土壤环境中重金属污染风险评价方法

土壤环境中重金属污染风险评价方法

周燕1,2,3,4*，杨颖欢1,2,3,4

（1. 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司, 陕西 西安 710075；2. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司, 陕西 西安 710075；3. 陕西省土地整治重点实验室, 陕西 西安 710061；4. 陕西省土地整治工程技术研究中心,陕西 西安 710075）

1 研究背景

近些年来，我国频频发生重金属污染毒害事件，例如：湖南浏阳Cd污染、四川内江Pb污染、中金岭南铊超标、山东临沂As污染、陕西凤翔血铅事件等一系列重金属环境污染问题，给生态环境和居民健康带来严重威胁。

重金属由于其持久性、难降解性和毒性强等特点被誉为“化学定时炸弹”。重金属元素作为地壳的天然组成成分，存在于自然环境中的各生态系统中均存在。大规模、高强度的人类活动导致重金属在水、土壤、大气等环境介质中大量富集，引起严重的环境污染问题，引发国内外学术界的广泛关注和重视[1-2]。在环境污染与保护方面，通常较为关注Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Mn和Co等对自然生态环境和人体健康具有显著危害性、毒性较大的重金属元素。重金属的来源包括自然源和人为源。自然源主要为：在风力和水力的作用下土壤会产生位移致使重金属元素发生迁移，从而导致重金属在土壤中进行富集，以及岩石风化和火山喷发等自然原因也能将重金属元素释放到周围的各类环境介质中。人为源主要包括：农业面源污染、工业污水和固态废弃物污染、大气降水和自然沉降[3-4]。

重金属主要大多富集在土壤表层，后期会慢慢通过植物根系的吸收等作用迁移至植物体内或深部土壤。土壤中重金属的迁移转化机制主要包括：吸附作用、配合作用、沉淀作用、溶解作用以及生物转化作用[5]。重金属化学性质稳定、难以被降解，即使在较低浓度下也具有很大毒性。重金属能在食物链的放大作用下大量高效地累积富集，最后通过各种暴露途径进入人体对人体健康造成危害。重金属能与人体内的蛋白质及酶发生相互作用，从而降低酶的活性，使细胞质中毒进而伤害神经组织，也可在人体器官中累积，造成相应组织器官的慢性中毒症状。重金属的毒理作用主要表现为：它会影响胎儿的正常发育、造成人体生殖功能出现障碍、降低人体素质免疫力降低等[6-7]。重金属可以在环境中发生迁移，并在生物体或人体内进行富集，也可转化为毒性更大的金属化合物，危害生态环境与人体健康。因此，对于重金属的研究具有非常重要的意义，针对其生态与健康风险的评价会使我们对其预防与防治具有更加科学、有效的依据。

2 重金属评价方法

2.1 重金属生态风险评价方法

（1）单项污染指数法

单项污染指数法[8]是指环境介质中污染物实测值除以该污染物的限定值的商作为Pi。具体评价模型为:

式中：Pi—污染物的污染指数；Ci—污染物的实测浓度（mg·kg-1）；Si —污染物的环境背景值 (mg·kg-1)，采用陕西省土壤背景值。污染等级划分见表1。

表1土壤重金属单项污染指分级标准

Table 1 The grading standards of inpidual pollution index of soil

（2）地累积指数法

地累积指数法(Igeo)[10]不仅考虑了自然地质过程所造成的环境背景值影响，而且也关注了人类活动对重金属污染的影响。具体计算公式为：

式中, Cn为样品浓度，BEn为土壤环境背景值。Forstner的地累积指数污染等级划分见表2。

表2土壤重金属地累积指数分级标准

Table2 The grading standards of Muller index

（3）综合污染指数法

综合污染指数法[8]能全面反映土壤的污染状况。计算公式为:

式中：P—i样点的综合污染指数；Pimax—i样点最大单项污染指数；Piavg—i样点平均单项污染指数。分级标准见表3。

表3土壤综合污染指数分级标准

Table 3The grading standards of integrated pollution index

（4）污染负荷指数

污染负荷指数[9]（The pollution load index，PLI）法可避免污染指数的加和关系对评价结果的影响，能较好地评价重金属的人为污染程度与影响。计算公式为：

其中CFi为i元素的浓度因子，Ci为i元素的测定值，Cn表示元素背景值，采用陕西省土壤背景值。污染等级划分标准为：PLI≤1表示无污染，1<PLI≤2代表中度污染水平，2<PLI≤3表示强度污染水平，PLI≥3代表极强度污染水平。

（5）潜在生态风险指数

潜在生态风险指数法[10]是瑞典学者Hakanson在1980年提出的。该方法不仅考虑了土壤重金属含量水平，而且将重金属的生态与环境效应和毒理学结合在一起，建立了一套完整的重金属潜在生态危害程度判定定量模型。计算公式为：

式中为i元素的单项污染系数；为i元素的实测值；为i元素的背景值；为i元素的潜在生态风险指数；为i元素的毒性响应系数，为：Hg（40）>Cd（30）＞As（10）＞Pb（5）= Co（5）=Cu（5）=Ni（5）>Cr（2）=V（2）>Zn（1）=Mn（1）。IR 为总的潜在生态风险指数。具体分级标准见表4。

表4潜在生态风险指数分级标准[10]

Table 4 The grading standards of potential ecological risk index

3 结语

 随着社会经济的快速发展，重金属环境污染问题不可忽视。 而目前我国土壤重金属污染及生态风险评价机制尚未完全建立，应用层面还缺乏系统性和全面性。未来土壤重金属污染生态风险评价应朝一个更为系统的标准体系方向发展，主要包含强化土壤生态安全标准的研究和制定，研究更加合理、科学、客观，适合我国土壤环境的生态风险评价方法。同时也要加强土壤安全预警研究工作，分析土壤重金属污染的变化趋势，动态监测重金属的迁移转化机制。

参考文献

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[3] 秦樊鑫, 魏朝富, 李红梅. 重金属污染土壤修复技术综述与展望[J]. 环境科 学与技术, 2015, 38(12Q) :199-208.

[4] 王丽, 王利军, 史兴民, 等. 西安城区地表灰尘中重金属分布、来源及潜在生态风险[J]. 环境科学与技术, 2017, 40(7) : 180-187.

[5] 易秋, 薛志钢, 宋凯, 等. 燃煤电厂烟气重金属排放与控制研究[J]. 环境与可持续发展, 2015, (5) : 118-123．

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[10] 崔云霞,曹炜琦，李伟迪,等. 长三角农业活动区农田土壤重金属风险评价[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(7):1441-1450.