山东省某产业园区土壤环境质量调查与现状评价

2020-12-07陈润甲李正洁张钧陈星曹素珍

天津农业科学 2020年9期

陈润甲李正洁张钧陈星曹素珍

摘要：为探究山东省某产业园区土壤环境质量现状，本文根据园区土壤环境质量监测数据，分析土壤中重金属以及挥发性、半挥发性有机污染物的含量，同时采用单因子指数法和综合污染指数法以及潜在生态风险评价指数法对土壤环境质量进行初步评价。结果表明，园区土壤状态呈酸性，土壤环境质量达到清洁水平，未受挥发性和半挥发性有机物污染。根据风险评价结果显示，2个基本农田监测点位和4个建设用地监测点位均未受重金属污染。镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、铅（Pb）、铬（Cr）、锌（Zn）、镍（Ni）等8项重金属含量均低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）和《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）中的标准限值。同时本研究结合园区实际情况对今后土壤环境治理工作提出合理的建议，为产业园区土壤环境污染的防控提供参考。

关键词：产业园区;土壤;现状调查;风险评价

中图分类号：X703 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.09.004

Abstract： To explore the current situation of soil environmental quality in an industrial area， the content of heavy metals and organic pollutants were analyzed based on the monitoring data of soil environmental quality in the area.According to the relevant standards， the single-factor pollution index method ，the Nemero comprehensive pollution index method and and the potential ecological risk index were used to evaluate the degree of soil pollution.The results showed that the soil condition of the area was acid， the soil environmental quality was up to the clean level， and it was not polluted by volatile organic compounds and semi volatile organic compounds. According to the results of risk assessment， two monitoring points of basic farmland and four monitoring points of construction land were not polluted by heavy metals. Eight kinds of heavy metals （ Cd， Zn， Pb， Cu， As， Cr， Ni， Hg） were all lower than the standard limits in the standard for risk control of soil pollution on agricultural land of soil environmental quality （Trial）（GB15618-2018） and the standard for risk control of soil pollution on construction land of soil environmental quality （Trial）（GB36600-2018）. Meanwhile， combined with the actual state of the area， some reasonable suggestions were put forward for the future soil environmental control work and some reference were provided for the prevention and control of the soil environmental pollution in this study.

Key words： industrial area; soil; actuality investigation; risk assessment

土壤環境质量与人体健康和生态安全息息相关[1]。重金属是土壤主要污染物之一，会通过改变土壤的理化性质及生态结构功能对赖以生存的动植物产生毒性，从而直接或间接对人类健康产生危害[2-3]。挥发性、半挥发性有机物是一类特殊的土壤污染物，成分复杂，被列为环境中潜在危险性大、应优先控制的毒害性污染物[4]。土壤中的挥发性有机物不仅会污染空气、水体，严重情况下可导致人体中毒甚至致癌[5-6]。工业产业园区由于受到工厂排放污染物等影响，其周边土壤环境极易受到污染，目前国内已有不少相关研究，刘芳等[7]研究了新疆准东煤炭产业区周边土壤重金属含量，评价了不同土壤深度重金属污染程度和对人体的健康风险，结果显示产业区Cr、Hg、As 污染程度较严重;王古月[8]以镇江市绿色化工新材料产业园为主要研究区域，研究了该产业园重金属的污染现状，结果显示产业园区总体处于轻微生态危害，Cd元素对各采样点生态危害的贡献率最大，其次是Ni，而Zn元素的贡献率最小;王国锋等[4]对江西某污染地块土壤挥发性有机物污染进行风险评估，结果表明，土壤中的挥发性有机物可能会对未来的敏感受体产生健康风险。对产业园区土壤环境质量现状进行相关调查有助于确定土壤污染状态，为后续土壤修复与治理奠定工作基础。因此，本研究以山东省某产业园区为例，依据土壤环境质量现状监测资料，分析土壤中重金属以及挥发性、半挥发性有机污染物含量，并进行土壤环境质量评价，为该区域土壤污染的研究提供基础数据，并对当地周边土壤的污染防治提供相关建议和参考。

1 材料与方法

1.1 研究區概况

研究园区位于山东省东南沿海城市，属暖温带湿润季风大陆性气候。根据累年气象统计，本地区常年年平均风速3.2 m·s-1;年平均气温13.5 ℃;年均降雨量797.9 mm，年际变化显著，时空分布不均。年均相对湿度为70%，年均日照时数为2 421.5 h。

该钢铁配套产业园于2019年9月批准设立，规划面积为3 010 hm2。紧邻两大钢铁联合企业。以钢材精深加工产业、钢铁配套服务业、钢铁下游延伸产业、新材料产业、循环经济产业、物流产业、商业配套服务业等七大产业为主导，重点围绕两大龙头钢铁企业发展精深加工及配套服务，形成较完整的钢铁产业链。

1.2 监测布点说明

根据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166 -2004）中对农田土壤环境和建设项目土壤环境评价监测的相关规定[9]，本次调查共布设6个监测点，具体见表1。

1.3 监测内容

1#、3#点位为农田用地，土壤监测指标确定为：pH值和8种重金属元素Cd、Pb、Hg、As、Zn、Cr、Cu、Ni。

2#、4#、5#、6#为建设用地，土壤监测指标确定为：pH值、重金属（Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu、Ni）和无机物，挥发性有机物（四氯化碳、1，1-二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、1，1-二氯乙烯、氯仿、氯甲烷、顺-1，2-二氯乙烯、反-1，2-二氯乙烯、二氯甲烷、1，2-二氯丙烷、1，1，2，2-四氯乙烷、邻二甲苯、氯乙烯等），半挥发性有机物（硝基苯、苯胺、2-氯酚、苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽等）共45项。

1.4 监测时间

监测时间为2018年9月11日全天。

土壤样品采集及处理分析

1.5 样品采集

根据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166 -2004）中对农田土壤和建设项目土壤的采样要求，1#、3#、4#、5#、6#点位采用200 m×200 m网格布点法采样，每个网格内设置1个0～20 cm农田土壤表层样点，再根据梅花形采样法，以5 m为对角线，分别采集5个土壤样品均匀混合，按照四分法取样，约1 000 g;2#点位采集土壤剖面样品，采样次序自下而上，先采剖面的底层样品，再采中层样品，最后采上层样品，柱状样取样深度为300 cm，分别取3个土样：表层样（0～50 cm），中层样（50～150 cm），深层样（150～300 cm），剖面每层样品采集 1 kg 左右，所有土壤样品装入聚乙烯自封袋中带回实验室备用。

1.6 样品处理与分析

土壤样品放置于阴凉通风处，完全风干后经玛瑙研钵研磨过2 mm尼龙筛去除石子、砂砾等杂质，混合均匀后继续研磨分别通过孔径0. 84 mm（20目）筛、0. 25 mm（60目）筛和孔径0. 15 mm（100目）筛，用于土壤样品pH值、重金属和有机物的分析。土壤理化性质的测定参照《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166 -2004）中的相关规定;土壤Cd、Pb的测定根据石墨炉原子吸收分光光度法（ GB /T 17141-1997），As的测定采用冷原子吸收法（ GB /T 17136-1997），砷的测定采用原子荧光法（ GB /T 22105.2-2008） ;Cu、Zn、Cr、Ni分别采用火焰原子吸收分光光度法（ GB /T 17138-1997）、（ HJ 491-2009）和（ GB /T17139-1997）分别测定;挥发性和半挥发性有机物的测定采用气相色谱-质谱联用法（ HJ 605-2011）。每个土壤样品重复3次，全程做空白试验，并通过加标样分析等方式进行质量控制。

1.7 土壤评价标准与方法

1#、3#点位为农用地，执行《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）[10]中其他农用地的风险筛选值和管制值，具体标准值见表2;2#、4#、5#、6#为第二类建设用地，执行《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）[11]中第二类用地的风险筛选值和管制值（表3）。

土壤理化性质和有机物评价方法采用单项指标评价法，重金属分别采用单因子污染指数法和综合指数法评价各样点污染程度。

单因子污染指数是重金属污染物的实测浓度与该污染物的评价标准的比值，用于确定单个重金属的污染情况。单项污染指数可以直观的反映环境介质中各个重金属的污染水平[12]，公式如下：

式中：Pi 为土壤中污染物i 的单项污染指数，Ci 为污染物i 实测值，Si 为污染物i 标准限值。评价标准见表4;

内梅罗综合指数法[12]具体为首先根据测得污染物浓度及标准限值计算单项污染指数，然后根据单项污染指数计算内梅罗污染指数，内梅罗综合指数法可用于评价整个区域被多种重金属污染的土壤，突出污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用[13]，能比较客观地反映土壤的环境质量状况，公式如下：

式中：PN为内梅罗污染指数，P为单因子指数平均值，Pi max为i采样点重金属污染物单项污染指数中的最大值。评价标准见表5。

潜在生态风险指数法是将不同重金属之间的毒性差异和环境对重金属污染的敏感程度反应作为考虑因素[14]，引入重金属毒性系数确定土壤重金属潜在危害程度[15]。公式如下：

式中，Ci r —重金属i的富集系数;Ci 实测—重金属i的实测含量（mg·kg-1）;Ci n —重金属i 的评价参考值（mg·kg-1），Ei r —重金属i的潜在生态风险指数; T i r—毒性系数，反映重金属i的毒性水平以及生物对其污染的敏感程度，RI—综合生态风险指数。重金属毒性系数值见表6，潜在生态风险评价指标见表7。

1.8 数据处理

土壤重金属含量分析与统计采用软件Excel 2016、SPSS 22.0处理。

2 结果与分析

2.1 园区土壤环境质量调查结果

研究区土壤环境质量调查结果如表8所示，由于6个点位中均未检出挥发性、半挥发性有机物，因此不再具体分析。从表中数据可知，1#和3#点位为基本农田，土壤pH值分别为5.37和5.15，呈酸性;1#点位8种重金属含量大小为：Zn>Cr>Cu> Ni>Pb>As>Cd>Hg，与农用地土壤筛选值相比，Cu含量为52 mg·kg-1，超过标准限值，3#点位8种重金属含量大小为：Cr>Ni>Zn>Pb>Cu>As>Cd>Hg，均未超过标准限值;2#、4#、5#和6#点位为建设用地，土壤pH值分别为6.16，5.75，6.62和5.77，土壤呈酸性，与建设用地土壤筛选值相比，重金属含量均在标准限值范圍之内。

2.2 园区土壤环境质量现状评价

本研究采用单因子污染指数法、综合污染指数法及潜在生态风险指数法对研究区土壤重金属污染程度进行评价，具体结果见表9及表10。根据单因子污染指数法评级标准，1#点位土壤中Cu的单因子污染指数为1.04，根据单因子污染指数评价标准，为轻度污染，除Cu之外，其余7种重金属的单因子污染指数均在小于1范围之内，农田土壤质量为未污染状态。内梅罗综合污染指数PN可以看出，其内梅罗污染指数在0.05 ～0.83之间，1#点位污染程度为“尚清洁”，其余点位污染程度均为“清洁”，整体看来，园区土壤总体上属安全水平，尚未受重金属污染。

以农用地土壤筛选值和建设用地土壤筛选值为评价参考值，得出园区8种重金属的潜在生态评价指数和综合生态风险指数如表10所示。从表中Ei r 值可知，单个重金属中，各个点位的生态风险指数均在40以下，污染程度较低。根据综合污染生态风险指数RI值得结果来看，RI值均小于150，总体看来，园区土壤未收到重金属污染，这与单因子污染指数评价法和内梅罗综合污染指数评价法评价结果相一致。

3 结论与讨论

根据3.1中对重金属含量的分析结果，1#点位Cu含量为52 mg·kg-1，超过标准限值，其余各点位土壤重金属含量均在筛选值范围内，不存在重金属超标现象，针对整体研究区域来看，风险程度相对较轻。园区土壤环境质量现状评价结果显示，园区土壤污染程度较低，基本不存在重金属污染状况。而针对园区各点位土壤环境呈酸性的现状，应尽快实施防控措施，合理使用化肥和农药，减少农业生产给土壤带来的污染，改善土壤性质，提高土壤肥力，同时也要对生活污水、生活垃圾等进行无害化处理，持续控制和消除土壤重金属污染源[18]。综合以上结果分析与讨论，笔者得到以下结论：

（1）山东省某沿海产业园区土壤状态呈酸性，通过现状调查与分析，所有监测点位土壤中均未检出挥发性和半挥发性有机物，表明土壤未受到有机物污染。与农用地和建设用地风险筛选标准值相比，除1#点位Cu含量超过标准限值50 mg·kg-1，其余监测点位的重金属含量均在标准限值之内，且根据单因子污染指数和内梅罗综合污染指数分析，园区土壤环境质量未受到重金属污染。

（2）建议下一步园区土壤的治理工作应集中在控制土壤酸化和重金属等污染物的来源方面，通过采取措施保持土壤环境质量，合理利用和保护土地资源。目前，本文对产业园区的土壤环境质量仅处于初步调查，后续工作中仍需进行深入研究和完善。

参考文献：

[1]甘国娟，刘伟，邱亚群，等.湘中某冶炼区农田土壤重金属污染及生态风险评价[J].环境化学，2013，32（1）：132-138.

[2]WARREN G P， ALLOWAY B J， LEPP N W， et al. Field trials to assess the uptake of Arsenic by crops from contaminated soils and soil remediantion with iron oxides[J].Science of the total environment， 2003，311（1-3）： 19-33.

[3]MAHALE N K， PATIL S D， SARODE D B， et al. Effect of Fly Ash as an Admixture in Agriculture and the Study of Heavy Metal Accumulation in Wheat （Triticum aestivum L.）， Mung Bean （Vigna radiata）， and Urad Beans （Vigna mungo）[J].Polish journal of environmental studies，2012， 21（6）：1713-1719.

[4]王国锋，李媛，谢诚，等.江西某污染地块土壤挥发性有机物污染评价及环境风险评估[J].江西化工，2017（6）：64-67.

[5]卢迎红.土壤中挥发性有机物的测定：吹脱-捕集GC/MS法[J].辽宁农业科学，2005（2）：22-24.

[6]HSU D J，HUANG H L，CHIEN C H， et al. Potential exposure to VOCs caused by dry process photocopiers： Results from a chamber study[J].Environ contam toxicol，2005，75（6）：1150-1155.

[7]刘芳，塔西甫拉提·特依拜，依力亚斯江·努尔麦麦，等.准东煤炭产业区周边土壤重金属污染与健康风险的空间分布特征[J].环境科学，2016，37（12）：4815-4829.

[8]王古月.镇江绿色化工新材料产业园土壤重金属污染现状及其风险[D].镇江：江苏大学，2018：22-23.

[9]国家环境保护总局.HJ/T 166 -2004，土壤环境监测技术规范[S].北京：中国环境出版社，2004：5.

[10]生态环境部.GB15618-2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）[S].2018：3.

[11]生态环境部.GB36600-2018土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）[S].2018：4.

[12]余嘉衍，李冰玉，周一敏，等.湖南省某矿遗址周围农业土壤重金属污染及风险评价[J].环境化学，2020，39（4）：1-7.

[13]范拴喜，甘卓亭，李美娟，等.土壤重金属污染评价方法进展[J].中国农学通报，2010，26（17）：310-315.

[14]HAKANSON L . An ecological risk index for aquatic pollution control： a sediment ecological approach[J]. Water research， 1980， 14（8）：975-1001.

[15]李晓航，张飞，夏楠，等. 新疆准东煤矿土壤重金属污染方法评价与分析[J]. 中国矿业， 2016， 25（10）： 74-80.

[16]冯依涛，阎秀兰，佟雪娇，等.再生铝企业周边农田土壤与农作物重金属含量特征分析[J]. 农业环境科学学报， 2020， 39（1）：87-96.

[17]任春辉，卢新卫，陈灿灿，等. 宝鸡长青镇铅锌冶炼厂周围灰尘中重金属的空间分布及污染评价[J]. 环境科学学报， 2012， 32（3）：706-712.

[18]陸凤娟.上海市郊区两试点村土壤环境质量调查研究[J].环境科学与管理，2015，40（1）：41-50.