城市典型工业区土壤重金属分布与污染评价

元素
As Co Cr Cu Mn Ni Pb Zn Fe2 O3
最小值 mg / kg 5． 20 11． 20 75． 50 16． 80 506． 60 21． 00 19． 80 57． 90 3． 66
值，也可采用当地无污染区该元素含量为背景值（ 表 1） ； 1． 5 为修
表 1 地累积指数污染评价标准［24］
正指数，主要是考虑到造岩运动等效应可能引起的背景值差异而 设定的常数。通过计算得到的指数值可以分为几个级别来表示不 同重金属的污染程度［23］。重金属地累积污染指数分级与污染程 度之间的相互关系（ 表 1） ，元素的背景值（ 表 2） 。
环境沉积物中重金属污染程度的定量指标。该指数不仅能够反映重金属分布的自然变化特征，而且还可
以判别人为活动产生的重金属对土壤质量的影响。其计算公式如下：
Igeo
=
log2
Cn 1． 5Bn
（ 1）
式中： Igeo为地质累积指数； Cn 为样品中元素 n 的实测浓度； Bn 是所测金属元素的平均地球化学背景
所有测试指标中最稳定的。富集因子的数学表达式为 ： ［20，28］
表 3 富集因子的污染评价标准［30］
EF
=
（
Cn Cref
）
sample
/（
Bn Bref
）
background
Tab． 3 Standard of contamination
（ 2）
evaluation by the enrichment factor［30］
李小平，王 昕
（ 陕西师范大学旅游与环境学院，西安 710062）
提 要： 为了了解渭南市典型工业企业对其所在地周围土壤中重金属含量的影响及其污染现状，利用 X
射线荧光光谱法（ XRF） 对其周围土壤环境中重金属（ As、Co、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn） 进行了研究，采用地累积指数
法和富集因子法对土壤重金属污染进行评价。结果表明： 土壤中重金属 Cr、Cu、Pb、Zn 的污染比较显著。运用
利用 X － 射线荧光光谱仪对土壤样品的元素进行分析［11 －13］，根据 Hendershot W． H． 测定土壤的 pH 值［14］。
2 环境污染评价
当前国内外多采用内梅罗综合污染指数法、综合评价法、因子分析法等评价方法对土壤中重金属污染 进行评价［15 － 17］，这些方法均能准确反映各污染物对土壤的不同作用，并突出高浓度污染物对环境质量的
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干旱区资源与环境
第 24 卷
3 结果与讨论
3． 1 测定结果分析 利用上述方法对所采集的 11
个待测样品进行分析 （ 表 4 和表 5） 。由表 4、5 可 知，重 金 属 元 素 在不同区域土壤中含量差异较大， 并且污染特征因元素不同而存在 差异。土壤中 Cr 的测量结果平均 值为 92． 81mg / kg，是陕西省土壤 背景值的 1． 6 倍，其 最 高 测 量 值 为 126． 60mg / kg，为 2． 18 倍。土 壤 中 As 的 含 量 为 5． 20 ～ 10． 90mg / kg，算数平均值为 9． 30mg / kg，略低于陕西省背景值； 然而，在 整个工业区中所有样品中的 Cr 含 量都要高于陕西省环境背景值，说 明 Cr 的人为影响在渭南市工业区 是较为普遍的，其次是 Pb、Zn、Cu 元素，这 些 元 素 都 与 工 业 生 产 有 关。 3． 2 土壤重金属污染评价 3． 2． 1 地累积指数评价结果
多元分析法进行污染源的解析，结果与地累积污染指数和富集因子评价结果高度一致，表明该工业区化工的生
产活动以及以化石燃料的燃烧包括汽车尾气的排放应该是城市主要的污染源。
关键词： 土壤重金属污染； 地累积指数； 富集系数； X 射线荧光光谱法； 污染评价； 多因子分析
中图分类号： X53
文献标识码： A
渭南地处关中平原东部，南倚秦岭，北接延安，东濒黄河，西临西安，渭河贯穿其中，是中原地区通往陕 西乃至大西北的咽喉通道，又是新欧亚大陆桥上的重镇。现有人口 531 万，是陕西省最大的粮食生产基 地，同时也是陕西重要的能源重化工基地（ 拥有电力、煤炭、建材、纺织、机械、轻工、仪器、化工 8 大支柱产 业为主的工业体系） 。近几年来，随着渭南市的农业、工业、交通运输及城市建设发展迅速，尤其是新兴工 业园区的建立，使得城市环境产生了较大的压力。
Al2 O3 11． 80 12． 60 12． 30 12． 20 12． 50 12． 40 13． 00 11． 40 12． 40 11． 70 12． 20
表 5 渭南土壤中重金属含量的基本统计参量 Tab． 5 Basic statistical parameters of heavy metal contents in Weinan region
2 偏中度污染
陕西省［26］ 11． 30 12． 50 58． 00 22． 70 645． 00 25． 50 24． 70 69． 10
0 ～1
1 轻度污染
2． 2 富集因子法的原理
≤0
0
无污染
富集因子是评价人类活动对土壤中重金属富集程度影响的参数［27］，为了减少采样和制样过程中人为
影响以及保证各指标间的可比性与等效性，以参比元素为参考标准，对测试样品中元素进行归一化处理。
Sutherland［30］根据富集因子将重金属污染分为 5 个级别 （ 表 3） 。
EF ＜ 2 2≤EF ＜ 5 5≤EF ＜ 20 20≤EF ＜ 40
无污染 － 轻微污染 中污染 重污染
严重污染
EF ＞ 1，说明该元素相对富集受到人为活动的影响； EF≈1，则该元素来
EF≥40
极重污染
源于地壳风化，由此可评价某种污染源的贡献率并获得该地区元素的富集程度与污染状况 。 ［31］
第 10 期
李小平 等 城市典型工业区土壤重金属分布与污染评价
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内采样的随机误差，将对角线取样的每 3 个样品混合，并按照四分法取样，分别获得代表性的 11 个样品， 标记为 SS001 － 011。 1． 3 分析样品的制备
土壤样品经风干后，过直径为 2mm 的土筛去除砂砾、植物碎屑等后，用玛瑙研钵研磨全部通过 200 目 筛，以四分法取 250g 样品保存备用。称取样品 4g 放入模具中用硼酸镶边垫底，在 30t 压力下，压成试样直 径为 32mm 的样片。 1． 4 分析方法
影响，但无法判断人类活动对重金属元素富集程度的影响。为获得人类活动尤其是工业活动对城市土壤 的影响，文中主要采用地质累积指数法和富集因子法对渭南市土壤中的重金属污染进行评价［18 － 21］。
2． 1 地累积指数法的原理 地质累积指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的 Muller 教授［22］于 1969 年提出的一种评价研究水
Na2 O 1． 96 1． 55 1． 56 1． 58 1． 64 1． 58 1． 31 1． 76 1． 54 1． 86 1． 62
SiO2 52． 55 58． 38 56． 18 58． 32 56． 83 57． 35 55． 92 50． 78 57． 44 54． 02 57． 75
污染指数 （ Igeo ） 5 ～ 10 4 ～5 3 ～4
分级
6 5 4
污染程度
严重污染 重污染
偏重污染
元素背景值 As
Co
Cr
Cu
Mn
Ni
Pb
Zn
2 ～3
3 中度污染
中国［25］ 11． 20 12． 70 61． 00 22． 60 583． 00 26． 90 26． 00 74． 20
1 ～2
第 24 卷 第 10 期 2010 年 10 月
干旱区资源与环境 Journal of Arid Land Resources and Environment
Vol． 24 No． 10 Oct． 2010
文章编号： 1003 － 7578（ 2010） 10 － 100 － 05 *
城市典型工业区土壤重金属分布与污染评价
在野外调查的基础上，根据渭南市工业区工业的分布，首先将整个工业区按十字形分割为四块采样 区，每个区域按对角线随机性取样，分别采取 38 个 0 ～ 10cm 深度的表层土壤样品，为了减少每个区域组
* 收稿日期： 2009 － 7 － 20。 基金项目： 中央高校基本科研业务费专项资金（ GK200902024） 资助。 作者简介： 李小平 （ 1977 － ） ，男，陕西陇县人，讲师，主要从事城市环境地球化学和化学生态学领域的研究。E － mail： lixiaoping@ snnu． edu． cn
城市土壤作为支撑人类生存与发展不可脱离的物质基础，既直接影响着城市生态环境及人类健康，又 通过大气、水等生态因子间接影响着城市环境质量，因此，对城市土壤的污染来源、含量分布、积累效应及 污染程度开展研究具有重要意义。国内外学者已对城市土壤尤其是土壤中重金属污染的研究给予重 视［1 － 8］。由于土壤是极为复杂的非均质体系，重金属在其中会产生不同的环境效应［9 － 10］，直接影响到土 壤环境的健康，加之工业、交通等人类活动的强烈影响，工业区的生产活动就可能成为影响周围土壤生态 环境的直接污染源。在日益发展的城市化进程中，城市功能分区日益显著的情况下，文中采用具有试样制 备简单，多样品、多元素同时分析，分析速度快，重现性好和非破坏性测定等优点的 X 射线荧光光谱法 （ XRF） 研究报道渭南市典型工业区周围土壤环境中重金属的含量分布，并采用地累积指数法和富集因子 法对土壤重金属污染进行评价和多元分析法进行污染源的解析。为城市环境保护和城市工业区土壤污染 综合治理提供科学依据。
Fe2 O3 3． 66 4． 51 3． 86 4． 36 4． 40 4． 49 4． 67 4． 05 4． 54 4． 02 4． 31
K2 O 1． 95 2． 44 2． 25 2． 30 2． 33 2． 35 2． 41 1． 95 2． 39 2． 09 2． 38
MgO 2． 05 2． 33 2． 17 2． 23 2． 48 2． 39 2． 46 1． 96 2． 41 2． 22 2． 35
参比元素要求不易受所在环境与分析测试过程的影响，性质比较稳定。常用的参比元素为 Sc、Mn、Ti、Al、 Fe、Ca 。 ［20，28］
文中选择 Fe 作为参比元素，主要考虑铁在地壳中丰度高，占地壳元素总量的 4． 75% ，在中性和碱性
环境中 Fe 的溶解度低，不易淋溶迁移，生物利用度也低，性质较为稳定［29］。从实地测试结果看，Fe 含量是
式中： EF 为重金属在土壤中的富集系数； Cn （ sample） ，Bn （ back-
富集因子 EF 重金属污染程度
ground） 为 某 元 素 在 测 试 区 和 参 照 区 浓 度； Cref （ sample ） ，Bref （ background） 为参比元素在测试区和参照区浓度。
1 实验部分
1． 1 仪器和测量条件 Phlips PW2403X － 射 线 荧 光 光 谱 仪 （ 荷 兰） ，3． 0kW 高 功 率、薄 铍 窗，超 尖 锐 端 窗 铑 靶 X 光 管，
PW2540VRC 样品交换器。选用 GSD01 － 12、GSS01 － 16 和 GBW070041 － 070046 标准样品（ 地球物理地 球化学勘查研究所，河北廊坊） ； PHSJ － 4A 型 pH 酸度计（ 上海雷磁） 。所有的试剂均为分析纯。 1． 2 样品采集
表 4 土壤样品理化性质（ % ） Tab． 4 Selected soil chemical characteristics（ % ）
土壤样品 SS001 SS002 SS003 SS004 SS005 SS006 SS007 SS008 SS009 SS010 SS011
pH 9． 98 8． 23 8． 95 8． 18 8． 99 8． 35 8． 64 9． 56 9． 02 10． 18 8． 64
表 2 中国和陕西省土壤背景值（ mg / kg） Tab． 2 Background value of soils in Shaanxi Province and China （ mg / kg）
Tab． 1 Standard of contamination evaluation by geo － accumulation index［24］