土壤重金属污染评价方法

土壤中的重金属长期停留和积累在环境中,对生态环境和人体健康存在诸多现实和潜在风险,受到越来越多的关注.因此,评价土壤中的重金属污染程度对于环境和健康问题有着重要意义.评价土壤中重金属的污染程度需选用一种或几种正确的评价方式.本文综述了目前国内外常用于土壤中重金属评价的指数法、模型指数法和基于重金属形态分析、有效态含量和总量、人体健康风险以及GIS和地统计学的评价方法.其中,指数法主要包括内梅罗指数法、富集因子法、地累积指数法、潜在生态危害指数法;模型指数法则主要包括模糊数学模型、灰色聚类模型及层次分析法等.文章对各种评价方法进行了综述,并指出使用各种方法的优越性、局限性.     

北京市南沙河沉积物重金属污染特征及风险评价

北京南沙河是海淀北部地区的重要排水和风景观赏性河道,为全面了解南沙河底泥沉积物中重金属的污染特征,采集了表层沉积物样品,分析了重金属元素的含量和形态,并利用单因子指数法、Hakanson综合污染指数法和潜在生态风险指数法对沉积物重金属进行了生态风险评价.结果表明:南沙河表层沉积物各种重金属元素存在较好的同源性,污染程度为:Cr＞Cd＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni.基于单项潜在生态风险指数的评价表明,该区域重金属生态风险等级由强至弱依次为:Cd＞Pb＞Cu≈Cr＞Ni≈Zn,其中,仅Cd具有较高的潜在生态风险,综合潜在生态风险指数表明,除了京藏高速桥河段危害等级较高外,南沙河总体处于轻微的生态风险等级.形态分析表明,Cd的酸提取态含量高,迁移性最强,最容易对生物造成直接危害,其次是Pb和Zn,Cu和Ni具有一定程度的潜在环境危害,Cr产生环境危害的可能性较小.     

天津城市公园灰尘重金属污染健康风险评价

分析了天津市中心城区41个代表性公园灰尘样品的重金属含量,借助健康风险评价模型,对天津市公园灰尘重金属的污染状况进行了健康风险评价。结果表明,天津市公园灰尘在不同程度上受到了重金属Cu、Pb、Cr、Cd和Ni的污染,其中,重金属Cu、Pb、Cr、Cd和Ni的含量平均值分别为113.18、63.32、103.18、1.14和40.58 mg·kg-1,均高于天津市土壤重金属元素的背景值。健康风险评价模型计算表明,人体经手-口接触行为直接摄入是公园灰尘暴露风险的主要途径,重金属日平均暴露剂量依次为手-口直接摄食剂量皮肤吸收剂量呼吸道吸入剂量。本研究的5种重金属元素对人体造成的慢性非致癌风险值依次表现为:CrPbCuNiCd,对人体不会造成危害,儿童的非致癌风险大于成人。致癌重金属的致癌风险依次为NiCrCd,均低于癌症风险阈值,尚未形成致癌风险。     

沙颍河流域沉积物重金属污染特征及生态风险评价

为了解沙颍河流域沉积物重金属污染分布特征,于2013年5月采集沙颍河干流与支流共35个样点的表层沉积物,测定7种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn)的含量。结果表明,沙颍河流域沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn的平均含量分别为8.49、0.35、51.4、27.2、0.094、26.8和111.8 mg·kg~(-1)。Cd、Cu、Hg、Pb和Zn的平均含量均高于河南省土壤背景值,在不同程度上受到人为活动的影响。地积累指数统计结果表明,各重金属污染程度为CdHgZnPbCuCrAs,其中Cd污染最严重,91.43%的样点受到Cd污染。潜在生态危害指数结果表明,各重金属的生态风险为CdHgAsCuPbZnCr,Cd表现为很强风险,Hg表现为强风险,其他5种重金属生态风险较低。整个沙颍河流域属颍河周口段及其支流贾鲁河和清潩河的重金属污染问题最为突出,应该引起当地环保部门的重视。     

青山水库表层沉积物重金属污染特征及生态风险评价

在位于浙江省临安市的青山水库采集了具有代表性的8个样点的表层沉积物样品,分析比较了样品中As、Cr、Cu、Ni、Mn、Pb、Zn等7种重金属总量的差异,采用BCR连续提取法对重金属不同形态(酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态)进行分析.采用地积累指数法(I_geo)和Hakanson潜在生态风险指数法,对青山水库不同采样点表层沉积物中重金属的污染程度和潜在毒性与生态风险进行评价.结果表明: 青山水库表层沉积物重金属污染程度存在明显的空间差异,流经城区和工业园区的青山水库支流入库河口附近的表层沉积物重金属含量明显高于其他采样点.青山水库表层沉积物7种重金属中,Mn主要以酸提取态存在;Cu和Pb主要以可还原态形式存在;As主要以残渣态形式存在.流经城区的支流入库河口附近表层沉积物还原态和酸提取态重金属比例较高,对水生生物有一定的毒性风险.8个样点的表层沉积物7种重金属中,以As污染程度最高,潜在生态风险最大,其次是Cu、Ni、Mn、Pb和Zn,均处于轻度污染状态,而Cr处于清洁水平,潜在生态风险较低.不同采样点比较发现,分别流经城区的锦溪和工业园区的横溪入库河口附近表层沉积物重金属污染程度和潜在生态风险明显高于其他采样点.     

临安市雷竹林土壤重金属污染特征及生态风险评价

为了解临安市雷竹林土壤重金属污染特征,采集并测定了160个土壤样品的Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Co、Mn等重金属含量,采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对雷竹林土壤重金属污染程度进行分析,并应用Hankanson潜在生态风险指数法对雷竹林土壤重金属潜在生态风险进行评价.结果表明:雷竹林土壤重金属Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Co、Mn的平均含量分别为0.16、7.41、34.36、87.98、103.98、0.26、59.12、29.56、11.44、350.26mg·kg-1,Pb、Cd、Zn和Cu平均值超过浙江省土壤背景值,分别是对应背景值的2.89、1.70、1.12、1.12倍.经单因子污染指数评价,不同重金属元素的平均污染程度大小依次为Pb＞Cd＞Cu=Zn＞Hg＞As＞Ni＞Co＞Cr＞Mn,其中Pb有中度污染,Cd、Cu和Zn有轻度污染.经内梅罗综合污染指数评价,160个样点都受到不同程度的重金属污染,轻度污染、中度污染和重度污染水平所占比率分别为55.6％、29.4％和15.0％.各重金属单因子潜在生态风险指数平均值评价结果显示,只有Cd污染达到中等生态风险,其他重金属均为轻微生态风险,而局部采样点Cd和Hg单因子潜在生态风险指数最大值分别达到256.82和187.33,存在很强生态风险.重金属综合因子潜在生态风险指数评价结果表明,临安市雷竹林土壤整体上存在轻微生态风险.     

玛曲高寒退化草甸土壤重金属污染风险评价

为了分析玛曲高寒草甸土壤重金属含量分布及重金属污染风险,采集玛曲高寒退化草甸土壤样品,分析研究区表层土壤(0—20 cm)中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等八种重金属含量,描述玛曲高寒草甸土壤重金属的空间分布特征,采用单因子污染指数、内梅罗污染指数、地累积指数评价重金属污染程度并分析重金属污染潜在生态风险,以相关性分析、主成分分析和聚类分析表征同源性重金属。结果表明:(1)研究区内As、Cd的质量分数高于背景值, Ni的质量分数偏低,变异系数大小为Cr> Hg> Cd> Cu> As> Ni> Zn> Pb;(2)Cd单因子污染指数为轻微污染,地累积指数反映As属于未受污染与轻微污染之间,各重金属元素均无潜在生态风险;以国标和土壤背景值为标准,内梅罗综合污染指数表明玛曲未受到重金属污染;(3)主成分和相关性分析表明玛曲土壤中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等元素具有相同或相似的来源, Ni和Pb的来源优先顺序最大, Cr和Hg含量呈现弱相关。     

洞头列岛土地利用对土壤及沉积物重金属污染的影响及其生态风险评价

针对浙江省洞头列岛不同土地利用类型土壤及沉积物中的重金属含量进行调查, 选择了五种土地利用类型,农田、森林、围涂、码头、养殖。主要评估重金属的污染现状, 区域快速产业化导致的土壤及沉积物中重金属污染及生物的潜在生态风险。采用内梅罗指数法、Hakanson 潜在生态危害系数法对重金属的潜在生态风险进行评价。结果表明, 洞头列岛不同土地类型的土壤重金属含量均超过浙江省土壤背景值, 其中, Cr、Mn、Co 超标率为100%, Zn 超标率为84%。多数监测点土壤重金属含量的内梅罗综合指数处于清洁水平, 但养殖类型中的As、Co, 围涂类型中的As、Pb, 农田类型中的Pb、Cr 属于尚清洁等级, 围涂中的Co 元素属于轻度污染等级; 综合潜在生态风险指数(RI)均显著低于轻微生态危害水平, 五种土地类型土壤质量的RI 大小顺序为: 养殖>围涂>码头>森林>农田, Pb、As 是主要的重金属生态风险种类。重金属元素之间的相关性分析表明, 围涂与码头土壤中重金属元素之间的相关性明显高于其他三种类型。围涂类型土壤中As 与Co、Cu 元素呈极显著正相关, Pb 与Zn 呈极显著正相关; 码头类型中的Cu 与Co 呈极显著正相关, As、Pb 与Zn 呈极显著正相关。Cu 与As 在码头、养殖、围涂类型中的含量较高。五种土地类型中除农田和养殖用地的某些重金属来源于成土母质, 其他各重金属来源主要是人为活动影响, 如: 交通运输、城市排污、三废排放以及汽车尾气等。因此, 应该把由人类活动导致的有毒重金属的污染控制作为首要任务, 制定相应的政策和法规。     

东江下游流域突发性重金属复合污染生态风险评价

流域突发性重金属污染事件发生不确定性较高,难以预测和防控,严重威胁流域生态安全、人群健康乃至社会稳定。本研究以东江下游流域为研究区开展生态风险评价,基于“多风险源(危险性)-多胁迫因子(联合暴露)-多风险受体(脆弱性)-生态风险”的风险传递框架,运用贝叶斯网络,计算东江下游流域突发性Cr⁶⁺-Hg²⁺复合污染生态风险,概率化表征风险不确定性,进而提出流域风险防控与管理措施。结果表明：(1)东江下游深莞惠地区67家涉重金属风险源均会对其子流域造成生态风险,惠州市的生态风险明显高于深圳市和东莞市;(2)东江下游西枝江子流域的生态风险最为显著,其次是东江下游干流子流域和东江下游河网区子流域;(3)基于敏感性分析,“河流水体脆弱性”是造成东江下游流域生态风险的主导因子。研究结果可为东江下游流域生态风险防控与管理提供理论支持。     

北方农牧交错典型区土壤重金属空间分布及污染风险评价

随着农牧经济的快速发展, 大量重金属进入土壤, 使土壤结构和功能发生改变、土壤质量下降, 不仅影响农牧业的产量和品质, 最终会危及到人类的健康。选取北方农牧典型交错区扎鲁特旗作为研究区, 采集62个土壤表层(0-20 cm)样品, 测定了铜(Cu)和铅(Pb)两种重金属的含量, 采用简单克里金插值分析了重金属Cu和Pb含量的空间分布特征, 利用污染指数和潜在生态风险指数评价了重金属的污染及生态风险状况, 以及运用反距离权重插值法分析了潜在生态风险的空间分布特征。结果表明: 土壤Cu和Pb平均含量分别为24.28和19.54 mg·kg–1。Cu含量呈现由中心向四周辐射状递减, 其峰值主要分布于中部偏东位置, 低值主要分布于西北部区域; Pb含量呈现由西北向东南地区递增的趋势, 其区域变化较明显, 北部地区含量较少。农田Cu和Pb含量显著高于草地。土壤重金属含量的空间分布与年平均降水量、土壤有机碳、土壤容重有显著的相关性。Cu污染比较严重, Pb为轻度或中度污染, 综合潜在生态风险均在中等及以下, 风险区主要分布在中部。     

厦门杏林湾表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价

论文对杏林湾表层沉积物重金属、有机碳和硫化物含量进行了检测,对数据作了相关性分析和因子分析,并应用潜在生态危害指数法对重金属的潜在生态风险进行了评价。结果表明:重金属之间有显著的相关性,Cu与Ni、Pb与Ni、Pb与Cr以及Cr与Hg之间的相关系数分别为0.786(P﹤0.05)、0.783(P﹤0.05)、0.937(P﹤0.01)和0.770(P﹤0.05)。重金属与有机碳及硫化物的相关性较差,表明该地区重金属污染来源与硫化物和有机碳并不相同。既有人为输入,又有自然的沉积过程。因子分析进一步解释了该水域重金属污染的主要来源。根据E_rⁱ均值大小,Hg的危害风险最大,Cr最小。6种重金属潜在生物毒性风险大小依次为:Hg > Pb > Cu > Cd > Ni > Cr。重金属的生态危害程度均较小,尚属轻微生态危害。     

白银市不同区域蔬菜地土壤重金属污染特征及生态风险评价

选取白银市城郊东大沟、西大沟蔬菜地土壤样品共128个,调查了Cu、Ni、Zn、Cr、As、Cd、Hg、Pb等8种重金属的含量,采用人为影响倍数、主成分分析法、地质累积指数法和潜在生态风险法研究评价了其污染状况。结果表明:白银市蔬菜地土壤Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等6种重金属含量均超过甘肃土壤背景值,其中东大沟Zn、As、Cd和西大沟As、Cd超过了国家土壤质量二级标准。变异程度和人为影响倍数表明:东大沟Cd、Hg,西大沟Hg、As空间分布非常不均匀,受人为影响最显著。主成分分析表明:东大沟Cu、Cd、Pb和西大沟Zn、Cd含量由多种因素控制。地质累积指数(Igeo)表明:白银市蔬菜地Cd、As、Hg、Zn污染程度比较严重,达到了中度污染到强污染,尤其东大沟Cd污染部分甚至达到极强污染,Ni、Cr为无污染。潜在生态危害分析表明:单个潜在生态风险参数(Ei)和综合潜在生态风险指数(RI)均为东大沟西大沟,其中Cd、Hg和As的单个潜在生态危害程度较高。虽然东大沟蔬菜地重金属污染严重于西大沟,但研究区整体污染程度和生态危害在逐年减轻。     

白银市不同功能区土壤重金属污染特征及其健康风险评价

调查了白银市生活区、工业区、交通区、公园绿地和山区5个功能区表层土壤中重金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量,并采用单因子指数法、内梅罗综合指数法和健康风险表征模型评价重金属污染水平及对人体的健康风险。结果表明,白银市各功能区土壤Cu、Cd、Hg、Pb和Zn含量显著高于甘肃土壤背景值,且工业区土壤Cu含量超过了国家土壤质量二级标准。内梅罗综合指数表明:各功能区污染程度表现为工业区交通区公园绿地生活区山区;除山区外,各功能区受Hg、Zn、Pb和Cd污染较严重,其中以Hg污染最为严重。健康风险表征模型表明:重金属对儿童的HI(总非致癌风险)和TCR(总致癌风险)均大于成人,各功能区HI和TCR均表现为工业区、生活区交通区公园绿地山区;土壤As、Cr和Pb是各功能区非致癌风险最主要的3个贡献因子;土壤As和Cr是各功能区致癌风险最主要的2个贡献因子。     

汕头湾表层沉积物重金属污染与潜在生态风险评价

汕头湾作为华南地区重要的出海门户,汕头市主要的旅游区和水产养殖基地,其环境污染问题已成为制约当地经济发展的重要因素,为此2002年在此开展了重大科技术兴海项目,以海洋沉积物质量标准、单因子污染指数和潜在生态风险评价体系对汕头湾表层沉积物重金属污染现状和潜在生态风险进行了评价。结果表明:汕头湾表层沉积物中Cd,Cu,Pb,Zn的平均含量超过海沉积物质量标准(Ⅰ类);以单因子污染指数评价,Cd达到很强污染等级,Zn为强污染,Cu,Ni,Pb为中等污染;以单元素生态系数(E_rⁱ)评价,只有Cd的潜在生态风险达到很强等级,其它元素则只属于轻微潜在风险范畴;以多元素潜在生态风险指数(RI)评价,汕头湾的潜在生态风险水平处于中等强度;重金属含量分布特征与重金属污染及潜在生态风险的空间差异性一致,表现为由上游至下游呈波状递减趋势,其中以牛田洋和汕头港上游最为严重;这一污染特征主要是由集水区域内的产业结构特点、河流入海口及排污口的分布以及汕头湾的地理和水文特性所决定的。     

贵州省丹寨县某铅锌矿区土壤重金属污染生态风险评价

对贵州省丹寨县某铅锌矿及周边土壤重金属污染进行调查,分析了铅锌矿区土壤中6种重金属的总量和形态,用潜在生态指数法、次生相与原生相比值法对重金属的生态风险进行评价。结果表明,0～10 cm土壤中Pb、Zn、Mn、Cu、Hg和Cd含量是贵州土壤背景值的5.69、3.91、0.80、0.58、9.64和1.50倍。与《土壤环境质量农田用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15168—2018)相比,尾矿堆积区土壤中Pb、Zn和Cd含量均高于风险筛选值; 10～20 cm土壤中Pb、Zn、Hg和Cd含量高于贵州省土壤重金属背景值,尾矿堆积区、尾矿堆积区的农田和尾矿附近河流区下游土壤中Zn和Cd含量超过风险筛选值。形态分布主要以残渣态为主,可交换态以Exc-Pb占比最高(20.9%);碳酸盐结合态以CARB-Zn占比最高(26.2%);铁锰氧化物结合态以RED-Mn占比最高(31.8%);有机结合态以OM-Mn占比最高(48.7%)。生物可利用态表现为Zn>Pb>Hg>Cd>Cu>Mn,潜在生物可利用态表现为Mn>Pb>Cd>Hg>Zn&...     

湖南省主要水系底泥重金属污染特征及其生态风险评价

为全面了解湖南省主要水系底泥中重金属含量及其潜在生态风险,在湖南省内的湘、资、沅、澧以及洞庭湖5个主要水系共采集了75个位点的底泥样品,分析了重金属元素含量和来源分布特征,并采用地累积指数法、内梅罗指数法和潜在生态风险指数法对其污染程度和潜在生态风险进行评价。结果表明,As、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb和Zn的平均含量分别为32.87、7.59、78.09、70.69、1182.60、85.64 mg/kg和482.44 mg/kg。湘江和洞庭湖的污染相对严重,底泥中重金属含量明显高于资江、沅江和澧水;相关性分析表明多种重金属具有相同污染来源;地累积指数评价结果显示,湖南省主要水系底泥中Cd为重污染水平,Zn为中度污染,Cu、Mn和Pb均为轻度污染,而As和Cr污染程度为清洁;内梅罗指数法评价结果表明,除Cr为轻度污染外,湖南省主要水系底泥中其他6种重金属污染均为重污染级别;潜在生态风险评价结果显示,湖南省总体潜在生态风险属于中等级别,各水系潜在生态风险大小顺序为洞庭湖>资江>湘江>澧水>沅江,重金属Cd的潜在生态风险级别为很强,其他重金属元素都属于轻微级别。     

东江沉积物重金属分布特征及污染评价

采用ICP-MS对东江河流沉积物中的重金属进行分析,发现东江沉积物中Cu、Zn、Cd、Hg等重金属呈现相同的变化特点,高值区和低值区基本一致.东江流域沉积物的重金属污染物主要是Cu、Zn、Cd、Hg、Pb,其平均含量分别为157.29、213.21、0.98、0.42、50.77mg·kg-1,均高于中国大陆沉积物背景值.地累积指数法和Hakanson潜在生态危害指数法对东江流域沉积物污染程度和生态危害程度的评价结果显示,东江沉积物中地累积指数从大到小的顺序为Cd、Cu、Zn、Hg、Pb;从总的污染程度来看,东江沉积物中各重金属对生态风险影响程度从大到小的顺序为Hg、Cd、Cu、Pb、Zn;从总的生态风险指数上看,整个东江流域除处于上游的河源市段生态风险低外,处于中游的惠州段生态风险为"较高",处于下游的东莞段生态风险为"极高".     

湘潭莲子种植区土壤和莲子重金属污染的生态风险评价

为探讨湘潭莲子种植区土壤重金属的污染特征及潜在生态风险, 以6个主要的莲子种植区为研究对象, 分析了土壤和莲子籽粒中锰、铜、砷、镉、铅和铬的含量和污染特征, 并利用潜在生态危害指数法评价了土壤重金属的综合潜在生态风险。结果表明: 6种重金属中镉含量平均值高于风险筛选值, 低于风险管制值, 其它重金属含量的平均值低于或接近风险筛选值。各元素生态风险从大到小依次是镉、铅、砷、铜、铬、锰。6个位点的综合生态危害指数平均值为224.7, 属于中等污染风险水平。各位点对应的莲子也受到一定程度的重金属污染, 籽粒中镉和铅存在超标现象。通过以上分析说明, 莲子种植区土壤重金属整体呈现出中等生态风险状态。为了确保莲子的安全生产, 有必要加强莲子种植区的土壤检测和治理。     

河岸带土壤重金属元素的污染及危害评价

测定了金水河流域河岸带土壤部分重金属的全量和土壤水溶液的离子含量,运用污染指数和生态风险评价法对流域内土壤重金属进行评价.不同土地利用类型中,漫滩V、Cr含量最高(130.89、363.29 mg·kg-1),草地Ni、Pb、Ti、Mn、Zn、Cu含量最高(32.52、24.61、4378.09、1289.62、91.44、29.71 mg·kg-1).这主要是因为草地、漫滩能够有效吸附和沉积重金属,同时人类活动明显增加重金属生态危害.金水河流域河岸带土壤Cr、Pb、Zn均超过土壤环境质量标准(GB 15618-1995).与此同时,河漫滩白浆化棕壤和钙质粗骨土碳酸钙含量高,对Pb、Zn有较强的吸附和固定作用,能够有效吸附和沉积重金属;河漫滩人类干扰较重,造成其重金属含量较高.评价结果表明,流域河岸带内重金属环境污染达到中、重度污染,生态危害等级为轻微到中等级别.提高土壤腐殖质含量是减轻污染危害及增强土壤自净能力的重要措施.     

深圳市不同功能区土壤表层重金属污染及其综合生态风险评价

在综合考虑深圳市城市功能区分异特征的基础上,进行全市表层土壤系统采样,全面监测土壤表层8种重金属元素污染状况,分析不同重金属元素含量的统计学特征,探讨不同城市功能区对土壤表层重金属污染的影响,采用内梅罗指数和潜在生态危害指数评估不同重金属元素和不同城市功能区的生态风险水平,分别进行基于两种方法的全市重金属污染生态风险分区。结果表明: 1)深圳市土壤表层的Mn、Ni、Cr和Pb 4种元素受人为活动的影响程度较低,Cd、Zn、Cu和As 4类元素受人为活动影响较大。地表环境约束因素背景下的高强度城市化和工业化过程,是各种重金属污染区域分异和功能区分异的决定性因素。2)深圳市土壤重金属污染风险较高的重金属元素为Cd、Zn、Cu和Pb,特别是Pb污染问题尤为突出,必须加强管控工作。深圳市总体土壤表层重金属污染风险水平高于国内相关城市,需要引起足够重视。3)内梅罗指数法和潜在生态危害指数法的侧重点不同,在单一重金属元素风险判断、不同城市功能区生态风险的总体评价,以及市域土壤重金属污染生态风险分级评价方面结果差异较大,组合使用效果更好。