张婉璐，吴 云

（山西水利职业技术学院工程管理系，太原 030027）

土壤是万物之源，是一切生命之本。随着近年来社会经济的飞速发展和城镇化进程的不断加快，土壤污染问题已日益显现，其中，以土壤重金属污染问题表现最为突出。土壤重金属污染主要指Hg、Cd、Pb、Cr和As等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的Zn、Cu、Ni等元素的含量超过土壤背景值而对土壤造成污染。我国受Cd、Zn、Pb、Hg、As等重金属污染的耕地面积近2 000万hm2，约占全国总耕地面积的1/5[1]。这些过量重金属元素能引起植物生理功能紊乱、营养失调，而且在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不易被微生物分解，易在土壤及农作物中富集，通过食物链进入人体后，潜在危害极大。土壤重金属污染问题已经引起了全世界的高度重视和深入探讨[2]。

目前，国内外学者对土壤重金属污染已进行了大量研究，提出的研究方法和评价模型种类繁多。与此同时，新的评价方法也不断涌现，其中以内梅罗指数法、模糊综合评判法、富集因子法、地质累积指数法等评价方法应用最为广泛。这些评价方法各有优缺点，适用范围也不尽相同。本文以长江三角洲南翼典型的县级城市海宁市为研究对象，对海宁市土壤中的Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Hg、As八种重金属元素，分别运用内梅罗指数法和地质累积指数法进行评价，并对两种评价结果的差异进行分析讨论，探讨更适合该区土壤类型的评价方法。

1 材料与方法

1.1 土样采集

笔者选取海宁市八个主要乡镇（街道）进行取土采样，每个乡镇以蛇形布点取30个样品，采用五点法取样，采样深度为土壤表层0～20 cm。将研究区域采集的所有土壤样品存袋密封送至试验室进行Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Hg、As八种重金属元素含量的测定试验并记录测定结果。为了便于对八个研究区域进行土壤评价，笔者分别对每个研究区域的重金属元素测定结果求平均值，结果如表1所示。

表1 土壤重金属含量值

1.2 评价方法

1.2.1 内梅罗指数法

内梅罗指数法是目前进行环境评价广泛采用的方法。通过该方法进行污染评价，人们不仅可以得到重金属的综合污染状况，还可以得到单项重金属因子的污染状况。另外，该方法将不同重金属元素所占的权重值纳入计算，考虑了不同重金属元素对土壤环境影响不同这一现实问题，克服了平均值法各种污染物分担的缺陷[3]。其计算公式为：

式中，Pi为元素i的单项污染指数；Ci为元素i的实测值；Si为土壤环境质量标准值（本研究采用国家二级标准值）。

式中，P为采样点的综合污染指数；Pimax为采样点重金属污染物单项污染指数中的最大值；P—i是用加权计算法求出的单项污染指数平均值。

1.2.2 地质累积指数法

地质累积指数法是由德国科学家Muller在20世纪60年代提出的。这种研究方法不仅考虑了自然地质过程造成的背景值影响，也充分注意了人为活动对重金属污染的影响，已经被各国科学家广泛应用于由人为活动引起的土壤重金属污染研究中[4]。其计算公式为：

式中，Igeo为地质累积指数；Cn为样品中元素n的实测值；Bn为元素n的地球化学背景值；1.5为修正系数。值得注意的是，地质累积指数法通常选用普通页岩的平均值作为土壤重金属元素的地球化学背景值，但由于不同沉积作用形成的沉积物有所不同，如果采用普通页岩的地球化学背景值做地质累积指数计算过程中的背景值，难免会以偏概全，对评价结果造成误差，难以准确反映污染状况[5]。基于此考虑，本研究选用长江三角洲地区土壤地球化学基准值作为背景值来进行地质累积指数计算[6]，其具体数值如表2所示。

表2 长江三角洲地区土壤地球化学背景值

2 研究区域重金属污染评价结果

2.1 内梅罗指数法评价结果

经计算，各研究区域的八种重金属元素的单项污染指数如表3所示，综合污染指数如表4所示。从表3的单项污染指数评价结果可看出，硖石街道、长安镇的重金属元素Cd、Cr达到轻微污染状态，周王庙镇、袁花镇的Cr处于轻度污染状态，许村镇的Zn达到中度污染状态，盐官镇的Cu、Cr均处于轻微污染状态。从表4的评价结果可看出，这八个主要乡镇中，只有马桥街道和丁桥镇属于无污染状态，袁花镇处于无污染和轻度污染的临界，硖石街道、盐官镇、长安镇属于轻度污染状态，周王庙镇和许村镇已经达到中度污染状态。

表3 研究区域单项污染指数评价结果

表4 研究区域综合污染指数评价结果

2.2 地质累积指数法评价结果

经计算，各研究区域的八种重金属元素的地质累积指数如表5所示。从表5结果可看出，八个研究区域的重金属元素Hg均达到中度污染状态。除此之外，硖石街道的Cd也达到中度污染状态，周王庙镇的Cd同样达到中度污染状态，Cr甚至达到中重度污染状态，许村镇的Zn达到中重度污染状态，盐官镇的Ni处于轻度污染状态，Cu、Cr均达到中度污染状态，长安镇的Cd、Cr达到了中度污染状态，袁花镇的Ni 处于轻度污染状态，Pb、Cr达到中度污染状态。依据木桶效应，以各重金属元素污染的最高级别来表示该研究区域的污染程度，可以得出硖石街道、马桥街道、盐官镇、丁桥镇、长安镇、袁花镇均达到中度污染状态，周王庙镇和许村镇甚至达到中重度污染状态。

3 结果与讨论

对海宁市这八个主要研究区域的内梅罗指数法和地质累积指数法的评价结果进行比较可看出，两种方法对重金属元素Hg的评价结果差异最大。内梅罗指数法的评价结果显示，八个研究区域的Hg均处于无污染状态，而地质累积指数法则显示Hg均达到中度污染状态。结合海宁市的工业情况进行分析，全市涉及重金属重点排放的行业主要有金属表面处理及热处理加工业、皮革制造及加工业、蓄电池制造业等，这些工业活动排放的重金属污染物主要含有Cd、Cr、Zn、Pb、Cu、Ni等重金属元素，而Hg的排放量并不多，并不会构成污染。因此，地质累积指数法的评价结果略有夸大，原因是地质累积指数法过分强调重金属元素地球化学背景值的影响，而本研究选用的长江三角洲土壤地球化学背景值中Hg元素的背景值明显低于土壤地球化学基准值，所以造成Hg元素的评价结果偏大。

对于另外七种重金属元素，除了元素As的两种评价结果一致，均处于无污染状态外，其余六种元素Cd、Cr、Zn、Pb、Cu、Ni均处于轻度或中度污染，且地质累积指数法的评价结果显示这六种元素的污染程度更加严重，内梅罗指数法的评价结果相对保守，其原因可能是内梅罗指数法描述的评价结果是非连续的，使其对环境质量评价的灵敏性不够高。另外，两种评价方法对八个研究区域的综合污染程度评价结果也不尽相同，内梅罗指数法的评价结果显示，三个乡镇处于轻度污染状态，两个乡镇达到中度污染，而地质累积指数法的评价结果显示，六个乡镇均达到中度污染状态，两个乡镇甚至达到中重度污染状态。

笔者认为，出现这种差异的原因可能是内梅罗指数法过分突出污染指数最大的重金属元素对环境质量的影响，在评价时可能会人为夸大或缩小一些元素的影响作用，使计算结果难以区分土壤环境污染程度的差别。同时，地质累积指数法过分强调了重金属元素地球化学背景值的影响，如果背景值选择不恰当，也会影响评价结果。因此，内梅罗指数法和地质累积指数法在评价土壤重金属污染中各有优缺点，人们在评价过程中应结合运用才能更加全面地反映研究区域的土壤污染状况。

4 结语

结合两种评价方式的优缺点，笔者认为，马桥街道和丁桥镇属于无污染状态，硖石街道、盐官镇、长安镇、袁花镇属于中度污染状态，周王庙镇和许村镇属于中重度污染状态。

1 陈怀满.环境土壤学[M].北京：科学出版社，2005.

2 Li X D，Lee S L，Wong S C，etal.The Study of Metal Contamination in Urban Soil of Hong Kong Using a GIS-based Approach[J].Environmental Pollution，2004，129（1）：113-124．

3 郭笑笑，刘丛强，朱兆洲，等.土壤重金属污染评价方法[J].生态学杂志，2011，30（5）：889-896.

4 赵庆令，李清彩，谢江坤，等.应用富集系数法和地累积指数法研究济宁南部区域土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].岩矿测试，2015，34（1）：129-137.

5 滕彦国，度先国，倪师军，等.应用地质累积指数评价沉积物中重金属污染：选择地球化学背景的影响[J].环境科学与技术，2002，（2）：7-10.

6 陈国光，奚小环，梁晓红，等.长江三角洲地区土壤地球化学基准值及其应用探讨[J].现代地质，2008，22（6）：1041-1048.