广西博世科环保科技股份有限公司 广西南宁市 530007
摘要：在湖北省咸宁市某钒冶炼厂采集36份土壤样品，采用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法及潜在生态危害指数法对其土壤中的重金属进行生态风险评价。结果表明：（1）地块土壤主要受到砷的轻污染，受到镍和汞的中污染，受到镉、钒、铜和铅的重污染，土壤受重金属污染的综合程度为重污染。（2）地块主要的潜在生态危害来自镉和汞，该地块土壤的综合环境潜在生态风险程度为中等。研究显示，该地块土壤目前受到重污染，存在中等潜在生态环境风险。
关键词：污染地块；重金属；潜在生态风险
工业企业在生产会产生大量污染物，污染物通过多种途径，最终在土壤中汇聚，尤其是重金属。由于重金属具有易富集、不可降解等特征，造成土壤重金属污染日趋严重，对人体健康和生态环境造成严重危害。土壤重金属的累积受到广泛关注，学者们在土壤重金属污染的调查和风险评价等方面做大量相关研究[1]。
目前，工业污染地块风险评估的研究主要集中在人体健康领域，关于地块生态风险等方面的研究仍较为欠缺[2]。本研究湖北省咸宁市某钒冶炼厂土壤为研究对象，采用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法及潜在生态风险指数法，系统对案例地块土壤进行环境风险评价，以期为重金属污染地块的治理和修复等工作提供科学指导。
1.材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于湖北省咸宁市某钒冶炼厂，占地约为10680m2，建于上世纪90年代，生产工艺为钠化焙烧-水浸法，凭借当地丰富的矿产资源优势，大力发展钒矿开采与冶炼活动。该研究区域历年平均气温为16.70°C。常年主导风向为北风和东北风；冬春为西北风，夏季盛行偏南风；历年平均风速为2.4米/秒。
1.2 样品采集与分析
为了解该地块污染状况，采用20m×20m网格对该地块重点区域进行网格布点，非重点区域采用40m×40m进行布点，共布设21个点位。其中，重点区域19个，非重点区域2个。取样深度分别为0.5m表层土壤样品1个，2~10m土壤采样间隔2m取一个样，具体间隔根据实际情况调整，保证土壤每一地层都有取样，且最大采样深度至未受污染的深度为止。研究区土壤取样点位如图 1。
样品采集后自然风干除杂过 100目筛，测重金属元素砷、镉、六价铬、铜、铅、汞、镍和钒。采用冷原子吸收分光光度法测汞，六价铬采用碱溶液提取法检测，其余元元素采用王水提取-电感耦合等离子体质谱法测定。分析过程中采用标准样品和加标回收等质控手段，保证数据准确性，样品回收率在97.5%-107%之间。
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图1 研究区域及采样点分布图
1.3 评价方法
1.3.1 土壤重金属污染现状评价
目前，土壤重金属污染评价方法主要有单因子污染指数法或内梅罗污染指数法。单因子污染指数法是针对单项重金属元素污染程度进行评价，其公式为：
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（1）
式中，Pi为i污染物的污染指数；Ci为i种污染物的实测含量（mg·kg-1）；Si为i污染物的背景值（mg·kg-1）。
内梅罗污染指数法主要用于评价多种重金属元素的复合污染，并可以突出污染指数最大的重金属元素对土壤环境质量的影响和作用[3]，其公式为：
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（2）
式中，（Ci/Si）max为重金属元素中污染指数最大值；（Ci/Si）ave为各污染指数的平均值。
单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法分级标准见表 1。
表 1土壤重金属污染等级划分标准
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1.3.2 土壤重金属污染潜在生态风险评价
采用瑞典科学家Hakanson提出的潜在生态危害指数法，进行潜在生态风险评价[4]，公式为：
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（3）
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（4）
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（5）
式中：
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为多元素环境风险综合指数；
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为第i种重金属环境风险指数；
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为重金属i相对参比值的污染系数；
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为重金属i的实测浓度；
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为重金属i的评价参比值，以《中国土壤元素背景值》中湖北土壤元素C层土壤背景值进行计算[5]；
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为重金属i毒性响应系数，见表2。重金属环境风险指数
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和多元素环境风险综合指数
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分级见表3。
表 2重金属毒性响应系数
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表 3污染物污染程度及潜在风险程度评价分级标准
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2.结果与讨论
2.1.1 土壤重金属污染现状评价
研究区土壤重金属污染现状评价以《中国土壤元素背景值》中湖北土壤元素C层土壤背景值作为评价标准，结果如表4所示。
表 4土壤重金属元素单因子污染状况比例（%）
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土壤的重金属Pi平均值依次为镉>钒>铜>铅>镍>汞>砷，土壤主要受砷的轻污染，受到镍和汞的中污染，受到镉、钒、铜和铅的重污染。
采用内梅罗综合污染指数法，36个样品内梅罗综合污染指数为2＜P≤3的有5个，即有13.89%的土壤受中污染；36个土壤样品有31个样品3＜P的，即有86.11%的土壤受重污染。总体上，土壤受重金属污染的综合程度为重污染。
2.1.2 土壤重金属生态风险评价
以《中国土壤元素背景值》中湖北土壤元素C层土壤背景值作为参比值，按照潜在生态风险评价相关公式，得到各重金属元素的
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、
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和RI值。
表 4土壤重金属潜在生态风险比例（%）
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对于土壤中的镉，36个土壤样品风险指数中，有25%的土壤中，镉污染生态危害程度为强；有36.11%的土壤中，镉污染生态危害程度为很强；有30.56%的土壤中，镉污染生态危害程度为极强。总体上，镉的重金属环境风险主要分布在很强生态危害和极强生态危害，其平均生态危害程度为极强。镉的重金属环境风险指数较高，导致镉污染的平均生态危害程度偏高，故该地块镉具有很强生态危害。
对于土壤中的汞，36个土壤样品中，有38.89%的土壤中，汞污染生态危害程度为强；有5.56%的土壤中，汞污染生态危害程度为很强。总体上，汞的生态危害程度主要分布在强生态危害，该地块的汞具有强生态危害。
36个土壤样品环境综合污染指数为150＜RI≤300有15个，即41.66%的土壤具有中等生态危害；300＜RI≤600有15个，即有41.66%的土壤具有强生态危害；600≥RI有6个，即有16.66%的土壤样品具有很强生态危害。总体上，重金属污染的综合生态危害主要为中等和强生态危害，镉和汞的重金属毒性响应系数分别为30和40，因此在某些超标较为严重的点位中，镉和汞环境综合污染指数RI偏高，导致综合污染风险升高。综合所有元素的风险指数，该地块土壤的综合环境风险程度为中等。
3.结论
（1）地块土壤主要受到砷的轻污染，受到镍和汞的污染程度为中污染，受到镉、钒、铜和铅的重污染。有13.89%的土壤污染程度为中污染，有86.11%的土壤污染程度为重污染。总体上，土壤受重金属污染的综合程度为重污染。
（2）该地块土壤的潜在生态风险级别为中等，优先控制的元素是 Cd、Hg。
参考文献：
[1] 虞敏达，张慧，何小松，张媛，马丽娜，檀文炳，高如泰.典型农业活动区土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].环境工程学报，2016，10（03）：1500-1507.
[2] 梁豹，杨永坚，王先良，钱岩，吕占禄，郭辰，吴家兵，赵淑莉.埇桥环境高风险区河流沿岸土壤重金属污染及生态风险评价[J].应用与环境生物学报，2016，22（02）：257-262.
[3] 崔邢涛，栾文楼，石少坚，李随民，宋泽峰，马忠社.石家庄污灌区土壤重金属污染现状评价[J].地球与环境，2010，38（01）：36-42.
[4] Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.a sedimentological approach[J].Water Research，1980，14（8）：975-1001.
[5] 国家环境保护局.中国土壤元素背景值[J].北京：中国环境科学出版社，1990，330-450.