郑州市西部工业走廊地区土壤重金属污染状况调查

2021-03-03范春丽刘晓娟田云芳曲金柱

安徽农学通报 2021年3期

范春丽　刘晓娟　田云芳　曲金柱

摘要：为了解城市工业发展对土壤的影响，以中原铝厂为中心，采集了郑州市西部工业走廊地区的土壤样品。采取单因子指数法和内梅罗指数法，对土壤样品进行调查分析。结果显示，Zn、Pb、Ni、Cd、Hg、Mn、Cr、Cu、Co、V元素对土壤都产生了一定程度的污染，其中污染较为严重的是Zn、Pb、Cd、Cr、Hg。

关键词：郑州市西部工业走廊;重金属;污染指数;调查研究

中图分类号 X53;X826文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）03-0113-04

Investigation on Soil Heavy Metal Pollution in the Western Industrial Corridor of Zhengzhou City

FAN Chunli et al.

（College of Life Science， Zhengzhou Normal University， Zhengzhou 450044， China）

Abstract： In order to understand the influence of urban industrial development on the soil， the soil samples were collected from surrounding area of Zhongyuan Aluminum Factory in the industrial corridor of the western Zhengzhou. Applying the single factor index method and Nemerow index method， this study was investigated and analyzed the soil samples， which revealed that Zn， Pb， Ni， Cd， Hg， Mn， Cr， Cu， Co， V elements have caused a certain level of soil pollution. Among these elements， pollution caused by Zn， Pb， Cd， Cr， Hg is more serious.

Key words： Zhengzhou western industrial corridor region; Heavy metal; Pollution index; The investigation and study

近年来，由于工业的高速发展，环境污染愈演愈烈、生态破坏日益严峻，人类的健康和生存正面临重大的威胁，其中重金属元素对环境、生态的污染和破坏作用尤为严重，特别是Pb、Cd、Hg及其复合污染最为突出，这在一些经济发达地区特别是工业产区表现得更为明显[1]。土壤与人类的生产和生活有着密切的关系，作为农业生态系统的重要组成部分，环境中大约90%的污染物通过各种途径进入土壤中[2]。郑州西部工业走廊是河南省的老工业基地之一，国家早期重点投资建设的各种类型的工厂、企业聚集在此。由于西部走廊地区工业集聚、工业发展历史悠久、产业结构复杂、企业环保意识薄弱，存在严重的土壤重金属污染问题。研究表明，重金属对各种生物危害极大，特别是对人类。通过人类种植的各种作物、蔬菜及饮用水等途径进入人体内，在人体内逐渐累积会导致人类的各种疾病，威胁人类的生命健康。因此，土壤中的重金属元素调查和评价，对于人类的生产和生活有着极为重要的意义。

对土壤中的重金属污染状况进行评价的方法有许多，单因子指数法、内梅罗指数法常常作为评价土壤重金属污染现状的方法。这2种方法主要是根据国家相关标准和行业标准，将重金属作为污染因子评价指标进行土壤环境质量评价[2]。为了解郑州西部工业走廊地区的土壤重金属污染现状，本研究以中原铝矿为中心采集工业园区及其他周边地区的土壤样品，测定土壤样品中的重金属类型及各元素的含量，将测得的数据进行分析整理，并对样品中的重金属对土壤造成的污染状况进行评价。

1 研究区域概况

本研究区主要是中铝公司及相关的厂矿和废渣存放地区，位于郑州市西部工业走廊地区，以上街区中铝公司为中心，上街中铝公司在1958年就在上街区建厂，主要生产年产氧化铝、铝锭、水泥、碳素制品等。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1t氧化铝，附带产生1.0～2.0t赤泥。目前赤泥的处理方式主要是干燥堆放，赤泥在堆放过程中除了占用大量土地外，还由于赤泥中的化学成分入渗土地易造成土地碱化、地下水污染，影响人们的身体健康。

2 材料与方法

2.1 布点和采样根据调查区污染源的分布，结合调查过程中的具体情况，以郑州市上街区中原铝厂为中心，选择上街区峡窝镇、垃圾电厂、荥阳火电厂、荥阳城关机械厂、中州铝厂、钢厂、灰渣矿、选矿厂、巩义铝矿区等地作为调查对象，采集50个0～20cm土壤样品。

2.2 土壤样品测定方法将每个采集点取到的土壤，约1～2kg，除去杂质，用报纸包裹后放在恒温干燥箱内将其进行干燥，用直径200目的筛子去除杂质，最后将筛子筛过的土壤分别装入用标签标明采样地的保鲜袋内备用。用土壤重金属分析仪Genius9000 XRF检测土壤中各重金屬的类型、含量的数据，并对所得数据进行分析整理。

2.3 土壤环境质量评价方法和标准用重金属分析仪测量土壤样品的重金属类型以及含量，通过单因子指数法和内梅罗指数法对数据进行计算得到土壤样品是否超标、超标状况以及综合污染指数，进而对调查区的土壤重金属污染状况进行分析评价。

3 结果与分析

3.1 矿区土壤重金属的含量表1列出了郑州市上街区峡窝镇、西马固、灰渣库、选矿厂、登封路、厂区、城关区、垃圾电站、火电站、小钢厂、铝矿区、中原路、荥阳西等地的耕层土壤中10种重金属的含量。

表2列出了郑州市西部工业走廊地区的50个土壤样品中Mn、Zn、Cr、Pb、Ni 5种重金属的含量范围、平均数以及各金属元素的检出率、超标率和超标倍数。从表2可以看出，调查区土壤重金属元素Mn的含量在200.26～910.33mg/kg，平均值461.03mg/kg，其值没有超出河南省土壤背景值560.60mg/kg;重金属元素Zn的含量在0.00～344.24mg/kg，平均值80.04mg/kg，其值是河南省土壤背景值62.5mg/kg的1.28倍;重金属元素Cr的含量在0.00～271.41mg/kg，平均值63.40mg/kg，其值和河南省土壤背景值63.3mg/kg相差无几;重金属Pb的含量在0～330.84mg/kg，平均值48.19mg/kg，其值是河南省土壤背景值21.8mg/kg的2.21倍;重金属元素Ni的含量在0.00～68.15mg/kg，平均值26.82mg/kg，其值没有超出河南省土壤背景值27.3mg/kg。

表3列出了郑州市西部工业走廊地区的50个土壤样品中Cu、Co、Cd、Hg、V 5种重金属的含量范围、平均数以及各金属元素的检出率、超标率和超标倍数。从表3可以看出，调查区土壤重金属元素Cu的含量在0～60.31mg/kg，平均值21.67mg/kg，其值是河南省土壤背景值560.60mg/kg的1.08倍;重金属元素Co的含量在3.35～17.21mg/kg，平均值8.84mg/kg，其值没有超出河南省土壤背景值11.2mg/kg;重金属元素Cd的含量在0.15～1.43mg/kg，平均值0.31mg/kg，其值是河南省土壤背景值0.064mg/kg的4.84倍;重金属元素Hg的含量在0.02～0.61mg/kg，平均值0.15mg/kg，其值是河南省土壤背景值的5.77倍;重金属元素V的含量在0～137.19mg/kg，平均值是68.80mg/kg，其值没有超出河南省土壤背景值。

由表2、3可知，郑州市西部工业走廊地区铝厂核心区及矿渣处理地的土壤样品中，10种重金属元素的平均含量由低到高分别为Hg

3.2 矿区土壤污染评价方法

3.2.1 评价方法目前，对土壤中重金属元素进行评价的方法主要有单因子指数法和内梅罗指数法[5]。评价公式如下：

单因子指数法： Pi=Ci/Si

式中，Ci—i是污染物的实测值;Si—i是污染物的评价标准或背景值;

内梅罗综合指数法：P_综=[（P_max²+P_ave²）/2]^1/2

式中，Pmax即（Ci/Si）max为单因子污染指数的最大值;Pave即（Ci/Si）ave为单因子污染指数的算数平均值[6]。

本次调查主要通过测量分析土壤中的重金属种类及含量，通过计算然后与土壤背景值进行对比，可以看出土壤中重金属是否超标。土壤背景值是指没有人为的活动对土壤中的各元素产生影响，自然条件作用下土壤中的各元素含量。其可作为评价土壤是否受到污染的标准。以土壤背景值作为评价标准反映土壤中各元素的超标情况，虽然不能直观看出各金属元素的污染现状以及能够对人类造成危害的程度，但它能看出最近几年的工业生产、人类生活对土壤环境造成的污染状况。本研究所用的重金属的背景值是参考《河南省土壤环境背景值研究》的成果[7]。

单因子指数法能够比较直观的反映出土壤中各项污染指标的情况，因此首先利用单因子指数法，对各元素的污染程度加以分析。然而，为了更进一步的分析从而评价、判断土壤综合污染程度，再利用内梅罗指数法对土壤重金属污染进行等级划分[8]。

3.2.2 评价结果现用单因子指数法和内梅罗污染指数法[9].计算出50种调查区土壤样品中的Zn、Pb、Ni、Cd、Hg、Mn、Cr、Cu、Co、V 10种重金属元素的综合污染指数，并参照表3～4的土壤综合评价分级标准，结果见表5。从表5可以看出，Zn元素的综合污染指数为3.99，Pb元素的综合污染指数为10.84，Ni元素的综合污染指数为1.90，Cd元素的综合污染指数为16.17，Hg元素的综合污染指数是3.82，Mn元素的综合污染指数为1.82，Cr元素的综合污染指数为3.11，Cu元素的综合污染指数为2.26，Co元素的综合污染指数为1.22，V元素的综合污染指数为0.89。Zn、Pb、Cd、Cr、Hg 5种重金属元素属于严重污染，Cu元素属于中度污染，Ni、Mn、Co3种重金属元素属于轻度污染，V元素属于尚清洁水平。10种重金属在所调查地区的累积程度从大到小依次为：Cd>Pb>Zn>Hg>Cr>Cu>Ni>Mn>Co>V。

3.3 評价结果比较为了更加清晰地了解到郑州市西部工业走廊地区铝厂周郊的重金属污染现状，采集远离工业基地的郑州东区50个土壤样品，采用同样的方法对对采集的土壤样品进行测量分析，结果见表6。从表6可以看出，只有Cd元素含量达到严重污染水平，Zn、Pb、Ni、Hg、Cu 5种重金属元素含量达到轻污染水平，Mn、Cr、Co 3种重金属元素含量属于尚清洁水平，V元素含量属于清洁水平。通过表5、表6对比可以看出，郑州市西部工业走廊地区中原铝厂周围矿区附近耕地层土壤污染情况比较严重。

4 结论与讨论

本研究结果表明，郑州西部工业走廊地区土壤中达到严重污染水平的重金属元素有5种，分别为Zn、Pb、Cd、Cr、Hg;达到中度污染水平的重金属元素有1种，为Cu元素;达到轻污染的重金属元素有3种，分别为Ni、Mn、Co;达到警戒级的重金属元素有1种，为V元素。比较工业走廊地区与郑州东区土壤的重金属物综合污染指数，以工业走廊地区厂矿核心区和矿渣区的土壤污染更为严重。

土壤中的重金属元素的来源有很多，主要包括工业“三废”的无节制排放、化肥农药的过度使用、汽车尾气的过度排放、石油等矿物燃料燃烧所释放的重金属等[10-12]。郑州西部工业走廊地区自20世纪50年代以来一直作为郑州市工业发展的核心地区，其污染来源主要为工业废物、废水、废气的无节制排放。徐友宁研究表明，元素Hg、Pb、As、Cd会导致不同程度的非致癌风险[13]。目前，中铝公司改制停产和逐步，选矿厂、灰渣库等都闲置或弃用，对这些重金属污染较严重地区进行生态修复势在必行。

植物修复技术是近年来发展起来的清除土壤中重金属的一種有效、经济的生态技术。重金属污染土壤植物修复技术主要有植物固定、植物挥发和植物吸收等方式。固定技术是利用植物阻隔土壤中重金属的迁移，而植物挥发和植物吸收则是将土壤中的重金属移除[14-17]。今后要筛选出适合本地区重金属富集植物进行植物修复，以恢复重金属污染严重地区的土壤生态功能。

参考文献

[1]翁福良.珠三角土壤重金属污染及治理措施概述[J].农业与技术，2013（08）：225-239.

[2]何玉生.海口城市土壤重金属污染特征与生态风险评估[J].生态学杂志，2014（02）：421-428.

[3]阳建强，罗超.郑州西部老工业基地更新规划的整体思考[J].城市规划，2008（06）：88-92.

[4]张红.砥砺奋进持续发展[J].中国有色金属，2011（17）：62-63.

[5]李润林，艳敏，唐鹏钦.农产品产地土壤环境质量评价研究进展[J].中国农学通报，2011（06）：296-300.

[6]李玲，高畅，董洋洋，等.典型煤矿工业园区土壤重金属污染评价[J].土壤通报，2013（01）：227-231.

[7]邵丰收，周皓韵.河南省主要元素的土壤环境背景值[J].河南农业，1998（10）：28.

[8]李玲，吴克宁，张雷，等.郑州市郊区土壤重金属污染评价分析[J].土壤通报，2008（05）：1164-1168.

[9]罗文敏，杨万云，林昌虎，等.三穗县何首乌种植基地的土壤质量综合评价[J].贵州农业科学，2014（03）：182-186.

[10]陈静，鲍立婷.土壤重金属污染的来源和修复[J].河南科技，2013（17）：164-165.

[11]所芳，贾锐鱼.土壤重金属污染研究现状[J].中国西部科技，2009（16）：53-55.