土壤環境中重金屬污染風險評價方法

2024年4月1日發(作者：沖繩群島)

土壤環境中重金屬污染風險評價方法

1 研究背景

近些年來，我國頻頻發生重金屬污染毒害事件，例如：湖南瀏陽Cd污染、

四川內江Pb污染、中金嶺南鉈超標、山東臨沂As污染、陜西鳳翔血鉛事件等一

系列重金屬環境污染問題，給生態環境和居民健康帶來嚴重威脅。

重金屬由于其持久性、難降解性和毒性強等特點被譽為“化學定時炸彈”。

重金屬元素作為地殼的天然組成成分，存在于自然環境中的各生態系統中均存在。

大規模、高強度的人類活動導致重金屬在水、土壤、大氣等環境介質中大量富集，

引起嚴重的環境污染問題，引發國內外學術界的廣泛關注和重視

[1-2]

。在環境污

染與保護方面，通常較為關注Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni、As、Mn和Co等對

自然生態環境和人體健康具有顯著危害性、毒性較大的重金屬元素。重金屬的來

源包括自然源和人為源。自然源主要為：在風力和水力的作用下土壤會產生位移

致使重金屬元素發生遷移，從而導致重金屬在土壤中進行富集，以及巖石風化和

火山噴發等自然原因也能將重金屬元素釋放到周圍的各類環境介質中。人為源主

要包括：農業面源污染、工業污水和固態廢棄物污染、大氣降水和自然沉降

[3-4]

。

重金屬主要大多富集在土壤表層，后期會慢慢通過植物根系的吸收等作用遷

移至植物體內或深部土壤。土壤中重金屬的遷移轉化機制主要包括：吸附作用、

配合作用、沉淀作用、溶解作用以及生物轉化作用

[5]

。重金屬化學性質穩定、難

以被降解，即使在較低濃度下也具有很大毒性。重金屬能在食物鏈的放大作用下

大量高效地累積富集，最后通過各種暴露途徑進入人體對人體健康造成危害。重

金屬能與人體內的蛋白質及酶發生相互作用，從而降低酶的活性，使細胞質中毒

進而傷害神經組織，也可在人體器官中累積，造成相應組織器官的慢性中毒癥狀。

重金屬的毒理作用主要表現為：它會影響胎兒的正常發育、造成人體生殖功能出

現障礙、降低人體素質免疫力降低等

[6-7]

。重金屬可以在環境中發生遷移，并在

生物體或人體內進行富集，也可轉化為毒性更大的金屬化合物，危害生態環境與

人體健康。因此，對于重金屬的研究具有非常重要的意義，針對其生態與健康風

險的評價會使我們對其預防與防治具有更加科學、有效的依據。

2 重金屬評價方法

2.1 重金屬生態風險評價方法

（1）單項污染指數法

單項污染指數法

[8]

是指環境介質中污染物實測值除以該污染物的限定值的商

作為P

i

。具體評價模型為:

式中：P

i

—污染物的污染指數；C

i

—污染物的實測濃度（mg·kg

-1

）；S

i

—

污染物的環境背景值 (mg·kg

-1

)，采用陜西省土壤背景值。污染等級劃分見表1。

表1土壤重金屬單項污染指分級標準

Table

1

The grading standards of inpidual pollution index of soil

P

i

≤1

1-2

2-3

＞3

污染程

度

清潔

輕度

中度

重度

（2）地累積指數法

地累積指數法(I

geo

)

[10]

不僅考慮了自然地質過程所造成的環境背景值影響，

而且也關注了人類活動對重金屬污染的影響。具體計算公式為：

式中, C

n

為樣品濃度，BE

n

為土壤環境背景值。Forstner的地累積指數污染

等級劃分見表2。

表2土壤重金屬地累積指數分級標準

Table2

The grading standards of Muller index

I

g

eo

≤

0

-1

0

-2

1

-3

2

-4

3

-5

4

5

≥

污

染程度

無

輕

度

中度

偏

度

中

重度

偏

度

重

重

嚴

（3）綜合污染指數法

綜合污染指數法

[8]

能全面反映土壤的污染狀況。計算公式為:

式中：P—

i

樣點的綜合污染指數；P

imax

—

i

樣點最大單項污染指數；P

iavg

—

i

樣點平均單項污染指數。分級標準見表3。

表3土壤綜合污染指數分級標準

Table

3The grading standards of

integrated pollution index

P

≤0.7

0.7＜

P≤1.0

1.0＜

P≤2.0

2.0＜

P≤3.0

3.0

P＞

污染

程度

安全

尚清

潔

輕度

中度

重度

（4）污染負荷指數

污染負荷指數

[9]

（The pollution load index，

PLI

）法可避免污染指數的

加和關系對評價結果的影響，能較好地評價重金屬的人為污染程度與影響。計算

公式為：

其中

CF

i

為i元素的濃度因子，

C

i

為i元素的測定值，

C

n

表示元素背景值，

采用陜西省土壤背景值。污染等級劃分標準為：

PLI

≤1表示無污染，1<

PLI

≤2

代表中度污染水平，2<

PLI

≤3表示強度污染水平，

PLI

≥3代表極強度污染水平。

（5）潛在生態風險指數

潛在生態風險指數法

[10]

是瑞典學者

Hakanson

在1980年提出的。該方法不僅

考慮了土壤重金屬含量水平，而且將重金屬的生態與環境效應和毒理學結合在一

起，建立了一套完整的重金屬潛在生態危害程度判定定量模型。計算公式為：

式中為

i

元素的單項污染系數；為

i

元素的實測值；為

i

元素的背景

值；為

i

元素的潛在生態風險指數；為

i

元素的毒性響應系數，為：Hg

（40）>Cd（30）＞As（10）＞Pb（5）= Co（5）=Cu（5）=Ni（5）>Cr（2）=V

（2）>Zn（1）=Mn（1）。

I

R

為總的潛在生態風險指數。具體分級標準見表4。

表4潛在生態風險指數分級標準

[10]

Table

4

The grading standards of

potential ecological risk index

單因子生態風

險程度

I

R

總生態風險程

度

<40

輕微

I

R

<150

輕微

40≤<80

中等

150≤

I

R

<

300

中等

80≤<160

重度

300≤

I

R

<

600

重度

160≤<320

強烈

I

R

≥600

強烈

≥320

極強

3 結語

隨著社會經濟的快速發展，重金屬環境污染問題不可忽視。 而目前我國

土壤重金屬污染及生態風險評價機制尚未完全建立，應用層面還缺乏系統性和全

面性。未來土壤重金屬污染生態風險評價應朝一個更為系統的標準體系方向發展，

主要包含強化土壤生態安全標準的研究和制定，研究更加合理、科學、客觀，適

合我國土壤環境的生態風險評價方法。同時也要加強土壤安全預警研究工作，分

析土壤重金屬污染的變化趨勢，動態監測重金屬的遷移轉化機制。

參考文獻

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