镇江市某工业园区企业周边土壤重金属污染及其潜在生态风险评价

曹媛媛，张先宝，刘想，邱舒，朱建军

（1.镇江市高等专科学校，江苏镇江 212028；2.江苏省镇江市功能化学重点实验室，江苏镇江 212028；3.江苏省镇江环境监测中心站，江苏镇江 212009）

随着我国工业化程度和规模的不断发展，金属矿产采选冶炼、机械加工、电镀、制药、纺织、石化等行业生产过程中产生的重金属污染物随“三废”进入企业周边土壤[1-2]。土壤是重金属地球化学行为重要的环境介质，土壤中重金属的不断累积和富集，对生态系统和人体健康构成严重威胁[3-4]。

为切实解决我国土壤环境保护存在的污染底数不清、监测监管和风险防控体系不健全等突出问题，2016年5月国务院印发了《土壤污染防治行动计划》，要求“在现有相关调查基础上，以农用地和重点行业企业用地为重点，开展土壤污染状况详查，2020年底前掌握重点行业企业用地中的污染地块分布及其环境风险情况”。目前，城市工业园区是我国工业化行业企业分布较集中地点，并且多建设在城市郊区且与农田接壤，工业园区的工业生产活动，可能成为周边农田土壤重金属等污染物的重要外源[5]。因此，以镇江市典型工业园区重点行业企业周边用地为研究对象，对其土壤重金属含量进行分析和污染评价，以期为城市重点行业企业用地土壤环境的科学化、系统化管理，污染的防治和预警以及修复提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

土壤样品分别取自镇江新区绿色化工新材料产业园某电镀工业园周边用地、丹徒高资经济开发区某焦化厂周边用地和丹阳常麓工业集中区某工业废水处置厂周边用地。电镀工业园和工业废水处置厂周边用地沿企业废水排放去向下游，距离企业75 m、200 m、400 m处各设置一个监测点；焦化厂周边用地在主导风向的下风向，距离企业75 m、200 m、400 m处各设置一个监测点；同时，在企业场界2 000 m以外（年主风向的上风向或地下水流向的上游）布设1个对照样品采集点。在划定的20 m×20 m采样区域内用对角线方法采集地表0～20 cm深度范围内的土壤样品，四分法分取所需样品装入聚乙烯塑料袋中密封，于4 ℃条件下保存。

1.2 试剂与仪器

所有试剂均使用分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

X SeriesⅡ电感耦合等离子体质谱仪（ICP/MS），美国Thermo公司；AFS-230E原子荧光光谱仪，北京海光仪器有限公司。

1.3 样品预处理和分析测定

土壤样品剔除杂质，自然风干后过0.147 mm筛，四分法取所需样品封装备用。采用HNO3-HF-HClO4消解法进行预处理，用电感耦合等离子体发射光谱仪测定Cu、Cr、Pb、Cd、Zn以及Ni重金属元素含量，用原子荧光光谱法测定As、Hg元素含量。

地累积指数（Igeo）可反映重金属分布的自然变化特征，同时判别人为活动对环境的影响[6]，计算公式见式（1）：

式（1）中：Ci为元素i在沉积物中的含量；Bi为参比值，即该元素的地球化学背景值或当地土壤背景值；1.5为常数，是考虑成岩作用对背景值影响的变动系数。地累积指数共分为7级（0～6级），刘烨等详细叙述了Igeo与污染程度的对应关系[7]。

潜在生态危害指数（RI）是由HAKANSON[8]于1980年提出，该方法利用沉积物中重金属相对于工业化以前沉积物的最高背景值的富集程度及相应重金属的生态毒性系数进行加权求和得到生态危害指数，综合考虑了环境化学、生态毒理学和生态学等内容，是目前国内外常用的生态危害评价的方法之一。潜在生态危害指数RI的计算式如式（2）：

式（2）中，Cri为单个元素的污染系数，为Csi表层沉积物重金属元素的实测含量；Bni为重金属i的参比值，采用工业化以前沉积物中重金属的最高背景值；各重金属的毒性响应系数Tri反映重金属的毒性强度；Eri为重金属i的潜在生态危害系数；RI为重金属综合潜在生态危害指数，评价标准参见文献[9]。本文采用 HAKANSON[8]提出的 Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn和Cr等重金属的生物毒性系数，分别是40、30、10、5、5、5和2，以及徐争启等[10]计算Ni的生物毒性系数为5。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属含量

镇江市典型工业园区3个重点行业企业用地的9个土壤样品及其相对应的对照样中8种重金属含量见表1。与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618―2018）相比，所有土样中被测元素含量均小于标准。与江苏省土壤环境背景值[11]相比，电镀工业园周边土壤中Ni、Pb、Cu和Zn元素含量平均值高于背景值，分别比背景值高10.6%、10.5%、10.0%和7.0%；焦化厂周边土壤中Cd、Ni、Zn、Cu和As，元素含量平均值分别高于背景值51.0%、28.0%、25.0%、19.0%和16.0%；工业废水处置厂废水周边土壤中Hg含量平均值是背景值的近3倍，是丹阳市（0.22 mg/kg）土壤Hg含量的1.6倍[12]。以上结果表明，3个企业周边土壤表现出不同重金属元素含量不同程度上的累积效应，说明重金属元素可能以外源污染的形式进入土壤。

表1 土壤重金属含量及土壤环境背景值

2.2 土壤重金属污染程度评价

3个企业周边土壤地累积指数及分级见表2。其中，电镀工业园周边土壤重金属Igeo表现为Ni=Pb＞Cu＞Zn＞As＞Cd＞Hg＞Cr，呈清洁状态，其所在的绿色新材料产业园土壤中重金属同样呈清洁状态[7]。焦化厂周边土壤中Cd为轻度污染，Igeo最高（为0.01）。范俊楠等[9]调查的湖北省化学原料与化学品制造行业企业周边土壤中重金属Cd的累积贡献度也是最高，说明容易产生土壤累积污染。工业废水处置厂周边土壤中Hg为轻度污染，无其他重金属污染。土壤中Hg主要来自化学工业生产和废物处理排放、化石燃料燃烧等，是江苏省典型工业开发区累积污染程度最严重的元素[13]，本工业废水处置厂75 m点位临近某电镀工业园，电镀行业可能会对土壤中重金属积累产生影响。

表2 土壤重金属污染地累积指数（Igeo）及分级

2.3 土壤重金属污染的潜在生态风险评价

经计算，3个企业周边土壤8种重金属的潜在生态危害系数和综合潜在生态危害指数见表3。其中，电镀工业园周边土壤8种重金属潜在生态危害系数都低于40，整体生态风险程度低。除Hg、As之外，6种重金属的综合潜在生态危害指数（RICr+Ni+Cu+Cd+Pb+Zn=47.74）与其所在的绿色新材料产业园土壤平均综合潜在生态危害指数（RImean=32.77，RImax=83.54）[7]相比，处于中等偏高水平。Hg的生态危害系数最高，因此建议工业园区的土壤重金属调查和评价工作不能忽视Hg的作用。焦化厂周边土壤中Cd元素风险最高，呈中度生态风险，其余重金属单项潜在生态危害系数平均值的大小顺序为Hg＞As＞Ni＞Cu＞Pb＞Zn＞Cr，都低于40，整体属于轻微生态风险水平。工业废水处置厂周边土壤中Hg的生态危害系数达115.34，属于较重生态风险水平，对该企业周边土壤重金属潜在生态风险贡献率最大，占72%，是该区域整体呈中等生态风险水平的主要来源，这也与Hg元素本身生态毒性系数最高有关。

表3 土壤重金属潜在生态危害系数（Eir）和综合潜在生态危害指数（RI）

3 结论

（1）镇江市典型工业园区3个重点行业企业周边土壤样品中Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和 Zn元素含量与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618―2018）相比，均小于标准。与《中国土壤环境背景值》中的江苏省土壤环境背景值相比表现出各重金属元素含量不同程度上的富集。

（2）电镀工业园周边土壤重金属地累积指数表现为清洁状态，污染程度明显低于国内其他工业区土壤重金属的地累积指数值。焦化厂周边土壤中Cd为轻度污染，地累积指数最高（为0.01）。工业废水处置厂周边土壤中Hg为轻度污染，无其他土壤重金属污染。

（3）电镀工业园周边土壤8种重金属潜在生态危害系数都低于40，整体生态风险程度低。Hg的生态危害系数最高，因此建议工业园区的土壤重金属调查和评价工作不能忽视Hg的作用。焦化厂周边土壤中Cd元素风险最高，呈中度生态风险，其余重金属单项潜在生态危害系数平均值都低于40，整体属于轻微生态风险水平。工业废水处置厂周边土壤中Hg的生态危害系数达115.34，属于较重生态风险水平，生态风险贡献率最大占72%，是该区域整体呈中等生态风险水平的主要来源。