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关于生态环境的论文：典型工业城市土壤重金属污染及潜在生态风险评价

摘要：本篇关于生态环境的论文以六盘水城市土壤为研究对象，采用内梅罗综合指数法和单因子指数法对研究区土壤中重金属Pb、Cd、Hg 、As、Cu的环境质量及污染现状进行评价，采用 Hakanson潜在生态危害指数法评价其潜在生态危害现状。结果表明，分析测试的5种重金属平均含量均超过贵州省土壤背景值，绝大部分Cd、Pb、Cu处于清洁状态，其比例分别为50%、58.3%、77.8%，采样点大部分土壤受到As、Hg轻度污染，比例分别为58.3%、69.45%，采样点土壤Cd、As、Hg三种元素分别有30.6%、22.2%、8.3%处于重度污染水平。各重金属元素中，Cd、Hg是最主要的潜在生态风险因子。5种重金属的潜在生态危害情况存在一定差异，轻微生态危害、中等生态危害、强生态危害、很强生态危害的比例分别为55.6%、22.2%、16.7%、5.6%。

关键词：六盘水市;城市土壤;重金属污染;潜在生态危害

城市土壤是构成城市生态系统的重要组成部分，土壤中的重金属元素不仅影响和改变城市土壤的生态功能，而且还会危害人类的健康[1]。随着经济的快速发展，我国城市化进程迅猛发展，工业和人口逐渐向城市高度集中，不合理的人类活动所生成的污染物随之而来。污染物进入城市土壤，导致城市土壤的组成和功能发生了一定的变化，尤其是随之而来的重金属污染。城市土壤中重金属污染受到许多学者的关注，已经成为城市环境污染程度大小的重要指标[2] 。重金属在土壤中具有隐蔽性、持久性、累积性等特点，因此土壤重金属污染难以治理。研究表明，城市土壤中的重金属可通过吞食、吸入和皮肤吸收等途径直接对人体产生影响，也可通过食物、大气和水环境污染等间接对人体健康产生危害[3]。

六盘水作为西南地区重要的工业基地，以煤炭、电力、钢铁为重要经济支柱，是典型的工业城市，而目前关于六盘水城市土壤重金属的含量情况和生态风险评价的较少。本篇关于生态环境的论文研究以六盘水城市表层土壤为对象，对土壤重金属Pb、Cd、Hg、As、Cu的含量水平进行分析研究，并运用不同评价方式评价其潜在生态危害，旨在为了解六盘水市城市土壤重金属的含量现状，为六盘水城市土壤污染治理提供理论依据，同时为促进六盘水打造国际旅游休闲度假城市，为宜居环境的建设提供依据。

1材料及方法

1.1研究区概况

研究对象六盘水市位于北纬25°19′44"～26°55′33"、东经104°18′20"～105°42′50"之间，地处滇、黔两省结合部，属亚热带季风湿润气候，现辖钟山区、六枝特区、盘县、水城县四个县级行政区。六盘水是西南地区重要的能源原材料工业基地，矿产资源丰富，以煤炭、钢铁、电力、冶金主，尤其是煤炭资源蕴藏量丰富，有“西南煤海”之称。

六盘水丰富的矿产资源的开采为当地带来了巨大的经济效益，但也随之产生了严重的环境污染问题尤其是土壤污染。近年来，六盘水在努力实现城市转型，着力打造生态宜居城市与国际旅游休闲度假城市，对一些污染严重的工业企业实施了关闭、转移等措施，但也遗留了较为严重的土壤环境污染问题。

1.2样品采集与处理

本篇关于生态环境的论文研究采集土样为六盘水城市表层土壤，每个功能区选取5个左右有代表的采样区，每个采样区布设3个采样点，每个采样点按梅花形布设5个点，用木铲采集表层(0～15cm)土壤，充分混合成1个土壤样品(约500g)，并装在自封袋内编号。

采集的土壤样品经自然风干，先剔除其中杂物再用木棍将样品碾碎，用玛瑙研钵研磨样品，过100目尼龙筛，最后用四分法取土样100g，装入样品袋待测，其余土样留存。

1.3 样品分析

本篇关于生态环境的论文采用美国国家环保局相关标准(USE-PA)进行抽提消煮，用原子荧光光谱仪测定仪(AFS-933)测定 Hg 和 As，用原子吸收光谱仪(ZEE nit 700P，带石墨炉)测定Pb 、Cd，原子吸收光谱仪(WFX-210)测定Cu ，同时做空白实验。试验中所用试剂均为优级纯， 分析用水均为超纯水.土壤样品测定过程中采用国家标准物质(GBW- 07409、 GBW- 07413)和 20%平行样进行质量控制， 测定结果均在误差允许范围内。

2 土壤重金属污染及评价

2.1 单因子污染评价法

目前对土壤环境质量评价较多采用单因子污染评价法进行[4]，计算公式为Pi=Ci/Si,其中，Pi为单项污染指数，Ci为重金属污染物含量实测值，Si为重金属污染物评价参考值。土壤重金属单项污染指数分级状况如下：Ⅰ级，Pi≤1.0，为未污染;Ⅱ级，1.03.0，为重污染。

2.2 内梅罗综合污染指数法

单因子污染指数法只能反映各个污染物的污染程度，内梅罗综合污染指数法是在单因子污染评价法的基础上，能反映土壤重金属综合污染的程度。

P综为内梅罗综合污染指数，Pi为土壤中重金属i的单因子污染指数，Pimax为所有元素单因子污染指数的最大值。

2.3潜在生态风险指数法

3 结果与讨论

3.1 土壤重金属含量分析

各采样点表层土壤重金属含量结果见表3, 土壤 pH范围是5.27～7.27，以弱酸性为主。土壤中Pb、Cd、Hg、As、Cu的平均含量水平分别为319、1.94、0.87、57.9、70.6mg/kg，5种重金属平均含量均超过贵州省土壤背景值，分别为贵州土壤背景值的9.1、2.9、7.9、2.9、2.2倍，与土壤环境质量标准二级标准相比，除Cu元素外，其余几种重金属平均含量均超标，超标倍数最严重的Cd为6.5倍。与全国土壤背景值相比，5种重金属元素均高于全国土壤背景值。几种重金属都出现了不同程度的极端异常值，如Hg的最高值为3.40mg/kg，是贵州土壤背景值的30.9倍，是全国土壤背景值的48.6倍，Pb的最高值为834/kg，是贵州土壤背景值的23.7倍，是全国土壤背景值的32.1倍，Cd的最高值为14.0mg/kg，是贵州土壤背景值的21.2倍，是全国土壤背景值的140倍，重金属含量区域差异明显，表明人类活动强烈干扰着城市土壤环境质量。

一般来说，变异系数可以总体反映样本中各采样点的差异程度,值越大变异强度越大,表明其受人为源影响越大,反之受自然源控制显著[6]。从各采样点的平均变异程度来看，Cd的变异系数最大，高达172%, Cu的变异系数最小，为30%，除Cd为强变异外，其它5种重金属均为中等变异，5种重金属的平均变异程度由大到小为：Cd、Hg、Pb、As、Cu。除Cu外，Cd、Hg、Pb、As的变异系数均大于50%，可知在不同采样点Cd、Hg、Pb、As含量差异较大，Cu含量差异较小。

土壤中的重金属均有不同程度的富集，其富集系数由大到小顺序为:Pb(9.06)>Hg(7.91)>Cd(2.94)>As(2.89)>Cu(2.21)。与贵州省土壤背景值相比较可以发现，研究区土壤中5种重金属含量均高于背景值，其中Pb、Hg的比值较大，表明研究区城市土壤受人为因素的影响较大。

3.2　土壤环境质量评价

以《土壤环境质量标准》(GB15618─1995)二级土壤为参考标准，计算其单因子污染指数，结果见表4。Pb、Cd、Hg、As、Cu、的单因子污染指数范围分别为0.20～2.78、0.13～23.37、0.32～3.54、0.52～5.56、0.34～1.56。从单项污染程度来看，Pb、Cd、Cu处于清洁等级的比例分别为58.3%、50%、77.8%，表明研究区采样点大部分土壤未受到Cd、Pb、Cu污染;As、Hg处于轻污染的比例分别为58.3%、69.5%，表明研究区采样点大部分土壤受到As、Hg轻度污染。Pb、Cu两种元素未出现重污染等级，Cd、Hg、As三种元素分别有30.6%、8.3%、22.2%处于重度污染水平，表明研究区表层土壤Cd、As、Hg三种元素的污染不容忽视。从内梅罗综合污染水平来看，研究区各采样点综合污染指数范围为1.19～16.9，均值为4.28，综合污染指数最高的采样点为公园，为16.9，综合污染指数最低的为道路，为1.19，采样点处于轻污染、中污染、重污染等级的比例分别为44.4%、19.4%、36.1%，表明研究区的土壤已经在一定程度上受到重金属的较重影响。

3.4 土壤潜在生态风险评价

运用Hakanson潜在生态危害指数法评价土壤重金属污染时，所选用的参考值差别较大，其评价结果也不一致。有的选用全球沉积物重金属的平均背景值，有的参考当地土壤重金属背景值，我国常选用国家土壤环境质量标准(GB15618—1995) [9]。本篇关于生态环境的论文研究以国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)为参比值，对各功能区采用潜在生态危害指数进行评价，结果见表5。Pb、Cd、Hg、As、Cu的潜在生态危害指数范围分别为0.99～13.9、4～701、12.6～272、5.19～55.6、1.54～7.79。从六盘水城市土壤重金属潜在生态风险指数频率分布来看(图1)，所有土壤样品重金属Pb、Cu潜在生态危害指数均小于40，其生态危害程度为轻微;88.9%土壤样品中As处于轻微生态危害程度，11.1%土壤样品As的生态危害程度为中等;土壤样品Cd处于轻微生态危害、中等生态危害、强生态危害、很强生态危害、极强生态危害的比例分别为61.1%、8.3%、8.3%、11.1%、11.1%;土壤样品Hg处于轻微生态危害、中等生态危害、强生态危害、很强生态危害、极强生态危害的比例分别为2.8%、69.4%、25%、2.78%、0%。统计表明，研究区土壤 Cd、Hg污染较重，Cd、Hg为主要的潜在生态风险因子。

均值为131.9，处于强生态危害程度。多种重金属的综合潜在生态风险指数RI的范围为80.7～596，从六盘水城市土壤重金属RI的空间分布来看，RI最小值样点为某道路，为80.73，RI值高峰出现在学校、公园、商业区，均值分别为326、281、225，达到最大值样点为某公园，为806，达到很强生态危害，这可能与采样点处于工业区，工厂分布较为密集，受工业生产污染所致。从多种元素的综合潜在生态风险指数频率分布来看(图2)，采样点土壤处于轻微生态危害、中等生态危害、强生态危害、很强生态危害的百分比分别为55.6%、22.2%、16.7%、5.55%，研究区多数样点为轻微潜在生态危害。

4 结论

(1)六盘水城市表层土壤重金属Cd、Pb、As、Hg、Cu的平均含量水平分别为319、1.94、0.87、57.9、70.6mg/kg，5种重金属平均含量均超过贵州省土壤背景值，分别为贵州土壤背景值的9.1、2.9、2.9、2.2、7.9、1.1倍，与土壤环境质量标准二级标准相比，除Cu外，其余几种重金属平均含量均超标，超标倍数最严重的Cd为6.5倍，表明六盘水市表层土壤都受到不同程度的重金属污染。

(2)从单项污染指数来看，Cd的单项污染指数最高，达23.4，研究区采样点超过50%土壤未受到Cd、Pb、Cu污染，处于清洁状态，其比例分别为50%、58.3%、77.8%，采样点大部分土壤受到As、Hg轻度污染，比例分别为58.3%、69.5%，采样点土壤Cd、As、Hg三种元素分别有30.6%、22.2%、8.3%处于重度污染水平。

(3)从综合污染指数来看，研究区土壤综合污染指数范围为1.19～16.9，综合污染指数最高的为某公园，为16.9，综合污染指数最低的为某道路，为1.19。

(4)采用潜在生态危害指数法进行评价，Cd、Hg为主要的潜在生态风险因子，Cd处于中等生态危害、强生态危害、很强生态危害、极强生态危害所占比例为8.33%、8.33%、11.1%、11.1%;Hg处于中等生态危害、强生态危害、很强生态危害的百分比分别为69.4%、25%、2.78%;Pb、Cu的生态危害较小，各采样点潜在生态危害指数均小于40;各采样点As的含量较低，轻微生态危害程度和中等生态危害程度的比例分别为88.9%和11.1%。

综合考虑5种重金属的潜在生态危害性，其轻微生态危害、中等生态危害、强生态危害、很强生态危害的百分比分别为55.6%、22.2%、16. 7%、5.55%，研究区土壤绝大部分为轻微潜在生态危害。

本文原作者系(1.六盘水师范学院化学与化学工程系连国奇，2.六盘水师范学院环境与资源科学系仝双梅)

参考文献：

[1]崔邢涛，栾文楼等.石家庄城市土壤重金属污染及潜在生态危害评价[J].现代地质,2011,3825(51):169-175.

[2]丁振华, 王文华, 瞿丽雅, 等. 2004. 贵州万山汞矿区汞的环境污染及对生态系统的影响[J]. 环境科学, 25(2): 111-114.

[3]魏复盛,陈静生,吴燕玉,等.中国土壤环境背景值[M].北京：中国环境科学出版社 1992.

[4]崔邢涛，栾文楼等.唐山城市土壤重金属污染及潜在生态危害评价[J].中国地质,2011,38(5):1379-1386.

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