土壤重金属污染评价方法进展

中国农学通报2010,26(17):310-315ChineseAgriculturalScienceBulletin基金项目：陕西省教育厅专项科研项目“凤翔冶炼厂和铅锌矿区土壤重金属污染危险性评估”；宝鸡文理学院重点项目(ZK0920)。第一作者简介：范拴喜，男，1981年出生，陕西省陇县人，助教，硕士，主要从事环境分析与评价方面的研究。通信地址：721013陕西省宝鸡市高新大道1号宝鸡文理学院地理科学与环境工程系206号信箱，Tel：[phone]，E-mail：[e-mail]。收稿日期：2010-04-26，修回日期：2010-05-27。土壤重金属污染评价方法进展范拴喜，甘卓亭，李美娟，张掌权，周旗（宝鸡文理学院灾害监测与机理模拟陕西省重点实验室，陕西宝鸡721013）摘要：土壤重金属污染是当今环境污染中污染面积最广、危害最大的环境问题之一，受到人们的广泛关注，因此国内外提出了众多的重金属污染评价方法，笔者将其进行系统的总结与归纳，为以后土壤重金属污染评价研究奠定基础；综述了单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法、几何均值综合评价模式、污染负荷指数法、地积累指数法、沉积物富集系数法、潜在生态危害指数法，模糊数学法、灰色聚类法、基于GIS的地统计学评价法、健康风险评价方法、环境风险指数法等国内外典型的土壤重金属污染评价方法及模型，分析了各种方法的优劣之处和适用范围；通过分析表明各种评价方法都有一定的局限和不足之处，在评价中要对实测数据样本点进行充分分析，反复试验比较，结合评价的目的和侧重点选择较优的方法。最后提出根据实际的情况采用多种方法结合，同时，应该从重金属污染生态效应着手，开发生物评价法。关键词：土壤重金属；污染评价；综述；评价方法中图分类号：S151.9+5文献标志码：A论文编号：2010-1277ProgressofAssessmentMethodsofHeavyMetalPollutioninSoilFanShuanxi,GanZhuoting,LiMeijuan,ZhangZhangquan,ZhouQi（KeyLaboratoryofDisasterMonitoringandMechanismSimulating,BaojiUniversityofArtsandSciences,BaojiShanxi721013）Abstract：Itisoneofthemostwidelyareaanddamagingenvironmentalproblemsaboutsoilheavymetalpollutionincurrent.So,itiswidespreadconcern,andreceivedgeneralattention.Anumberofassessmentmethodsofheavymetalpollutioninsoilhavebeenproposedathomeandabroad,andwhichhadanalyzedandmadeaconclusionbyauthor,whichwouldlayafoundationforassessmentofheavymetalpollutioninsoil.Thesinglefactorindex,nemerowindexmethod,comprehensiveevaluationmodeofgeometricmean,pollutionloadindex,indexofgeo-accumulation,thepotentialecologicalriskindex,sedimentenrichmentfactor,potentialecologicaleiskindex,fuzzymathematicalmethod,greyclusteringmethod,geostatisticsmethodonGIS,methodforhealthriskassessment,methodofenvironmentriskindex,andsoontypicalsoilheavymetalpollutionassessmentmethodsandmodelsindomesticandforeignweresummarized.Theadvantages,disadvantagesandapplicationrangeofthosemethodswereanalyzed.Itwasindicatedbythecomparisonanalysisthatavarietyofevaluationmethodshadcertainlimitationsandinadequacies.Itwasnecessaryforselectingbetterevaluationmethodstocarryoutfullanalysisofthesamplepoints,comparisonoftrialanderrorwiththepurposeofevaluationandfocusoninpollutionassessmentofsoilheavymetals.Finally,combiningavarietyofmethodsaccordingtotheactualsituationwasputforward.Atthesametime，itshouldstartfromtheecologicaleffectsofheavymetalpollution,developbiologicalevaluationmethod.Keywords:soilheavymetals;pollutionevaluation;review;assessingmethod范拴喜等：土壤重金属污染评价方法进展0引言近几年土壤重金属污染问题越来越突出，严重威胁着人民群众的生命安全和健康。据中国农业部进行的全国污灌区调查，约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%。另外，2009年发生在中国湖南浏阳镉中毒事件、陕西凤翔血铅超标事件、湖南砷中毒事件和贵州汞中毒事件等，都演化为威胁和谐社会建设的公共事件。重金属在土壤中的积累、迁移不仅危害区域生态安全[1-2]，影响动植物的生长发育[3]，而且通过食物链进入人体[4-5]，危害暴露区人体健康[6]，导致一些慢性病、畸形、癌症等的发生[7]。由于重金属在土壤中具有隐蔽性和潜伏性，不易降解，具有不可逆性和长期性，难以恢复性和污染后果的严重性，被环境学界喻为“化学定时炸弹”[8-9]，造成的后果尤为严重，受到科学家们的广泛关注，成为近年来环境领域研究的热点问题[10-11]，为此研究者探究出了多种适合于土壤重金属污染评价方法。1土壤重金属污染评价方法目前土重金属污染评价方法众多，如单因子指数评价法、内梅罗综合污染指数法、几何均值综合评价模式、污染负荷指数法、地积累指数法（Mull指数）[12]、沉积物富集系数法[13]、潜在生态危害指数法[14-15]，模糊数学法[16]、灰色聚类法[17-18]、基于GIS的地统计学评价法[19]、健康风险评价方法[20-21]、环境风险指数法等，各种评价方法都有其适用范围、评价目的、优点及不足。1.1单因子质量指数法单因子污染指数法[22]是以土壤元素背景值为评价标准来评价重金属元素的累积污染程度，表达式为：Pi=CiSi，其中Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为污染物i的实测浓度；Si为i种重金属的土壤环境质量标准(GB15618-1995)中II类标准的临界值。若Pi≤1.0，则重金属含量在土壤背景值含量之内，土壤没有受到人为污染；若Pi1.0，则重金属含量已超过土壤背景值，土壤已受到人为污染，指数越大则表明土壤重金属累积污染程度越高。该模型只能分别反映各个污染物的污染程度，不能全面、综合地反映土壤的污染程度，因此这种方法仅适用于单一因子污染特定区域的评价，但单因子指数法是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础。1.2内梅罗综合污染指数法当评定区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较，或土壤同时被多种重金属元素污染时，需将单因子污染指数按一定方法综合起来应用综合污染指数法进行评价。综合污染评价采用兼顾单元素污染指数平均值和最大值的内梅罗综合污染指数法[23-24]。该方法计算公式为：P综合=[(P_i)2+[max(Pi)]2]/2，其中P综合为土壤综合污染指数；-Pi为土壤中各污染物的指数平均值；max(Pi)为土壤中单项污染物的最大污染指数。若P综合≤1为非污染；若1P综合≤2为轻度污染；若2P综合≤3为中度污染；P综合3为重污染。该方法突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，能反映出各种污染物对土壤环境的作用，将研究区域土壤环境质量作为一个整体与外区域或历史资料进行比较。但是没有考虑土壤中各种污染物对作物毒害的差别，只能反映污染的程度而难于反映污染的质变特征。1.3几何均值综合评价模式该评价模式的公式为：P几何=∏i=1nPin，Pi为土壤中污染物i的环境质量指数，其优点是体现出较大数值污染因子在综合污染指数中的贡献作用，但是在某些情况下会反复提升或者反复降低较大值污染物对综合评价指数的作用，使评价结果失真。1.4污染负荷指数法该方法的评价模式为：CFi=Ci/C0i；PLI=CF1×CF2×...×CFnn；PLIzone=PLI1×PLI2×...×PLImm。其中Ci为元素i的实测值(mg/kg)；C0i为元素i的评价标准(mg/kg)；n为评价元素的个数；m为评价点的个数（即采样点的个数）；CFi为某单一金属最高污染系数；PLI为某点污染负荷指数PLI；PLIzone为评价区域污染负荷指数。若PLI1，则污染等级0，无污染；若1≤PLI2，则污染等级Ⅰ，中等污染；若2≤PLI3，则污染等级Ⅱ，强污染；若PLI≥3，则污染等级Ⅲ，极强污染。该法优点是能直观地反映各个重金属对污染的贡献程度以及重金属在时间、空间上的变化趋势，应用比较方便，但不能反映重金属的化学活性和生物可利用性，且没有考虑不同污染物源所引起的背景差别。1.5地积累指数法地积累指数法（Mull指数），近年来被国内用于土壤重金属污染的评价[25-26]，表达式为Igeo=log2[Cn/(k×Bn)]，其中：Cn是元素n在沉积物中的含量；Bn是沉积物中该元素的地球化学背景值；k为考虑各地岩石差异可能会引起背景值的变动而取的系数··311中国农学通报（一般取值为1.5），用来表征沉积特征、岩石地质及其他影响。沉积物重金属地积累指数分级与污染程度之间相互关系为：Igeo≥5，为6级，极重污染；4≤Igeo＜5，为5级，介于重污染与极重污染之间；3≤Igeo＜4，为4级，重污染；2≤Igeo＜3，为3级，介于中污染与重污染之间；1≤Igeo＜2，为2级，中污染；0≤Igeo＜1，为1级，介于无污染与中污染之间；Igeo＜0，为0级，无污染。地积累指数法考虑了人为污染因素、环境地球化学背景值，还特别考虑到自然成岩作用对背景值的影响，给出很直观的重金属污染级别，是用来反映沉积物中重金属富集程度的常用指标，但其侧重单一金属，没有考虑生物有效性、各因子的不同污染贡献比及地理空间差异。1.6沉积物富集系数法该方法是通过测定沉积物中重金属的含量来反映污染程度，其表达式为：kSEF=[(Es/AlS)-(Ea/Ala)]/(Ea/Ala)，式中：kSEF为沉积物中重金属的富集系数；Es为沉积物中重金属的含量；Als为沉积物中Al的含量；Ea为未受污染沉积物中重金属的含量；Ala为未受污染沉积物中Al的含量。由于Al在迁移过程中具有惰性，故选其作为参比元素。当kSEF0时，有重金属富集，富集程度可由数值大小直观地表示出来。重金属富集系数愈大，表示沉积物被重金属污染程度愈高