1、第 卷 第期 年 月广西大学学报（自然科学版）（）收稿日期：；修订日期：基金资助：山东省自然科学基金项目（）；青岛市 年科技惠民示范引导专项（）通讯作者：张书武（），男，山东烟台人，青岛科技大学讲师，博士；：。引文格式：安文超，王艳玲，汪进生，等青岛市农用地土壤重金属背景值研究与土壤环境容量的计算广西大学学报（自然科学版），（）：青岛市农用地土壤重金属背景值研究与土壤环境容量的计算安文超，王艳玲，汪进生，王发园，张书武（山东省青岛生态环境监测中心，山东 青岛，；青岛科技大学 环境与安全工程学院，山东 青岛，）摘要：以青岛市农用地表层土壤为研究对象，利用内梅罗综合污染指数和 土壤环境质量标准（）
2、确定 、的 背 景 值 分 别 为 、。以此背景值为基础，结合 风险筛选值，对农用地表层土壤重金属环境容量进行计算，种重金属的现存环境容量均值分别为 、。种重金属的环境容量均处于中容量水平，容量较大，但受轻微污染。土壤环境综合容量以中容量区为主，面积比例达到 ，全市农用地无超载区和警戒区，低容量面积比例仅为 ，主要分布在即墨区丰城镇、店集镇和龙泉镇以及莱西市南墅镇。内梅罗污染指数结果显示，土壤环境质量状况较好，以清洁状态为主，面积比例达到 ，污染空间分布情况与低环境容量区域基本一致。关键词：农用地；表层土壤；重金属；背景值；环境容量中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：（），（）
3、（、），第期安文超，等：青岛市农用地土壤重金属背景值研究与土壤环境容量的计算 ，：；土壤环境容量是在一定环境单元、一定时限内遵循的环境质量标准，在保证农产品的产量和生物学质量基础上土壤所能容纳污染物的最大负荷量。超过这个负荷量，土壤将面临污染，引发环境问题，进而威胁人类健康。土壤环境负载容量法有别于常规的浓度标准评价模式，其通过“双界面”标准进行污染总量控制，能够较为准确地反映外源污染物在一定范围内的积累与转化，更为全面地评价土壤重金属污染程度。土壤环境容量的研究主要包括土壤环境背景值、允许限值、典型污染物迁移自净能力、数学模型等方面，其中背景值和土壤污染物允许限值的确定是最为关键的项内容。土
4、壤污染物允许限值一般采用农用地土壤重金属相关标准，近年来国内相关部门与专家学者通过不断完善污染风险标准的适用范围与风险阈值，以期为农用地重金属污染风险筛查、分类与分区管控提供科学依据。土壤环境背景值的确 定 直 接 决 定 了 环 境 容 量 的 大 小。我 国 幅 员 辽 阔，截 至 年 末，全 国 共 有 农 用 地 万，因此土壤重金属地区背景值也存在明显差异。以 为例，根据上世纪 年代中国环境监测总站开展的土壤环境背景值调查研究结论，西南内陆的贵州省 背景值（质量比，以下同）达到 ，北部内陆省份内蒙古自治区 背景浓度为 ，本底差异达到 倍以上。本研究在运用传统方法对区域内重金属污染状况进
5、行评价的基础上，对其中采自“清洁”地区的土壤样品进行统计分析，计算出青岛市农用地土壤中重金属（、）的背景值，并与以往研究成果进行对比，对农用地土壤重金属环境容量进行计算，同时对环境容量指数进行反距离权重差值获取空间分布情况，以期为区域内土壤重金属污染分区与风险管控提供科学依据。材料与方法 研究区域概况青岛市地处山东半岛南部，位于东经 、北纬 。平原约占全市总面积的 ，山地约占 ，丘陵约占 ，洼地约占 。根据全国第二次土壤普查数据，全市可利用土地总面积 万 ，主要土壤类型有棕壤土类、砂姜黑土类、潮土类、褐土类、盐土类大类。数据来源本研究数据来源于两方面，一是以“土壤重金属”为关键词对文献进行检索
6、和收集，文献检索的原广西大学学报（自然科学版）第 卷则：主要数据采集点为农用地或耕地，具有较多采样点的文献；相关研究开展年份较新。基于以上原则，在 、维普、学位论文等数据库中进行文献的检索和分析，对数据进行提取。二是在文献数据基础上，针对辖区内农用地采样点较少的区域，应用随机采样方法，进行补充采样，尽量保证点位的全覆盖。通过以上种途径，共获得 个采样点位的数据，点位分布情况如图所示。图土壤点位分布 研究方法 土壤重金属污染评价方法内梅罗综合指数法是目前国内外普遍采用的污染评价方法 ，其公式如下：（）（），式中：为某元素的实测浓度；为土壤评价标准。一般认为 为清洁状态。土壤重金属环境容量估算方法
7、（），（），（）式中，、分别为土壤中元素的现存环境容量、利用背景值计算所得的总环境容量和已用容量，；、分别为土壤中元素的风险基准值、实测现状浓度和背景值，；代表每公顷土地耕作层的质量，取 。土壤重金属环境容量评价方法国内研究多采用综合指数法对土壤环境容量进行评价，土壤中元素的现存环境容量与总环境容第期安文超，等：青岛市农用地土壤重金属背景值研究与土壤环境容量的计算量的比值即为单项环境容量指数，多个单项环境容量指数均值为环境容量综合指数 。，（）式中：为土壤中元素的单项环境容量指数；为环境容量综合指数；为元素的数量。土壤重金属环境容量分为级：，属高容量，容量很大，基本未受污染；，中容量，容量较大
8、，受轻度污染；，低容量，容量较小，受中度污染；，警戒，容量很小，污染较严重；，超载，无容量，污染超过风险基准值。结果与分析 青岛市农用地表层土壤重金属背景值的确定近 年，部分学者对土壤环境背景值的概念进行了广泛探讨，虽然表述尚未达成一致，但一般是指在自然成土过程与人为活动共同作用影响下一个地区或区域范围内土壤中某元素的含量值，实际上是成土母质组成、成土过程中元素迁移重分配、人类活动影响等各种因素长期综合作用的结果，以表层土壤元素含量表征 。在相关研究中，一般通过布点采样的方法去研究土壤重金属背景值，但对土壤是否受到或受到人类多大程度的影响、污染较难以确定。在土壤环境背景含量调查过程中，通过合理
9、布点，避开人类活动强干扰区域，采集仅受地球化学过程和非点源输入影响的“清洁”土壤，所获得的数据就可以代表背景值。原一级标准可作为维持自然背景的土壤环境质量的限制值，基于此，本研究参照此标准，利用内梅罗综合污染指数对土壤的污染情况进行评价，将综合污染指数小于或等于 的采样点重金属浓度算术均值作为该研究的土壤环境背景值。通过计算，综合污染指数小于 的点位共 个，采用平均值倍标准差（）的方法剔除异常值，经反复剔除直至全部数据符合要求，该方法处理后的数据基本符合正态分布。通过剔除后，、和 的有效样点个数分别为 、。由于环境背景值反映的应是一个区域元素含量集中分布趋势的特征值，因此将所有有效数据进行算术
10、平均，得到的、和 的背景值分别为 、。将研究得到的环境背景值与山东省地质调查院提出的 年青岛市背景值、年山东省东部地区背景值和中国环境监测总站 年提出的全国背景值进行对比，见表。表青岛市“清洁”样点土壤重金属统计结果 “”重金属元素样点个数最大值最小值标准差算术均值变异系数一级标准 年青岛 年山东东部 年全国 本研究得到的背景值与山东省地质调查院对青岛市 个点位进行调查得到的背景值基本一致，除 差别较大外，其余数值差别均不大。青岛市背景值整体低于山东东部地区和全国背景值，山东广西大学学报（自然科学版）第 卷省东部地区背景值是基于对山东省东部地区包括青岛、烟台、威海、潍坊、日照、临沂等个地级市进
11、行调查的基础上提出的，背景值整体偏低可能与调查的区域差异、成土母岩差异和人类活动影响强度等相关。本次研究点位数量相对较少，但各项指标的标准差基本都要低于以前的研究结果，说明不同样点的元素含量较为均匀，因此，本研究提出的青岛市背景值具有合理性和实际意义。农用地土壤重金属环境容量土壤环境容量研究的重要步骤之一是风险基准值的确定。本文采用 年月实施的 中的风险筛选值。中风险筛选值明确指出当农用地土壤中污染物含量等于或者低于该值的，对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境的风险低。按照 值分为个区间进行评价，考虑到本研究采样点用地类型均为农用地且 整体偏酸性（算术均值为 ，中位值为 ），选取 区间的
12、风险筛选值作为本研究的风险基准值，对研究区域内土壤重金属环境容量进行计算。青岛市土壤重金属环境容量统计结果见表。、和 有个别点位实测浓度超过风险基准值，环境容量已是负值。、和 的平均现存容量处于较高水平，、和 的容量状况相对较差，平均现存容量占总容量的 、和 。环境容量平均综合指数达到 。整体上看，青岛市环境容量状况较好，容量较大。表青岛市土壤重金属环境容量状况统计 重金属元素总容量（）现存容量（）最小值最大值标准差偏度峰度均值平均已用容量（）农用地土壤重金属环境容量空间分布利用 的空间分析模块（）对重金属单项环境容量指数和环境容量综合指数进行反距离权重差值（），获取青岛市农用地环境容量指数空
13、间分布状况，如图所示。本研究区内分为低、中、高容量个等级，无超载区和警戒区，以中容量区为主，面积比例达到 。低容量面积比例仅为 ，主要分布在即墨区丰城镇、店集镇和龙泉镇以及莱西市南墅镇。将各元素环境容量中包含超载区、警戒区的元素空间分布情况进行分析：铬元素在所有元素中平均环境容量值最低，为 ，属中容量等级。铬元素环境容量以中、高容量区为主。超载区和警戒区面积比例为 和 ，为所有元素中最高，主要位于即墨区丰城镇、店集镇、北关街道和中云街道交界处。低容量区主要分布在即墨区东部区域。镉元素环境容量以中、高容量区为主。超载区、警戒区面积比例均为 ，主要分布在南墅镇、云山镇、河套街道、龙泉镇、黄岛街道和
14、红石崖街道交界处以及珠海街道，警戒区在惜福镇街道和张舍镇也有所分布。铜、镍、砷元素环境容量均以中、高容量区为主。铜的超载区分布在南墅镇和刘家庄镇，警戒区除分布在以上个区域外，在惜福镇街道和崔召镇也有所分布；镍的超载区和警戒区分布在崔召镇和龙泉第期安文超，等：青岛市农用地土壤重金属背景值研究与土壤环境容量的计算镇，警戒区在丰城镇和店集镇也有所分布；砷元素仅在云山镇有小面积的超载区和警戒区。基于国家标准的重金属污染评价根据不同土壤 区间，利用 中风险筛选值对土壤中重金属进行评价。评价结果显示，研究区域重金属含量较低，点位超标率为 ，低于 全国土壤污染状况调查公报 中全国耕地点位超标率。图青岛市农用
15、地土壤重金属容量综合指数 通过内梅罗污染指数法对土壤重金属污染状况进行评价，为使评价结果与环境容量评价结果具有可比性，本研究中也以 中 区间的风险筛选值作为土壤重金属风险基准值。全市农用地土壤环境质量分为清洁、尚清洁、轻度污染和中度污染个等级，总体来看，土壤环境质量状况较好，以清洁状态为主，面积比例达到 。仅在即墨区龙泉镇小范围内存在中度污染，轻度污染主要分布在即墨区丰城镇、龙泉镇和店集镇以及莱西市南墅镇，污染空间分布情况与低环境容量区域基本一致。评价结果对比基于国家标准的重金属污染评价和土壤重金属环境容量评价种评价模式所获得的面积结果见表。、和 不存在超标区域，、和 存在小面积的轻微污染区域
16、，同时存在小面积的轻微污染和轻度污染区域。从综合污染指数法评价结果看出，农用地区域土壤环境质量良好，不存在污染，小部分区域污染等级为尚清洁（警戒限）和轻度污染，仅有 的区域存在中度污染。土壤负载容量法评价结果显示，全域土壤 处于高容量和中容量之间，和 出现小部分低容量区；、和 出现部分处于中度污染、重污染和超过风险基准值的区域。种评价模式在土壤重金属污染程度方面存在较明显差异：标准评价模式下 的土壤处于无污染状态，仅有 的土壤存在轻度、中度污染；负载容量评价模式下仅有 的土壤属于高容量状态，绝大部分面积的土壤处于中容量状态。这主要是由于部分区域重金属浓度符合国家风险筛选值；但由于区域背景浓度较高，因此实际承载总量已超过或接近区域理想负载能力。广西大学学报（自然科学版）第 卷表不同评价方法下农用地面积比例 重金属元素面积比例单因子评价法土壤负载容量法无污染轻微污染轻度污染中度污染重度污染高容量区中容量区低容量区警戒区超载区 综合 注：内梅罗综合指数法评价结果，对应的个污染等级分别为清洁（安全）、尚清洁（警戒限）、轻度污染、中度污染和重污染。结果与讨论利用内梅罗综合指数法对农用地土壤进行评
