对乐山市绿心公园的土壤中Cr、Cu、Ni、Zn重金属进行监测，并对土壤环境质量进行了评价，结果表明：
3.1 绿心路土壤重金属元素含量平均值Zn>Cu> Cr >Ni。其中Cr、Ni的平均值小于土壤环境背景值，Cu和Zn的平均值大于当地土壤环境背景值。Cr、Cu和Ni含量的最大值都小于国家土壤环境二级标准；Zn 含量的最大值大于国家土壤环境二级标准，是标准的1.38倍。监测点位23处Zn出现最大值。说明Cu、Zn出现了不同程度的富集情况。Cr、Cu、Ni、Zn处于中等变异性，土壤重金属受不同程度人为活动影响，土壤环境质量不容忽视。
3.2 通过从单因子污染指数分析，PCr、PCu、PNi、PZn值皆小于1，属于清洁水平。PCr>PNi>PCu>PZn,重金属锌的单项污染指数较高，最大值为1.39，共2个监测点位单因子污染指数大于1，重金属超标率为6.67%。由此可知，绿心公园未受到Cr、Cu、Ni的污染， Zn属于轻度污染。
3.3 内梅罗综合污染指数P综平均值为0.55，属于清洁水平，污染点超标率为3.33%，其中Zn对P综的贡献最大，Ni次之。
3.4 绿心路土壤单项潜在生态危害指数和综合生态危害指数都较小，属于轻微生态危害程度。
通过几种方法综合评价，结果表明，绿心公园土壤环境质量处于清洁水平，部分监测点重金属含量高于四川地区土壤环境背景值，表明监测点土壤中已产生了重金属累积，应采取适当措施改善土壤的质量。
