污染土壤重金属的空间分布及其风险评价

时间：2024-11-06

马高高

（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃兰州 730046）

随着城市化进程的加快以及农业生产的外部因素影响，土壤在很大程度上受到了重金属的污染，对于人们的生产生活都造成了恶劣的影响，会直接危害到人们的健康。这就需要对土壤重金属污染的形成进行实验分析，明确土壤重金属的空间分布情况（特征以及结构等），同时要对受到重金属污染的土壤危害程度进行风险评价。通过这些研究能够进一步推动土壤的有效开发利用，为我国城市可持续发展及农业健康生产奠定良好基础。

1 土壤的基础性实验

1.1 土壤样品的采集

本文主要以我国南方某一线城市作为分析案例，对于该地区受到重金属污染较严重的区域实施土壤样品采集。为了能够获得更加全面的样品，首先要按照功能不同对该地区进行区域划分，主要包括一般性工业园区、重点污染地区、农业区以及生活区等。

按照《土壤环境检测技术规范》（HJ/T166-2004）中的相关规定，可以通过“梅花形”的采样方式实施布点，对于表层土（厚度范围0cm～20cm）进行采集，将采集到的4个～5个点混合成为1个土样，并通过四分法进行取样，所得71个样品。

1.2 采集样品的分析方法和数据处理

第一，在进行土壤样品分析之前需要对其进行必要的处理，主要方法为：将土壤样品自然风干并清除内部杂物（例如树枝、石子等），对其进行研磨并筛选出颗粒合适样品（粒径＜0.075mm）存于自封袋当中，准备进行理化性质测定。第二，样品的分析方法。按照NY/T1377-2007标准进行土壤pH值测定，通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）对于重金属含量进行测定。第三，通过Excel以及SPSS对于所得数据实施描述性统计分析，同时利用统计软件ArcGIS9.4实施空间变异分析。

1.3 潜在生态风险评价

潜在生态危害指数法是根据重金属性质及环境行为特点，从沉积学角度提出来的，对土壤或沉积物中土壤重金属污染进行评价的方法。该法不仅考虑土壤重金属含量，而且综合考虑了多元素协同作用、毒性水平、污染浓度以及环境对重金属污染敏感性等因素，因此在环境风险评价中得到了广泛应用。其具体计算公式为：

2 实验结果分析及评价

2.1 土壤重金属的分布特征分析

通过实验可知，采样区域土壤当中重金属的含量如表1所示。

表1 土壤重金属含量统计

根据实验结果显示，所检测的土壤样品pH值处在6.5～7.5范围内，整体表现出中性的特点。参照《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）二级评价标准来看，样品中只有Pb没有出现超标的情况，其他重金属元素都存在不同程度的超标，特别是Cd元素存在着非常严重的污染问题。

2.2 土壤重金属的空间变异结构分析

通过土壤重金属的分布特征分析更多得到的是该地区重金属污染的整体现象，但是对于空间变异特性需要通过统计法实施相应的分析。可以通过半变异函数对于不同元素实施模拟仿真，从而得到不同金属变异函数理论模型和检验参数，具体如表2所示。

表2 变异函数理论模型和检验参数

从表2中能够得知，As以及Cd的基地效应分别为72.41%以及67.25%，都处在25%～75%范围内，表现出了中等程度的空间相关性。这就在一定程度上说明了其不但受到内源污染的影响（例如气候情况、土壤性质等），同时也受到外部因素的影响（例如各种人为活动等）。而Pb以及Cu的基底效应都超过了75%，表明其空间相关性较弱，更容易受到人为因素的影响。

2.3 土壤重金属的空间分布特性分析

通过普通克里金插值法能够得出分析区域的重金属空间分布情况。

第一，其中As严重区域的范围较大，主要出现在分析区域的南方地区。通过以往参考资料以及案例区域分析可知，对于人口密集区域来说，造成土壤As污染的最主要原因为交通和生活垃圾的随意排放。该地区经济较为昌盛，交通以及人为活动频繁，造成污染物较多而引发As污染。对于某些农田区域来说，喷洒过量含砷农药也是造成土壤中As含量过高的重要影响因素。第二，Cd严重区域的范围更多集中在分析区域的中、南部。此污染除了受到土壤母质的自然影响外，该地区的农业较为发展，不同类型农药的不合理使用也是造成Cd污染的重要因素。第三，Cu的污染程度相对较轻，相对较高的值分散处于分析区域的中偏南部地区。从当地的现场分析可知，Cu含量较高的地区集中在江边公园以及文化公园等区域附近，这就在一定程度上说明了土壤中Cu的富集性和交通流量相关。第四，Pb的污染程度相对较小，处在国家二级标准范围内。其含量相对较高的区域主要集中在分析区域的东边，该区域存在着很多的工业园区和化工区域，造成Pb含量相对较高的原因在于工业园区中工厂所产生的“三废（废水、废气、废渣）”含有较多的Pb，这些Pb元素沉积到土壤中会造成土壤Pb的含量升高。